馬克斯克魯維酵母高密度發酵條件的優化研究

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(1.江蘇大學 食品與生物工程學院,江蘇鎮江 212013;2.新疆天潤生物科技股份有限公司,新疆烏魯木齊 830088)

馬克斯克魯維酵母高密度發酵條件的優化研究

王亮1,胡曼1,王江月1,鞏小芬1,劉朋龍2,詹濤2,李陽2

(1.江蘇大學 食品與生物工程學院,江蘇鎮江 212013;2.新疆天潤生物科技股份有限公司,新疆烏魯木齊 830088)

對影響馬克斯克魯維酵母高密度發酵的培養基營養成分和培養條件展開分析研究。單因素實驗發現,YPD作為基礎培養基有利于馬克斯克魯維酵母的增殖;培養基成分響應面分析和培養條件正交實驗結果表明,當培養基成分為蔗糖67.37 g/L,酵母浸粉29.7 g/L,玉米漿15.61 g/L,KH2PO44.13 g/L,MgSO40.3 g/L,初始pH為6.0、發酵溫度為30 ℃、攪拌速度為160 r/min時,發酵培養18 h馬克斯克魯維酵母的生物量最大,為(9.34±0.12) g/L。進一步進行乳飲品發酵實驗,優化培養的馬克斯克魯維酵母與乳源培養基培養的馬克斯克魯維酵母,在菌種的生物量和乳飲品的口感風味上無明顯差異。因此,優化后的高密度發酵培養基配方和工藝條件適宜于馬克斯克魯維酵母菌的高密度發酵。

馬克斯克魯維酵母,高密度發酵,增殖速率,固相微萃取-氣相色譜-質譜法

馬克斯克魯維酵母(Kluyveromycesmarxianus)作為一種廣泛存在于發酵乳中的酵母,不僅可以發酵乳糖,更能對半乳糖進行利用,發酵過程中可以單獨或與乳酸菌一起用于發酵乳品,賦予了產品獨特的風味及營養特性[1],因而備受國內外眾多研究者的關注。由于馬克斯克魯維酵母在多種發酵乳中具有產酒精量低、發酵風味好的特點,國內對于馬克斯克魯維酵母菌的應用,主要集中在新型乳飲品的研發上。李新玲等人對馬克斯克魯維酵母生產奶啤和乳清飲料的工藝進行了探討[2]。陳成等人利用馬克斯克魯維酵母生產乳清酒,并對乳清酒所含的可溶性乳清蛋白肽進行了分析[3]。國外對于馬克斯克魯維酵母的應用,主要集中在利用馬克斯克魯維酵母菌發酵產生某些風味物質和生產乙醇等方面。馬克斯克魯維酵母能發酵乳液中的乳糖,并對蛋白質進行降解[4],生成酯類、羧酸、醇類、乙酸異戊酯等風味物質[5]。Michael Crafack等人利用馬克斯克魯維酵母和畢赤克魯維酵母增加了可可的風味[6]。Christian L?ser等人對如何提高馬克斯克魯維酵母規模化生產乙酸乙酯進行了探討[7]。因此,馬克斯克魯維酵母在發酵乳制品方面具有廣闊的應用前景。

研究者已經認識到馬克斯克魯維酵母的商業化價值,但嚴重缺乏相關馬克斯克魯維酵母高密度培養的研究。而發酵工藝中的一個重要的任務就是如何盡可能地提高細胞密度,從而降低發酵劑的制備生產成本[8]。因此,為了馬克斯克魯維酵母發酵劑的制備和應用,提高馬克斯克魯維酵母的商業化價值,需要對馬克斯克魯維酵母菌進行高密度培養。

針對影響馬克斯克魯維酵母高密度發酵的營養因素及培養條件進行了研究,尋找出了最佳的馬克斯克魯維酵母增殖培養條件,為將來馬克斯克魯維酵母的擴培以及凍干粉的生產,提供了可靠的研究基礎。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

馬克斯克魯維酵母菌株,江蘇大學食品學院實驗室保藏;白砂糖、純牛奶、復合穩定劑、玉米漿干粉,市售。

YGC瓊脂培養基(含氯霉素) 青島海博生物技術有限公司。用于實驗室酵母菌的保存。

YPD液體培養基:葡萄糖20 g/L,酵母浸粉10 g/L,蛋白胨20 g/L,121 ℃滅菌20 min。用于酵母菌的種子液的活化。

YPD固體培養基：葡萄糖20 g/L,酵母浸粉10 g/L,蛋白胨20 g/L,瓊脂15 g/L,121 ℃滅菌20 min。用于酵母菌發酵的單因素影響實驗及菌落計數。

土豆(黃豆芽)培養基:稱取200 g土豆(黃豆芽),蒸餾水適量加熱煮沸,維持30 min,用雙層紗布趁熱過濾在量杯中,棄去濾渣,用蒸餾水補齊1 L,加20 g葡萄糖,混勻備用,121 ℃滅菌20 min。

麥芽汁培養基:麥芽浸粉20 g/L,蛋白胨10 g/L,葡萄糖20 g/L,酵母浸膏1 g/L,121 ℃滅菌20 min。

乳源培養基:12%脫脂乳粉,白砂糖7%,115 ℃滅菌15 min。用于正常條件下馬克斯克魯維酵母增殖培養。

乳飲品發酵培養基:酸乳30%,復合穩定劑0.5%,白砂糖7%,95 ℃滅菌5 min。用于乳飲品的發酵制備。

SW-CJ系列潔凈工作臺 蘇州安泰空氣技術有限公司;QYC 200全溫空氣搖床 上海福瑪實驗設備有限公司;pH計 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;BPMJ 250F型霉菌培養箱 上海一恒科學儀器有限公司;氣相色譜-質譜聯用儀HP6890/5973、頂空固相微萃取SPMC-5732 美國Agilent公司。

1.2實驗方法

1.2.1 馬克斯克魯維酵母菌菌株的活化 從4 ℃保藏的YGC試管斜面培養基上,挑取一環馬克斯克魯維酵母菌于YPD斜面培養基上,于28 ℃、培養48 h,同樣條件下連續活化2次。

1.2.2 種子液的制備 挑取一環活化后的馬克斯克魯維酵母菌,接入50 mL YPD液體培養基中,28 ℃、160 r/min培養16 h,然后用稀釋涂布法進行菌落計數。液體培養的酵母菌作為種子液用于培養條件優化研究。

1.2.3 影響馬克斯克魯維酵母增殖的培養基成分分析

1.2.3.1 基礎培養基對馬克斯克魯維酵母增殖的影響 酵母菌種子液用無菌水調至1.0×106cfu/mL,按3%(v/v)分別接種于YPD、PDA、黃豆芽、麥芽汁四種備選液體培養基中(250 mL三角瓶中裝液量為100 mL),于28 ℃、160 r/min培養24 h,每隔4 h,取0.5 mL樣品,600 nm測定其OD600值,繪制菌體生長曲線,實驗以未接種的培養基調零。

1.2.3.2 不同濃度碳源對馬克斯克魯維酵母增殖的影響 以不含碳源YPD培養基為基礎培養基,添加不同碳源,并測試每種碳源在不同濃度條件下對馬克斯克魯維酵母增殖的影響。實驗分別添加蔗糖、葡萄糖、乳糖和麥芽糖四種碳源,每種碳源設置5個濃度梯度,分別為35、45、55、65、75 g/L。以不含有碳源的YPD培養基為對照組。培養液中按3%(v/v)接種馬克斯克魯維酵母種子液,于160 r/min、28 ℃,培養18 h后測定培養的馬克斯克魯維酵母生物量。

1.2.3.3 不同濃度氮源對馬克斯克魯維酵母增殖的影響 以不含氮源YPD培養基為基礎培養基,添加不同氮源,并測試每種氮源在不同濃度條件下對馬克斯克魯維酵母增殖的影響。實驗分別添加蛋白胨、酵母浸粉、玉米漿、硝酸鉀和硫酸銨五種氮源,對于蛋白胨、酵母浸粉、玉米漿,每種氮源設置5個實驗濃度梯度,分別為10、15、20、25、30 g/L。對于硝酸鉀和硫酸銨,每種無機氮源設置5個實驗濃度梯度,分別為1、3、5、10、15 g/L。培養液中按3%(v/v)接種馬克斯克魯維酵母種子液,于160 r/min、28 ℃,培養18 h后測定培養的馬克斯克魯維酵母生物量。

1.2.3.4 不同濃度無機鹽對馬克斯克魯維酵母增殖的影響 以YPD培養基為基礎培養基,分別添加KH2PO4、CaCl2、MgSO4、NaCl、MnSO4五種無機鹽,KH2PO4添加濃度分別為2、4、6、8 g/L;MnSO4的添加濃度分別為0.05、0.1、0.5、1.0 g/L;其余三種無機鹽的添加濃度為0.5、1、2、4 g/L。培養液中按3%(v/v)接種馬克斯克魯維酵母種子液,于160 r/min、28 ℃,培養18 h后測定培養的馬克斯克魯維酵母生物量。

1.2.3.5 培養基響應面法優化 根據單因素實驗結果,選取碳源、氮源和無機鹽離子為考察因素,設計5因素3水平的實驗,每個處理設3個重復。應用design expert 8.06進行數據分析和響應面分析,優化培養基配方。

1.2.4 培養條件對馬克斯克魯維酵母增殖的影響

1.2.4.1 培養條件的單因素實驗 5個250 mL的三角培養瓶中分別加入100 mL優化后的培養基,按3%(v/v)接種馬克斯克魯維酵母種子液,分別設定培養溫度為26、28、30、32、34 ℃,于160 r/min,培養18 h后測定培養的馬克斯克魯維酵母生物量。

5個250 mL的三角培養瓶中分別加入100 mL優化后的培養基,按3%(v/v)接種馬克斯克魯維酵母種子液,搖床轉速分別設定為120、140、160、180、200 r/min,于28 ℃培養18 h后測定培養的馬克斯克魯維酵母生物量。

5個250 mL的三角培養瓶中分別加入100 mL優化后的培養基,按3%(v/v)接種馬克斯克魯維酵母種子液,培養基pH分別設定為4.5、5.0、5.5、6.0、6.5,于28 ℃、160 r/min培養18 h后測定培養的馬克斯克魯維酵母生物量。

1.2.4.2 培養條件的正交實驗 在單因素實驗結果的基礎上,選取溫度、搖床轉速和培養基初始pH為主要因素,設計3因素3水平正交實驗。

1.2.5 高密度優化培養的馬克斯克魯維酵母乳飲品發酵鑒定 將高密度優化培養的馬克斯克魯維酵母(A)與乳源培養基正常培養(B)的同一種馬克斯克魯維酵母進行乳飲品發酵平行對比實驗[2],發酵培養基:酸乳30%,復合穩定劑0.5%,白砂糖7%,95 ℃滅菌5 min。3%(v/v)接種兩種不同培養方式的馬克斯克魯維酵母種子液,于28 ℃培養24 h,即得到馬克斯克魯維酵母發酵乳飲品。

1.3馬克斯克魯維酵母生物量測定、發酵乳飲品感官評定和揮發性成分檢測方法

生物量的測定:將培養后的馬克斯克魯維酵母菌搖勻后,取50 mL懸液,于4000 r/min、離心10 min,棄上清,用無菌水離心洗滌沉淀2次,95 ℃烘至恒重。光密度法:將馬克斯克魯維酵母菌懸液,稀釋6倍,于600 nm測定其OD600值。感官評定:10名受過培訓的成員對發酵乳飲品進行感官評定,主要評定指標參照黃翠姬等人的文獻[9];揮發性成分檢測:按照SPME-GC/MS分析方法進行檢測[10]。

2 結果與討論

2.1培養基成分對馬克斯克魯維酵母增殖的影響

2.1.1 基礎培養基對馬克斯克魯維酵母增殖的影響 由圖1生長曲線可知,培養實驗中,以YPD、麥芽汁和黃豆芽為發酵基礎培養基,馬克斯克魯維酵母菌生長的對數期和穩定期基本相同,分別為4～16 h,16～24 h。以PDA為發酵培養基,馬克斯克魯維酵母菌生長的對數期為4～20 h,穩定期為20～24 h。4種培養基發酵培養一段時間后,酵母菌細胞生長密度分別達到最高值,OD600值測試結果為:YPD(0.89)>PDA(0.729)>麥芽汁培養基(0.702)>黃豆芽培養基(0.605),其中以YPD為發酵基礎培養基,酵母菌細胞生長密度最大,培養16 h時后,OD600達到了0.89。因此,選擇YPD培養基為最佳基礎培養基。

圖1 不同基礎培養基對馬克斯克魯維酵母的生長影響Fig.1 Effect of culture medium on the growth of Kluyveromyces marxianus yeast

2.1.2 碳源及其不同濃度對馬克斯克魯維酵母增殖的影響 碳源是酵母菌所需的主要營養物質和能量來源[11],發酵過程中必須提供充分的碳源以保障酵母菌的生長和增殖。但是碳源濃度過高,細胞滲透壓過大[12],同樣也會抑制酵母菌的生長。因此篩選恰當碳源種類及添加濃度,對于馬克斯克魯維酵母的增殖非常關鍵。

由圖2可以看出,將不含碳源的YPD液體培養基作為空白組(不含碳源,改變碳源的添加濃度時空白組數值無變化),添加4種碳源時的馬克斯克魯維酵母菌增殖效果明顯。5個濃度梯度中(35、45、55、65、75 g/L),不含碳源的基礎YPD培養基分別添加葡萄糖、蔗糖或乳糖作為碳源,當添加濃度為65 g/L時,培養18 h后,三種碳源分別培養的馬克斯克魯維酵母生物量都達到最高值,生物量分別為6.06、6.98、2.4 g/L,其中蔗糖最高為6.98 g/L。當碳源添加濃度超過65 g/L后,隨著糖濃度的升高,馬克斯克魯維酵母的生長可能受葡萄糖效應(Crabtree effect)的影響[14],生物量逐漸降低。在以麥芽糖為碳源的培養基中,酵母菌的生物量在5個濃度梯度中(35、45、55、65、75 g/L)呈現遞增趨勢,當添加濃度為75 g/L時,生物量達到最高值3.48 g/L。因此從四種添加碳源實驗結果比較分析來看,蔗糖可作為培養基優選添加碳源。

圖2 碳源及其不同濃度對馬克斯克魯維酵母的生長影響Fig.2 Effect of carbon sources and concentration on the growth of Kluyveromyces marxianus yeast

2.1.3 氮源及其不同濃度對馬克斯克魯維酵母增殖的影響 由圖3可以看出,以不含氮源的YPD為基礎培養基,當培養基中有機氮源更換為無機氮源硫酸銨和硝酸鉀時,馬克斯克魯維酵母的生物量均低于2 g/L,說明這兩種無機氮源不利于馬克思克魯維酵母的增殖。當培養基分別添加蛋白胨和酵母浸粉作為氮源時,添加濃度為25 g/L時,培養18 h后,馬克斯克魯維酵母生物量都達到最高值,分別為2.13 g/L和2.63 g/L。添加玉米漿作為氮源時,當玉米漿的添加濃度為20 g/L時,馬克斯克魯維酵母生物量達到最高值為2.54 g/L。三種氮源全部達到最高值時的生物量進行比較,酵母浸粉(2.63 g/L)>玉米漿(2.54 g/L)>蛋白胨(2.13 g/L)。酵母浸粉含有的維生素及生長因子能促進酵母細胞的生長。玉米漿是玉米淀粉加工中的主要副產物,富含蛋白質,氨基酸,維生素和微量元素,可作為蛋白胨替代物,常被用于培養基添加物[11]。因此,為了進一步使發酵培養基氮源物質成分更全面,選擇酵母浸粉和玉米漿作為氮源物質進行響應面分析。

圖3 氮源及其不同濃度對馬克斯克魯維酵母的生長影響Fig.3 Effect of nitrogen sources and concentration on the growth of Kluyveromyces marxianus yeast

2.1.4 無機鹽及其不同濃度對馬克斯克魯維酵母增殖的影響 金屬離子對酵母細胞生長和發酵十分重要。例如Mg2+能改變糖轉化率和輔酶因子的代謝途徑[14-16],降低細胞質膜的通透性[17-18],抵抗酵母菌細胞對乙醇代謝壓力[19]。

圖4 無機鹽及其不同濃度對馬克斯克魯維酵母菌的生長影響Fig.4 Effect of inorganic ions and concentration on the growth of Kluyveromyces marxianus yeast

由圖4可知,以YPD為基礎培養基,分別添加一定濃度的KH2PO4、MgSO4,能夠在一定范圍內提高馬克斯克魯維酵母菌的生物量。其中,當KH2PO4添加濃度在4 g/L時,培養18 h后,馬克斯克魯維酵母生物量達到最高值3.46 g/L;KH2PO4濃度在4 g/L以上時,馬克斯克魯維酵母的生物量降低,可能是KH2PO4濃度超越馬克斯克魯維酵母代謝所需,對馬克斯克魯維酵母增殖起到了抑制作用[8]。MgSO4的添加濃度在0.5 g/L時,生物量最高達到3.48 g/L。不同于Nahit Aktas等人的研究[20]。MnSO4的添加不利于馬克思克魯維酵母的生長。因此,選擇KH2PO4、MgSO4這兩種無機鹽進行響應面分析。

2.1.5 培養基響應面法優化 響應面分析法是用來尋找最佳反應因素的一種統計方法[21],已逐漸應用于培養基的優化[22]。根據單因素實驗結果,選取蔗糖、酵母浸粉、玉米漿、KH2PO4、MgSO4為考察因素,設計5因素3水平的實驗,具體的因素水平及其編碼見表1,按照Box-Behnken安排實驗。用design expert 8.06進行數據分析和響應面分析。

圖5 部分因素相互作用對馬克斯克魯維酵母菌生物量的影響Fig.5 Response surface plot of the effects of amount of sucrose,yeast extract and corn steep liquor on biomass

利用design expert軟件對表中的實驗數據進行回歸分析,可得回歸方程為Y=7.46+0.51A+0.17B+0.048C+0.019D-0.016E+0.070AB+0.12AC-0.065AD-0.085AE+0.022BC-0.040BD-0.14BE+0.0075CD+0.000CE-0.005DE+0.14A2+0.097B2+0.20C2+0.13D2+0.13E2式中Y為響應值,即酵母菌生物量;A、B、C、D、E分別表示蔗糖、酵母浸粉、玉米漿、KH2PO4、MgSO4。

表1 響應面設計方案和實驗結果Table 1 Scheme and results of response surface design

表2 響應面實驗的方差分析Table 2 Variance analysis of the established regression equation

由表2的方差分析可以看出,模型Prob>F值小于0.0001表明該模型是極度顯著的。模型中的參數A、B、C、AC、BE、A2、B2、C2、D2、E2對馬克思克魯維酵母的增殖影響都顯著(Prob>F值小于0.05)。模型失擬項表示模型預測值與實際值不擬合的概率,模型失擬項Prob>F值0.6334>0.05,因此,模型失擬項不顯著,不需要引入更高次數的項,模型選擇合適。同時模型的校正系數R2=98.74%,說明該模型能解釋大約98.74%的響應;相關系數R2=99.3%,說明該實驗誤差小,模型與實際預測擬合性好。可以使用該模型來分析響應值的變化。

對所得方程進行求解,可得到酵母菌生物量最大時的培養基最優組合為:A蔗糖67.37 g/L,B酵母浸粉29.7 g/L,C玉米漿15.61 g/L,D KH2PO44.13 g/L,E MgSO40.3 g/L,該條件下的酵母干重最大值為9.00 g/L。在該點進行三次重復實驗,平均酵母干重8.88±0.08 g/L,是優化前的馬克斯克魯維酵母生物量3.02 g/L的2.94倍。由此可知,響應面法優化得到的培養基成分參數準確可靠。

2.2培養條件對馬克斯克魯維酵母增殖的影響

2.2.1 不同培養溫度對馬克斯克魯維酵母增殖的影響 溫度是微生物生長的重要因素之一。在一定程度上,升高溫度能提高酵母菌胞內酶的活性,提高膜的流動性,增加酵母細胞對酒精毒性作用的敏感性[23]。

由圖6可以看出,實驗選擇優化后的培養基為發酵培養基,培養溫度設定為26、28、30、32、34 ℃,于160 r/min,培養18 h后測定培養的馬克斯克魯維酵母生物量。馬克斯克魯維酵母的生物量隨著溫度的升高呈現先上升后下降趨勢,在30 ℃處達到最大值,與Miskiewicz和Borowiak等人[24]的研究一致。

圖6 不同溫度對馬克斯克魯維酵母生長的影響Fig.6 Effect of temperature on the growth of Kluyveromyces marxianus yeast

2.2.2 不同轉速對馬克斯克魯維酵母增殖的影響 轉速的大小直接決定了培養基中的供氧水平。由圖7可以看出,實驗選擇優化后的培養基為發酵培養基,馬克斯克魯維酵母的生物量在轉速為180 r/min時最大,轉速高于或低于這一水平時,其生物量都會有所下降。可能由于轉速過高時,培養基流動形成的剪切力過大或者高轉速條件下空氣氧壓過大,導致菌體的破裂和死亡。

圖7 轉速對馬克斯克魯維酵母生長的影響Fig.7 Effect of agitation speed on the growth of Kluyveromyces marxianus yeast

圖8 pH對馬克斯克魯維酵母生長的影響Fig.8 Effect of pH on the growth of Kluyveromyces marxianus yeast

2.2.3 不同初始pH對馬克斯克魯維酵母增殖的影響 微生物都有生長最適pH范圍,許多酵母菌在pH4.5～6.5范圍內長得很好。pH過高或過低都會對酵母菌細胞增殖造成影響[23]。

實驗選擇優化后的培養基為發酵培養基,為了確定酵母菌最佳pH,分別測定了培養基不同的初始pH時酵母菌的生物量,結果圖8所示,酵母菌最佳初始pH為6.0。

2.2.4 培養條件的正交實驗 培養條件正交實驗結果如表3所示。

表3 培養條件優化的正交實驗結果Table 3 The experimental results of orthogonal test for culture conditions

從表3的極差分析結果看,各因素對于菌體生物量的影響程度由大到小分別是RC>RA>RB,最佳生長組合為A2B2C1。因此,最優組合為溫度30 ℃,初始pH6.0,轉速160 r/min,此條件下的菌體生物量(9.34±0.12) g/L。

2.3高密度優化培養的馬克斯克魯維酵母乳飲品發酵鑒定

馬克斯克魯維酵母主要用于新型乳飲料的研制及風味物質的制備,利用優化培養基高密度培養馬克斯克魯維酵母是否適應于乳飲品的發酵生產,必須經過實驗驗證。將高密度優化培養的馬克斯克魯維酵母(A)與乳源培養基正常培養(B)的同一種馬克斯克魯維酵母,進行乳飲品發酵平行對比實驗[2]。于28 ℃培養24 h后,發酵期間的生長曲線,發酵結束后酒精含量、最終乳飲品的感官評定和揮發性風味物質分析見圖9、表4、表5和表6。

圖9 馬克斯克魯維酵母在發酵培養基中生長曲線Fig.9 Growth curves of Kluyveromyces marxianus in fermentation culture medium

酵母菌AB發酵24h后酒精含量(g/L)4.624.38

由圖9和表4可知,在發酵24 h 時間內,乳源培養基培養的馬克斯克魯維酵母B調整期為0～6 h,對數期在6～20 h,20 h活菌數達到最大值(7.39),發酵結束后酒精含量為4.38 g/L;高密度培養的馬克斯克魯維酵母A的調整期為0～4 h,對數期提前為4～16 h,16 h活菌數達到最大值(7.51),發酵結束后酒精含量為4.62 g/L,表明經過高密度培養發酵的馬克斯克魯維酵母發酵活性略高于乳源培養基培養的馬克斯克魯維酵母。

由表5可知,在發酵乳飲品的顏色、味道、組織形態、氣味和總體評價方面,A的發酵乳感官分值略高于B的分值,但是差異不顯著,表明A與B發酵形成的發酵乳感官評定結果接近,優化培養基高密度培養馬克斯克魯維酵母A適宜于乳飲品發酵生產。

表5 發酵樣品感官評定結果Table 5 Evaluating result of sensory analysis of fermented samples

注:同一列中相同字母代表差異不顯著(p>0.05)。

乳飲品中的風味化合物主要是由微生物產生的酶類,通過分解乳品中蛋白質、脂肪和糖類等物質而產生的[25]。從表6中可以得知,發酵風味成分主要是醇類、酯類、酸類和醛類等物質。醇類主要有乙醇、丁醇和苯乙醇等;酯類物質有乙酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯等;酸類物質有乙酸、辛酸等;醛類物質有乙醛、苯甲醛等。

表6 2種發酵樣品中揮發性成分的氣-質聯用分析結果Table 6 GC-MS analysis of volatile components in two fermented samples

注:表中* 為不含有該種物質。

由表6可知,在A和B酵母菌發酵產物中醇類物質種類相同,A產生的醇類物質相對百分含量為51.67%,B產生的醇類物質相對百分含量為47.53%;A酵母菌產生的酯類風味物質比B酵母菌多了己酸乙酯這種中短碳鏈的脂肪酸乙酯,己酸乙酯具有水果的清香味,是我國食品添加劑使用衛生標準允許使用的食用香料。因此,A酵母菌產生的酯類物質呈現的風味比B產生的風味較豐富。在酸類和醛類揮發性物質方面,A和B產生的這兩類風味物質種類相同,各類物質相對百分含量接近。

綜上所述,高密度優化培養的馬克斯克魯維酵母與乳源培養基培養的同一馬克斯克魯維酵母發酵乳飲品在感官評定結果方面,兩種發酵乳感官分值差異不顯著,表明高密度馬克斯克魯維酵母菌適宜于乳飲品發酵。

3 結論

通過對馬克斯克魯維酵母增殖條件優化,結果表明YPD培養基為馬克斯克魯維酵母高密度培養的最佳基礎培養基;優化后高密度培養基成分為,蔗糖67.37 g/L,酵母粉29.7 g/L,玉米漿15.61 g/L,KH2PO44.13 g/L,MgSO40.3 g/L;培養條件為30 ℃、160 r/min、初始pH6.0。優化后培養的馬克斯克魯維酵母生物量為(9.34±0.12) g/L,增殖效果明顯。利用高密度馬克斯克魯維酵母與乳源培養基培養馬克斯克魯維酵母進行乳飲品發酵對比實驗,兩者的口感風味無明顯差異,為將來馬克斯克魯維酵母擴培、凍干粉的生產和在乳制品的工業化應用,提供了可靠的研究基礎。

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OptimizationofhighdensityfermentationconditionsofKluyveromycesmarxianus

WANGLiang1,HUMan1,WANGJiang-yue1,GONGXiao-fen1,LIUPeng-long2,ZHANTao2,LIYang2

(1.Jiangsu University,School of Food and Biological Engineering,Zhenjiang 212013,China;2.Xinjiang Tianrun Biotechnology Co. LTD,Urumqi 830088,China)

The effects of high density fermentationKluyveromycesmarxianuson nutritional component and cultivation condition of culture medium was studied. Single factor experiment revealed that YPD as the basic medium for the proliferation ofKluyveromycesmarxianus. When the medium was 67.37 g/L sucrose,yeast extract 29.7 g/L,corn steep 15.61 g/L,KH2PO44.13 g/L,MgSO40.3 g/L,initial pH6,fermentation temperature was 30 ℃,stirring speed was 160 r/min,the fermentation biomass of 18 hKluyveromycesmarxianuswas (9.34±0.12) g/L by response surface analysis and culture condition orthogonal test. Fermented dairy experiments showed that there was no obvious difference in bacterial biomass,taste and flavor of fermented dairy produced by high density and skimmed milk medium cultureKluyveromycesmarxianus. Therefore,the optimized high density fermentation medium formula and process conditions were suitable for the cultivation of the yeastKluyveromycesmarxianus.

Kluyveromycesmarxianus;high-density fermentation;multiplication rate;solid-phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry

2017-02-21

王亮(1966-)，男，博士，研究員，主要從事食品微生物方面的研究，E-mail:wangliang_2004wl@163.com。

新疆生產建設兵團工業及高新技術科技攻關與成果轉換計劃項目(2015AB032)；江蘇大學高級專業人才科研啟動基金(12JDG069)。

TS201.3

:A

:1002-0306(2017)17-0111-09

10.13386/j.issn1002-0306.2017.17.022