酸乳發酵工藝的優化

酸乳發酵工藝的優化

引言
　　
　　乳酸菌是指一群可發酵碳水化合物、產生乳酸的球菌和桿菌[1-3]。酸乳具有減輕乳糖不耐受癥，調整腸胃、減少疾病等功能。但酸乳生產中易出現發酵時間長，菌種活力不夠等問題，因此，進行酸乳工藝的優化具有實際的意義。
　　
　　1 材料與方法
　　
　　1.1 實驗材料
　�。�1）菌種：混合型乳酸菌（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌，由法國羅地亞公司提供）
　�。�2）新鮮無抗牛乳（收購合格奶源）
　　（3）脫脂奶粉（新西蘭）
　　
　　1.2 實驗方法
　�。�1）酸度測定：依照GB/T5009.46—2003
　�。�2）產品感官評定：由6 名經驗豐富的現場品控人員組成，采用百分制對產品質量中的質地、外觀、香味和滋味[4]進行評定，六個數據取平均值（取整數）。
　　
　　2 結果與分析
　　
　　2.1 單一菌種發酵實驗
　　（1）嗜熱鏈球菌
　�、俳臃N量
　　接種量分別取1%、3%、5%，優質鮮奶43℃連續發酵12h，每2h 測一次酸度，具體如圖1 所示。由圖可知，接種量不同，產酸速度不同，隨著接種量的增大，產酸速度增大。接種量為3%和5%組，在發酵的2-4h 產酸速度增大，12h 后酸度分別長到76°T 和89°T，雖然3%組的酸度相比5%的有點低，但基本達到要求，且凝乳狀態良好；而1%組產酸速度緩慢，4-6h 產酸速度稍有提高，但隨后又進入緩慢狀態，12h 后酸度僅達到62°T，凝乳狀態不好，質地松軟。所以，對于嗜熱鏈球菌來說，接種量應取3%-5% 。
　　②發酵溫度
　　發酵溫度分別取40℃、43℃和45℃，接種量取3%，發酵12h，連續測定酸度。如圖2所示結果看出，發酵溫度為40℃時，嗜熱鏈球菌生長緩慢，一開始產酸速度很慢，直到8h時產酸速度才有所加快；而45℃時的高溫會抑制嗜熱鏈球菌的正常生長，產酸活性下降，因此酸度增加也很慢，12h 后仍達不到要求的酸度。所以對嗜熱鏈球菌來說，40℃發酵12h后酸乳凝乳狀態良好，但需要的時間太長，不利于酸乳生產進程，發酵溫度應選43℃。
　　③乳固體含量
　　乳固體含量分別取8%、10%、12%，接種量取3%，43℃發酵12h。
　　由結果可知，8%組在發酵12h 后酸度只長到78°T，沒有達到要求，且在發酵的2-4h，8%組產生乳清較多。10%組和12%組酸度在8h 時就長到89°T、97°T。因此，對于嗜熱鏈球菌來說，乳固體含量應在10%以上。
　�。�2）保加利亞乳桿菌
　�、俳臃N量
　　接種量分別取1%、3%、5%，用優質鮮奶，43℃連續發酵12h，酸度變化圖4�？梢钥闯�，接種量的多少對產酸速度影響很大，接種量越大，產酸速度越快。對于保加利亞乳桿菌來說，接種量為3%組的在發酵4-6h 產酸速度加快；5%組的從發酵一開始產酸速度就很快，產生的酸味較強烈，有大量的乳清析出；1%組酸度增長的速度一直很緩慢，12h 后酸度僅達到79°T，并且質地松軟，可以看見有輕度的流動狀態，凝乳效果不理想。綜上分析，對于保加利亞乳桿菌來說，接種量選擇3%較適宜。
　　②發酵溫度
　　同嗜熱鏈球菌一樣，發酵溫度分別取40℃、43℃、45℃，接種3%的保加利亞乳桿菌，保溫發酵12h，連續測定其酸度，每2h 一次。由結果可知，發酵溫度越高，產酸速度也越快。發酵溫度為43℃、45℃，在發酵6-8h 產酸速度加快，12h 后酸度分別達到99°T、109°T；40℃發酵時產酸速度相對比較緩慢，12h 發酵酸度長到77°T。40℃發酵12h 酸度達不到要求，45℃發酵析出的乳清比較多。因此，推薦發酵溫度選取43℃。
　　③乳固體含量
　　同嗜熱鏈球菌，乳固體含量仍取8%、10%、12%，接種3%的保加利亞乳桿菌，43℃發酵12h，每2h 測一次酸度，由結果可以看出，乳固體含量不同，產酸速度不同，乳固體含量增大，產酸速度也增大，與其他兩組相比，乳固體含量為8%組的酸度增長緩慢，最終酸度達到79°T，基本達到要求，但乳清析出較多，凝乳效果也不好，質地松軟。因此，對于保加利亞乳桿菌來說，乳固體含量為10%就能滿足發酵的要求。
　　
　　2.2 酸乳發酵工藝優化
　　在以上單因素實驗的基礎上，選取乳固體含量、接種量、發酵溫度、菌種配比四個因素進行正交試驗，進而對發酵工藝進行優化，采用L9（34）正交試驗，每個因素設定3 個水平，正交試驗情況見下表所示[5,6]。
　　由上表極差分析知，各因素對產酸影響的大小依次為：乳固體含量>菌種配比>接種量>
　　發酵溫度，而各因素對感官的影響大小依次為：乳固體含量>菌種配比>發酵溫度>接種量。
　�。�1）優方案的確定
　　在該實驗中，感官評定是本實驗的評定指標，指標越大越好，所以應挑取每個因素的K1、K2、K3（或k1、k2、k3）中最大的值對應的那個水平，由于：
　　A 因素列：K1>K3>K2 B 因素列：K2>K1>K3 C 因素列：K2>K3>K1 D 因素列：
　　K3>K2>K1所以優方案為 A1B2C2D3，即菌種配比為1：1，接種量為3%，發酵溫度為43℃，乳固體含量為12%。通過實驗發現，乳固體含量為10%就基本能達到優方案的效果，所以在工業生產中為節約成本，乳固體含量取10%即可。綜合以上分析得到的優方案為A1B2C2D3（D2）。
　�。�2）趨勢圖
　　上述優方案是在給定的因素和水平的條件下得到的，若不限定給定的水平，有可能得到更好的實驗方案，所以我們可以將因素水平作為橫坐標，以它的實驗指標的平均值ki’為縱坐標，畫出因素水平與指標的關系圖——趨勢圖。
　　由上面幾個趨勢圖可以看出，當桿球比為1：1，接種量為3%，發酵溫度為43℃，乳固體含量為12%（10%以上即可）時，感官評定都是最高的。并且中間兩個連續的趨勢圖均呈倒鐘形，接種量為3%，發酵溫度為43℃時分別為各自的最優水平。所以綜合組織狀態及感官評定最佳工藝水平組合為A1B2C2D3(D2)。根據試驗結果與分析，混合菌種發酵最佳工藝為桿球比1：1，接種量為3%，發酵溫度為43℃，乳固體含量為10%以上即可滿足酸乳品質的要求。在此工藝下，酸乳凝乳質地較硬，乳清析出較少，風味良好。
　　
　　3 結論
　　
　�。�1）單一菌種發酵試驗表明，嗜熱鏈球菌的最優發酵工藝為：接種量為3%-5%，發酵溫度為43℃，乳固體含量為10%以上；保加利亞乳桿菌的最優發酵工藝為：接種量為3%，發酵溫度為43℃，乳固體含量為10%以上。
　　（2）單一菌發酵實驗，我們得出，只有嗜熱鏈球菌時表現出較低的酸度，保加利亞乳桿菌的產酸能力大于嗜熱鏈球菌，嗜熱鏈球菌在發酵過程中產粘�？梢�，兩種菌混合發酵時，各司其職，嗜熱鏈球菌產粘，滿足口感上的要求，保加利亞乳桿菌負責后期酸度的進一步提升。
　　（3）混合菌種發酵實驗，菌種配比、接種量、發酵溫度及乳固體含量均對酸乳的質地、滋氣味造成影響，其中乳固體含量、菌種配比對其影響較大，但各因素之間又是相互影響和制約的。
　�。�4）混合菌種發酵試驗最佳工藝條件：菌種配比（桿：球）=1：1，接種量為3%，發酵溫度43℃，乳固體含量為10%以上。

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　　[參考文獻] (References)
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