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      2. 酸乳發酵工藝的優化

        時間:2024-08-24 19:52:09 碩士畢業論文 我要投稿
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        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
          ①接種量
          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
          ①接種量
          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。可以看出,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。可見,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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