酸乳發(fā)酵工藝的優(yōu)化*

孫 然 冷云偉 張 明 伏 梅 王 波

（1中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，徐州 221116） （2維維集團(tuán)，徐州 221111） （3徐州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，徐州 221000）

酸乳發(fā)酵工藝的優(yōu)化*

孫 然1**冷云偉1張 明2伏 梅2王 波3

（1中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，徐州 221116） （2維維集團(tuán)，徐州 221111） （3徐州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，徐州 221000）

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)酸乳發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，得最佳工藝為保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌質(zhì)量比為1∶1，接種量為3g/100 g，發(fā)酵溫度為43℃，乳固體含量為10 g/100 g。

乳酸菌；工藝優(yōu)化；酸乳

乳酸菌是指一群可發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生乳酸的的球菌和桿菌。酸乳具有減輕乳糖不耐受癥、調(diào)整腸胃、減少疾病等功能，但酸乳生產(chǎn)中易出現(xiàn)發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，菌種活力不夠等問題，因此，進(jìn)行酸乳工藝的優(yōu)化具有實(shí)際的意義。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

a）菌種，混合型乳酸菌（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌），由法國(guó)羅地亞公司提供；

b）新鮮無抗牛乳，收購合格奶源；

c）脫脂奶粉，新西蘭產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

a）酸度測(cè)定：依照GB/T5009.46-2003的方法進(jìn)行；

b）產(chǎn)品感官評(píng)定：由6名經(jīng)驗(yàn)豐富的現(xiàn)場(chǎng)品控人員組成，采用百分制對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)地、外觀、香味和滋味進(jìn)行評(píng)定，6個(gè)數(shù)據(jù)取整數(shù)平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一菌種發(fā)酵實(shí)驗(yàn)

2.1.1 嗜熱鏈球菌

2.1.1.1 接種量

接種量分別取1g/100 g、3 g/100 g、5 g/100 g，優(yōu)質(zhì)鮮奶43℃連續(xù)發(fā)酵12 h，每2 h測(cè)一次酸度，具體如圖1所示。由圖1可知，接種量不同，產(chǎn)酸速度不同，隨著接種量的增大，產(chǎn)酸速度增大。接種量為3g/100 g和5 g/100 g組，在發(fā)酵的2 h～4 h產(chǎn)酸速度增大，12 h后酸度分別長(zhǎng)到76oT和89oT，雖然3 g/100 g組的酸度相比5 g/100 g的有點(diǎn)低，但基本達(dá)到要求，且凝乳狀態(tài)良好；而1g/100g組產(chǎn)酸速度緩慢，4 h～6 h產(chǎn)酸速度稍有提高，但隨后又進(jìn)入緩慢狀態(tài)，12 h后酸度僅達(dá)到62oT，凝乳狀態(tài)不好，質(zhì)地松軟。所以，對(duì)于嗜熱鏈球菌來說，接種量應(yīng)取3 g/100 g～5 g/100 g。

圖1 不同接種量對(duì)嗜熱鏈球菌發(fā)酵的影響

2.1.1.2 發(fā)酵溫度

發(fā)酵溫度分別取40℃、43℃和45℃，接種量3 g/100 g，發(fā)酵12 h，2 h測(cè)一次酸度，如圖2所示。由圖2看出，發(fā)酵溫度為40℃時(shí)，嗜熱鏈球菌生長(zhǎng)緩慢，一開始產(chǎn)酸速度很慢，直到8 h時(shí)產(chǎn)酸速度才有所加快；而45℃時(shí)的高溫會(huì)抑制嗜熱鏈球菌的正常生長(zhǎng)，產(chǎn)酸活性下降，因此酸度增加也很慢，12 h后仍達(dá)不到要求的酸度。所以對(duì)嗜熱鏈球菌來說，40℃發(fā)酵12 h后酸乳凝乳狀態(tài)良好，但需要的時(shí)間太長(zhǎng)，不利于酸乳生產(chǎn)進(jìn)程，發(fā)酵溫度應(yīng)選43℃。

圖2 不同發(fā)酵溫度對(duì)嗜熱鏈球菌發(fā)酵的影響

2.1.1.3 乳固體含量

乳固體含量分別取8 g/100 g、10 g/100 g、12g/100g，接種量取3g/100g，43℃發(fā)酵12h，2 h測(cè)一次酸度，結(jié)果見圖3。

由圖3結(jié)果可知，乳固含量8 g/100 g組在發(fā)酵12 h后酸度只達(dá)到78oT，沒有達(dá)到要求，且在發(fā)酵的2 h～4 h，產(chǎn)生乳清較多。乳固含量10 g/100 g組和12 g/100 g組酸度在8 h時(shí)就分別達(dá)到89oT、97oT。因此，對(duì)于嗜熱鏈球菌來說，乳固體含量應(yīng)在10 g/100 g以上。

2.1.2 保加利亞乳桿菌

2.1.2.1 接種量

圖3 不同乳固體含量對(duì)嗜熱鏈球菌發(fā)酵的影響

圖4 不同接種量對(duì)保加利亞乳桿菌發(fā)酵的影響

接種量分別取1g/100g、3 g/100 g、5 g/100 g，用優(yōu)質(zhì)鮮奶，43℃連續(xù)發(fā)酵12 h，酸度變化見圖4?？梢钥闯觯臃N量的多少對(duì)產(chǎn)酸速度影響很大，接種量越大，產(chǎn)酸速度越快。對(duì)于保加利亞乳桿菌來說，接種量為3 g/100 g組在發(fā)酵4 h～6 h產(chǎn)酸速度加快；5 g/100 g組的從發(fā)酵一開始產(chǎn)酸速度就很快，產(chǎn)生的酸味較強(qiáng)烈，有大量的乳清析出；1 g/100 g組酸度增長(zhǎng)的速度一直很緩慢，12 h后酸度僅達(dá)到79oT，并且質(zhì)地松軟，可以看見有輕度的流動(dòng)狀態(tài)，凝乳效果不理想。綜上分析，對(duì)于保加利亞乳桿菌來說，接種量選擇3 g/100 g較適宜。

2.1.2.2 發(fā)酵溫度

同嗜熱鏈球菌一樣，發(fā)酵溫度分別取40℃、43℃、45℃，接種量3 g/100 g，保溫發(fā)酵12 h，2 h測(cè)一次酸度。結(jié)果見下頁圖5。由圖5可知，發(fā)酵溫度越高，產(chǎn)酸速度也越快。發(fā)酵溫度為43℃、45℃，在發(fā)酵6 h～8 h產(chǎn)酸速度加快，12 h后酸度分別達(dá)到99oT、109oT；40℃發(fā)酵時(shí)產(chǎn)酸速度相對(duì)比較緩慢，12 h發(fā)酵酸度為77oT。40℃發(fā)酵12 h酸度達(dá)不到要求，45℃發(fā)酵析出的乳清比較多，因此，發(fā)酵溫度選取43℃。

圖5保加利亞乳桿菌不同發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵的影響

2.1.2.3 乳固體含量

同嗜熱鏈球菌，乳固體含量仍取8 g/100 g、10 g/100 g、12 g/100 g，接種量3 g/100 g，43℃發(fā)酵12 h，每2 h測(cè)一次酸度，結(jié)果見圖6。由圖6結(jié)果可以看出，乳固體含量不同，產(chǎn)酸速度不同，乳固體含量增大，產(chǎn)酸速度也增大，與其他兩組相比，乳固體含量為8 g/100 g組的酸度增長(zhǎng)緩慢，最終酸度達(dá)到79oT，基本達(dá)到要求，但乳清析出較多，凝乳效果也不好，質(zhì)地松軟。因此，對(duì)于保加利亞乳桿菌來說，乳固體含量為10 g/100 g就能滿足發(fā)酵的要求。

圖6 保加利亞乳桿菌不同乳固體含量對(duì)發(fā)酵的影響

2.2 酸乳發(fā)酵工藝優(yōu)化

2.2.1 正交試驗(yàn)

在以上單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取乳固體含量、接種量、發(fā)酵溫度、菌種配比四個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，進(jìn)而對(duì)發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，采用L9（34）正交試驗(yàn)，每個(gè)因素設(shè)定3個(gè)水平，正交試驗(yàn)因素水平見表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 因素水平表

表2 正交試驗(yàn)表

由表2極差分析知，各因素對(duì)產(chǎn)酸影響的大小依次為：乳固體含量＞桿菌與球菌質(zhì)量比＞接種量＞發(fā)酵溫度，而各因素對(duì)感官的影響大小依次為∶乳固體含量＞桿菌與球菌質(zhì)量比＞發(fā)酵溫度＞接種量。

2.2.2 最優(yōu)方案的確定

在該實(shí)驗(yàn)中，感官評(píng)定是本實(shí)驗(yàn)的評(píng)定指標(biāo)，指標(biāo)越大越好，所以應(yīng)選取每個(gè)因素的K'1、K'2、K'3（或k'1、k'2、k'3） 中最大的值對(duì)應(yīng)的那個(gè)水平。由 于 ： A 因 素 列 ： K'1＞K'3＞K'2， B 因 素 列 ：K'2＞K'1＞K'3， C 因 素 列 ： K'2＞K'3＞K'1， D 因 素 列 ：K'3＞K'2＞K'1，所以最優(yōu)方案為 A1B2C2D3，即桿菌與球菌質(zhì)量比為1∶1，接種量為3 g/100 g，發(fā)酵溫度為43℃，乳固體含量為12 g/100 g。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，乳固體含量為10 g/100 g就基本能達(dá)到最優(yōu)方案的效果，所以在工業(yè)生產(chǎn)中為節(jié)約成本，乳固體含量取10 g/100 g即可。綜合以上分析得到的最優(yōu)方案為A1B2C2D3（D2）。

3 結(jié)論

a）單一菌種發(fā)酵試驗(yàn)表明，嗜熱鏈球菌的最優(yōu)發(fā)酵工藝為：接種量為3 g/100 g～5 g/100 g，發(fā)酵溫度為43℃，乳固體含量為10 g/100 g以上；保加利亞乳桿菌的最優(yōu)發(fā)酵工藝為：接種量為3 g/100 g，發(fā)酵溫度為43℃，乳固體含量為10 g/100 g以上。

b）由單一菌種發(fā)酵實(shí)驗(yàn)得出，只有嗜熱鏈球菌時(shí)酸度較低，保加利亞乳桿菌的產(chǎn)酸能力大于嗜熱鏈球菌，嗜熱鏈球菌在發(fā)酵過程中使產(chǎn)品黏度增加。可見，兩種菌混合發(fā)酵時(shí)，各司其職，嗜熱鏈球菌產(chǎn)生黏度，滿足口感上的要求，保加利亞乳桿菌負(fù)責(zé)后期酸度的進(jìn)一步提升。

c） 由混合菌種發(fā)酵試驗(yàn)可知，菌種配比、接種量、發(fā)酵溫度及乳固體含量均對(duì)酸乳的質(zhì)地、滋氣味產(chǎn)生影響，其中乳固體含量、菌種配比對(duì)其影響較大，但各因素之間又是相互影響和制約的。

d）混合菌種發(fā)酵試驗(yàn)最佳工藝條件：桿菌與球菌質(zhì)量比為1∶1，接種量為3 g/100 g，發(fā)酵溫度43℃，乳固體含量為10 g/100 g以上。

［1］謝繼志.液態(tài)乳制品科學(xué)與技術(shù)［M］北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2002：10-35.

［2］楊起恒.乳酸菌發(fā)酵機(jī)理及酸奶工藝優(yōu)化研究［D］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005：6-44.

Study on optimization ofyogurt fermentation process

SUNRan1**LENGYun-wei1ZHANGMing2FUMei2WANGBo3
1（School ofchemical engineering，China universityofminingand technology，Xuzhou 221008，China）
2（VVGroup，Xuzhou 221111，China）
3（The school ofproduct qualitysupervision and inspection，Xuzhou 221000，China)

Basing on the single-factor test，the best technology of the orthogonal test is as follows:L.bulgaricus （Lb）：S.thermophilus （St）=1 ∶1，the inoculums dosage is 3 g/100 g；temperature is 43 ℃,the total solids are 10 g/100 g.

lactic acid bacteria；yogurt process optimization；yogurt

國(guó)家星火計(jì)劃（2008GA690098）

**孫然，女，1986年出生，碩士，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院在讀

研究生。

2010-10-05