高效浓缩型酸奶冻干发酵剂制备关键技术研究
随着我国发酵乳制品工业的迅猛发展，积极研究并大力开发高效浓缩型酸奶发酵剂，对于推动我国乳酸菌发酵剂产业化进程，促进我国发酵乳制品工业的发展，具有重要的意义。本文对高效浓缩型冻干酸奶发酵剂制备的关键技术进行了深入研究，包括：选育发酵性能优良、抗冷冻干燥性强、后酸化力弱的乳酸菌菌种.(株)，继续寻求并筛选了廉价增殖培养基和高效冻干保护剂，优化了乳酸菌增殖培养、细胞浓缩分离、真空冷冻干燥、发酵剂贮藏等工艺条件；在此基础上，进行了5L全自动模拟发酵罐水平扩大试验，制备出冻干发酵剂样品，并在相关企业进行了批量发酵试验，为实现高效浓缩型酸奶发酵剂的商品化生产和在我国的推广应用提供科学依据。
从国内外优质发酵乳制品或商业发酵剂中初步分离筛选出7株保加利亚乳杆菌(Lactobacillusbulgaricus)，通过研究菌株在乳中的发酵特性、后酸化特性、抗冷冻干燥特性及混合菌种的优化搭配，筛选出发酵性能优良、后酸化弱、抗冻干特性强的保加利亚乳杆菌2株——Lb-DR、L.b-S1，确定二者与嗜热链球菌S.t-SY的最佳比例为1∶1。
选择原料易得、易于分离细胞的胡萝卜汁培养基、番茄汁培养基、麦芽汁培养基作为基础培养基，通过细胞生长试验，确定麦芽汁基础培养基不仅是嗜热链球菌S.t-SY，而且也是保加利亚乳杆菌L.b-DR、L.b-S1的最适基础培养基；研究了在麦芽汁基础培养中添加9种营养因子对嗜热链球菌S.t-SY细胞生长量的影响，结果表明，大豆蛋白胨、牛肉膏、酵母膏可显著促进S.t-SY的细胞生长，磷酸氢二钾不仅可以促进菌体增殖，而且还可缓冲基质pH值的变化，避免了低pH值对乳酸菌生长的抑制作用；利用L9(33)正交试验优化筛选出S.t-SY最佳增殖培养基，并对L.b-DR、L.b-S1进行了验证性增菌试验。其配比为：在10°麦芽汁基础培养基中，添加0.5﹪大豆蛋白胨、1.0﹪牛肉膏、0.5﹪酵母膏、0.2﹪K2HPO4、0.1﹪吐温80。
在麦芽复合汁增菌培养基中，嗜热链球菌S.t-SY、保加利亚乳杆菌L.b-DR、L.b-S1，37℃恒温培养16h，活菌数分别达2.42×109、2.85×109、4.81×109cfu/mL，较麦芽汁基础培养基活菌数分别提高16.13、9.89、22.58倍，与液体MRS培养基活菌数彼此相当，但成本较之降低1000元(￥)/吨(t)。
通过研究培养温度、培养方式、起始pH、接种量、补料培养对乳酸菌增殖培养的影响，优化了乳酸菌增殖培养的工艺条件。结果表明，乳酸菌在麦芽汁复合培养基中增殖培养的最适工艺条件为：起始pH值6.5～7.0、接种量2﹪、培养温度37℃、静置培养16h；在最适条件下，保加利亚乳杆菌L.b-S1、L.b-DR，嗜热链球菌S.t-SY进行培养，收获期活菌数分别达到4.31×109、2.93×109、2.74×109cfu/mL。
在此基础上，进行了5L全自动模拟发酵罐水平增菌试验。结果表明，L.b-S1、L.b-DR、S.t-SY菌株在起始pH值6.5～7.0的麦芽复合汁增殖培养基中，接种量均为2﹪,搅拌速度100rpm，37℃恒温培养16h，活菌数分别达4.21×109、2.76×109、2.65×109cfu/mL。
通过研究离心力、离心时间对乳酸菌离心损失率、离心存活率及离心收得率的影响，确定了菌体细胞浓缩分离的最适离心条件：保加利亚乳杆菌L.b-S1、L.b-DR为1632g(4000r)10min或5738g(7500r)5min，活菌收得率高达98.12﹪或97.81﹪、98.35﹪或97.89﹪；嗜热链球菌S.t-SY为3672g(6000r)10min或5738g(7500r)5min，活菌收得率高达95.19﹪或97.29﹪。
研究了冷冻温度、冷冻时间以及干燥过程中发酵剂含水量对乳酸菌细胞存活的关系，结果表明：-20～-18℃和-40～-35℃冷冻，对细胞存活率无显著影响(P＞0.05)；冷冻起始至完全冻结，细胞存活率差异极显著(P＜0.01)，而冻结后细胞存活率并不随冷冻时间延长而存在显著差异(P＞0.05)；干燥过程中，发酵剂含水量对细胞干燥存活率影响极显著(P＜0.01)，但存活率降低程度因含水量下降水平不同而出现差异，其中以含水量由40﹪左右至5﹪左右的过程影响最大，细胞存活率由88.68﹪降至40.11﹪，下降约50﹪左右，差异极显著(P＜0.01)。
筛选出抗冻干、耐贮藏的复合冻干保护剂1种，利用此保护剂制得的嗜热链球菌S.t-SY、保加利亚乳杆菌L.b-S1、L.b-DR冻干发酵剂，无论是单菌，还是混菌发酵剂，活菌含量均在1011cfu/g以上，发酵性能优良，以万分之一以下的接种量进行42℃酸奶发酵，4～5h即可凝乳，其发酵的酸奶制品，酸度达到80～90°T、pH值为4.5～4.6，感官风味俱佳，接种量较传统人工发酵剂降低100～1000倍，达到国际先进水平；冻干发酵剂采用真空包装与常压封存两种包装形式，分别于-18℃、4℃保藏1年，活菌含量下降均不足一个1g数量级，均在1010cfu/g以上，且在保藏期间，发酵性能稳定，可与国外直投式发酵剂相媲美。
选用最适菌株，在最适工艺条件下，制备出5L全自动模拟发酵罐水平冻干发酵剂，并在相关企业进行了批量发酵试验，无论是活菌含量，还是发酵性能均与试验室摇瓶水平试验制备的冻干发酵剂无显著差别；与罗地亚商业发酵剂及汉森商业发酵剂相比，无显著差异，但发酵成本较之降低40元/吨左右。
本研究为实现高效浓缩型酸奶发酵剂的商品化生产和在我国的推广应用提供科学依据。
乳酸菌;酸奶冻干;增殖培养基;浓缩型发酵剂;发酵特性
河北农业大学
硕士
微生物学
田洪涛
2006
中文
TS201.3
68
2007-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）