全 文 :基金项目:贵阳市科技计划项目(编号:筑科合同[2012102]3-26号);
贵阳市“星火计划”项目(编号:[2010]筑科农合同字第3-
08号)
作者简介:赵贵丽(1989-),女,贵州大学在读硕士研究生。
E-mail:zgl199013@126.com
通讯作者:罗爱平
收稿日期:2014-01-25
第30卷第2期
2 0 1 4年3月
OOD&MACHINERY
食 品 与 机 械
Vol.30,No.2
Mar.2 0 1 4
10.3969/j.issn.1003-5788.2014.02.053
乳酸菌在大豆黄浆水中发酵条件的优化
Research on optimum fermentation conditions of yelow
serofluid by Lactococcus
赵贵丽
ZHAO Gui-li
罗爱平
LUO Ai-ping
宋志敏
SONG Zhi-min
吴红满
WU Hong-man
杨 洁
YANG Jie
廖娅凡
LIAO Ya-fan
(贵州大学生命科学学院,贵州 贵阳 550025)
(College of Life Science,Guizhou University,Guiyang,Guizhou550025,China)
摘要:以乳酸乳球菌乳亚种为发酵菌株,大豆黄浆水为培养
基质,产酸量、pH值为考察指标,探讨不同发酵温度、发酵时
间、种子液接种量、葡萄糖添加量对乳酸乳球菌乳亚种在黄
浆水中发酵产酸的影响。在单因素试验的基础上,采用均匀
设计法对其发酵条件进行优化,并对产酸量进行二次多项式
逐步回归分析。结果表明,乳酸乳球菌乳亚种在黄浆水中最
适发酵条件为发酵温度35℃、种子液接种量9%(V/V)、发
酵时间68h、葡萄糖添加量5%(m/V)、初始pH 6.2,该条件
下产酸量达0.791 3g/100mL,pH为3.40。
关键词:乳酸乳球菌乳亚种;大豆;黄浆水;产酸量;乳酸链球
菌素
Abstract:The Lactococcus lactis subsp.Lactis was chosen as fermen-
tation strains,and the soybean yelow serofluid was used as a medi-
um.The acid content and pH values were taken as the evaluating in-
dex.Discussed some factors which affecting the fermentation condi-
tions of yelow serofluid by Lactococcus lactis subsp.Lactis such as
temperature,fermentation time,inoculum size and the additive a-
mount of glucose was progressed.On the basis of single factor exper-
iment,the fermentation conditions were optimized by uniform design
combined with second order polynomial regression analysis for acid
content.The results showed that with the fermentation temperature
35℃,inoculum 9%(V/V),fermentation time 68h,glucose 5%(m/
V),initial pH 6.2,the acid content was 0.791 3g/100mL,and pH
was 3.40.
Keywords:Lactococcus lactis subsp.Lactis;soybean;yelow seroflu-
id;acid content;nisin
“酸浆”是由制作豆腐过程中压泻的黄浆水在自然条件
下发酵而成的[1,2]。酸浆点浆的机理是利用其中的乳酸菌发
酵黄浆水产生乳酸使酸浆的pH(3.8~4.0)降至大豆蛋白等
电点(4.0~4.5)附近,从而使豆浆凝固制成豆腐[3]。但是自
然发酵的酸浆由于微生物菌群复杂、优势菌群的不同,会造
成酸浆豆腐风味的不同,很难实现规范化生产。此外,酸浆
中还含有导致豆腐腐败变质的乳酸菌和芽孢杆菌,其所制作
的豆腐货架期短,很难实现工业化生产[3,4]。采用纯种乳酸
菌发酵黄浆水制作豆腐生物凝固剂,其制作的豆腐风味与传
统酸浆豆腐相似,且生产过程中菌种纯,容易控制豆腐的风
味,可解决酸浆豆腐生产中酸浆非标准化问题,利于实现规
范化、工业化生产。
乳酸乳球菌乳亚种(Lactococcus lactis subsp.Lactis)在
其适应的条件下,不仅可以发酵基质产生乳酸,还能产生一
种多肽抗菌素类物质———乳酸链球菌素(nisin)。Nisin由34
个氨基酸残基组成,人食用后很快水解成氨基酸,不会改变
人体肠道内正常菌群以及产生如其它抗菌素所出现的抗性
问题,更不会与其它抗菌素出现交叉抗性,是一种高效、无
毒、安全、无副作用的天然食品防腐剂[5-8]。
目前利用乳酸乳球菌乳亚种发酵黄浆水作为豆腐生物
凝固剂的研究未见报道。本研究拟选择乳酸乳球菌乳亚种
为发酵菌株,接种至灭菌大豆黄浆水中,并在黄浆水中添加
适量碳源,选择产酸量为指标,采用均匀设计法优化乳酸乳
球菌乳亚种的发酵条件。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
黄浆水:在生产豆腐保温静置后破脑压制得到的水;
乳酸乳球菌乳亚种(Lactococcus lactis subsp.Lactis):
菌株编号1.2281,中国普通微生物菌种保藏管理中心;
菌种活化用培养基:MRS肉汤培养基(编号CM187),北
京陆桥技术有限责任公司;
612
菌种计数用培养基:MRS琼脂培养基(编号CM188),北
京陆桥技术有限责任公司;
葡萄糖:分析纯,天津市津北精细化工有限公司;
氢氧化钠:分析纯,重庆川东化工有限公司;
1.2 仪器与设备
磨浆机:SX-12型,广东利宝达厨具有限公司;
电热恒温鼓风干燥箱:101-1A型,上海东星建材试验设
备有限公司;
生化培养箱:SHP250型,上海双旭电子有限公司;
酸度计:MP511型,上海三信仪表厂。
1.3 试验方法
1.3.1 乳酸乳球菌乳亚种菌株的活化 MRS肉汤培养基
接种乳酸乳球菌乳亚种培养进行活化,37℃摇瓶培养24h。
参考文献[9]测定其活菌数,以24h内达到活菌数 >
106 CFU/mL止[10]。
1.3.2 接种液的制备 在黄浆水中添加4%的葡萄糖,调整
初始pH 值为最适宜乳酸菌生长的 MRS培养基pH 6.2,
121℃灭菌15min,接种3%活化好的乳酸乳球菌乳亚种,
37℃培养24h,即为接种液,备用。
1.3.3 单因素试验及均匀试验设计 参照文献[11],重点
考察发酵温度、发酵时间、葡萄糖添加量及接种量对乳酸发
酵产酸量的影响。
1.3.4 测定方法
(1)产酸量的测定:参照文献[12]。
(2)pH值的测定:采用 MP511酸度计测定。
1.3.5 数据处理 IBM SPSS Statistics v19.0.0对试验结
果进行显著性分析。专业画图软件OriginPro 8.0绘制折线
图。均匀试验设计及结果分析均用DPS软件。
2 结果与分析
2.1 发酵温度对产酸量的影响
由图1可知,随着发酵温度的不断升高,产酸量先上升
后下降,pH值则先下降后上升,呈现反比例关系。当发酵温
度从27℃升至37℃时,产酸量也在不断上升,pH 不断下
降;当发酵温度为37℃时,产酸量达到峰值,比27℃时提高
34.59%,pH则达到谷值,说明乳酸乳球菌乳亚种在此温度
下能够很好的生长繁殖,其代谢产生的酸也最多;发酵温度
在37℃之后继续升高,产酸量开始下降,pH则开始上升,这
表明发酵温度在一定范围内能够促进乳酸乳球菌乳亚种的
生长,但超过这一范围则会限制其生长。所以乳酸乳球菌乳
亚种在黄浆水中生长繁殖的最适宜温度为37℃。
2.2 发酵时间对产酸量的影响
由图2可知,随着发酵时间的不断延长,pH值呈不断下
降趋势,产酸量呈不断上升趋势。当发酵时间为24~72h
时,pH值显著下降,产酸量显著上升(P<0.05);当发酵时间
为72~120h时,pH值、产酸量变化均不显著(P>0.05),这
是因为乳酸乳球菌乳亚种发酵黄浆水不仅产生乳酸还产生
0.60
0.56
0.52
0.48
0.44
0.40
3.70
3.65
3.60
3.45
3.50
3.55
pH
产
酸
量
Ac
id
co
nt
en
t/(
10
-2
g·
m
L-
1 )
27 30 33 36 39 42
发酵温度
Temperature/℃
D Dd
A
a
B
C c
b
a
产酸量
pH
小写字母不同表示产酸量各组之间呈差异显著 (P<0.05);
大写字母不同表示 pH值各组之间呈差异显著(P<0.05)
图1 发酵温度对乳酸乳球菌乳亚种发酵的影响
Figure 1 The effect of different temperature on ferment
yelow serofluid by Lactococcus lactis subsp.Lactis
小写字母不同表示产酸量各组之间呈差异显著 (P<0.05);
大写字母不同表示 pH值各组之间呈差异显著(P<0.05)
0.70
0.66
0.62
0.58
0.54
0.50
3.64
3.44
3.60
3.48
3.52
3.56
20 40 60 80 100 120
发酵时间
Time/min
C
b
c
c c
a
B
A A A
pH产
酸
量
Ac
id
co
nt
en
t/(
10
-2
g·
m
L-
1 )
产酸量
pH
图2 发酵时间对乳酸乳球菌乳亚种发酵的影响
Figure 2 The effect of different time on ferment yelow
serofluid by Lactococcus lactis subsp.Lactis
Nisin,抑制了乳酸乳球菌乳亚种的后发酵。故从节约时间考
虑以72h为宜。
2.3 葡萄糖添加量对产酸量的影响
由图3可知,当葡萄糖添加量为0%时,pH 值达到峰
值,产酸量达到谷值;随着葡萄糖添加量的增加,pH值先下
降后上升,产酸量先上升后下降,呈反比例关系。当葡萄糖
添加量从0%增加至6%,产酸量也在不断上升,pH 则不断
下降;当葡萄糖添加量达6%时,产酸量达到峰值,pH 值达
到最低;当葡萄糖添加量为6%~10%时,产酸量转为下降,
pH值则显著上升。试验结果说明葡萄糖添加量适宜可以促
进乳酸乳球菌乳亚种生长繁殖;反之,则抑制乳酸乳球菌乳
亚种的生长。
2.4 接种量对产酸量的影响
由图4可知,当接种量不断增大时,产酸量先上升后下
降,pH先下降后上升,呈反比例关系。接种量从3%升至
1 2%,产酸量一直处于上升状态,pH不断下降;接种量达
712
开发应用 2014年第2期
0.70
0.65
0.60
0.55
0.50
0.45
0.40
0.35
0.30
4.1
4.0
3.9
3.8
3.7
3.6
3.5
3.4
0 2 4 6 8 10
葡萄糖添加量
Additive mount of glucose/%
E
D
c
e
d
c
a
b
C
A
B
C
pH
产
酸
量
Ac
id
co
nt
en
t/(
10
-2
g·
m
L-
1 )
小写字母不同表示产酸量各组之间呈差异显著 (P<0.05);
大写字母不同表示 pH值各组之间呈差异显著(P<0.05)
产酸量
pH
图3 葡萄糖添加量对乳酸乳球菌乳亚种发酵的影响
Figure 3 The effect of different additive amount of
glucose on ferment yelow serofluid by
Lactococcus lactis subsp.Lactis
3
接种量
Additive mount of glucose/%
6 9 1512
0.63
0.62
0.61
0.60
0.59
0.58
0.57
0.56
3.64
3.62
3.60
3.56
3.54
3.52
3.48
3.50
3.58
E
D
d
e
c
C
A
B
a
b
pH产
酸
量
Ac
id
co
nt
en
t/(
10
-2
g·
m
L-
1 )
小写字母不同表示产酸量各组之间呈差异显著 (P<0.05);
大写字母不同表示 pH值各组之间呈差异显著(P<0.05)
产酸量
pH
图4 种子液接种量对乳酸乳球菌乳亚种发酵的影响
Figure 4 The effect of different inoculum size on ferment
yelow serofluid by Lactococcus lactis subsp.Lactis
12%时,产酸量达到峰值,pH 值达到谷值。接种量从12%
增加到15%时,产酸量明显下降,pH 明显上升。说明接种
量为12%时,适宜乳酸乳球菌乳亚种在黄浆水中发酵产酸。
2.5 均匀设计试验结果
均匀设计试验的因素及水平表见表1,结果见表2。
表1 U10(54)均匀设计因素及水平表
Table 1 U10(54)Variables and levels in the uniform design
水平
X1发酵
温度/℃
X2种子液
接种量/%
X3发酵
时间/h
X4葡萄糖
添加量/%
1 27 3 24 2
2 30 6 48 4
3 34 9 72 6
4 37 12 96 8
5 42 15 120 10
表2 U10(54)均匀设计试验结果
Table 2 U10(54)The results of uniform design experiments
试验号 X1 X2 X3 X4 产酸量/(10-2g·mL-1)
1 3 2 4 4 0.658 0
2 2 1 4 2 0.627 5
3 4 4 1 5 0.479 0
4 2 2 2 4 0.646 6
5 5 3 3 5 0.528 4
6 1 5 2 1 0.521 3
7 5 3 1 2 0.681 7
8 3 1 3 1 0.639 9
9 1 4 5 3 0.586 7
10 4 5 5 3 0.568 9
试验数据通过DPS软件处理系统进行二次多项式逐步
回归分析,得到如下回归方程:
Y=-1.224 3+0.082 9 X1+5.828 7 X2+0.004 3 X3+
6.949 0 X4-0.001 2 X12-33.390 6 X22-0.000 03 X32-
75.365 7 X42 (2)
使用DPS软件进行二次多项式逐步回归分析,得到相
关系数R=99.91%,剩余标准差S=0.008 4,说明该回归方
程与实际试验结果拟合得很好,非常好的对乳酸乳球菌乳亚
种在黄浆水中的发酵条件进行了拟合。
通过DPS软件二次多项式逐步回归分析,得到产酸量
最高时各个因素为X1=35.30,X2=0.087,X3=68.40,X4
=0.046,即发酵温度为35.30℃,接种量为8.7%,发酵时间
为68.40h,葡萄糖添加量为4.6%,此时产酸量得率最高为
0.799 9g/100mL。出于实际生产考虑,将乳酸乳球菌乳亚
种在黄浆水中的发酵条件调为发酵温度35℃,接种量9%,
发酵时间68h,葡萄糖添加量5%。根据调后的发酵条件进
行3次验证实验,其产酸量为0.791 3g/100mL,是回归预
测理论值0.799 9g/100mL的98.92%,说明乳酸乳球菌乳
亚种的最佳发酵条件可靠,较传统酸浆最适自然发酵条件下
产酸量0.781 5g/100mL[11]提高1.25%。
3 结论
本研究结果表明利用乳酸乳球菌乳亚种发酵黄浆水生产
豆腐生物凝固剂代替传统酸浆可行。均匀试验优化乳酸乳球
菌乳亚种在黄浆水中最佳发酵条件为发酵温度35℃,接种量
9%,发酵时间68h,葡萄糖添加量5%,初始pH 6.2,产酸量
达0.791 3g/100mL,pH为3.40。
本研究选用了不仅可以发酵基质产生乳酸,还能产生乳
酸链球菌素的乳酸乳球菌乳亚种作为发酵菌株,生产的豆腐
生物凝固剂不仅具有传统凝固剂的功能,还能起到豆腐防腐
保鲜剂的效果。但乳酸乳球菌乳亚种发酵黄浆水制作豆腐生
物凝固剂的应用有待进一步研究。 (下转第225页)
812
第30卷第2期 赵贵丽等:乳酸菌在大豆黄浆水中发酵条件的优化
表2 不同膨胀温度下膨胀烟丝感官质量对比
Table 2 Sensory quality comparison of expanded cut tobacco under different expansion temperature
配方
膨胀温
度/℃
香气特性 烟气特性 口感特性
香气质
(满分为6)
香气量
(满分为6)
杂气
(满分为6)
劲头
(满分为6)
浓度
(满分为6)
细腻程度
(满分为6)
刺激性
(满分为6)
干燥感
(满分为6)
干净程度
(满分为6)
总分
上部
叶组
240 5.0 5.1 5.1 5.0 5.4 5.4 5.0 5.0 5.1 46.1
280 5.0 5.1 5.4 5.0 5.3 5.3 5.3 5.0 5.2 46.6
320 5.0 5.0 5.5 5.0 5.2 5.3 5.5 5.0 5.5 47.0
中部
叶组
240 5.1 5.5 5.4 5.2 5.5 5.4 5.1 5.2 5.0 47.4
280 5.0 5.3 5.3 5.0 5.4 5.3 5.1 5.1 5.2 46.8
320 5.0 5.0 5.2 5.0 5.0 5.3 5.3 5.0 5.4 46.2
下部
叶组
240 5.0 5.2 5.0 5.0 5.3 5.3 5.1 5.2 5.0 46.1
280 5.0 5.0 5.0 5.0 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 45.5
320 5.0 4.9 5.1 5.0 4.9 5.0 5.2 5.0 5.1 45.2
杂色
叶组
240 4.8 4.9 5.1 5.1 5.2 5.0 5.0 5.0 5.0 45.1
280 4.8 4.8 5.2 5.0 5.0 5.2 5.2 5.1 5.1 45.4
320 4.8 4.8 5.4 5.0 5.0 5.3 5.4 5.1 5.4 45.9
官质量而言,比较适宜高温膨胀,但膨胀后烟丝结构、填充值
略低。
建议在进行膨胀烟丝叶组配方设计时,应考虑不同部
位、等级烟叶的加工特性,易将上部、杂色等级设计成一个膨
胀烟丝配方,采用较高的膨胀温度进行加工;而中部、下部等
级易设计为一个配方,采用较低的膨胀温度处理,充分发挥
原料、工艺加工的优势,以提高膨胀烟丝的加工质量,提升其
使用价值。
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