全 文 ：乳酸发酵香芋饮料的研制
刘庆军 ,刘晔(山东轻工业学院食品与生物工程学院 ,山东 济南 250014)
摘要:目的:探讨乳酸菌发酵制备香芋饮料的工艺条件。方法:通过正交实验得出发酵的最佳工艺条件。结果:保加利亚乳
杆菌与嗜热链球菌最佳添加比例为 1:1 ,发酵温度为 42℃,发酵时间为 36h , 添加蔗糖量 5%时饮料口味最佳 。结论:通过乳酸菌
发酵香芋汁可以制得保健型香芋饮料。
关键词:香芋;饮料;保加利亚乳杆菌;嗜热链球菌;乳酸发酵
中图分类号:Q815 文献标识码:A 文章编号:1004-311X(2004)01-0044-02
收稿日期:2003-09-03;修回日期:2003-10-21
作者简介:刘庆军(1963-),男 ,济南人 ,学士 , 讲师 ,从事微生物与生
物技术的教研工作 ,主笔发表论文 3篇 ,参与发表十几篇。
香芋(Colocasia esculenta(L.)Schott), 为天南星科重要的块
茎类经济作物之一 ,主要分布于热带 、亚热带地区。我国香芋
资源极为丰富 ,其块茎含有丰富的营养成分 , 其含量如表 1[ 1]
所示。
表 1 香芋的营养成分(mg/ 100g)
成分 水分 蛋白质 脂肪 碳水化合物 粗纤维素 胡萝卜素 钙
含量 79000 2200 100 17000 600 0.02 19
成分 磷 铁 烟酸 维生素 B1 维生素B2 Vc 灰分
含量 51 0.6 0.07 0.06 0.03 4 800
乳酸菌能维持动物体内正常菌群 , 调节生物体的生理机
能和增强机体免疫力 ,并在发酵过程中产生大量的乳酸等有
机酸 、多种氨基酸和酶等成分 , 形成多种新的呈味物质。乳酸
不仅常作为食品的酸味剂 ,而且还有助消化的作用。此外 , 在
发酵过程中 ,乳酸味还能降解某些原料的异味。由于乳酸菌
的产酸 、生香 、脱异味作用 , 使乳酸发酵食品具有独特的风
味[ 2] 。本文采用保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌按 1:1 比例混
合发酵同时添加蔗糖 ,用正交实验寻找最佳发酵条件和风味
并绘出发酵过程变化曲线。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验材料与试剂
香芋(Colocasia esculenta(L.)Schott):市售 ,山东莱阳产;乳
酸菌:保加利亚乳杆菌(Lactobacillus.bulgaricus 36);嗜热链球菌
(Streptococcus.thermophilus 42 , 本实验室收藏);蔗糖:食品级;鲜
牛乳:灭菌全脂纯牛奶 , 济南佳宝乳品有限公司生产;糖化酶:
10 万单位/g , 无锡市酶制剂厂;其他试剂均为分析纯 , 上海化
学试剂厂。
1.1.2 实验仪器与设备
无菌工作台 、恒温培养箱 、恒温水浴箱 、721 分光光度计 、JJ-2 组织搅碎匀浆机 pH-3 型酸度计。
1.2 实验方法
1.2.1 香芋汁的制作
1.2.1.1 工艺流程
原料※清洗※去皮※切块※蒸煮※打浆※糊化※糖化※
煮沸灭活※过滤※分装配料※灭菌
1.2.1.2 技术要点
原料:挑选无霉烂 , 无冻伤 、虫害;
清洗:去泥沙 、毛须;
去皮:刀削去表皮 , 芽眼立即浸泡于水中防止褐变;
切块:切片或块 , 厚度 1—2cm 立即浸泡于水中;
蒸煮:108℃ 30min;
打浆:趁热 , 加水 1:1;
糊化:96—100℃煮 60min。
糖化:冷却至 58℃加糖化酶(1g/ 1000ml), 保温 60—90min ,
还原糖为 35mg/ml时停止。
过滤:用 4-8 层纱布过滤;
分装配料:分装于 500ml锥形瓶内 , 每瓶 200ml , 按设计添
加蔗糖 , pH6.5-7.0;
灭菌:115℃灭菌 15min备用。
1.2.2 菌种的驯化
1.2.2.1 工艺流程
斜面菌种※活化※一级种子液(42℃培养 18-20h)※二
级种子液(42℃培养 18-20h)※接种香芋全汁(接种量 2.5%)
1.2.2.2 技术要点
菌种活化:将保存的保加利亚乳杆菌(Lactobacillus.bulgar-
icus 36)和嗜热链球菌(Streptococcus.thermophilus 42)分别接种于
灭菌的牛乳中 , 42℃培养至凝乳(约 24h)。再如此反复活化一
次 , 备用。
一级种子液:牛乳:香芋汁=1:1 , 10ml试管 , 121℃灭菌
15min。
二级种子液:牛乳:香芋汁=1:9 , 100ml 锥形瓶(250ml),
121℃灭菌 15min。
2 结果
2.1 正交试验
2.1.1 因素与位级的确定
为得到最佳发酵条件 , 采用正交实验对接种比例(A)、培
养时间(B)、培养温度(C)、加糖量(D)四因素进行处理。正交
试验的设计见表 2。
表 2 正交实验因素及水平表
水平 因素
A(球菌:杆菌) B(h) C(℃) D(%)
1 1:2 24 39 3
2 1:1 36 42 5
3 2:1 48 45 7
2.1.2 正交试验设计及结果:见表 3 及表 4。
表 3 L9(43)正交实验安排及结果分析
No. A B C D pH 综合得分
1 1 1 1 1 3.83 71.11
2 1 2 2 2 4.13 68.89
3 1 3 3 3 4.23 51.11
4 2 1 2 3 3.91 66.67
5 2 2 3 1 4.47 62.22
6 2 3 1 2 3.81 62.22
7 3 1 3 2 4.12 62.22
8 3 2 1 3 3.93 40.00
9 3 3 2 1 4.08 60.00
T1 191.11 200.00 173.33 193.33
T2 194.11 171.11 195.56 196.33
T3 160.22 173.33 175.55 157.78
M 1 63.70 66.67 57.78 64.44
M 2 64.70 57.03 65.19 65.44
M 3 53.40 57.78 58.52 52.59
R 10.30 9.64 7.41 11.85
注:综合得分:评分检验法(风味 50%,外观 、色泽 25%, 组织状态
25%)
表 4 正交实验的感官品评
编号 风味及状态描述
1 酸+++ 甜+ 芋香+++ 酸甜适口,黄褐色,沉淀-
2 酸+ 甜+ 芋香++ 浅黄褐色 ,沉淀-
3 酸+ 甜+++ 芋香+ 蔗糖味重,红褐色,沉淀++
4 酸++ 甜++ 芋香+ 浅黄褐色 ,沉淀-
5 酸+ 甜+ 芋香++ 口感淡薄 ,黄褐色,沉淀-
6 酸+++ 甜++ 芋香+ 口感酸涩 ,红褐色,沉淀+
7 酸+ 甜++ 芋香+++ 黄褐色,沉淀-
8 酸+++ 甜+++ 芋香++ 蔗糖味重,棕褐色,沉淀+
9 酸++ 甜+ 芋香+ 口感酸涩,红褐色,沉淀+
据表 3、表 4 所示结果 , 比较各因素级差大小 , 由直观分析
法可以看出各因素对口感的影响的主次顺序为 A>B>C>D ,
最优配方为 A2B1C2D2 , 即菌种比例 1∶1 , 培养时间 24h , 培养温
度 42℃,加糖量 5%。
2.2 追加实验
以最优配方进行追加实验 , 测定发酵进程曲线 , 来验证口
感和找出营养消耗和口味变化的关系(见图 1、图 2、表 5)。
2.2.1 发酵过程的测定方法
第 14卷第 1 期:44
2004 年 2 月
生 物 技 术
BIOTECHNOLOGY
Vol.14 , No.1:44
Feb.2004
2.2.1.1 pH 值的测定:pH 计 ,见图 1。
2.2.1.2 总糖的测定:费林氏容量法[ 3] , 见图 2。
2.2.1.3 总氮的测定:微量凯氏定氮法[ 3] , 见图 2。
2.2.1.4 感观品评方法:风味描述法 , 见表5。
图 1 发酵过程中 pH 值的变化
图 2 发酵过程中总糖及总氮的代谢曲线
根据香芋汁乳酸发酵 pH 的变化及总氮和总糖的变化过
程可以得出发酵过程分为四个阶段。
第一阶段(0 ～ 10h), 吸收利用碳源和小分子的氮合成物
质 ,使得总糖和氮量略有下降。
第二阶段(10～ 25h), 这段时间 ,总糖和总氮量下降的幅度
较大 , 而且 pH 下降了 1.5 , 由于乳酸菌大量繁殖 ,利用了较多
的碳 、氮源 , 同时大量乳酸开始形成。镜检结果也证实这点:
此期乳酸菌不仅数量在增多 ,而且形态典型规则 , 杆菌粗壮链
较长 ,链球菌也成对成链。
第三阶段(25 ～ 35h),此期间总糖量和总氮量的下降趋缓 ,
pH 值下降至 4.0 表明产酸已接近尾声 , 较高的酸度抑制了乳
酸菌的生理活性。镜检显示 , 此时菌体近衰老 , 发酵已接近后
期。
第四阶段(35 ～ 48h),此期间 pH 值变化不大 , 菌体大量自
溶导致总糖和总氮略有上升 , 乳酸发酵基本停止。
表 5 发酵液的感官品评
时间(h) 口味品评
0 甜+++,无酸味
6 甜+++,酸+,有乳酸菌特有的香气
12 甜+++,酸+,香气变浓,口感变醇厚
18 甜++,酸++,有香气 ,口感较醇厚
24 甜++,酸++,有香气 ,口感较醇厚
30 甜+,酸++,口感醇厚
36 甜+,酸+++,有香气,口感更加醇厚,酸甜适口
42 甜++,酸++,口感醇厚
48 甜++,酸++,口感醇厚
由表 5 可知 , 24h 口感不太醇厚 , 36h 口感较醇厚风味更
好。是由于经过了后酵过程增加了风味。但这样会延长发酵
时间 ,增长生产周期。这还有待于进一步的研究 , 找到平衡
点。经过追加实验找到的最优配比是菌种比例 1∶1 , 发酵时间
36h ,培养温度 42℃, 加糖量 5%。
3 结论
通过正交实验和追加实验得到了乳酸菌发酵香芋汁得到
较好风味的合适发酵条件为:菌种比例 1∶1 ,发酵时间 36h , 发
酵温度 42℃,加蔗糖量 5%。此时得到的乳酸饮料 ,有芋香 , 口
感醇厚 , 酸甜可口。
本实验的探索 , 其意义在于不仅可开发出新的营养保健
食品 , 同时也为香芋的深加工开辟了新的途径。
参考文献:
[ 1] 山东经济植物编写组.山东经济植物[M] .济南:山东人民出版社 ,
1978.546.
[ 2] 杨洁彬 ,郭兴华 , 张篪 ,等.乳酸菌—生物学基础及应用[M] .北京:
中国轻工业出版社 ,1996.139.
[ 3] 张意静.食品分析[M] .北京:中国轻工业出版社 , 1999.175-190.
以掷孢酵母作为伴生菌产生 VC前体KGA的研究
仲崇斌1 ,张忠泽2 ,张文革1 ,李春红1(1.沈阳农业大学 ,辽宁 沈阳 110161;2.中科院沈阳应用生态研究所 ,辽宁 沈阳 110015)
摘要:以掷孢酵母作为伴生菌与氧化葡萄糖酸杆菌组成新混菌体系 ,通过测定生长代谢曲线 , 对其产酸性能和特点进行了研
究。结果显示:相同条件下 , 新菌系产酸能力高于现有菌系 ,酸量增加 5-7mg/ml ,发酵周期缩短 6-8h , 酸转化率提高 3-4%, 最
高产酸点 pH值下降约 0.5个单位 , 表现出较大的产酸潜力和可修饰性。
关键词:VC 二步发酵;2-酮基-L-古龙酸;氧化葡萄糖酸杆菌
中图分类号:Q939.97 文献标识码:A 文章编号:1004-311X(2004)01-0045-03
Study of Sporoblomyces Roseus on Production of Vitamin C Precursor-2-keto-gulonic acid
ZHONG Chong-bin1 ,ZHANG Zhong-ze2 ,ZHANG Wen-ge1 ,LI Chun-hong1
(1.Shenyang Agricultiral University Shenyang 110161;2.Institute of Applied Ecology , Academia Sinica , Shenyang 110015 , P.R.China)
Abstract:A new component of bacteria was composed of Gluconobacter oxydans and Sporoblomyces roseus.The function and characteristic of syn-
thesizing 2-keto-L-gulonic acid(KGA)were studied.The results showed:In the same condition , the KGA synthesis ability of new component
of bacteria was higher than that of the existed productive component of bacteria.The productivity of 2-keto-L-gulonic acid was increased by 5
-7 mg/ml , the fermentation period was shortened by 6-8 hours , the conversion rate of L-sorbose to KGA was increased by 3-4%, and the
better potientiality and decoration of synthesizing KGA were showed.
Key words:Two-step fermentation of Vc;2-Keto-L-gulonic acid;Sporobiomyce roseus;Gluconobacter oxydans
收稿日期:2003-02-14;修回日期:2003-03-17
作者简介:仲崇斌(1966-),女 ,博士 ,副教授 , 从事生物技术研究 ,发
表论文 10余篇。
维生素 C二步发酵中 ,山梨糖发酵产生 2-酮基-L-古
龙酸(KGA)是一个混合发酵体系 , 它与单一菌体发酵相比更为
复杂 ,目前在生产中较多使用的混菌体系是巨大芽孢杆菌和
氧化葡萄糖酸杆菌的组合(以下简称现有菌系), 其中氧化葡
萄糖酸杆菌为产酸菌 , 但单独培养时生长很弱 、产酸很低 , 巨
大芽孢杆菌不产酸 , 但可促进氧化葡萄糖酸杆菌生长 、产酸 ,
也称伴生菌。这种生产维生素 C 方法是中国 20 世纪 70 年代
初发明的新方法 , 现已广泛应用于大规模生产 , 从这种二步发
酵法发酵过程及结果上看 , 比之国外的“莱氏法” , 虽在成本上
占有优势 , 节省了大量有毒化学药品 , 但仍存在山梨糖发酵产
生 KGA控制水平不够 , 收率相对较低 ,对发酵过程的机制还不
很清楚 , 对发酵的内在规律还不能很好地把握 , 生产经验性很
强 ,易于污染等 ,因此 , 无论生产稳定性还是发酵水平 , 都还不
够理想。针对这些问题 , 国内外学者从发酵工艺[ 1] 、细胞固定
化[ 2] 、原生质融合[ 3]和基因工程技术[ 4]的应用等多方面进行
了研究 , 以期进一步改进和完善 , 目前已有很多这方面报道 ,
已取得一些成就。 本文的工作是从菌系组成方面考虑 , 初步
第 14卷第 1 期:45
2004 年 2 月
生 物 技 术
BIOTECHNOLOGY
Vol.14 , No.1:45
Feb.2004