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酸乳發(fā)酵工藝的優(yōu)化
引言
乳酸菌是指一群可發(fā)酵碳水化合物、產(chǎn)生乳酸的球菌和桿菌[1-3]。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(wèn)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
�。�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(guó)羅地亞公司提供）
（2）新鮮無(wú)抗牛乳（收購(gòu)合格奶源）
�。�3）脫脂奶粉（新西蘭）
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
（1）酸度測(cè)定：依照GB/T5009.46—2003
�。�2）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)品質(zhì)量中的質(zhì)地、外觀、香味和滋味[4]進(jìn)行評(píng)定，六個(gè)數(shù)據(jù)取平均值（取整數(shù)）。
2 結(jié)果與分析
2.1 單一菌種發(fā)酵實(shí)驗(yàn)
�。�1）嗜熱鏈球菌
�、俳臃N量
接種量分別取1%、3%、5%，優(yōu)質(zhì)鮮奶43℃連續(xù)發(fā)酵12h，每2h 測(cè)一次酸度，具體如圖1 所示。由圖可知，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3%和5%組，在發(fā)酵的2-4h 產(chǎn)酸速度增大，12h 后酸度分別長(zhǎng)到76°T 和89°T，雖然3%組的酸度相比5%的有點(diǎn)低，但基本達(dá)到要求，且凝乳狀態(tài)良好；而1%組產(chǎn)酸速度緩慢，4-6h 產(chǎn)酸速度稍有提高，但隨后又進(jìn)入緩慢狀態(tài)，12h 后酸度僅達(dá)到62°T，凝乳狀態(tài)不好，質(zhì)地松軟。所以，對(duì)于嗜熱鏈球菌來(lái)說(shuō)，接種量應(yīng)取3%-5% 。
�、诎l(fā)酵溫度
發(fā)酵溫度分別取40℃、43℃和45℃，接種量取3%，發(fā)酵12h，連續(xù)測(cè)定酸度。如圖2所示結(jié)果看出，發(fā)酵溫度為40℃時(shí)，嗜熱鏈球菌生長(zhǎng)緩慢，一開(kāi)始產(chǎn)酸速度很慢，直到8h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，12h 后仍達(dá)不到要求的酸度。所以對(duì)嗜熱鏈球菌來(lái)說(shuō)，40℃發(fā)酵12h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℃。
�、廴楣腆w含量
乳固體含量分別取8%、10%、12%，接種量取3%，43℃發(fā)酵12h。
由結(jié)果可知，8%組在發(fā)酵12h 后酸度只長(zhǎng)到78°T，沒(méi)有達(dá)到要求，且在發(fā)酵的2-4h，8%組產(chǎn)生乳清較多。10%組和12%組酸度在8h 時(shí)就長(zhǎng)到89°T、97°T。因此，對(duì)于嗜熱鏈球菌來(lái)說(shuō)，乳固體含量應(yīng)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(yōu)質(zhì)鮮奶，43℃連續(xù)發(fā)酵12h，酸度變化圖4。可以看出，接種量的多少對(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(lái)說(shuō)，接種量為3%組的在發(fā)酵4-6h 產(chǎn)酸速度加快；5%組的從發(fā)酵一開(kāi)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%組酸度增長(zhǎng)的速度一直很緩慢，12h 后酸度僅達(dá)到79°T，并且質(zhì)地松軟，可以看見(jiàn)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(lái)說(shuō)，接種量選擇3%較適宜。
�、诎l(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3%的保加利亞乳桿菌，保溫發(fā)酵12h，連續(xù)測(cè)定其酸度，每2h 一次。由結(jié)果可知，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6-8h 產(chǎn)酸速度加快，12h 后酸度分別達(dá)到99°T、109°T；40℃發(fā)酵時(shí)產(chǎn)酸速度相對(duì)比較緩慢，12h 發(fā)酵酸度長(zhǎng)到77°T。40℃發(fā)酵12h 酸度達(dá)不到要求，45℃發(fā)酵析出的乳清比較多。因此，推薦發(fā)酵溫度選取43℃。
�、廴楣腆w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(fā)酵12h，每2h 測(cè)一次酸度，由結(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%組的酸度增長(zhǎng)緩慢，最終酸度達(dá)到79°T，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(lái)說(shuō)，乳固體含量為10%就能滿足發(fā)酵的要求。
2.2 酸乳發(fā)酵工藝優(yōu)化
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)情況見(jiàn)下表所示[5,6]。
由上表極差分析知，各因素對(duì)產(chǎn)酸影響的大小依次為：乳固體含量>菌種配比>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>菌種配比>發(fā)酵溫度>接種量。
�。�1）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)挑取每個(gè)因素的K1、K2、K3（或k1、k2、k3）中最大的值對(duì)應(yīng)的那個(gè)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(yōu)方案為 A1B2C2D3，即菌種配比為1：1，接種量為3%，發(fā)酵溫度為43℃，乳固體含量為12%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，乳固體含量為10%就基本能達(dá)到優(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%即可。綜合以上分析得到的優(yōu)方案為A1B2C2D3（D2）。
�。�2）趨勢(shì)圖
上述優(yōu)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(shí)驗(yàn)方案，所以我們可以將因素水平作為橫坐標(biāo)，以它的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的平均值ki’為縱坐標(biāo)，畫出因素水平與指標(biāo)的關(guān)系圖——趨勢(shì)圖。
由上面幾個(gè)趨勢(shì)圖可以看出，當(dāng)桿球比為1：1，接種量為3%，發(fā)酵溫度為43℃，乳固體含量為12%（10%以上即可）時(shí)，感官評(píng)定都是最高的。并且中間兩個(gè)連續(xù)的趨勢(shì)圖均呈倒鐘形，接種量為3%，發(fā)酵溫度為43℃時(shí)分別為各自的最優(yōu)水平。所以綜合組織狀態(tài)及感官評(píng)定最佳工藝水平組合為A1B2C2D3(D2)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與分析，混合菌種發(fā)酵最佳工藝為桿球比1：1，接種量為3%，發(fā)酵溫度為43℃，乳固體含量為10%以上即可滿足酸乳品質(zhì)的要求。在此工藝下，酸乳凝乳質(zhì)地較硬，乳清析出較少，風(fēng)味良好。
3 結(jié)論
�。�1）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%-5%，發(fā)酵溫度為43℃，乳固體含量為10%以上；保加利亞乳桿菌的最優(yōu)發(fā)酵工藝為：接種量為3%，發(fā)酵溫度為43℃，乳固體含量為10%以上。
�。�2）單一菌發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，我們得出，只有嗜熱鏈球菌時(shí)表現(xiàn)出較低的酸度，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(guò)程中產(chǎn)粘�？梢�(jiàn)，兩種菌混合發(fā)酵時(shí)，各司其職，嗜熱鏈球菌產(chǎn)粘，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。
�。�3）混合菌種發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，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、滋氣味造成影響，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。
�。�4）混合菌種發(fā)酵試驗(yàn)最佳工藝條件：菌種配比（桿：球）=1：1，接種量為3%，發(fā)酵溫度43℃，乳固體含量為10%以上。
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