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干酪乳杆菌是一种普遍应用于食品中的乳酸菌和益生菌;由于其发酵具有突出的产酸和产香特征,干酪乳杆菌被广泛应用于发酵食品中,而且对其应用性的研究往往集中于发酵食品中代谢产物和风味物质分析。本论文对一株干酪乳杆菌GBHM-21(L.casei GBHM-21)进行菌种和亚种进行鉴定,对中试制备L.casei GBHM-21直投式发酵剂关键技术进行研究,并在此基础上讨论了L.casei GBHM-21的发酵特性和在发酵乳风味浓缩物(FMFCs)中的发酵机理,为该菌株的发酵应用提供基础。论文主要研究内容和结果如下:(1)根据其细胞形态、生理生化特征16S r RNA基因序列和管家基因phe S基因精确地判定GBHM-21为干酪乳杆菌种干酪乳杆菌亚种Lactobacillus casei,属于国家允许用于食品的乳酸菌和用于保健品的益生菌范畴。(2)高活菌数和高稳定性的直投式发酵剂的制备是L.casei GBHM-21应用的必经之路。对L.casei GBHM-21进行200L中试规模高密度培养并对培养工艺进行优化:将培养基中葡萄糖与其他物料分开灭菌可避免降温迟滞发生美拉德反应造成培养基中培养成分的损失及反应产物对菌株增殖抑制作用;采用p H变化率作为指标,对高密度培养中试过程中的时间参数进行优化,最终获得发酵液中活菌数稳定在(1.44-6.42)×1010cfu/m L。对工业生产中连续进料的高速离心条件进行优化,采用离心收得率作为指标反映离心转速和进料量对菌活力的综合影响,最终确定L.casei GBHM-21最佳离心条件为:离心转速为20000 rpm,进料量为2 L/min。(3)制备L.casei GBHM-21的直投式冷藏浓缩发酵剂,以海藻糖的甘油饱和溶液为保护剂与菌泥以10:1混合,可在冷藏2个月以内保持活菌数稳定在1010 cfu/g。制备L.casei GBHM-21的直投式冻干发酵剂,在-20℃冷冻24个月活力可稳定在1011cfu/g;冻干发酵剂中活菌稳定性与水分活度成反比,水分活度更低(Aw≤0.300)的冻干发酵剂活菌稳定性更佳。(4)乳脂浓度的增加(0-90 g/L)可促进L.casei GBHM-21对乳脂和乳蛋白质的代谢,显著提高发酵乳基中的游离脂肪酸(FFAs)和游离氨基酸(FAAs)总量,且二者呈线性正相关;结合活菌变化趋势认为发酵乳基中FFAs浓度增大并未对L.casei GBHM-21产生抑制作用,这与FFAs的浓度有关,也与FFAs中短链脂肪酸(SCFAs)被L.casei GBHM-21进一步代谢而比例下降有关。乳脂的添加提高发酵乳基中挥发性风味物质的含量和种类,特别是羧酸类和酯类、含硫化合物等物质随乳脂含量增加而显著增加。随着乳脂浓度的增加,衍生自FFAs的酮类先剧增后缓增,衍生自FFAs的羧酸类则呈直线增加,这说明L.casei GBHM-21将FFAs的进一步代谢生成挥发性酮类物质具有一定限度。(5)测定L.casei GBHM-21的β-半乳糖苷酶和H+-ATPase酶在发酵过程中的酶活力变化以及分析二者间相互关系,说明L.casei GBHM-21具有高产酸性和耐高酸性。将L.casei GBHM-21应用于FMFCs体系中发现其具有很好的发酵特性,可获得具有高酸度、高浓度代谢产物和风味物质的FMFCs。(6)L.casei GBHM-21具有耐高酸能力和FMFCs体系的高缓冲能力使L.casei GBHM-21在发酵过程中能与外源脂肪酶Palatase®20000L共同作用。酶改性与发酵同步使FMFCs中酸度升高,活菌数降低,FFAs、FAAs浓度和挥发性风味物质的含量、种类均增加,对微观结构影响显著。脂肪酶的添加对挥发性风味物质最突出的影响在于其能与菌株共同作用产生酯类:高浓度的FFAs是L.casei GBHM-21合成酯类的必要条件;Palatase®20000L水解乳脂优先释放SCFAs的特性更利于与L.casei GBHM-21共同作用生成酯类。(7)脂肪酶添加浓度不同对L.casei GBHM-21发酵代谢影响不同:适宜的脂肪酶的浓度(≤0.03%)对L.casei GBHM-21在FMFCs中发酵产生代谢产物和风味物质具有促进作用;而当脂肪酶添加量过高时(0.03-0.05%),体系中酸度增加对L.casei GBHM-21增殖产生抑制,也对胞内和胞外酶产生抑制,FFAs积累速率降低,FAAs浓度降低,乳脂水解过度使微观结构不均匀。PCA分析显示,脂肪酶添加量和发酵时间对挥发性风味物质均有显著影响。