植物乳杆菌在萝卜泡菜中的应用及其高密度发酵

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泡菜作为中国传统食品之一,有悠久的制作和食用历史。我国发酵泡菜主要以自然发酵为主,自然发酵泡菜存在发酵时间长、亚硝酸盐含量高、产品质量不稳定等因素,严重制约了泡菜的工业化生产。本实验尝试了利用纯种植物乳杆菌发酵制作白萝卜泡菜,从多株乳酸菌中筛选出一株适合萝卜泡菜发酵的优良菌株,并进行了发酵条件的优化。同时,对泡菜发酵过程中普遍存在的泡菜质构软化问题做了初步的研究。最后,对筛选到的优良菌株进行高密度发酵的研究,高密度发酵是生产直投式乳酸菌发酵剂的关键技术。研究结果如下:  以实验室保藏的分离自传统泡菜的菌株为实验菌株,选取产酸力强、发酵时间短的4株植物乳杆菌与某公司提供的商业植物乳杆菌B110纯种发酵白萝卜泡菜,测定萝卜泡菜的理化性质并进行感官分析。以自然发酵泡菜为对照,挑选1株发酵口感好、风味佳的植物乳杆菌STW-4,采用单因素实验确定了发酵的最佳条件为食盐浓度8%、接种量2%,室温发酵,发酵周期从自然发酵的7d缩短到60h。  脆度是衡量泡菜质量的重要指标,果蔬在发酵过程中普遍存在质构软化的问题,萝卜泡菜尤为明显。果蔬的软化主要是由于酶作用引起中胶层和细胞壁物质水解,影响这些物质降解的水解酶很多,主要有果胶酶、纤维素酶和淀粉酶等,而果胶酶已经被证实是酶因素导致泡菜发酵过程中组织软化的主要作用酶。为降低果胶酶的活性来减少发酵过程中果蔬果胶物质的分解,从而增加脆度,实验以萝卜为原材料,研究了热风干燥、热烫和高盐预腌渍等泡菜常用的前处理方式对其果胶酶活性的影响,同时观察原料脆度变化。实验表明,在模拟秋季室外晾晒条件即30℃热风干燥条件下,萝卜果胶酶活性先升高后降低,同时萝卜脆度也有不同程度下降,跟失水量密切相关,萝卜最佳失水量为35%,此时脆度下降约45%,果胶酶活性降低约20%;在热烫条件下,温度越高,萝卜果胶酶活性降低越快,最佳热烫条件为60℃,10min,此时原料脆度降低15%,果胶酶活性降低约27%;盐浓度对果胶酶活性的影响有显著影响,在低浓度盐条件下(NaCl<4%),盐腌渍对酶活有促进作用,在高浓度盐条件下(NaCl>6%),盐腌渍对果胶酶酶活有显著抑制作用。综合考虑前处理方式对萝卜原料果胶酶活性的抑制和脆度的影响,原料在10%盐浓度下高盐预腌渍24h后发酵效果更好,得到成品泡菜的脆度为22.98N,相对不经过高盐预处理组的15.67N能够明显提高脆度。  最后,研究了这株适用于泡菜发酵的植物乳杆菌高密度发酵的条件,高密度发酵是制备泡菜直投式发酵剂的关键。在基础MRS培养基的基础上,通过单因素实验确定了这株植物乳杆菌最适生长温度32℃,最适生长pH为5.8,发酵培养基最适碳源、氮源分别为葡萄糖、酵母粉(碳氮质量比为3:1),最适初糖浓度为2%,添加0.3%的氯化钠和0.02‰的谷胱甘肽作为促生长因子,其他成分同基础MRS培养基。进一步在5L半自动发酵罐中添加20%葡萄糖和10%酵母粉作为补料液(碳氮比2:1)进行补料分批发酵。实验表明,在植物乳杆菌发酵过程中流加氨水维持发酵培养基的pH值在5.8±0.3,对数生长期末期(发酵时间约为16h左右,OD约为8),分别用葡萄糖反馈调节(维持葡萄糖浓度在6~8g/L之间)和指数流加两种方式补料,能使发酵后的培养液菌体浓度分别达到8.7×109和1.12×1010 cfu/mL,较优化前菌体浓度分别提高了7.9和10.1倍,实现了高密度培养,为进一步的生产高活性的泡菜直投式发酵剂提供了基础。
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