干酪乳杆菌LC2W发酵性能的影响因素

周凌华，徐致远，王荫榆，郭本恒，*，陈 卫

（1.光明乳业股份有限公司技术中心，上海200436；2.江南大学食品学院，江苏无锡214036）

干酪乳杆菌LC2W发酵性能的影响因素

周凌华1，徐致远1，王荫榆1，郭本恒1，*，陈 卫2

（1.光明乳业股份有限公司技术中心，上海200436；2.江南大学食品学院，江苏无锡214036）

以褐色乳饮料使用的发酵乳终点酸度与pH为评价指标，研究了接种量、发酵时间、原料乳蛋白质含量对LC2W发酵性能的影响。在单因素实验基础上采用正交实验优化工艺参数，优化参数为：接种量6×106cfu/mL，发酵时间72h，蛋白质含量4.0g/L。

干酪乳杆菌，pH，酸度，接种量，发酵时间，蛋白质含量

采用干酪乳杆菌发酵脱脂牛奶与果葡糖浆组成的原料乳，再经糖水稀释、均质、灌装等工艺制成的褐色乳饮料，酸甜可口、风味独特，且富含高数量级的益生菌［1-3］，深受消费者青睐，目前国内乳品企业纷纷推出相应的产品［4］。褐色益生菌乳饮料在发酵过程为使干酪乳杆菌大量增殖，并产生大量的有机酸提升产品的风味与口感，通常使用干酪乳杆菌单株发酵［3，5-6］。干酪乳杆菌较普通发酵菌种生长速度慢，发酵周期长，研究干酪乳杆菌的发酵性能，促使其尽快繁殖产酸降低pH，对于提高产品风味、缩短发酵周期以提高设备利用率具有重要的意义［7-9］。本文以褐色乳饮料使用的发酵乳酸度与pH为评价指标，研究了菌种添加量、发酵时间及原料乳蛋白质含量对干酪乳杆菌（Lactobacillus casei CGMCC NO.0828，LC2W）发酵性能的影响，在单因素实验基础上，使用正交实验设计优化得到LC2W发酵性能较佳的工艺参数，为该菌种的产业化与褐色益生菌乳饮料的生产与研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

脱脂奶粉 新西兰乳品公司；菌种LC2W 光明乳业技术中心；果葡糖浆 大成嘉吉食品有限公司。

APV 1000型高压均质机 丹麦 APV公司；303A-2电热恒温培养箱、恒温水浴锅 山东省龙口市电炉制造厂；pHS-25数显pH计 上海理达仪器厂；KA T25高速组织分散机 德国IKA公司。

1.2 实验方法

1.2.1 褐色发酵乳的制备［2，10］水、果葡糖浆、脱脂奶粉组成的原料乳（蛋白质3.0%～5.5%）→搅拌溶解（40℃，30min）→均质（60～65℃，20MPa）→高温杀菌（95℃，90min）→冷却至36℃→添加菌种LC2W（1×105～×107cfu/mL）→恒温培养（36℃，24～84h）→冷却至4～10℃

果葡糖浆添加量10%（W/W），脱脂奶粉蛋白质含量34%（W/W）。

1.2.2 发酵性能的测定 滴定酸度与pH是反应体系酸碱度的两个指标，存在一定联系，但又非完全相同。滴定酸度反映了体系中游离与非游离氢离子的总量，是乳酸菌发酵性能的直接反应；pH虽然仅反映游离氢离子的量，但pH对于确定酸对乳酸菌的抑制程度并预测乳酸菌的后续发酵能力则更为准确。因此实际生产中通常采用滴定酸度与pH作为酸奶等发酵制品发酵程度的判定指标［11-12］。

冷却后的褐色发酵乳搅拌均匀，使用pHS-25数显pH计10℃测定样品的pH，并测定发酵乳样品的滴定酸度，通过比较样品的pH与酸度研究干酪乳杆菌LC2W的发酵性能。

2 结果与分析

2.1 菌种添加量对LC2W发酵性能的影响

在发酵乳制品中，菌种添加量对发酵速度有重要的影响［13-14］。菌种添加量过高虽然提高了发酵速度，但引起生产成本的上升；菌种添加量过低，尽管降低菌种成本，但发酵周期过长，导致设备利用率低，引起生产成本上升。本实验在原料乳蛋白质含量3.5g/L、37℃发酵72h，测定LC2W菌种添加量在1.0×105～3.2×107cfu/mL之间变化对发酵性能的影响，结果见图1。

图1 菌种添加量对pH与酸度的影响

从图1可知，接种量与酸度成正相关，与pH成负相关，即随菌种量增加，发酵速度逐渐上升。菌种添加量自1×105cfu/mL增加到3.17×106cfu/mL过程中，酸度上升较快，pH降低较明显；菌种添加量继续增加到1.0×107cfu/mL与3.17×107cfu/mL，酸度虽然继续增加，但增加幅度较小，pH仅小幅下降。综合图1可知，接种量对LC2W的发酵性能具有显著作用，LC2W接种量为3.17×106cfu/mL的发酵性能较优，继续增加接种量并不能显著提高发酵性能，综合考虑发酵性能与成本因素，合适的接种量为3.17×106～1.0×107cfu/mL。

2.2 发酵时间对LC2W发酵性能的影响

干酪乳杆菌较长的发酵周期影响设备利用率，增加了生产成本。通过对干酪乳杆菌LC2W发酵过程中发酵性能的研究，可以缩短发酵周期，有助于提高设备利用率，降低生产成本。本实验在原料乳蛋白质含量3.5g/L、发酵温度37℃、接种量4×106cfu/mL条件下，测定发酵时间对发酵性能的影响，结果见图2。

图2 发酵时间对pH与酸度的影响

图2可知，随着发酵时间的延长，酸度增加，pH下降。发酵时间48h是一个显著分界点，在24～48h发酵期间，干酪乳杆菌产酸较快，酸度上升与pH下降较为明显；48～84h虽然酸度仍持续增加，pH继续下降，但幅度已经趋缓，且随着发酵时间延长，幅度逐渐减小。这可能是由于24～48h体系的有机酸对LC2W未形成抑制作用；而48h后，体系内的有机酸浓度逐渐增加，对LC2W的生长形成一定的抑制作用，且越到发酵后期，抑制作用越强。综合图2可得，60～72h酸度增加与pH下降幅度虽低于24～48h，但仍较明显，继续延长发酵时间到84h，酸度与pH并无明显变化。综合考虑合适的发酵时间为60～72h。

2.3 基料蛋白质含量对LC2W发酵性能的影响

发酵乳制品中，提高蛋白质含量不仅可以增强凝乳强度，还具有在发酵后期缓冲有机酸对干酪乳杆菌的抑制作用［15］，提高干酪乳杆菌的发酵性能。本实验在接种量4×106cfu/mL，发酵时间72h条件下，比较了原料乳蛋白质含量对LC2W发酵性能的影响，结果见图3。

图3 蛋白质含量对pH与酸度的影响

由图3可知，随原料乳蛋白质含量增加，体系的终点发酵酸度与pH随之增加。蛋白质含量从3.0g/L增加到4.0g/L，体系的酸度上升较为明显；蛋白质含量从4.0g/L增加到5.5g/L，酸度虽继续增加，但增加幅度逐渐减小。图3中随蛋白质含量的增加，酸度的增加，pH反而逐渐上升，这主要是由于蛋白质含量的增加，对有机酸缓冲作用增强，使LC2W保持相对较高的生长速度。考虑到蛋白质含量过高成本增加，且增加了翻缸、泵送等工艺难度，综合图3确定原料乳合适的蛋白质含量为4.0g/L。

2.4 干酪乳杆菌LC2W发酵性能工艺参数的优化

为使LC2W良好生长繁殖，产生较多的乳酸，降低体系的pH，单因素实验确定较合适的接种量为3.17×106～1×107cfu/mL，发酵时间72h左右，基料蛋白质含量4.0g/L。考虑到各因素间的交互作用对LC2W发酵性能的影响，在单因素实验基础上，通过正交实验研究接种量、发酵时间和原料乳蛋白质含量对LC2W发酵性能的影响，并对三因素的参数进行优化，以获得较好的产酸发酵条件。实验因素及水平见表1，实验结果见表2与表3。

表1 正交实验因素水平表

由表2可知，在选定的水平范围内，接种量、发酵时间、蛋白质含量均对终点酸度有影响，由极差分析可知，接种量影响最显著，发酵时间影响最小，但其影响程度与蛋白质含量的影响十分接近。由表2可得，最佳工艺条件为A3B3C3，但通过表2比较可得，B2与B3对应的K值K2与K3非常接近，即发酵时间66h与72h对酸度变化较小，考虑到缩短发酵周期降低成本因素，选用B2。蛋白质含量的C2与C3的K值K2与K3十分接近，即蛋白质含量4g/L与4.3g/L时终点酸度接近，考虑提高蛋白含量增加成本，选取C2。在表2基础上优化后的酸度较高时的较佳组合为A3B2C2。

由表3极差分析可知，在选定的水平范围内，接种量对pH影响最显著，蛋白质含量影响其小，影响程度与发酵时间的影响差异较小。由表3可得，最佳工艺条件为A3B3C1，表3中B2与B3对应的K2与K3非常接近，即发酵时间66h与72h pH变化较小，考虑到缩短发酵周期因素，选用B2。蛋白质含量各水平对应的K值差异较小，在表3基础上优化得到最低pH的组合为A3B2C1。

表2 L9（34）正交设计方案及对酸度影响

表3 L（934）正交设计方案及对pH的影响

综合表2与表3分析接种量、发酵时间与蛋白质含量对LC2W发酵性能的影响，接种量与发酵时间在对酸度与pH的影响结果十分接近，蛋白质含量的影响结果存在差异，考虑到蛋白质含量越高对有机酸的缓冲作用越强，不同的蛋白质浓度pH不能准确反映发酵性能，蛋白质含量水平影响主要以表2的酸度影响结果为主。在表2与表3优化后的基础上得到发酵性能较佳组合为A3B2C2，即LC2W接种量6×106cfu/mL，发酵时间66h，原料乳蛋白质含量4.0g/L。

3 结论

3.1 接种量、发酵时间与基料蛋白质含量对褐色益生菌乳饮料中LC2W的发酵性能影响较为显著，为使LC2W发酵终点酸度较高、pH较低，适宜的接种量为3.17×106～1×107cfu/mL，发酵时间60～72h，原料乳蛋白质浓度4.0g/L。

3.2 正交实验结果表明，接种量对LC2W发酵性能影响最显著，发酵时间与蛋白质含量影响较接近，优化后得到LC2W发酵性能较优的工艺参数为接种量6×106cfu/mL，发酵时间66h，蛋白质浓度4.0g/L。

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Influence factors on lactobacillus casei LC2W’s fermentation performance

ZHOU Ling-hua1，XU Zhi-yuan1，WANG Yin-yu1，GUO Ben-heng1，*，CHEN Wei2
（1.Technical Center，Bright Dairy&Food Co.，Ltd.，Shanghai 200436，China；2.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214036，China）

The acidity and pH of yogurt which was used to produce brown milk drink were chosen as the estimated index，the effect of inoculation amount，fermentation time，amount of protein in raw milk on the fermentation performance of LC2W was compared by single-factor test.The optimal parameters obtained by orthogonal experiment were：inoculation amount 6.0×106cfu/mL，fermentation time 72h，protein content 4.0g/L.

Lactobacillus casei；pH；acidity；inoculation amount；fermentation time；protein content

TS201.3

A

1002-0306（2010）12-0168-03

2009-12-07 *通讯联系人

周凌华（1977-），男，工程师，硕士，研究方向：发酵乳制品。

国家“十一五”科技支撑计划（2006BAD04A06）。