添加具有抑真菌特性植物乳杆菌生产切达干酪工艺条件的研究

范　帅,陈忠军,忻胜兵,淡　婧,温　梅

(内蒙古农业大学食品科学与工程学院,内蒙古呼和浩特 010018)



添加具有抑真菌特性植物乳杆菌生产切达干酪工艺条件的研究

范帅,陈忠军*,忻胜兵,淡婧,温梅

(内蒙古农业大学食品科学与工程学院,内蒙古呼和浩特 010018)

以两株具有抑制真菌活性的植物乳杆菌LactobacillusplantarumALAC-3、LactobacillusplantarumALAC-4为研究对象,分别与工业发酵剂复配生产切达干酪。通过研究传统发酵剂与具有抑真菌特性植物乳杆菌的不同菌株混合比例、接种量、培养温度、发酵时间因素的影响,采用单因素分析及正交实验,确定生产切达干酪的最佳工艺条件。并对添加植物乳杆菌生产的干酪的抑菌效果进行研究。结果表明,ALAC-3菌株发酵生产切达干酪的最佳工艺条件为:传统发酵剂与ALAC-3菌种混合比例4∶4∶2.5,接种量3%,培养温度35 ℃,发酵时间20 min;ALAC-4菌株发酵生产切达干酪的最佳工艺条件为:传统发酵剂与ALAC-4菌种混合比例4∶4∶0.5,接种量3%,培养温度37 ℃,发酵时间25 min。在此工艺条件下,制得的干酪质量良好。25 ℃的贮藏条件下,添加ALAC-3(ALAC-4)生产的干酪产品抑制真菌的效果良好。因此,可以将ALAC-3和ALAC-4作为生物防腐剂应用于切达干酪的生产中。

乳杆菌,抑真菌特性,干酪,工艺条件

近年来,生物保鲜剂因其天然安全、高效且保护食品原有风味的特性在食品保鲜中的优势日渐凸显,且必将成为一种趋势[1]。乳酸菌及其代谢物通过抑制腐败菌和致病菌的生长,进而可以使食品腐败延缓、食品货架期延长,而且能够维持并改善食品的风味,提升食品附加值,并且因其无毒副作用的防腐特性,在发酵食品中被广泛应用。因此,乳酸菌及其代谢产物在食品特别是乳制品保鲜中的应用逐渐成为研究热点[2-3]。研究表明,Nisin应用于各式干酪,可以解决由梭状菌引起的变质问题,同时能够有效防止肉毒杆菌对干酪的污染[4]。此外,乳酸菌发酵剂在干酪生产和成熟过程中起酸化、改善质构和产香的作用,发酵剂菌株的酶系不同,生产出的干酪品质也不同[5]。在我国,干酪生产发展缓慢,除了经济因素,口味难以接受也是重要原因[6],所以,开发风味口感优良且货架期长的干酪产品已成为必然。

前期的实验研究发现,LactobacillusplantarumALAC-3和LactobacillusplantarumALAC-4具有抑真菌特性,且抑菌物质是一种蛋白类物质[7]。因此,在干酪生产过程中添加ALAC-3和ALAC-4,评定其风味质构并观察产品抑菌活性,具有实际应用意义。本实验以感官评定为主要筛选标准,进行ALAC-3和ALAC-4在干酪生产中工艺条件的优化。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

原料乳市售新鲜无抗牛乳;供试菌种乳酸乳球菌乳脂亚种、乳酸乳球菌乳酸亚种(内蒙古农业大学微生物实验室)、实验室筛选鉴定出的2株植物乳杆菌LactobacillusplantarumALAC-3、LactobacillusplantarumALAC-4;小牛皱胃酶内蒙古农业大学微生物实验室;脱脂乳粉;MRS培养基葡萄糖20 g/L、大豆蛋白胨10 g/L、牛肉膏10 g/L、酵母粉5 g/L、柠檬酸氢二铵2 g/L、无水乙酸钠5 g/L、磷酸氢二钾2 g/L、Tween 80 1 g/L、硫酸镁0.2 g/L、硫酸锰54 mg/L,pH6.5,121 ℃、15 min灭菌;脱脂乳培养基脱脂乳粉100 g/L、酵母粉10 g/L,105 ℃、10 min灭菌。

DPX-9162B-1电热恒湿培养箱上海福玛实验设备有限公司;SW-CJ-2FD双人单面垂直净化工作台苏州博莱尔净化设备有限公司;BCD-249CF美菱冰箱合肥美菱股份有限公司;可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司;LDZX-75KBS立式压力蒸汽灭菌器上海申安医疗器械厂;PB-10酸度计赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;FA2104N电子天平奥蒙斯仪器(上海)有限公司;DL-I-15台式电炉天津市泰斯特仪器有限公司;KDC-I40HR商速冷冻离心机安徴中科中佳科学仪器有限公司;HPX-9052 MBE数显电热培养箱上海博迅实业有限公司医疗设备厂;HWS-12电热恒湿水浴锅上海一恒科学仪器有限公司;TA-XT2i质构仪英国Stable Micro System公司;UD K126D凯氏定氮仪意大利help公司;DZQ-400/2S真空充气包装机章丘市炊具机械总厂包装机械厂;干酪槽;真菌试纸。

1.2实验方法

1.2.1切达干酪的生产工艺原料乳标准化→巴氏杀菌(72 ℃、15 s)→冷却至30～32 ℃→添加2%的发酵剂→静置培养30 min→添加凝乳酶(按1 mL/1000 L的比例添加)→保温(32 ℃)静置45 min以上→凝块切割→热烫→乳清排出→堆酿→加盐→压榨(18 h)→包装→成品。

1.2.2干酪的品质测定

1.2.2.1质构指标使用质构仪测定切达干酪质构指标。

质构仪测定样品的硬度、粘性、弹性、内聚性、胶着性、咀嚼性、回复性,所有样品重复测定3次,然后求其平均值。质构仪具体参数设定为:

负载类型:Auto-5 g;下压距离:5 mm;保持时间:0 s;恢复时间:1 s;测中速:120 mm/min;探头:A/WEG;样品规格:长×宽×高=30 mm×10 mm×10 mm。

1.2.2.2感官评定邀请10名从事食品研究的人员组成评定小组,评定分数采用100分制,取平均分作为总感官评分。感官评定打分标准如下[8]:

表1　干酪感官评定打分标准

1.2.3添加抑真菌特性乳酸菌生产切达干酪工艺的研究

1.2.3.1菌种混合比例对切达干酪的品质影响将活化好的乳球菌乳酸亚种、乳球菌乳脂亚种、ALAC-3菌株按4∶4∶1、4∶4∶2、4∶4∶3、4∶4∶4、4∶4∶5的混合比例,以3%的接种量投放于原料乳中,按照1.2.1的工艺制作干酪,进行感官评定并打分。按照相同方法确定乳球菌乳酸亚种、乳球菌乳脂亚种与ALAC-4的混合比例。

1.2.3.2不同接种量对切达干酪的品质影响将活化好的菌种按上述确定的最佳混合比例,分别以1%、2%、3%、4%、5%的接种量投放于脱脂乳培养基中,按照预实验的工艺制作干酪,分别对添加ALAC-3和ALAC-4制作的干酪进行感官评定并打分,确定最佳接种量。

1.2.3.3不同温度发酵对切达干酪的品质影响将活化好的菌种以最佳混合比例,按以上确定的接种量投放于原料乳中,其他工艺不变的情况下分别在25、30、37、40、45 ℃下,按照预实验的工艺制作干酪,分别对添加ALAC-3和ALAC-4制作的干酪进行感官评定并打分。

1.2.3.4不同发酵时间对切达干酪的品质影响将活化好的菌种按最佳混合比例及接种量,其他工艺不变的情况下在最适温度静置培养下分别培养10、15、20、25、30 min后,分别对添加ALAC-3和ALAC-4制作的干酪进行感官评定并打分。

1.2.3.5通过正交实验确定最佳工艺依据单因素实验结果,对菌种混合比例、接种量、发酵温度、发酵时间四个影响因素进行正交实验分析。采用正交实验表,确定发酵干酪的最佳工艺条件。

表2　ALAC-3组工艺条件L9(34)因素水平表

表3　ALAC-4组工艺条件L9(34)因素水平表

1.2.4添加抑真菌乳杆菌生产干酪防腐效果研究

1.2.4.1抑菌效果研究将在最佳工艺条件下添加ALAC-3和ALAC-4生产的切达干酪,与添加传统菌株生产的切达干酪采用在空气中裸露放置,并在4 ℃和25 ℃条件下进行贮藏。每天测定ALAC-3(ALAC-4)干酪和传统干酪的酵母数和霉菌数。判断ALAC-3和ALAC-4的抑菌效果。

1.2.4.2成品干酪中酵母和霉菌数的测定将待测的干酪成品在生理盐水中倍比稀释,参考GB/T 4789.15-2010,采用孟加拉红培养基进行计数[9]。

1.3数据处理

实验数据采用DPS 6.55软件进行数据处理分析,数据表示为(平均数±方差),采用Origin 8.5软件做图。

2　结果与分析

2.1菌种混合比例对切达干酪的品质影响

将活化好的乳球菌乳酸亚种、乳球菌乳脂亚种、菌株ALAC-3(ALAC-4)按照不同的混合比例制作后干酪,进行感官评定,结果见图1。

图1　不同菌种混合比例对干酪的感官评分影响Fig.1　Effect of mixed proportion of different strains on sensory evaluation of cheese

由图1可知,不同的菌种混合比例对干酪风味的影响很大。当乳球菌乳酸亚种、乳球菌乳脂亚种、ALAC-3菌株以4∶4∶2的比例混合时,制作的干酪感官评分显著高于其他混合比例;而乳球菌乳酸亚种、乳球菌乳脂亚种、ALAC-4菌株以4∶4∶1的比例混合时,干酪具有良好的感官评价。

2.2接种量对切达干酪的品质影响

菌种的接种量对切达干酪的感官品质作用明显。将活化好的菌种分别不同的接种量接种于原料乳中,按照1.2.1方法制作干酪,并进行感官评定。结果见图2。

图2　菌株不同接种量对干酪的感官评分影响Fig.2　Effect of different inoculation amount of strain on sensory evaluation of cheese

从图2可以看出,在接种量为3%时,添加ALAC-3和ALAC-4菌株制作的干酪感官评分最高。发酵剂的添加量在干酪加工过程中影响产品的酸度及口感、组织状态,对干酪产率也有影响。研究表明,发酵剂接种量过低,菌株活力不好,产酸速度减慢,发酵工艺时间延长,蛋白分解能力差,影响干酪产品品质,且降低经济效益[10];而发酵剂接种量过高,初期在干酪乳中生长过快,产生的乳酸过量,并且会出现干酪产品硬度下降,水分含量增加,产生苦味等现象[11]。

2.3发酵温度对切达干酪的品质影响

将活化好的菌种以最佳混合比例,按3%的接种量接种于原料乳中,分别不同的发酵温度生产干酪,进行感官评定,结果见图3。

图3　不同温度对干酪的感官评分影响Fig.3　Effect of different temperature on the sensory evaluation of cheese

由图3可知,对于ALAC-3菌株,在30 ℃发酵时干酪的感官最佳;而ALAC-4菌株在40 ℃发酵时制作的干酪感官评分明显高于其它组。

2.4发酵时间对切达干酪的品质影响

将活化好的菌种以最佳混合比例,3%接种量接种于原料乳中,按照不同的发酵时间制作干酪,进行感官评分,结果见图4。

表6　优选工艺条件样品剪切力测定及感官评分结果

图4　不同发酵时间对干酪的感官评分影响Fig.4　Effect of different fermentation time on the sensory evaluation of cheese

注:小写字母不同表示数据间差异显著(p<0.05)。

由图4可知,随着发酵时间的延长,添加菌株的干酪感官评分逐渐上升,当发酵时间为25 min时,添加ALAC-3和ALAC-4菌株制作的干酪感官评分均达到最高,随着发酵时间继续延长到30 min时,感官评分反而下降。

2.5正交实验确定最佳工艺参数

正交实验结果如表4和表5所示。

表4　ALAC-3工艺条件正交实验结果

从表4中通过各因素的极差值RA>RB>RC=RD可以看出,影响ALAC-3生长的主次关系为:菌种混合比例>接种量>温度=发酵时间。并根据各因素的排序可以得到,添加ALAC-3菌株时,干酪发酵的工艺条件最佳组合为菌种混合比例4∶4∶2.5,接种量3%,温度35 ℃,发酵时间20 min。

表5　ALAC-4工艺条件正交实验结果及极差分析

从表5中通过各因素的极差值RB>RA>RD>RC可以看出,影响ALAC-4生长的主次关系为:接种量>菌种混合比例>发酵时间>温度。并根据各因素的排序可以得到,添加ALAC-4菌株时,干酪发酵的工艺条件最佳组合为菌种混合比例4∶4∶0.5,接种量3%,温度32 ℃或者37 ℃,而综合单因素实验感官评分和相关质构指标,选择37 ℃发酵,发酵时间25 min。

2.6干酪成品剪切力测定

在最佳工艺条件生产切达干酪,测定其质构指标(剪切力)并进行感官评定。结果分别如表6所示。

由表6可以看出,添加ALAC-3和ALAC-4菌株在优选工艺条件下生产的干酪产品弹性好、硬度适中、凝聚性高、胶粘性适中,均与对照组差异显著;在添加ALAC-3的优组合条件下生产的干酪产品感官评分为89.21,添加ALAC-4的优组合条件下生产的干酪产品感官评分为90.09,均显著高于对照组,而ALAC-3组样品和ALAC-4组样品感官评分组间差异不明显。在此工艺条件下干酪产品的组织状态细腻、均匀,滋气味较浓。

表7　25 ℃裸露放置干酪成品中霉菌数、酵母数测定

注:小写字母不同表示数据间差异显著(p<0.05)。

2.7抑菌效果研究

将在最佳工艺条件下添加ALAC-3和ALAC-4生产的切达干酪,与添加传统菌株生产的切达干酪在25 ℃裸露放置贮藏。测定干酪成品的酵母数和霉菌数,并记录产品中的酵母数和霉菌数超标(≥50 CFU/g即为超标)的日期[12]。

从表7可以看出,在25 ℃裸露放置条件下,传统菌株干酪产品放置至2 d时霉菌数超过国标要求的50 CFU/g[12],放置至3 d时酵母数超标。添加ALAC-3和 ALAC-4干酪产品中的霉菌数分别在4 d和5 d超标,酵母数在5 d和在4 d时超标。

实验表明,与添加传统菌株生产的干酪相比,添加菌株ALAC-3和ALAC-4可以抑制干酪中真菌的污染。

3　结论

添加具有抑制真菌特性乳杆菌生产切达干酪,对于ALAC-3菌株,最佳工艺条件为:菌种混合比例4∶4∶2.5,接种量3%,培养温度35 ℃,发酵时间20 min;对于ALAC-4菌株,最佳工艺条件为:菌种混合比例4∶4∶0.5,接种量3%,培养温度37 ℃,发酵时间25 min。在此最佳工艺条件下,生产制得的干酪质构组织状态良好,弹性好、硬度适中、凝聚性高、胶粘性适中,感官评分均显著高于传统对照组。25 ℃裸露贮藏条件下,添加ALAC-3(ALAC-4)生产的干酪产品中的霉菌数和酵母数超标日期晚于传统菌株超标日期。

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Study on production technology of Cheddar cheese addingLactobacillusplantarumwith antifungal activity

FAN Shuai,CHEN Zhong-jun*,XIN Sheng-bing,DAN Jing,WEN Mei

(College of Food Science and Engineering,Inner Mongolia Agricultural University,Huhhot 010018,China)

In this study,LactobacillusplantarumALAC-3 and ALAC-4 being of antifungal activity was chosen to produce Cheddar cheese combining with industrial fermentation agent.Single factor experiment and orthogonal experiments were used to traditional strain and optimize ratio of different lactobacillus strains with fungal inhibition,inoculation amount,culture temperature and fermentation time. The antifungal effect of cheese adding the Lactobacillus was studied. The results showed the optimum fermentation conditions for ALAC-3,were as follows:the mixing proportion of traditional strain and ALAC-3 was 4∶4∶2.5,inoculum size was 3%,fermenting at 35 ℃ for 20 min. For ALAC-4 the result was as follows:the mixing proportion of traditional strain and ALAC-4 was 4∶4∶0.5,inoculum size was 3%,fermenting at 37 ℃ for 25 min. Comparing with the traditional cheese,the special cheese products adding ALAC-3(ALAC-4)had significantly antifungal effect when were stored at 25 ℃. Therefore,the Lactobacillus of ALAC-3 and ALAC-4 could be used as biological preservative in the production of cheddar cheese.

Lactobacillus;antifungal effect;cheese;production technology

2016-03-23

范帅(1988-),男,硕士研究生,研究方向:食品微生物,E-mail:364231050@qq.com。

陈忠军(1971-),女,博士,教授,研究方向:食品微生物及发酵工程,E-mail:nmndchen@126.com。

国家自然科学基金(31260390);内蒙古自然科学基金(2015MS0364)。

TS252

A

1002-0306(2016)18-0180-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.18.026