干酪乳杆菌GBHM-21鉴定、中试制备及发酵技术研究

发布时间：2017-04-27 03:00

  本文关键词：干酪乳杆菌GBHM-21鉴定、中试制备及发酵技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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#174;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#174;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。
【关键词】：干酪乳杆菌 鉴定 直投式发酵剂 中试 发酵 风味
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ920.6;TS252.1
【目录】：

• 摘要5-7
• 英文摘要7-13
• 第一章 绪论13-43
• 1.1 干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）13-17
• 1.1.1 干酪乳杆菌的特性13-14
• 1.1.2 干酪乳杆菌的研究和应用现状14-17
• 1.2．干酪乳杆菌直投式发酵剂17-20
• 1.2.1 乳酸菌直投式发酵剂的分类17
• 1.2.2 乳酸菌直投式发酵剂制备关键技术17-19
• 1.2.3 乳酸菌直投式发酵剂的研究现状19-20
• 1.3. 发酵乳在发酵过程中的生化反应20-32
• 1.3.1 乳糖的分解代谢20-22
• 1.3.2 乳脂肪的分解代谢22-25
• 1.3.3 乳蛋白质的分解代谢25-28
• 1.3.4 发酵乳发酵过程中产生的风味物质28-32
• 1.4 发酵乳风味浓缩物32-35
• 1.4.1 发酵乳风味浓缩物32-33
• 1.4.2 外源脂肪酶在提高乳制品风味中的应用33-34
• 1.4.3 发酵乳风味浓缩物（香基）研究现状34-35
• 1.5 本论文的研究意义35-36
• 1.6 本论文主要研究内容与路线36-38
• 1.6.1 研究目的36-37
• 1.6.2 研究内容37-38
• 参考文献38-43
• 第二章 菌株GBHM-21 的鉴定43-58
• 2.1 材料与仪器44-45
• 2.1.1 主要试剂44-45
• 2.1.2 主要的仪器45
• 2.2 实验方法45-51
• 2.2.1 主要培养基和试剂的配制45-46
• 2.2.3 菌株GBHM-21 的培养46
• 2.2.4 菌落形态观察46
• 2.2.5 细胞形态的观察46
• 2.2.6 接触酶和氧化酶反应46
• 2.2.7 对不同理化环境的反应46-47
• 2.2.8 碳水化合物产酸（API50CH）特征测定47
• 2.2.9 菌株GBHM-21 基因序列测定47-51
• 2.3 结果与讨论51-56
• 2.3.1 菌落及细胞形态51
• 2.3.2 各种理化指标鉴定结果51-53
• 2.3.3 菌株GBHM-2116S rRNA序列结果分析53-54
• 2.3.4 菌株GBHM-21 pheS序列结果分析54-56
• 2.4 本章小结56
• 参考文献56-58
• 第三章 干酪乳杆菌GBHM-21 发酵剂中试制备的关键技术研究58-82
• 3.1 引言58-59
• 3.2 材料与仪器59-60
• 3.2.1 主要原料与试剂59
• 3.2.2 主要仪器59-60
• 3.3 实验分析方法60-63
• 3.3.1 高密度培养培养基的配制60-61
• 3.3.2 高密度培养工艺优化61
• 3.3.3 干酪乳杆菌GBHM-21 高密度培养中试61
• 3.3.4 干酪乳杆菌GBHM-21 浓缩发酵剂的制备61-62
• 3.3.5 指标测定方法62-63
• 3.4 结果与讨论63-78
• 3.4.1 干酪乳杆菌GBHM-21 发酵特性63-64
• 3.4.2 干酪乳杆菌GBHM-21 高密度培养关键工艺优化64-71
• 3.4.3 干酪乳杆菌GBHM-21 离心工艺的优化71-73
• 3.4.4 干酪乳杆菌GBHM-21 冷藏浓缩发酵剂及其稳定性73-75
• 3.4.5 干酪乳杆菌GBHM-21 冷冻干燥发酵剂及其稳定性75-78
• 3.5 本章小结78-79
• 参考文献79-82
• 第四章 乳脂浓度对干酪乳杆菌GBHM-21 发酵的影响82-107
• 4.1 引言82-83
• 4.2 材料与仪器83-84
• 4.2.1 主要原料与试剂83
• 4.2.2 主要仪器83-84
• 4.3 实验分析方法84-89
• 4.3.1 含不同乳脂浓度的发酵乳基的制备84
• 4.3.2 酸度的测定84
• 4.3.3 活菌数计数84
• 4.3.4 β-半乳糖苷酶的测定84-86
• 4.3.5 H+-ATPase酶活力测定86-87
• 4.3.6 游离脂肪酸的测定87-88
• 4.3.7 游离氨基酸的测定88-89
• 4.3.8 挥发性风味物质的测定89
• 4.3.9 分析方法89
• 4.4 结果与讨论89-103
• 4.4.1 乳脂浓度对干酪乳杆菌GBHM-21 增殖的影响89-90
• 4.4.2 乳脂浓度对干酪乳杆菌GBHM-21 发酵产酸的影响90-91
• 4.4.3 乳脂浓度对干酪乳杆菌GBHM-21 产酸酶系的影响91-94
• 4.4.4 乳脂浓度对干酪乳杆菌GBHM-21 产游离脂肪酸的影响94-96
• 4.4.5 乳脂浓度对干酪乳杆菌GBHM-21 产游离氨基酸的影响96-99
• 4.4.6 乳脂浓度对干酪乳杆菌GBHM-21 产挥发性风味物质的影响99-103
• 4.5 本章小结103-104
• 参考文献104-107
• 第五章 脂肪酶改性与干酪乳杆菌GBHM-21 发酵协同作用107-134
• 5.1 引言107-108
• 5.2 材料与仪器设备108
• 5.2.1 主要原料与试剂108
• 5.2.2 主要仪器108
• 5.3 实验分析方法108-111
• 5.3.1 发酵乳风味浓缩物的制备108-109
• 5.3.2 脂肪酶活力的测定109
• 5.3.3 酸度的测定109-110
• 5.3.4 活菌数计数110
• 5.3.5 游离脂肪酸的测定110
• 5.3.6 乳脂脂肪酸组成的测定110
• 5.3.7 游离氨基酸的测定110
• 5.3.8 挥发性风味物质的测定110
• 5.3.9 微观结构110-111
• 5.3.10 分析方法111
• 5.4 结果与讨论111-130
• 5.4.1 脂肪酶酶活力111
• 5.4.2 脂肪酶对干酪乳杆菌GBHM-21 发酵产酸的影响111-114
• 5.4.3 脂肪酶对干酪乳杆菌GBHM-21 增殖的影响114-115
• 5.4.4 脂肪酶对发酵乳风味浓缩物中游离脂肪酸的影响115-120
• 5.4.5 脂肪酶对发酵乳风味浓缩物中游离氨基酸的影响120-122
• 5.4.6 脂肪酶对发酵乳风味浓缩物中挥发性风味物质的影响122-127
• 5.4.7 脂肪酶对发酵乳风味浓缩物微观结构的影响127-130
• 5.5 本章小结130-131
• 参考文献131-134
• 结论与展望134-137
• 1. 结论134-135
• 2. 本论文的主要创新点135
• 3. 展望135-137
• 附录137-143
• 攻读博士学位期间取得的研究成果143-144
• 致谢144-145
• 附件145

【参考文献】

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