响应曲面法研究干酪乳杆菌产酸性能的试验

■ 刘成江 吴 宏 郭安民 吴洪斌 王俊钢 武冬梅 新疆农垦科学院农产品加工研究所 ■ 李开雄 石河子大学食品学院

传统发酵制品中所需的微生物是从环境中偶然混入的野生菌株，到目前为止，发酵剂的应用极为广泛，各国均有众多商品化微生物发酵剂，以德国为例，该国主要的10多家发酵剂生产厂可提供50余种微生物发酵剂产品[1]。本试验利用二次通用旋转正交试验研究了干酪乳杆菌的产酸性能，确定了最佳产酸条件，使其在食品加工中得到更好的应用[2，3]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 菌种

干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）购于中国工业微生物菌种保藏中心。

1.1.2 培养基

（1）脱脂乳培养基：将12%脱脂乳粉溶液于0.6 kg/cm2灭菌20 min ，快速冷却后置于30℃保温箱中培养3 天，证实无菌后即可使用，用于干酪乳杆菌的活化和制备生产发酵剂[4]。

（2）牛肉浸液的制备：瘦牛肉洗净切碎，称取550 g浸泡于1 375 mL水中12 h，过滤后在0.6 kg/cm2调pH 值至7.2～7.4；灭菌40 min后备用。

1.2 扩大培养

30℃下培养2～3 天。

2 试验方法[5]

采用二次回归旋转正交组合设计，试验因素与水平对照如表1所示。

表1 试验因素与水平对照

表3 二次回归模型参数

3 结果与讨论

试验设计及结果如表2所示。

二次回归模型参数如表3所示。由表3可知，各因素对LC产酸的影响程度从大到小的排列依次为：葡萄糖、葡萄糖酸-δ-内酯、接种量和发酵温度。LC的pH值的回归方程为：pH=10.996745-0.666146×X1-2.248958×X2-0.427344×X3-0.273831×X4+2.893229×X1×X1+1.906250×X2×X1+8.447917×X2×X2-0.254687×X3×X1-0.453125×X3×X2+0.027682X3×X3-0.090625×X4×X1-0.058750×X4×X2+0.011313×X4×X3+0.004429×X4×X4

表2 试验设计及结果

表4 最佳产酸条件及最优条件下的pH值

最佳产酸条件及最优条件下的pH值如表4所示。由表4可知，当葡萄糖酸-δ-内酯的添加量为0.848647%，葡萄糖的添加量为0.366162%，接种量为8.063693%，发酵温度为31.595266℃时，干酪乳杆菌产酸量最大，pH值为4.232400。

为了观察某2 个因素同时对pH值的影响，对回归方程进行降维分析，结果如图1～6所示。

由回归方程的方程显著系数显著性检验结果可知，葡萄糖酸-δ-内酯与葡萄糖之间的交互效应不显著。

由回归方程的方程显著系数显著性检验结果可知，葡萄糖酸-δ-内酯与接种量之间存在着显著的交互效应。由等高线也可以看出二者之间的交互作用是不是具有显著性，具有椭圆形的等高线说明两者之间的交互作用对乳酸菌产酸的影响较大。从图4的响应曲面图可以看出，当接种量较小时，pH值随着葡萄糖酸-δ-内酯添加量的降低迅速下降，但葡萄糖酸-δ-内酯添加量降到0.47%左右时，pH值随着葡萄糖酸-δ-内酯添加量的降低而升高，不过升高的幅度并不大。当接种量较大时，葡萄糖酸-δ-内酯添加量对pH的影响与接种量较小的时候相似，只是下降和上升的转折点是在葡萄糖酸-δ-内酯添加量为0.83%左右，但最后pH值上升的速率较大。

从图3可以看出，二维的等高线图揭示了葡萄糖酸-δ-内酯与温度之间交互作用的作用规律，葡萄糖酸-δ-内酯与温度之间交互作用的作用规律与葡萄糖酸-δ-内酯与接种量之间的作用规律基本是一致的。从图5的响应曲面图可以看出，当葡萄糖酸-δ-内酯浓度较低时，随着温度的上升，pH值先缓慢下降后迅速上升，当葡萄糖酸-δ-内酯浓度较高时，随着温度的上升pH值先迅速下降后缓慢上升。

图1 葡萄糖酸-δ-内酯与葡萄糖交互作用对pH值影响的响应面图及其等高线

图2 葡萄糖酸-δ-内酯与接种量交互作用对pH值影响的响应面图及其等高线

图3 葡萄糖酸-δ-内酯与温度交互作用对pH影响的响应面图及其等高线

图4 葡萄糖与接种量交互作用对pH值影响的响应面图及其等高线

从图4的二维等高线图揭示了葡萄糖与接种量之间交互作用的作用规律，葡萄糖与接种量之间交互作用的作用规律与葡萄糖酸-δ-内酯与温度之间交互作用的作用规律以及葡萄糖酸-δ-内酯与接种量之间的作用规律大体是一致的。从图4的响应曲面图可以看出，当葡萄糖和接种量一个因素相对固定的情况下，随着另一因素水平的不断增加，pH值表现出先下降后上升的规律，但当两因素在零水平左右的时候，上升和下降的幅度都很小。

图5揭示了葡萄糖与温度之间交互作用的作用规律。由回归方程的方程显著系数显著性检验结果可知，葡萄糖与温度之间的交互效应不显著。当温度在某一水平时，随着葡萄糖添加量的增加，pH值的变化很小，而当葡萄糖在某一水平时，随着温度的变化，pH值的变化表现出同一规律，而且差异很小。

从图6可以看出，二维的等高线图揭示了温度与接种量之间交互作用的作用规律，由回归方程的方程显著系数显著性检验结果可知，温度与接种量之间存在着显著的交互效应。从图6的响应曲面图可以看出，当温度在较高水平时，pH值随着接种量的增加迅速升高，在温度较低时，pH值随着接种量的增加而逐渐下降。当接种量在较低水平时，pH值随着温度的升高而下降，最后又有回升的趋势，当接种量较大时，pH值随着温度的升高先缓慢下降后迅速升高，当温度最高时，pH值也达到最大值，说明在接种量较大时，温度越高越不利于干酪乳杆菌的生长。

4 结论

4.1 各因素对LC产酸的影响程度从大到小的排列依次为葡萄糖、葡萄糖酸-δ-内酯、接种量和温度。

图5 葡萄糖与温度交互作用对pH值影响的响应面图及其等高线

图6 接种量与温度交互作用对pH值影响的响应面图及其等高线

4.2当葡萄糖酸-δ-内酯的添加量为0.848647%、葡萄糖的添加量为0.366162%、接种量为8.063693%，发酵温度31.595266℃时，干酪乳杆菌产酸量最大，pH值为4.232400。■

[1]杨宁.发酵剂在发酵肉制品加工中的应用.肉类工业，2004，278（6）：7-9.

[2]马汉军等.乳酸菌对中式香肠贮藏性的影响.肉类研究，1997（1）：47-48.

[3]李风彩等．发酵香肠菌种筛选标准探讨．食品工业科技，2002，23（6）：28-29.

[4]杜秉海等.微生物试验.北京：北京农业大学出版社，1994.

[5]曲庆云，赵晓梅等. 统计分析方法—SAS实例精选. 北京：清华大学出版社，2004.

[6]Francisco Jim?enez Colmenero，Giovana Barreto， Natalia Mota and Jos?e.Carballo Influence of protein and fat content and cooking temperature on texture and sensory evaluation of bologna sausage lebensm.Wiss.u.-Technol.，1995（28）：481-487.

[7]宋照军等.发酵肉制品发酵剂的研究和应用.食品工业科技，1998（5）：68-70.

[8]杨洁彬主编.乳酸菌-生物学基础及应用.北京：中国轻工业出版社，1996.

[9]Murphya S C，Gilroyb D，Kerrya J F，et al.Evaluation of surimi，fat and water content in a low/no added pork sausage formulation using response surface methodology.Meat Science，2004（66）：689-701.

[10]马长伟，王雪青.发酵香肠与微生物发酵剂.食品与发酵工业，2000，24（5）：77-79.