乳酸菌微包囊制备技术研究及其在酸奶连续发酵中的应用

摘要

在我国当前的乳品工业中，继代式发酵剂和冷冻干燥型发酵剂的应用比较广泛，继代式发酵剂操作复杂，成品酸奶质量控制比较难;直投式发酵剂主要依赖进口，成本较高。针对这两种发酵剂存在的不足，本研究研制开发了一种新型发酵剂制备方法。这种方法制备的液芯微包囊发酵剂，不仅克服了现在使用的两类发酵剂的不足，简化了生产工艺，而且降低了生产成本。应用于酸奶的连续接种发酵中，不仅可以保证各批次酸奶成品的质量，而且较传统的间歇式酸奶生产方法可节约生产空间，缩短整个酸奶制作加工时间。因此，乳酸菌微包囊技术研究为传统酸奶发酵技术的革新提供了理论指导和技术支持，具有实际应用价值。
　　主要研究结果如下:
　　(1)设计并制作了一套液芯微包囊化细胞无菌制备装置，应用该装置，在无菌条件下实现了液芯微包囊化细胞制备。经过测试，该液芯微包囊化细胞无菌制备装置符合设定的工艺参数，可以满足液芯微包囊化细胞无菌制备的需求。
　　(2)采用中心组合设计优化了用于高强度液芯微包囊制备条件，优化的微包囊制备条件为:黄原胶2.24g/L，氯化钙3.98‰海藻酸钠0.68g/L，壳聚糖3.19g/L，成膜时间48min。
　　(3)生物相容性研究结果显示:黄原胶对唾液链球菌嗜热亚种的生长基本没有影响，高浓度的氯化钙对嗜热链球菌的生长有明显的抑制作用，并且随浓度的增高，抑制作用越明显，甚至产生毒害作用;在制微包囊过程中以及在用液芯微包囊对唾液链球菌嗜热亚种培养过程中，都显示了良好的生物相容性，并且在液芯微包囊中固定化培养的条件下更有利于菌体的生长，菌体的数量提高了两个数量级。因此作为整个体系来说，该微包囊可用于乳酸菌的固定化培养。
　　(4)微包囊释放性能研究结果显示:壳聚糖乙酸溶液浓度、氯化钙浓度和成膜时间对德式乳杆菌保加利亚亚种的释放性能影响都很大;当海藻酸钠浓度满足钙离子的配位需求后，其浓度对唾液链球菌嗜热亚种的释放性能影响不大。作为整个体系来说，可以通过改变液芯微包囊组分的浓度和成膜时间来控制液芯微包囊的通透性，从而改变唾液链球菌嗜热亚种的释放性能，对实现控制培养液中菌体密度具有重要的意义
　　(5)采用析因设计和响应曲面设计优化了用于微包囊化德式乳杆菌保加利亚亚种高密度培养的培养基，其配方为乳清粉97.15g/L，大豆蛋白粉20g/L，酵母粉7.55g/L，碳酸钙8.03g/L，硫酸镁0.3g/L，硫酸锰0.02g/L;微包囊化唾液链球菌嗜热亚种高密度培养的培养基，其配方为乳清粉103g/L，大豆蛋白粉10g/L，酵母粉6.8g/L，碳酸钙7.2g/L，硫酸镁0.3g/L，硫酸锰0.02g/L。
　　(6)用中心组合设计(CCD)优化了微包裘化乳酸菌培养条件，最佳的培养条件:微包囊化德式乳杆菌保加利亚亚种培养温度为41.7℃，初始pH为6.9;微包囊化唾液链球菌嗜热亚种培养温度为44℃，初始pH为6.8。在优化条件下对微包囊化乳酸菌的高密度培养，唾液链球菌嗜热亚种囊内德式乳杆菌保加利亚亚种细胞密度达到3.18×1011cfu/g;囊内唾液链球菌嗜热亚种细胞密度达到2.63×1011cfu/g。
　　(7)通过单因素和正交实验得到液芯微包囊发酵剂的最佳保护储存液，其组成为氯化钠0.9％，蔗糖3％，海藻糖5％，甘油8％，碳酸钙0.2％。按照此配方用去离子水配制储存保护液，置于121℃灭菌20min，然后将制备好的高密度微包囊发酵剂放入储存保护液中于4℃条件下保存，30天后对微包囊中菌体密度和微包囊强度进行检测，菌体密度为1.54×1011cfu/g，微包囊强度为85.95g。
　　(8)用中心组合设计对应用微包囊化乳酸菌作为发酵剂的牛奶连续接种各参数进行优化，获得了牛奶连续接种的温度、pH、长径比最优参数组合分别是:41.22℃、6.86、4.99。
　　(9)通过对液芯微包囊发酵剂连续接种时间对接种牛奶中菌体密度、微包囊强度、无菌柱式生物反应器中牛奶的稀释率、发酵牛奶的感官评定总分等影响的结果，结合酸奶工业生产实际需求，确定液芯微包囊发酵剂连续接种使用时间为24d。

目录

声明

摘要

缩写符号

前言

第一章 文献综述

1．1 酸奶发酵剂

1．1．1 酸奶

1．1．2 酸奶发酵剂

1．1．3 高效浓缩型酸奶发酵剂

1．1．4 影响高效浓缩型发酵剂活力的关键因素

1．2 生物液芯微包囊

1．2．1 生物液芯微包囊概述

1．2．2 常用的生物液芯微包囊

1．2．3 液芯微包囊化制备方法

1．2．4 液芯微包囊囊壁材料研究进展

1．2．5 海藻酸盐固定化体系

1．3 液芯微包囊化微生物细胞的应用

1．3．1 产物分离与微生物高密度培养

1．3．2 液芯微包囊化益生菌

1．3．3 微包囊化乳品发酵剂

1．4 微包囊固定化发酵剂应用于酸奶的连续发酵

1．5 PCR-DGGE在发酵食品中的应用

1．6 本课题的研究意义和主要内容

1．6．1 目的意义

1．6．2 主要内容

参考文献

第二章 新型液芯微包囊制备装置设计与制造

2．1 液芯微包囊制备装置设计方案

2．1．1 进料方式与控制

2．1．2 无菌环境设计与控制

2．1．3 微包囊大小的控制

2．1．4 液位控制

2．1．5 pH控制

2．1．6 系统控制方式

2．1．7 制备系统的主要特点

2．1．8 设计的主要参数

2．1．9 设备运行过程

2．2 主要零部件设计

2．2．1 罐体设计

2．2．2 组合式喷头设计

2．2．3 无菌空气系统设计

2．3 控制系统设计

2．4 微包囊化细胞无菌制备组合系统图

2．5 本章小结

参考文献

第三章 酸奶发酵乳酸菌液芯微包囊制备研究

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 液芯微包囊的制备

3．1．3 液芯微包囊机械强度测定

3．1．4 液芯微包囊相容性的测定

3．1．5 液芯微包囊通透性的测定

3．1．6 实验设计与统计分析

3．2 结果与分析

3．2．1 发酵剂微包囊机械强度研究

3．2．2 微包囊发酵剂生物相容性研究

3．2．3 微包囊化唾液链球菌嗜热亚种的细胞释放及通透性研究

3．3 讨论

3．4 本章小结

参考文献

第四章 微包囊化酸奶发酵乳酸菌高密度培养及贮藏稳定性研究

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 液芯微包囊的制备

4．1．3 微包囊化酸奶发酵乳酸菌的高密度培养

4．1．4 乳酸菌液芯微包囊储存液的研究

4．2 结果与分析

4．2．1 微包囊化德氏乳杆菌保加利亚亚种的培养基优化

4．2．2 微包囊化德氏乳杆菌保加利亚亚种的培养条件优化

4．2．3 微包囊化唾液链球菌嗜热亚种高密度培养的培养基及培养条件的优化

4．2．4 微包囊化发酵剂储存稳定性的研究

4．2．5 高密度培养后微包囊内外菌体的扫描电镜

4．3 讨论

4．4 本章小结

参考文献

第五章 乳酸菌液芯微包囊发酵剂连续接种条件优化

5．1 材料和方法

5．1．1 实验材料

5．1．2 德氏乳杆菌保加利亚亚种和唾液链球菌嗜热亚种微包囊制备

5．1．3 微包囊化唾液链球菌嗜热亚种和德氏乳杆菌保加利亚亚种增殖培养

5．1．4 牛乳连续接种

5．1．5 长径比对稀释率的影响

5．1．6 柱内牛乳温度对稀释率的影响

5．1．7 柱内pH值对稀释率的影响

5．1．8 实验设计

5．2 结果与分析

5．2．1 长径比对稀释率的影响

5．2．2 柱内牛乳温度对稀释率的影响

5．2．3 柱内pH值对稀释率的影响

5．2．4 模型建立

5．2．5 连续接种各参数优化

5．3 讨论

5．4 本章小结

参考文献

第六章 微包囊化乳酸菌发酵剂连续接种稳定性及发酵奶品质评价

6．1 材料与方法

6．1．1 实验材料

6．1．2 液芯微包囊的制备

6．1．3 液芯微包囊内细胞密度测定

6．1．4 连续接种酸奶制作流程

6．1．5 发酵奶中细胞密度计数

6．1．6 液芯微包囊机械强度的测定

6．1．7 滴定酸度的测定

6．1．8 pH值的测定

6．1．9 连续接种过程中接种牛乳中微生物的PCR-DGGE分析

6．1．10 酸奶感官评定

6．1．11 统计分析

6．2 结果与分析

6．2．1 连续接种时间对接种奶中乳酸菌细胞密度的影响

6．2．2 连续接种时间对凝乳时间的影响

6．2．3 连续接种时间对微包囊机械强度和破损率的影响

6．2．4 连续接种时间对牛乳的稀释率的影响

6．2．5 反应器中流出的接种牛乳中PCR-DGGE结果

6．2．6 连续接种发酵酸奶品质评价

6．3 讨论

6．4 本章小结

参考文献

全文结论

论文创新点

攻读博士学位期间发表的论文和奖励

致谢