響應曲面法研究干酪乳桿菌產酸性能的試驗

■ 劉成江 吳 宏 郭安民 吳洪斌 王俊鋼 武冬梅 新疆農墾科學院農產品加工研究所 ■ 李開雄 石河子大學食品學院

傳統發酵制品中所需的微生物是從環境中偶然混入的野生菌株，到目前為止，發酵劑的應用極為廣泛，各國均有眾多商品化微生物發酵劑，以德國為例，該國主要的10多家發酵劑生產廠可提供50余種微生物發酵劑產品[1]。本試驗利用二次通用旋轉正交試驗研究了干酪乳桿菌的產酸性能，確定了最佳產酸條件，使其在食品加工中得到更好的應用[2，3]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 菌種

干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）購于中國工業微生物菌種保藏中心。

1.1.2 培養基

（1）脫脂乳培養基：將12%脫脂乳粉溶液于0.6 kg/cm2滅菌20 min ，快速冷卻后置于30℃保溫箱中培養3 天，證實無菌后即可使用，用于干酪乳桿菌的活化和制備生產發酵劑[4]。

（2）牛肉浸液的制備：瘦牛肉洗凈切碎，稱取550 g浸泡于1 375 mL水中12 h，過濾后在0.6 kg/cm2調pH 值至7.2～7.4；滅菌40 min后備用。

1.2 擴大培養

30℃下培養2～3 天。

2 試驗方法[5]

采用二次回歸旋轉正交組合設計，試驗因素與水平對照如表1所示。

表1 試驗因素與水平對照

表3 二次回歸模型參數

3 結果與討論

試驗設計及結果如表2所示。

二次回歸模型參數如表3所示。由表3可知，各因素對LC產酸的影響程度從大到小的排列依次為：葡萄糖、葡萄糖酸-δ-內酯、接種量和發酵溫度。LC的pH值的回歸方程為：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 試驗設計及結果

表4 最佳產酸條件及最優條件下的pH值

最佳產酸條件及最優條件下的pH值如表4所示。由表4可知，當葡萄糖酸-δ-內酯的添加量為0.848647%，葡萄糖的添加量為0.366162%，接種量為8.063693%，發酵溫度為31.595266℃時，干酪乳桿菌產酸量最大，pH值為4.232400。

為了觀察某2 個因素同時對pH值的影響，對回歸方程進行降維分析，結果如圖1～6所示。

由回歸方程的方程顯著系數顯著性檢驗結果可知，葡萄糖酸-δ-內酯與葡萄糖之間的交互效應不顯著。

由回歸方程的方程顯著系數顯著性檢驗結果可知，葡萄糖酸-δ-內酯與接種量之間存在著顯著的交互效應。由等高線也可以看出二者之間的交互作用是不是具有顯著性，具有橢圓形的等高線說明兩者之間的交互作用對乳酸菌產酸的影響較大。從圖4的響應曲面圖可以看出，當接種量較小時，pH值隨著葡萄糖酸-δ-內酯添加量的降低迅速下降，但葡萄糖酸-δ-內酯添加量降到0.47%左右時，pH值隨著葡萄糖酸-δ-內酯添加量的降低而升高，不過升高的幅度并不大。當接種量較大時，葡萄糖酸-δ-內酯添加量對pH的影響與接種量較小的時候相似，只是下降和上升的轉折點是在葡萄糖酸-δ-內酯添加量為0.83%左右，但最后pH值上升的速率較大。

從圖3可以看出，二維的等高線圖揭示了葡萄糖酸-δ-內酯與溫度之間交互作用的作用規律，葡萄糖酸-δ-內酯與溫度之間交互作用的作用規律與葡萄糖酸-δ-內酯與接種量之間的作用規律基本是一致的。從圖5的響應曲面圖可以看出，當葡萄糖酸-δ-內酯濃度較低時，隨著溫度的上升，pH值先緩慢下降后迅速上升，當葡萄糖酸-δ-內酯濃度較高時，隨著溫度的上升pH值先迅速下降后緩慢上升。

圖1 葡萄糖酸-δ-內酯與葡萄糖交互作用對pH值影響的響應面圖及其等高線

圖2 葡萄糖酸-δ-內酯與接種量交互作用對pH值影響的響應面圖及其等高線

圖3 葡萄糖酸-δ-內酯與溫度交互作用對pH影響的響應面圖及其等高線

圖4 葡萄糖與接種量交互作用對pH值影響的響應面圖及其等高線

從圖4的二維等高線圖揭示了葡萄糖與接種量之間交互作用的作用規律，葡萄糖與接種量之間交互作用的作用規律與葡萄糖酸-δ-內酯與溫度之間交互作用的作用規律以及葡萄糖酸-δ-內酯與接種量之間的作用規律大體是一致的。從圖4的響應曲面圖可以看出，當葡萄糖和接種量一個因素相對固定的情況下，隨著另一因素水平的不斷增加，pH值表現出先下降后上升的規律，但當兩因素在零水平左右的時候，上升和下降的幅度都很小。

圖5揭示了葡萄糖與溫度之間交互作用的作用規律。由回歸方程的方程顯著系數顯著性檢驗結果可知，葡萄糖與溫度之間的交互效應不顯著。當溫度在某一水平時，隨著葡萄糖添加量的增加，pH值的變化很小，而當葡萄糖在某一水平時，隨著溫度的變化，pH值的變化表現出同一規律，而且差異很小。

從圖6可以看出，二維的等高線圖揭示了溫度與接種量之間交互作用的作用規律，由回歸方程的方程顯著系數顯著性檢驗結果可知，溫度與接種量之間存在著顯著的交互效應。從圖6的響應曲面圖可以看出，當溫度在較高水平時，pH值隨著接種量的增加迅速升高，在溫度較低時，pH值隨著接種量的增加而逐漸下降。當接種量在較低水平時，pH值隨著溫度的升高而下降，最后又有回升的趨勢，當接種量較大時，pH值隨著溫度的升高先緩慢下降后迅速升高，當溫度最高時，pH值也達到最大值，說明在接種量較大時，溫度越高越不利于干酪乳桿菌的生長。

4 結論

4.1 各因素對LC產酸的影響程度從大到小的排列依次為葡萄糖、葡萄糖酸-δ-內酯、接種量和溫度。

圖5 葡萄糖與溫度交互作用對pH值影響的響應面圖及其等高線

圖6 接種量與溫度交互作用對pH值影響的響應面圖及其等高線

4.2當葡萄糖酸-δ-內酯的添加量為0.848647%、葡萄糖的添加量為0.366162%、接種量為8.063693%，發酵溫度31.595266℃時，干酪乳桿菌產酸量最大，pH值為4.232400。■

[1]楊寧.發酵劑在發酵肉制品加工中的應用.肉類工業，2004，278（6）：7-9.

[2]馬漢軍等.乳酸菌對中式香腸貯藏性的影響.肉類研究，1997（1）：47-48.

[3]李風彩等．發酵香腸菌種篩選標準探討．食品工業科技，2002，23（6）：28-29.

[4]杜秉海等.微生物試驗.北京：北京農業大學出版社，1994.

[5]曲慶云，趙曉梅等. 統計分析方法—SAS實例精選. 北京：清華大學出版社，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]宋照軍等.發酵肉制品發酵劑的研究和應用.食品工業科技，1998（5）：68-70.

[8]楊潔彬主編.乳酸菌-生物學基礎及應用.北京：中國輕工業出版社，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]馬長偉，王雪青.發酵香腸與微生物發酵劑.食品與發酵工業，2000，24（5）：77-79.