響應面分析法優化乳酸菌發酵鰱魚下腳料水解液的研究

摘要：采用乳酸菌（Lactobacillus）發酵鰱魚（Hypophthaimichthys molitrix）下腳料水解液，通過響應面分析法優化其最佳的工藝條件。結果表明，優工藝條件為蔗糖添加量1.80%、乳酸菌接種量1.97%、發酵溫度42.23 ℃、發酵時間43.04 h，水解液感觀評價均值能達到92.02分，該水解液具有特殊乳酸發酵香味和風味，酸度、甜度適中，口感良好。

關鍵詞：乳酸菌（Lactobacillus）；發酵；鰱魚（Hypophthaimichthys molitrix）下腳料；響應面分析法

中圖分類號：TQ921+.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）17-4175-04

Optimization of Lactobacillus Fermentation of the Hydrolysates of Silver Carp

By-product by Response Surface Methodology

JIANG Sheng-tao1，2，LIN Biao-sheng1，CHEN Li-min1，LAI Xue-lian1

（1.Longyan University，Longyan 364000，Fujian，China； 2.Ningde Normal University，Ningde 352100，Fujian，China）

Abstract： The Lactobacillus fermentation of the hydrolysates of silver carp by-product was studied and the technological conditions were optimized by response surface methodology. The results indicated that the optimal technological conditions were as follows， sugar concentration 1.80%， seeding amount of Lactobacillus 1.97%， fermented for 43.04 h under 42.23 ℃， the mean value of sensory estimate was reached 92.02， the flavor of the fermentation liquid was best with peat-reek of lactic acid， and the liquid tasted sweet and sour， very delicate.

Key words： Lactobacillus； fermentation； silver carp by-product； response surface methodology

收稿日期：2013-01-21

基金項目：福建省教育廳B類龍巖學院校立服務海西項目（JB09209）；2012年福建省“大學生創新創業培訓計劃”項目

作者簡介：江勝滔（1971-），男，福建建甌人，講師，碩士，主要從事微生物發酵工程研究，（電話）18659774588（電子信箱）windtom-jiang@163.com。

乳酸菌（Lactobacillus）是指能發酵糖類主要產物為乳酸的一類無芽孢、革蘭氏陽性細菌的總稱。乳酸菌能分解食物中的糖類、蛋白質，合成維生素，對脂肪類化合物也有微弱的分解能力，能提高脂肪類食物的消化率，促進其消化吸收[1]。

在魚類加工過程中會產生大量的下腳料，包括魚頭、魚尾、魚骨、魚鰭等。據報道，這些下腳料占魚總重的40%～55%[2]。大量的下腳料不僅造成環境的污染，而且其營養價值也未得到充分利用，因此必須加強對下腳料有效利用，提高魚的附加利用價值。下腳料用清水洗凈后剪切成小片后用組織搗碎機搗碎，制備成水解液，經過酸化處理后可以作為肥料或者飼料添加劑。水解液的制備可以采用硫酸等無機酸，也可以采用乳酸等有機酸。利用有機酸降低酸度具有更大的優勢，使用時保藏時間較長、無需中和處理，并且能被土壤利用，可提高飼料的營養價值且不破壞土壤[3]。采用乳酸菌發酵鰱魚（Hypophthaimichthys molitrix）下腳料水解液，不僅能夠除去大部分的腥味，賦予水解液特殊的發酵香味，而且還能增加水解液中的其他風味物質，使鰱魚下腳料水解液的整體風味得到了很大改善[4]。本研究采用乳酸菌發酵鰱魚下腳料水解液，通過響應面分析法優化其發酵工藝條件，為提高鰱魚等水產品下腳料產品附加值的研究與開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

鰱魚下腳料包括鰱魚的魚頭、魚尾、魚骨、魚鰭及剩余的魚肉等均取自龍巖學院校大門對面的某酒店。嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）、保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）由中國普通微生物菌種保藏管理中心提供。

嗜熱鏈球菌MRS培養基：葡萄糖5.0 g、牛肉膏10.0 g、蛋白胨10.0 g、酵母膏5.0 g、乙酸鈉5.0 g、檸檬酸氫二銨2.0 g、吐溫-80 1.0 mL、磷酸氫二鉀2.0 g、硫酸鎂0.05 g、硫酸錳0.2 g、碳酸鈣20.0 g、蒸餾水1 000 mL、pH 6.8，固體培養基加20.0 g瓊脂。

保加利亞乳桿菌培養基：葡萄糖20.0 g、牛肉膏10.0 g、蛋白胨10.0 g、酵母膏5.0 g、檸檬酸氫二銨2.0 g、磷酸氫二鉀2.0 g、吐溫-80 1.0 mL、醋酸鈉5.0 g、硫酸鎂0.2 g、硫酸錳0.2 g、蒸餾水1 000 mL、pH 6.8，固體培養基加20.0 g瓊脂。

1.2 方法

1.2.1 乳酸菌種的活化與培養 將保藏于實驗室的嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌，接種于三角瓶液體培養基中，置于37 ℃培養18～20 h，待用。

1.2.2 乳酸菌發酵鰱魚下腳料水解液的工藝流程 鰱魚下腳料水解液→裝入250 mL三角瓶中→100 ℃水浴鍋中殺菌15 min→冷卻至40 ℃→加入蔗糖調節→接種乳酸菌（1∶1接種嗜熱鏈球菌及保加利亞乳桿菌）→恒溫發酵→滅活→感觀評價

1.2.3 工藝流程中各參數的單因素優化 參照文獻[5，6]，對乳酸菌發酵鰱魚下腳料水解液的工藝流程各參數進行單因素試驗。蔗糖添加量取1%、2%、3%、4%、5%，乳酸菌接種量1%、2%、3%、4%、5%，發酵溫度35、37、39、42、44 ℃，發酵時間24、32、40、48、56 h，以水解液感觀評價為指標，確定較優的各因素取值范圍，用于響應面分析法優化的參數水平。感觀評價標準[7]：總分100分，以10個學生打分平均值為準。色澤：色澤均勻一致；氣味：有明顯的發酵乳香氣；滋味：酸甜適中；組織狀態：表面光滑，細膩，凝塊均勻。

1.2.4 響應面分析法優化乳酸菌發酵鰱魚下腳料水解液的工藝流程 在單因素試驗的基礎上，根據Box-Benhnken中心組合試驗設計原理，采用響應面分析法，以感官品質作為評價指標，利用Design-Expert 7.0軟件在4因素3水平上對乳酸菌發酵鰱魚下腳料水解液的工藝流程中的影響因素蔗糖添加量、乳酸菌接種量、發酵溫度、發酵時間進行優化，確定最佳的工藝流程[8]。Box-Benhnken設計的因素與水平見表1。

2 結果與分析

2.1 乳酸菌發酵鰱魚下腳料水解液的工藝流程單因素試驗結果

2.1.1 蔗糖添加量對水解液感觀評價的影響 蔗糖添加量對水解液感觀評價的影響如圖1所示。由圖1可知，隨著蔗糖添加量增大，水解液甜度太高，綜合評分均值降低。蔗糖添加量在1%～3%時綜合評分均值較高，因此選定這3個數值作為響應面分析法優化的因素水平。

2.1.2 乳酸菌接種量對水解液感觀評價的影響 乳酸菌接種量對水解液感觀評價的影響如圖2所示。由圖2可知，隨著乳酸菌接種量增大，水解液酸度太高，綜合評分均值降低。乳酸菌接種量在1%～3%時綜合評分均值較高，因此選定這3個數值作為響應面分析法優化的因素水平。

2.1.3 發酵溫度對水解液感觀評價的影響 發酵溫度對水解液感觀評價的影響如圖3所示。由圖3可知，隨著發酵溫度升高，乳酸菌發酵速度加快，發酵效果較好，綜合評分均值較高；但當溫度超過42 ℃以后，綜合評分均值呈下降趨勢，可能是發酵溫度過高，乳酸菌死亡較多。發酵溫度在39、42、44 ℃時綜合評分均值較高，因此選定這3個數值為響應面分析法優化的因素水平。

2.1.4 發酵時間對水解液感觀評價的影響 發酵時間對水解液感觀評價的影響如圖4所示。由圖4可知，隨著發酵時間延長，乳酸菌發酵產酸，改善了水解液風味，綜合評分均值增加；但當乳酸菌發酵時間過長，產酸過多，綜合評分均值呈下降趨勢。發酵時間在32、40、48 h時綜合評分均值較高，因此選定這3個數值作為響應面分析法優化的因素水平。

2.2 響應面優化試驗結果

以綜合感觀評價為指標進行Box-Benhnken設計結果見表2所示。利用Design-Expert 7.0軟件進行回歸分析，得到感觀評價均值和各因素變量之間的二元回歸方程為：Y=-1 067.803 75+29.760 00×A-11.052 00×B+38.148 29×C+15.737 04× D+0.720 00×A×B-0.503 00×A×C-0.034 687×A×D+0.615 00×B×C+0.116 56×B×D-0.120 87×C×D-2.352 42×A2-

5.377 42×B2-0.393 79×C2-0.125 49×D2。

對回歸模型進行方程分析，結果見表3所示。該模型具有統計學意義（P<0.000 1），失擬項不顯著（P=0.083 4>0.05），表明回歸方程擬合情況好、誤差小，能較好地描述各因素與響應值之間的真實關系，可以利用該方程確定最優的工藝流程。從各因素方差分析結果看，對乳酸菌發酵鰱魚下腳料水解液的感觀評價均值影響大小依次順序為：發酵時間（D）>發酵溫度（C）>乳酸菌接種量（B）>蔗糖添加量（A），其中發酵時間（D）和發酵溫度（C）對響應值結果影響顯著，乳酸菌接種量（B）和蔗糖添加量（A）對響應值結果影響不顯著。

各因素響應面曲面分析結果如圖5所示。根據所得的模型可預測得到最優的乳酸菌發酵鰱魚下腳料水解液的感觀評價均值最高的工藝條件為：蔗糖添加量1.80%、乳酸菌接種量1.97%、發酵溫度42.23 ℃、發酵時間43.04 h，在該條件下感觀評價均值能達到92.08分。分別按上述的最優工藝條件進行3次平行試驗，所得的乳酸菌發酵鰱魚下腳料水解液的感觀評價均值為92.02分，與理論預測值92.08分接近，重復性較好，說明響應面優化所得的工藝條件參數準確、可靠、可行。

3 結論

通過響應面分析法優化了乳酸菌發酵鰱魚下腳料水解液的最優工藝流程。結果表明，在最優工藝條件蔗糖添加量1.80%、乳酸菌接種量1.97%、發酵溫度42.23 ℃、發酵時間43.04 h下，水解液感觀評價均值能達到92.02分，該水解液具有特殊乳酸發酵香味和風味，酸度、甜度適中，口感良好。

參考文獻：

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[2] 龔鋼明，顧 慧，蔡寶國.魚類加工下腳料的資源化與利用途徑[J]. 中國資源綜合利用，2003，7（7）：23-24.

[3] 盧紅梅.鱈魚下腳料水解液的連續乳酸發酵[J].無錫輕工大學學報，2004，23（6）：103-106.

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[7] 裘迪紅，周 濤，戴志遠.水解鮐魚蛋白制備濃肽口服液[J].廣州食品工業科技，2001，17（1）：72-73.

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（責任編輯 屠 晶）