植物乳杆菌Zhang-LL与马克斯克鲁维酵母菌M3共发酵葡萄汁酵素的工艺优化.pdf
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1、北京农学院学报2 0 2 4,3 9(1):7 7-8 3Journal of Beijing University of Agriculturehttp:/doi:10.13473/ki.issn.1002-3186.2024.0115植物乳杆菌Zhang-LL与马克斯克鲁维酵母菌M3共发酵葡萄汁酵素的工艺优化董双佳,刘慧1,金君华1,张红星,杨竹娘,谢远红1*(1.食品质量与安全北京实验室,农产品有害微生物与农残安全检测与控制北京市重点实验室,北京农学院食品科学与工程学院,北京10 2 2 0 6;2.怀来葡缇泉葡萄籽科技开发有限公司,河北怀来0 7 5 4 0 0)摘要:【目的】以葡萄汁
2、为原料,植物乳杆菌Zhang-LL及马克斯克鲁维酵母M3为发酵菌株,优化葡萄汁酵素的发酵工艺条件。【方法】比较植物乳杆菌Zhang-LL和马克斯克鲁维酵母M3在葡萄汁中的不同接种方式对益生菌活菌数和DPPH清除率的影响,筛选葡萄汁酵素最优接种发酵方式。进一步通过单因素试验及响应面试验,优化葡萄汁酵素最佳发酵工艺条件。【结果】植物乳杆菌Zhang-LL和马克斯克鲁维酵母M3共发酵可以显著提高葡萄汁酵素中益生菌活菌数和DPPH清除率;植物乳杆菌Zhang-LL和马克斯克鲁维酵母M3共发酵的最佳工艺条件为:按照1:1比例接种,初始接种量5.0 0 1gCFU/mL、大豆蛋白陈添加量0.4 6%、3
3、4 发酵18h,植物乳杆菌Zhang-LL活菌数达6.6 0 10 8 CFU/mL,马克斯克鲁维酵母M3活菌数达8.2 0 10 7 CFU/mL,酵素DPPH清除率8 5.2 5%。【结论】乳酸菌与酵母菌协同发酵,在缩短发酵时间的同时还能达到较高的活菌数和DPPH清除率,可为葡萄汁酵素的工业化制备及后续多功能产品研发提供理论依据。关键词:葡萄酵素;植物乳杆菌Zhang-LL;马克斯克鲁维酵母M3;共培养中图分类号:TQ920.6文章编号:10 0 2-3 18 6(2 0 2 4)0 1-0 0 7 7-0 7 文献标志码:AOptimization of grape juice co-f
4、ermentation with Lactobacillusplantarum Zhang-LL and Kluyveromyces marxianus M3DONG Shuangjia,LIU Hui,JIN Junhua,ZHANG Hongxing,YANG Zhuniang,XIE Yuanhong(1.Beijing Laboratory of Food Quality and Safety,Beijing Key Laboratory of Detection and Control of Harmful Microorgaismsand Pesticide Safety of A
5、gricultural Products,College of Food Science and Engineering,Beijing University of Agriculture,Beijing 102206,China;2.Huailai Putiquan Grape Seed Technology Development Co,Ltd,Huailai,Hebei 075400,China)Abstract:Objective Using grape juice as raw material,Lactobacillus plantarum Zhang-LL and Kluyver
6、omyces marrianus M3as fermentation strains,this study investigates the effect of different fermentation methods on the number of viable bacteria ingrape juice fermentation broth,and optimizes the fermentation process conditions of grape enzymes.MethodsJ Compare theeffects of different inoculation me
7、thods of Lactobacillus plantarum Zhang-LL and Kluyveromyces marzianus M3 on the num-ber of viable bacteria and DPPH clearance rate in grape juice,and screen out the optimal inoculation and fermentation methodfor grape enzymes.Further optimize the optimal fermentation process conditions for grape enz
8、ymes through single factor exper-iments and response surface methodology.ResultsJ Co-fermentation of Lactobacillus plantarum Zhang-LL and Maxcrovyiyeast M3 can significantly increase the number of probiotic active bacteria and DPPH clearance rate in grape enzymes;The op-timal process conditions for
9、co fermentation of Lactobacillus plantarum Zhang-LL and Maxcrovyi yeast M3 are as follows:thetwo strains are inoculated in a 1:1 ratio,with an initial inoculation amount of 5.oo Ig CFU/mL,soybean peptone addition a-mount of o.46%,and fermentation at 34 C for 18 hours.The number of viable Lactobacill
10、us plantarum Zhang-LL reaches6.60 X 10 CFU/mL,Kluyveromyces marrianus M3 has a viable bacterial count of 8.20 X 107 CFU/mL,DPPH clearance收稿日期:2 0 2 3-11-0 6基金项目:河北省怀来县科技支撑计划项目(2 0 2 1C-12)第一作者:董双佳(19 9 9 一),女,硕士研究生,研究方向为农产品贮藏与加工通信作者:谢远红(19 7 8 一),博士,教授,研究方向为农产品贮藏与加工78rate 85.25%.ConclusionJThe co-fe
11、rmentation of lactic acid bacteria and yeast can shorten the fermentation time and achieve ahigh number of live bacteria and DPPH clearance rate,which can provide theoretical basis for the industrial preparation of grapeenzyme and the subsequent research and development of multifunctional products.K
12、eywords:grape enzyme;Lactobacillus plantarum Zhang-LL;Kluyveromyces marxianus M3;co-fermentation随着人民生活水平的不断提升,大家更聚焦于自身健康,因此消费者对酵素的需求也日益旺盛。发展酵素产业符合乡村振兴国家战略需求,可促进地方经济转型升级,推动经济社会高质量发展。对酵素产品的研发也成了推动农产品发展的新道路。葡萄是属于葡萄科的一种藤本植物,果期通常在秋季的八九月份。因其富含多种营养物质及具有清爽的口感被大众喜爱。食用葡萄可能对人类健康产生积极影响,现有研究表明,食用葡萄可以预防或延迟脂肪肝、延长寿
13、命 1,并且具有调节人体内微生物菌群的潜力 2 。葡萄在中国种植面积广泛,酿酒的葡萄占10%,精深加工的葡萄占10%,而鲜食葡萄占将近8 0%3 ,由于新鲜的葡萄储存期较短且在运输中易出现机械损伤,制约了鲜食葡萄的发展。酵素是以水果、植物、中草药等为原料,经微生物发酵制得含有丰富营养成分的发酵产品,酵素富含多种生物活性物质,具有抗衰老、抗氧化及提高机体免疫力等功效 4。目前,在植物酵素产品发酵菌种选择方面,植物乳杆菌、酵母菌和醋酸菌用到的较多。其中,酵母菌是传统的发酵菌种,用酵母菌生产的酵素产品更符合大众口感,发酵方法也比较稳定可靠;植物乳杆菌发酵的酵素产品一般具有更好的风味,并且具有菌株相应
14、的益生功能 5 。而酵母菌与乳酸菌在不同的植物原料中的相互作用共生与促进关系需深人研究,并建立联合发酵植物酵素的工艺。植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)Zhang-LL作为一种益生菌,能够在肠道中存活,有降血糖的功效 6 ,还能够缓解溃疡性结肠炎 7,并且该菌产生的植物乳杆菌素对革兰氏阳性菌有较强抑制作用 8 。克鲁维酵母属中存在嗜杀酵母,能够抑制腐败酵母的污染,保证良好的发酵体系,从而提高发酵产品的质量 。马克斯克鲁维酵母(Kluyveromycesmarrianus)在产酶、产乙醇及产香方面性能优越 10,1,前期研究还证明藏灵菇克鲁维酵母菌具有降胆固醇的功效和调节
15、肠道菌群平衡的功效 12.13 。植物乳杆菌和酵母菌两者互利共生,植物乳杆菌代谢的乳糖作为酵母生长的碳源,酵母菌生长产生甘露糖,给植物乳杆菌的生长提供营养物质 14 。通过植物乳杆菌和酵母菌的共北京农学院学报同发酵,探究葡萄发酵的工艺条件,为葡萄汁酵素的工业化生产及开发益生功能的酵素产品提供技术参考和理论依据。1材料与方法1.1试剂及材料夏黑葡萄由云南红河产品,植物乳杆菌Zhang-LL保藏菌种CGMCC.693、马克斯克鲁维酵母M3菌种CGMCC.1811由食品质量与安全北京实验室保藏,胰蛋白陈、大豆蛋白陈来自北京奥博星生物技术有限责任公司,酪蛋白陈、明胶蛋白陈青岛高科园海博生物技术有限公司
16、产品,蛋白陈、孟加拉红琼脂培养基、MRS培养基北京奥博星生物技术有限责任公司产品,山梨酸钾河南万邦实业有限公司产品,氢氧化钠由国药集团化学试剂有限公司产品。1.2试验方法1.2.1菌种活化植物乳杆菌Zhang-LL接种于MRS(De Man,Rogosa and Sharpe)培养基,3 7 、180r/min摇床培养12 hl15,马克斯克鲁维酵母菌M3接种于YPD培养基,2 8、15 0 r/min摇床培养2 4 h。分别连续传代2 次得到活化菌种,并采用平板计数后用于葡萄酵素发酵。1.2.2葡萄汁酵素制备选取新鲜夏黑葡萄,清洗晾干后,按照料水比为1:1(g:g)的比例打浆,4000r/m
17、in条件下离心10 min,上清液经滤纸除杂质,得到澄清葡萄汁。在过滤好的葡萄汁中添加氮源,调节pH到6.5,利用0.2 2 m滤膜过滤除菌。将活化好的乳酸菌和酵母菌分别按所需接种量,以1:1的比例接种于葡萄汁中发酵。1.2.3菌落计数方法采用倾注平板计数法对植物乳杆菌Zhang-LL和马克斯克鲁维酵母菌M3进行活菌数测定。将发酵后样品采用生理盐水进行10倍梯度稀释,选择3 个适当稀释梯度,以倾注平板法分别倒人MRS和孟加拉红琼脂培养基平板中,分别于3 7 和2 8 倒置培养2 4 h和4 8 h后进行菌落计数。1.2.4筛选葡萄汁发酵方式分别采用植物乳杆菌Zhang-LL(Z)、马克斯克鲁维
18、酵母菌M3(M)、先接植物乳杆菌Zhang-LL后接马克斯克鲁维酵母菌第3 9 卷2024年第1期董双佳等:植物乳杆菌Zhang-LL与马克斯克鲁维酵母菌M3共发酵葡萄汁酵素的工艺优化M3(Z十M)、先接马克斯克鲁维酵母菌M3后接植物乳杆菌Zhang-LL(M 十Z)、两菌同时接种(G)五种方式进行发酵。发酵条件为:初始接种量2.0 0 X106CFU/mL、发酵温度3 4、发酵时间12 h、添加1%的胰蛋白陈作为氮源,发酵结束后采用平板计数法分别测定乳酸菌及酵母菌活菌数,采用DPPH自由基清除能力检测试剂盒测定发酵液的DPPH活性,由此选出最佳的发酵方式。1.2.5葡萄汁发酵最佳条件筛选1)
19、设定初始接菌量的浓度为2.0 0、3.0 0、4.0 0、5.00、6.0 0 lg C FU/m L,添加1%的胰蛋白陈作为氮源,发酵时间12 h,发酵温度3 4,评价发酵液指标为乳酸菌及酵母菌活菌数,确定两菌最佳接种量。2)氮源分别设胰蛋白陈、大豆蛋白陈、酪蛋白陈、蛋白陈、明胶蛋白陈,添加量为1%,初始接菌量的浓度为5.0 0 lgCFU/mL,发酵时间为12 h,发酵温度为3 4,评价发酵液指标为乳酸菌及酵母菌活菌数,确定最佳氮源添加种类。3)大豆蛋白陈的添加量为0.2 5%、0.5%、0.75%、1%、1.2 5%,初始接菌量终浓度为5.0 0 1gCFU/mL,发酵时间为12 h,发
20、酵温度为3 4,评价发酵液指标为乳酸菌及酵母菌活菌数,确定最佳氮源添加量。4)发酵温度分别设2 8、3 1、3 4、3 7、40,初始接菌量的浓度为5.0 0 lgCFU/mL,添加0.5%的大豆蛋白陈,发酵时间为12 h,评价发酵液指标为乳酸菌及酵母菌活菌数,确定最佳发酵温度。1.2.6Box-Behnken中心组合试验确定初始接种量(A)、氮源添加量(B)、发酵温度(C)3个影响因素,采用Box-Behnken原理设计3 因素3 水平响应面试验,A的低、中、高三个水平分别为4、5、6,B为31、3 4、3 7 C 为0.2 5、0.5、0.7 5,以两菌活菌数为响应值,通过数据分析得出最佳
21、发酵工艺条件,3 次平行试验进行验证。使用Microsoft Excel 2o19对数据进行处理及绘制图表,使用Design-Expert10软件设计Box-Behnken中心组合试验,对结果进行分析并作图。2结果与分析2.1葡萄汁中两菌生长曲线测定结果因葡萄汁中的营养物质与培养基中的大不相同,为更好的了解菌体在葡萄汁体系中的生长状态,以便后续筛选发酵方式选择适宜的发酵时间,将两株菌分别接种在相同体系的葡萄汁中。由图179可知,植物乳杆菌Zhang-LL在葡萄汁中的生长趋势,培养到12 h时到达平稳期,活菌数达到8.7 6 1gCFU/mL;马克斯克鲁维酵母 M3在葡萄汁中2 4 h处于平稳期
22、,活菌数达到8.6 6 lgCFU/mL。若作为工业菌株使用,迅速生长的特性是必要的 16 ,所以植物乳杆菌Zhang-LL和马克斯克鲁维酵母M3可作为发酵的优良菌株。生长曲线的测定结果为后期筛选发酵方式提供合理的发酵时间。10rZhang-LL M39(Tu/ndO)1/翼8654图1植物乳杆菌Zhang-LL和马克斯克鲁维酵母M3在葡萄汁中的生长曲线Fig.1 Growth curves of Lactobacillus plantarum Zhang-LL and Kluyveromyces marxianus M3 in grapejuice2.2筛选葡萄汁发酵方式对比先接乳酸菌后接酵
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