高密度益生菌发酵技术优化及益生菌冰淇淋的研制

论文摘要

随着人们对健康饮食消费的关注,具有保健功能的益生菌也备受青睐。益生菌可以调节人体肠道菌群平衡,增加肠道内益生菌的数量,治疗肠道菌群失调,提高机体免疫力,吸附致癌物质,抑制和减缓肿瘤发病率等。益生菌广泛存在与发酵乳制品（益生菌酸奶、益生菌发酵乳饮料、益生菌奶酪）、发酵豆乳制品、功能性食品、和食品添加剂（婴儿配方乳粉、中老年乳粉、果蔬汁中的添加等）、膳食补充剂（片剂、胶囊等）以及口服微生态制剂。当今有关益生菌产业已成为我国行业产品结构调整的重要方向和今后的重要发展趋势。随着消费者对益生菌概念的增强和其市场的逐步扩大,高密度益生菌的生产已成为益生菌市场的强烈需求。高密度益生菌培养是益生菌发酵制备过程中最重要的一个环节,对益生菌发酵制品的开发与应用具有重要的理论和实际意义,因此,研究高密度益生菌发酵技术,探索益生菌高效制备工艺,对高活力益生菌生产实践具有重要的意义。基于益生菌产业发展要求以及研究背景,本课题选择三种常见益生菌嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus CICC6005,LA）、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum 6001,LP）干酪乳杆菌（Lactobacillus casei TSY1,LC）,以基础TJA培养基作为三种益生菌的基本营养物质,辅以肽类增殖性底物,采用测定活菌总数的方法,探讨其在较为廉价的培养基上三种益生菌的生长情况;再通过响应面优化的手段获得最利于菌体生长的最优组合比,使其得到较高水平的益生菌菌体,实现利用廉价生物材料获得高细胞密度发酵生产益生菌菌剂的目标。增殖性培养基优化的研究结果显示:通过单因素实验、响应面设计（RSM）得到嗜酸乳杆菌（L.acidophilus CICC6005,LA）为响应值对增殖性物质A-胶原蛋白肽、B-菊粉、C-低聚果糖的多项回归方程Y1,在试验范围内根据此方程得到预测L.acidophilus CICC6005活菌数最佳,该组合为胶原蛋白肽0.28%、菊粉0.28%、低聚果糖0.5%。在此生长条件下L.acidophilus CICC6005生物量可达1.29×1012CFU/mL。以植物乳杆菌（L.plantarum 6001,LP）为响应值对增殖性物质A-白蛋白肽、B-菊粉、C-低聚果糖的多项回归方程为Y2,根据此方程得到在试验范围内预测L.plantarum 6001活菌数最好,最佳增殖性底物组合为白蛋白肽0.30%、菊粉0.19%、低聚果糖0.36%,在该营养配比的条件下,发酵L.plantarum 6001的生物量可达1.92×1012CFU/mL。以干酪乳杆菌（L.casei TSY1,LC）为响应值对增殖性物质A-胶原蛋白肽、B-菊粉、C-低聚果糖的优化,得到多项回归方程Y3,根据此方程得到L.casei TSY1活菌数最多,其最佳增殖性底物组合为胶原蛋白肽0.3%、菊粉0.50%、低聚果糖0.35%,此优化的增殖性培养基条件下,L.casei TSY1生物量可达3.64×1012CFU/mL。研究对殖性培养基进行发酵条件优化,得到三种益生菌所对应的最佳生长条件分别是,L.acidophilus CICC6005的最适生长条件为接种量3%5%、初始pH值5.86.2、发酵温度3540℃;L.plantarum 6001的最适生长条件为接种量3%5%、初始pH值5.86.4、发酵温度3539℃;L.casei TSY1生长的最适条件为接种量3%5%、初始pH值5.86.6、发酵温度3540℃。在确定了三种益生菌种的生长最适发酵条件范围,采用RSA实验设计进行进一步优化,研究以对应菌体的活菌数为响应值,确定最优化的发酵条件。最终优化结论为L.acidophilus CICC6005在接种量5%、初始pH值6.2、发酵温35℃时,此发酵条件下L.acidophilus CICC6005的活菌总数最高为3.51×1012CFU/mL。L.plantarum 6001的发酵,在接种量3.5%、初始pH值6.1、温度36.8℃的发酵生产条件下,L.plantarum 6001活菌数最高为4.51×10122 CFU/mL。采用最佳优化L.casei TSY1发酵条件,在接种量为3.9%、初始pH为6.3、发酵温度为37.1℃,L.casei TSY1活菌总数达到了4.2×1012CFU/mL。综上所述,研究结果表明三种益生菌对增殖性底物浓度及组成存在较为明显的差异,使得其发酵的水平也有不同程度的变化,研究使用优化出的增殖性底物的组合的最终测试结果均在1012CFU/mL以上;研究还确定了三种益生菌对生长环境的要求存在一定的差异,结合改良的较为廉价的培养基基础上所获得的发酵结果显示,生物量均能达到3.51×1012CFU/mL以上,通过发酵条件优化,生物量较基础TJA培养基(109</sup>1010CFU/mL)提高了2个数量级。本研究结果将为益生菌的发酵生产的成本以及在益生菌发酵食品、发酵剂或微生态制剂的应用都具有实际科学价值。利用本研究优化的增殖性培养基和发酵条件,生产三种益生菌的菌体进行软体冰淇淋的应用试验,通过添加1×107CFU/mL的菌浓于软体冰淇淋的生产原料中,制作成含益生菌的冰淇淋产品;产品经PCA平板计数,在30天范围内,所添加的益生菌在冰淇淋中存活率保持在106CFU/mL及以上,说明以冰淇淋为载体的含益生菌的冷食产品的生产是可行的。本研究也为消费者对功能性健康食品的需求提供了一种较好的食品资源。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究的背景
•     1.1.1 益生菌与益生菌产品
•     1.1.2 高密度益生菌发酵技术研究现状
•   1.2 高密度益生菌发酵的研究方法
•     1.2.1 物理发酵条件的研究
•     1.2.2 发酵培养基的研究
•     1.2.3 高密度发酵方法的研究
•   1.3 课题研究的依据及意义
•   1.4 课题的研究内容
• 第二章 三种益生菌高密度发酵培养基的优化
•   2.1 实验材料与设备
•     2.1.1 实验材料
•     2.1.2 实验仪器设备
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 溶液及培养基的配制
•     2.2.2 材料预处理
•     2.2.3 菌体的活化
•     2.2.4 菌体的发酵方法
•     2.2.5 菌种在培养基中的生长特性
•     2.2.6 单因素实验筛选增殖性底物
•     2.2.7 响应面优化设计与分析
•   2.3 实验检测方法
•     2.3.1 菌体的鉴定方法—革兰氏染色
•     2.3.2 活菌数测定方法
•   2.4 研究数据分析
•   2.5 实验结果和分析
•     2.5.1 菌种生长能力的测定
•     2.5.2 菌体形态及菌落特征
•     2.5.3 单因素实验筛选增殖性底物
•     2.5.4 响应面优化设计与分析
•     2.5.5 本章小结
• 第三章 三种增殖性培养基高密度发酵条件的优化
•   3.1 实验材料与设备
•     3.1.1 实验材料
•     3.1.2 仪器与设备
•   3.2 实验方法
•     3.2.1 增殖性培养基的配制
•     3.2.2 增殖性培养基高密度发酵工艺优化技术路线
•     3.2.3 接种量对三种益生菌生长的影响
•     3.2.4 初始p H值对三种益生菌生长的影响
•     3.2.5 发酵温度对三种益生菌生长的影响
•     3.2.6 中心组合实验设计
•     3.2.7 数据处理
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 发酵单因素培养条件的筛选
•     3.3.2 响应面分析（RSA法）优化三种益生菌的发酵条件
•   3.4 本章小结
• 第四章 含益生菌冰淇淋的制造工艺的初步研究
•   4.1 实验材料与设备
•     4.1.1 实验材料
•   4.2 实验方法
•     4.2.1 培养基的配制
•     4.2.2 菌体的制备
•     4.2.3 冰淇淋配方
•     4.2.4 冰淇淋制备工艺流程
•     4.2.5 益生菌接种
•     4.2.6 三种益生菌活菌数检测
•     4.2.7 冰淇淋老化温度对益生菌体存活率的影响
•     4.2.8 冰淇淋老化时间对益生菌体存活率的影响
•     4.2.9 冰淇淋成品感官指标
•   4.3 数据分析处理
•   4.4 实验结果与分析
•     4.4.1 老化温度对益生菌存活率的影响
•     4.4.2 老化时间对益生菌存活率的影响
•     4.4.3 膨胀率对益生菌存活率的影响
•     4.4.4 贮藏时间对益生菌存活率的影响
•     4.4.5 冰淇淋成品感官指标
•   4.5 结论与分析
• 第五章 总结与展望
•   5.1 研究结论
•   5.2 研究创新点
•   5.3 研究展望
• 参考文献
• 发表论文、参加科研情况说明
•   （一）发表论文
•   （二）参与的科研项目
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王秋萍

导师: 陈庆森

关键词: 益生菌,高密度培养,嗜酸乳杆菌,植物乳杆菌,干酪乳杆菌

来源: 天津商业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,轻工业手工业,轻工业手工业

单位: 天津商业大学

分类号: TS201.3;TS277

总页数: 79

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