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《葡萄酒微生物学》论文
《葡萄酒微生物学》
课程论文
题目:
醋酸菌发酵条件优化研究进展
学院:
葡萄酒学院
班级:
103班
姓名:
学号:
指导老师:
醋酸菌发酵条件优化研究进展
XXX
(西北农林科技大学葡萄酒学院,杨凌712100)
摘要:
以醋酸菌作为发酵菌株,考察不同乙醇浓度、接种量、发酵温度及转速条件下发酵液的总酸含量,运用响应面及正交实验优化醋酸菌发酵条件,并显微观察菌体的生长形态,找出最优组合,为醋酸发酵产业提供指导作用,并通过研究机构和企业加深醋酸发酵的基础研究以便于更好的应用于生产。
关键词:
醋酸菌;优化;醋酸;正交实验;响应面
TheOptimizationoffermentationconditionsaceticacidbacteriaProgress
XXX
(CollegeofEnologe,North West Agriculture and Forestry University,Yangling712100,China)
Abstract:
aceticacidbacteriastrainsasfermentation,effectsofdifferentconcentrationsofethanol,totalacidcontentlowerinoculumbroth,fermentationtemperatureandspeedconditions,theuseoforthogonalexperimentandresponsesurfaceoptimizationoffermentationconditionsofaceticacidbacteriaandmicroscopicobservationofbacteriamorphologytoidentifytheoptimalcombination,provideguidancefortheaceticacidfermentationindustry,aceticacidfermentationanddeepenbasicresearchthroughresearchinstitutionsandenterprisesinordertobetterusedinproduction.
Keywords:
aceticacidbacteria;optimization;aceticacid;orthogonalexperiment;responsesurface
食醋作为一种酸性调味品,具有很强的抑菌能力,有较好的口感和风味,经常食用有益于身体健康[1],深受广大消费者的喜爱。
现代科学研究证实发酵醋具有多种营养功效、调味功效、医用功效、保健美容功效、抗菌功效等[2-5],引起了科研工作者的广泛关注。
醋酸菌两端椭圆呈杆状,无芽孢,单生或呈链排列,属革兰氏阴性菌。
根据醋酸菌的生理生化特性,可分为两个属即醋酸菌属和葡萄糖杆菌属[6]。
两种菌属都能产生醋酸,前者主要作用是将葡萄糖氧化为葡萄糖酸,后者主要是将酒精氧化为醋酸,其代谢产物主要包括醋酸、CO2和H2、乳酸、丙酸等[7-8]。
不同的是醋酸菌属氧化乙醇能力强于葡萄糖,而葡萄糖杆菌属氧化葡萄糖能力强于乙醇,醋酸生产中用的大多是醋酸菌[9]。
醋酸菌利用细胞膜上的乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶氧化乙醇生成醋酸,乙醇和醋酸分别作为醋酸菌的碳源和代谢产物,浓度过高对醋酸菌细胞有毒害,有些醋酸菌种在高醋酸浓度的环境下还会启动氧化醋酸机制,反而降低产量[10]。
本文以沪酿1.01醋酸菌作为菌种,结合目前已有的研究成果,考察其在不同的温度、转速、乙醇浓度、接种量条件下的最佳发酵条件[11],并运用响应面分析法和正交实验法优化了其发酵条件,为醋酸菌在不同环境下发酵的最适宜条件的确定提供一定的理论依据。
使醋酸产量得到较大的提高,最大发挥出其潜能,获得最大的经济效益。
1响应面优化法
1.1材料与方法
1.1.1试验材料
菌种:
沪酿1.01
1.1.2试验方法
1.1.2.1醋酸菌培养和总酸测定
配制液体培养基[12]:
葡萄糖1.0g,酵母膏1.0g,碳酸钙1.5g,水100mL,pH值自然,使用前加入2.0mL无水乙醇;将醋酸菌菌种移植于斜面培养基上,30℃培养48h。
总酸[13]以醋酸计g/L;酸碱滴定法参考国标[14]。
1.1.2.2醋酸发酵单因素试验
配制乙醇浓度为6.0%vol的液体培养基,装液量100mL,醋酸菌接种量为4.50%,160r/min、30℃摇床培养发酵,间隔12h测定其总酸。
单因素变量分别以2.0%vol、4.0%vol、6.0%vol、8.0%vol、10.0%vol、12.0%vol的乙醇浓度作变量;0、40r/min、80r/min、120r/min、160r/min、200r/min的转速作变量,0.5%、2.5%、4.5%、6.5%、8.5%、10%(v/v)的接种量作变量,20℃、24℃、28℃、32℃、36℃、40℃发酵温度作变量来发酵培养测定其总酸含量。
1.2结果与分析
1.2.1乙醇浓度
图1显示,当乙醇浓度为8.0%vol时发酵总酸量最高,其次为6.0%vol,当乙醇浓度达到10.0%vol时,产酸量几乎为零,这说明高浓度乙醇对醋酸菌发酵产生了抑制作用[14]。
1.2.2发酵温度对产酸量的影响
发酵温度为32℃时产酸量达极大值,见图2,且产酸量随温度进一步上升而显著下降,当温度高达40℃时,产酸量几乎为零。
温度对醋酸菌发酵的影响主要包括对细胞生长、产物形成等方向。
而在本试验中也可以明显看出高温明显抑制了醋酸菌的代谢[16]。
1.2.3转速对产酸量的影响
如图3所示,发酵液产酸量随转速增大逐渐增加,当转速为160r/min时,总酸量趋于最大值。
随着转速继续增加,产量无明显上升趋势,则选择较为合理的160r/min来维持一定的生产水平。
转速越大,培养基内溶氧量越高[17],利于醋酸菌发酵。
1.2.4接种量对产酸的影响
接种量的大小对产酸量的影响并不明显如图4所示。
接种量过高或过低都会影响到醋酸菌的生长或产酸。
综合比较选取接种量中间值4.50%。
1.2.5醋酸菌发酵条件的优化
由单因素实验得出,转速、温度、接种量、乙醇浓度四个因素对产酸量的影响比较显著,实验中每个因素选取3个水平,以(-1,0,+1)作为编码[18],做试验因素水平表,得表1.
表1Box-Behnken试验因素水平
Table1.FactorsandlevelsofBox-Behnken
编号
试验因素
-1
0
+1
X1
乙醇浓度/%vol
3
6
9
X2
温度/℃
22
30
38
X3
转速(/r·min-1)
80
140
200
采用SAS软件[19-20],进行Box-Behnken中心组合设计[21];做转速、温度、果渣量、乙醇浓度交互实验,以总酸度的平均值作为响应值Y,最终得到结果如表2.
SAS软件分析得模拟方程:
Y=23.84+0.1688X1+1.6438X2+0.2425X3-2.45X12-0.25X1X2-1.2525X1X3-6.155X22+0.2275X2X3-3.8825X32
表3分析一次相X2及二次项的p<0.01,为极显著;交互项X1X3的p<0.05,为显著;影响因素的显著性次序为X2>X3>X1,即发酵温度影响最显著,乙醇浓度影响最小。
试验所得到的模型拟合度98.59%,失拟度96.05%,表明模型模拟程度较为合理。
表3回归模型方差分析
Table3.Analysisofvarianceonregressionmodel
系数项自由度平方和均方
F值
Pr>F
X1
1
0.2278
0.2278
0.3564
0.5765
X2
1
21.6153
21.6153
33.8159
0.0021
X3
1
0.4704
0.4704
0.736
0.4301
X1X1
1
22.163
22.163
34.6728
0.0020
X1X2
1
0.25
0.25
0.3911
0.5591
X1X3
1
6.2750
6.275
9.8169
0.0259
X2X2
1
139.8795
139.8795
218.83
<.0001
X2X3
1
0.207
0.207
0.3238
0.5939
X3X3
1
55.6571
55.6571
87.0724
0.0002
模型
9
223.3036
24.8115
38.8162
0.0004
失拟项
3
3.1054
1.0351
22.8508
0.0422
纯误相
2
0.0906
0.0453
残差项
5
3.1960
0.6392
总和
14
226.4996
R2=98.59%
校正R2=96.05%
响应面图5可知,在试验水平下对总酸的影响,固定转速140r/min,发酵温度比乙醇浓度影响显著,两者交互作用不显著;固定发酵温度30℃,转速和乙醇浓度的影响显著;固定乙浓度6.0%vol,发酵温度比转速影响显著,两者交互作用不显著。
进一步分析可知,回归模型Y值的最大估计值为23.9554,极值点为X(0.0194,0.1337,0.032),即最佳发酵温度31℃;转速142r/min;乙醇浓度6.1%vol。
2正交试验优化法
2.1材料与方法
2.1.1试验材料
菌种:
沪酿1.01
2.1.2试验方法
2.1.2.1醋酸菌培养和总酸测定
配制液体培养基:
葡萄糖1.0g,酵母膏1.0g,碳酸钙1.5g,水100mL,pH值自然,使用前加入2.0mL无水乙醇;将醋酸菌菌种移植于斜面培养基上,30℃培养48h。
总酸以醋酸计g/L;酸碱滴定法参考国标。
2.2醋酸发酵条件的选择
将酒精发酵液用调至不同的酒精度,研究醋酸发酵的最佳条件。
为确定醋酸发酵最佳发酵条件,以发酵温度(℃)、酒精度(v/v,%)、接种量(%)、初始pH4个因素进行了4因素3水平的L9(34)正交实验,发酵时间18d,以总酸量(以醋酸计,g/100mL)为实验指标进行实验,各因素水平安排如表4。
表4醋酸发酵实验因素水平
Table4levelsofaceticacidfermentationexperimentfactors
因素
水平酒精度/%A含糖量/%B接种量/%C
温度/℃D
1855
30
29710
33
310915
35
以酒精度、含糖量、发酵温度、醋酸菌接种量为因素[22],采用L9(34)正交表试验,结果见表5。
表5优化发酵实验结果L9(34)
Table5OptimizationoffermentationresultsL9(34)
从表5极差分析结果可知,影响醋酸发酵产酸量的因素主次顺序为:
C>D>B>A,即接种量对醋酸发酵的影响最大,其次为发酵温度,含糖量和酒精度对产酸量影响较小。
最佳发酵条件为A1B2C3D2,即调整浸提液的酒度为8%,含糖量7%,醋酸菌接种量为15%,发酵温度为33℃可获最大产酸量。
3结论与展望
响应面优化发酵条件显示,产酸量受发酵温度影响最大,其中转速和乙醇浓度的交互影响最为显著。
最佳醋酸发酵条件为4.50%的接种量,在6.1%vol的乙醇浓度下,31℃发酵,转速为142r/min,72h即可达到23.96g/L。
而用正交试验得出醋酸发酵的优化条件为:
调整浸提液酒度为8%,含糖量7%,醋酸菌接种量15%,发酵温度33℃进行液体静态发酵,12天后醋酸含量可达到4.661%。
通过比较可得出响应面优化发酵较正交试验优化发酵更加快捷,效果更好。
江南大学等单位的“液醋发酵过程优化和控制关键技术”获得了2006国家863农业生物技术专题的资金资助,2007年国家863发展计划则把酒精、L2乳酸等大宗发酵产品的高密度发酵技术做为目标导向类课题而重点提了出来,无论从企业或国家的导向都表明此研究方向是目前生产企业面临的急需解决的重大问题,也是需要科技工作者为之努力的课题之一。
随着对醋酸菌发酵机制研究的深入以及16S223SrDNA等醋酸菌快速检测技术等在醋酸菌选育上的应用[23],人们可以选择出产酸速率快且能产高酸的醋酸醋酸发酵条件,这也将大大推动低能耗的液态酿醋工业的发展。
参考文献
[1]沈志远.镇江香醋的营养保健和药用功能研究[J].食品科学,2005,26(8):
483-485.
[2]VERZELLONIE,TAGLIAZUCCHID,CONTEA.Relationshipbetweentheantioxidantpropertiesandthephenolicandflavonoidcontentintraditionalbalsamicvinegar[J].FoodChem,2007,105
(2):
564-571.
[3]文镜,张静,常平.功能红曲醋的制备及其降血脂功能的研究[J].食品科学,2007,28(9):
510-513.
[4]冯菲,李忠海,张帆.食醋的美容保健功效研究进展[J].食品与机械,2010,26
(2):
159-161.
[5]SENGUNIY,KARAPINARM.Effectivenessoflemonjuice,vinegarandtheirmixtureintheeliminationofSalmonellatyphimuriumoncarrots(DaucuscarotaL.)[J].IntJFoodMicrobiol,2004,96(3):
301-305.
[6]冯静,施庆珊,欧阳友生,等.醋酸菌多相分类研究进展[J].微生物学通报,2009,36(9):
1390-1396.
[7]GULLOM,CAGGIAC,VEROLD,etal.Characterizationofaceticacidbacteriain“traditionalbalsamicvinegar”[J].IntJFoodMicrobiol,2006,106
(2):
209-212.
[8]王扬,李宏.醋酸菌分类概要[J].中国酿造,1991(6):
7-10.
[9]LuSF,LeeFL,ChenHK.AthermotolerantandhighaceticAcid-producingbacteriumAcetobactersp.114-2[J].JournalofAp-pliedMicrobiology,1999,86
(1):
55-62.
[10]王博彦,金其荣.发酵有机酸生产与应用手册[M].北京:
中国轻工业出版社,2000.
[11]TRUPKINS,LEVINS,FORCHIASSINF,etal.Optimizationofaculturemediumforlig-ninolyticenzymeproductionandsyntheticdyedecolorizationusingresponsesurfacemethodology[J].JIndMicrobiolBiotechnol,2003,30(12):
682-690.
[12]黄勇.木瓜果醋的研制[D].武汉:
华中农业大学硕士论文,2007:
24-25.
[13]刘月梅,白卫东,鲁周民.柿果醋醋酸发酵工艺参数优化研究[J].农业工程学报,2008,24(4):
257-260.
[14]GB/T5009.41-2003食品卫生标准的分析方法[S].
[15]董书阁,管斌,熊三玉.利用响应面分析法优化醋酸菌AD1的发酵条件[J].食品与发酵工业,2007,33(3):
78-81.
[16]张凌,童军茂,单春会.液态法生产葡萄果醋工艺条件的研究[J].中国调味品,2010,35
(2):
72-75.
[17]边艳青,崔金钟,赵宝华.不同培养条件对基因工程疫苗菌生长的影响[J].河北师范大学学报:
自然科学版,2003,27(6):
617-619.
[18]田东,袁其朋,孙新晓,等.响应面法优化多粘菌素B的发酵条件[J].中国农学通报,2010(15):
53-57.
[19]赵选民.试验设计方法[M].北京:
科学出版社,2006:
8.
[20]TrupkinS,LevinS,ForchiassinF.Optimizationofaculturemediumforlig-ninolyticenzymeproductionandsyntheticdyedecolorizationusingresponsesurfacemethodology[J].JIndMicrobiolBiotechnol,2003,30:
682-690.
[21]安玉红,任廷远,阚建全.木瓜果醋发酵工艺的研究[J].中国酿造,2010(3):
171-174.
[22]张宝善,陈锦屏,李冬.利用次等红枣生产果醋的工艺研究[J]农业工程学报,2004,20
(2)21322161
[23]JanjaTrcek.Quickidentificationofaceticacidbacteriabasedonnucleotidesequencesofthe16S223SrDNAinternaltranscribedspacerregionandofthePQQ2dependentalcoholdehydrogenasegene[J].SystematicandAppliedMicrobiology,2005,28:
735-7451
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