红茶菌饮料发酵工艺条件的优化.pdf

食品研究与开发 2 0 0 8年3月 第2 9卷第3期 作者简介: 马骋 (1 9 8 2 -) , 男 (汉) , 硕士研究生, 主要微生物资源开发 与应用方面的研究。 *通讯作者: 林娟 (1 9 7 0 -) , 女, 副教授, 博士, 研究方向: 应用微生物学。 3 江苏新医学院.中药大词典: 下册 M .上海:上海科学技术出版 社, 1 9 8 5 : 1 8 1 9 - 1 8 2 1 4 宋立江,狄莹.植物多酚的研究与利用的意义及发展趋势 J .化学 进展, 2 0 0 4 , 5(2): 1 6 2 - 1 6 9 5 李雪莹,王文杰.植物单宁的生理作用及经济价值 J .内蒙古林业 科技, 2 0 0 4 , 4 ( 4 ) : 2 2 - 2 4 6 石碧,狄莹.植物多酚 M .北京:科学出版社, 2 0 0 0 : 1 9 7 李红,张元湖.应用D P P H法测定苹果提取物的抗氧化能力 J .山 东农业大学学报, 2 0 0 5 , 3 6(1): 3 5 - 3 8 8 栾晏,籍保平.苹果多酚浸提方法的研究 J .食品科学, 2 0 0 5 , 2 6 ( 9 ) : 2 1 1 - 2 1 5 收稿日期:2 0 0 7 - 0 6 - 2 8 “红茶菌” 又名海宝、 胃宝, 是有着悠久历史的一 种民间传统酸性饮料, 以糖、 茶为原料, 由3种有益于 人体健康的益生菌 (酵母菌、 醋酸菌、 乳酸菌) 组成的 共生体系, 通过自身的特殊作用, 将糖、 茶等原料经过 生物技术发酵工艺转化为极其丰富的营养物质 (如葡 萄糖酸、 葡萄糖醛酸、D -葡萄糖二酸- 1,4内酯、 乳酸、 醋酸、 维生素、 多糖、 蛋白等) 1 - 3 , 具有调节肠道、 增强 脑心肝肾功能、 提高视力、 降低血压、 安眠等多种保健 作用 4 - 6 ,是一种很有利用价值的天然微生物发酵饮 品。民间自酿红茶菌时盛时衰: 兴之动力源于红茶菌 具有食药兼用的优良特点; 衰落的原因, 则是自酿易 受杂菌污染, 纯种不能自备延续。本课题在继承传统 的 “红茶菌” 酿制的基础上, 采用现代生物技术, 利用 自行分离纯化的醋酸菌、 酵母菌、 乳酸菌组成的共生 体系进行纯种混合发酵, 稳定了产品质量, 也大大缩 短了发酵周期, 使得发酵周期从传统的1 7 0 h缩短到 6 0 h, 且发酵液p H值稳定, 并具有酸甜香醇的独特风 味。通过该课题的研究旨在为红茶菌的工业化、 规模 化生产提供参考。 马骋, 林娟*, 杨美容, 刘志坚 (福州大学 生物科学与工程学院, 福建 福州3 5 0 0 0 2) “红茶菌” 饮料发酵工艺条件的优化 摘要: 采用自行分离纯化的酵母菌Y 1、 乳酸菌R 3、 醋酸菌C 5进行纯种混合发酵生产红茶菌饮料, 并对发酵工艺 条件进行优化。 结果表明, 当葡萄糖浓度为1 0 g / 1 0 0 m L、 茶粉浓度为0 . 4 0 g / 1 0 0 m L、 接种量为5 m L / 1 0 0 m L、 装液量为 3 0 0 m L / 5 0 0 m L、 酵母菌醋酸菌乳酸菌的比例为1 1 2时, 红茶菌的发酵周期从传统的1 7 0 h缩短到6 0 h, 发酵液p H 值可稳定在3 . 0左右, 且具有酸甜相宜、 清香爽口的风味。 关键词: 红茶菌; 纯种混合发酵; 工艺条件; 优化 O P T I M I Z A T I O NO F T E C H N I C A L C O N D I T I O N S I NT H EF E R M E N T A T I O NO F K O M B U C H A M AC h e n g , L I NJ u a n * , Y A N GM e i - r o n g , L I UZ h i - j i a n (C o l l e g e o f B i o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,F u z h o u U n i v e r s i t y,F u z h o u 3 5 0 0 0 2 , F u j i a n , C h i n a) A b s t r a c t:K o m b u c h a w a s f e r m e n t e d w i t h p u r e s t r a i n s o f y e a s t Y 1 , l a c t o b a c i l l u s R 3 a n d a c e t o b a c t e r C 5 , a n d t h e t e c h n i c a l c o n d i t i o n s o f f e r m e n t a t i o nw e r e o p t i m i z e d . T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e o p t i m a l c o n d i t i o n s a r e a s f o l l o w : g l u c o s e c o n c e n t r a t i o n 1 0 g / 1 0 0 m L , t e a p o w d e r c o n c e n t r a t i o n 0 . 4 0 g / 1 0 0 m L , i n o c u l u ms i z e 5 m L / 1 0 0 m L , m e d i - u ml o a d a g e 3 0 0 m Li n 5 0 0 m Lb o t t l e , y e a s t : a c e t o b a c t e r : l a c t o b a c i l l u s =1 : 1 : 2 . U n d e r t h e s e c o n d i t i o n s , t h e f e r - m e n t a t i o n p e r i o d i s r e d u c e d f r o m1 7 0 h t o 6 0 h , t h e p r o d u c t k e e p s a t p H3 . 0 a n d h a s a d i s t i n c t i v e f l a v o r . K e y w o r d s:K o m b u c h a ; f e r m e n t e d w i t h p u r e s t r a i n s ; t e c h n i c a l c o n d i t i o n s ; o p t i m i z a t i o n ! 科学研究 3 6 食品研究与开发 2 0 0 8年3月 第2 9卷第3期 1材料与方法 1 . 1材料和设备 1 . 1 . 1菌种 酵 母 菌Y 1、 乳 酸 菌R 3、 醋 酸 菌C 5: 从 红 茶 菌 (福州大学微生物实验室) 和其它发酵食品中自行分 离获得。 1 . 1 . 2培养基 1 . 1 . 2 . 1酵母菌培养基 酵母膏1 g、 蛋白胨1 g、 葡萄糖2 g(固体培养基加 2 g琼脂) 蒸馏水1 0 0 m L;1 2 1 高压蒸汽灭菌2 0 m i n。 1 . 1 . 2 . 2醋酸菌培养基 酵母膏1 g、 葡萄糖1 g(固体培养基加2 g琼脂) ; 1 2 1 高压蒸汽灭菌2 0 m i n。灭菌后待培养基冷却至 5 0 左右时,加入2g经1 6 5干热灭菌3 0m i n的 C a C O3和3 m L无水或9 5 %酒精。 1 . 1 . 2 . 3乳酸菌培养基 (M R S培养基) 蛋白胨1 g、 牛肉浸膏1 g、 酵母浸膏0 . 5 g、 葡萄糖 2 g、 醋酸钠0 . 5 g、 吐温8 00 . 1 m L、 柠檬酸二胺0 . 2 g、 M g S O47 H2O0 . 2 g、M n S O44 H2O0 . 0 0 5 g、K2H P O40 . 2 g, p H 6 . 2 6 . 6(固体培养基加2 g琼脂) ;1 2 1 高压蒸汽灭 菌2 0 m i n。 1 . 1 . 2 . 4红茶菌培养基 水、 葡萄糖与茶粉按一定比例混合,8层洁净纱布 封口,1 2 1 高压蒸汽灭菌1 5 m i n 2 0 m i n 。 1 . 1 . 3主要仪器设备 超净工作台 (1 2 8 5型) : 美国T h e r m o F o r m a公司; 恒温培养箱 (P Y X - P H S - X型) : 上海跃进医疗仪器一 厂; 恒温气浴摇床 (C H A - S型) : 江苏常州国华仪器厂; 高压蒸汽灭菌锅 (Y X Q - S G 4 6 - 2 8 0 S型) : 上海博迅实业 有限公司医疗设备厂;p H计 (M o d e l 8 6 8) : 奥立龙。 1 . 2方法 1 . 2 . 1酵母菌、 醋酸菌、 乳酸菌的培养方法 酵母菌3 0 摇床培养3 2 h 3 6 h, 转速1 0 0 r / m i n; 醋酸菌3 0 摇床培养3 2 h 3 6 h, 转速2 0 0 r / m i n; 乳酸 菌3 0 静置培养3 2 h 3 6 h。 1 . 2 . 2红茶菌的发酵 酵母菌、醋酸菌和乳酸菌按一定比例接种于红茶 菌培养基中,3 0 培养6 0 h。 2结果与分析 2 . 1不同碳源对红茶菌发酵效果的影响 在接种量1 0 g / 1 0 0 m L(酵母菌醋酸菌乳酸菌= 1 1 1) , 糖浓度1 5 g / 1 0 0 m L, 茶粉浓度0 . 2 5 g / 1 0 0 m L条件 下, 比较葡萄糖与蔗糖对红茶菌的发酵效果 (见图1) 。 在本试验中,以红茶菌发酵液的最终p H值作为 评价发酵效果的指标。一般认为当发酵液的p H值降 到3 . 0左右即发酵成熟。 从图1可以看出, 在相同的条件下、 相同的发酵时 间内(7 2 h) ,3种菌对葡萄糖的利用速度快于蔗糖, 发 酵液的p H值更低。因此选择葡萄糖作为碳源。 从图1还可以看出,6 0 h后发酵液p H值趋于稳 定, 因此确定红茶菌的发酵时间为6 0 h, 这比传统的自 然发酵时间 (约1 7 0 h) 缩短了1 1 0 h。 2 . 2葡萄糖浓度对红茶菌发酵效果的影响 在接种量1 0g / 1 0 0m L(酵母菌醋酸菌乳酸菌= 1 1 1) , 茶粉浓度0 . 2 5g / 1 0 0m L, 发酵时间6 0h条件 下, 比较不同葡萄糖浓度对红茶菌的发酵效果, 见 表1。 从表1可以看出,当葡萄糖浓度小于1 0 g /1 0 0 m L时, 随着葡萄糖浓度的增加, 发酵液的p H值逐渐降低; 进 一步增大葡萄糖浓度,发酵液的p H值反而升高, 这 可能是因为高浓度葡萄糖形成的高渗透压不利于菌 体的生长;当葡萄糖浓度为1 0 g / 1 0 0 m L时得到的发 酵液酸甜可口, 因此确定红茶菌培养基中葡萄糖的浓 度为1 0 g / 1 0 0 m L。 2 . 3不同茶粉浓度对红茶菌发酵效果的影响 在接种量1 0 g / 1 0 0 m L(酵母菌醋酸菌乳酸菌= 1 1 1) , 葡萄糖浓度1 0 g / 1 0 0 m L, 发酵时间6 0 h条件下, 比较不同茶粉浓度对红茶菌的发酵效果, 见图2。 从图2可以看出, 当茶粉浓度0 . 4 0 %时, 红茶菌 图1葡萄糖与蔗糖对红茶菌的发酵效果比较 F i g . 1 T h e c o mp a r i s o n o f z y mo l y t i c e f f e c t b e t w e e n g l u c o s e a n d s u c r o s e o n k o mb u c h a 表1葡萄糖浓度对红茶菌的发酵效果比较 T a b l e 1 T h e c o mp a r i s o n o f z y mo l y t i c e f f e c t o f d i f f e r e n t g l u c o s e 5 3 . 3 0 7 3 . 2 2 1 0 3 . 1 6 1 5 3 . 4 5 葡萄糖浓度/(g / 1 0 0 m L) C o n c e n t r a t i o n o f g l u c o s e /(g / 1 0 0 m L) p H 科学研究 3 7 食品研究与开发 2 0 0 8年3月 第2 9卷第3期 的发酵效果较好; 但当茶粉浓度较低时, 得到的红茶菌 饮料茶香味不足; 随着茶粉浓度的增加, 红茶菌发酵液 的涩味增加。因此, 选定茶粉浓度为0 . 4 0 g / 1 0 0 m L。 2 . 4接种量对红茶菌发酵效果的影响 (见表2) 从表2可以看出,当接种量为5m L / 1 0 0m L或 1 0m L / 1 0 0m L时,对红茶菌的发酵效果影响不大, 因此从经济角度考虑, 确定接种量为5%。 2 . 5 3种菌不同配比对红茶菌发酵效果的影响 (见表3) 从表3可以看出,在相同的条件和发酵时间下, 当 酵母菌醋酸菌乳酸菌= 1 1 2时,红茶菌的发酵效果最 好, 得到的红茶菌饮料具有酸甜相宜、 清香爽口的风味。 2 . 6装液量对红茶菌发酵效果的影响 在5 0 0m L三角瓶中分别装入3 0 0m L、3 5 0m L、 4 0 0 m L红茶菌培养基, 通过改变装液量来改变红茶菌 发酵过程的通气状况, 比较其发酵效果。 从表4可以看出,当在5 0 0m L三角瓶中装入 3 0 0m L红茶菌培养基时发酵效果最好。由于醋酸菌 是好氧菌、 酵母菌是兼性厌氧菌, 氧的存在可以促进 酵母菌和醋酸菌的生长,更好地利用葡萄糖转化为 乙醇、 乙酸等物质, 也为乳酸菌的生长提供了更多的 营养基质。 3结论 采用酵母菌Y 1、 乳酸菌R 3、 醋酸菌C 5进行纯种 混合发酵生产红茶菌饮料。 当葡萄糖浓度为1 0 g / 1 0 0 m L、 茶粉浓度为0 .4 0 g / 1 0 0 m L、 接种量为5 m L / 1 0 0 m L、 装液 量为3 0 0m L / 5 0 0m L、酵母菌醋酸菌乳酸菌的比例 为1 1 2时, 发酵液p H值可稳定在3 . 0左右, 发酵周期 从传统的1 7 0 h缩短到6 0 h。 参考文献: 1 吴巍, 籍保平.红茶菌国内外研究应用概况 J .食品科技,2 0 0 3, 1 2:9 - 1 1 2 G r e e n w o l t CJ , L e d f o r dRA , S t e i n k r a u sKH . D e t e r m i n a t i o na n d c h a r a c t e r i z a t i o no f t h ea n t i m i c r o b i a l a c t i v i t yo f t h ef e r m e n t e dt e a K o m b u c h a J . L e b e n s m . - Wi s s . u . - T e c h n o l , 1 9 9 8 , 3 1(3): 2 9 1 - 2 9 6 3 L i uCH , H s u WH , L e e FL , e t a l . T h e i s o l a t i o n a n d i d e n t i f i c a t i o n o f m i c r o b e s f r o ma f e r m e n t e dt e a b e v e r a g e , H a i p a o , a n dt h e i r i n t e r a c - t i o n s d u r i n g H a i p a o f e r m e n t a t i o n J . F o o d m i c r o b i o l o g y , 1 9 9 6 , 1 3(6) : 4 0 7 - 4 1 5 4 佚名.红茶菌液的功效及配制方法 J .中国中医药信息杂志,1 9 9 8, 5(5) :6 1 5 H a r t m a n n AM , B u r l e s o n LE , H o l m e s AK , e t a l . E f f e c t s o f c h r o n i c K o m b u c h ai n g e s t i o no no p e n - f i e l db e h a v i o r s , l o n g e v i t y , a p p e t i t i v e b e h a v i o r s , a n d o r g a n s i n C 5 7 - B L / 6 m i c e : Ap i l o t s t u d y J . B a s i c n u - t r i t i o n a l i n v e s t i g a t i o n , 2 0 0 0 , 1 6(9): 7 5 5 - 7 6 1 6 D u f r e s n e C , F a r n w o r t hE . T e a , K o m b u c h a , a n dh e a l t h : a r e v i e w J . F o o d r e s e a r c h i n t e r n a t i o n a l , 2 0 0 0 , 3 3(6): 4 0 9 - 4 2 1 收稿日期:2 0 0 7 - 0 8 - 2 0 图2茶粉浓度对红茶菌的发酵效果比较 F i g . 2 T h e c o mp a r i s o n o f z y mo l y t i c e f f e c t o f d i f f e r e n t t e a p o w d e r c o n c e n t r a t i o n o n k o mb u c h a 表2接种量对红茶菌的发酵效果比较 T a b l e 2 T h e c o mp a r i s o n o f z y mo l y t i c e f f e c t o f i n o c u l u ms i z e