纳豆活性成分冷冻干燥工艺条件及储存稳定性的研究

论文摘要

纳豆是日本的一种传统食品,由纳豆菌(Bacillus natto)或枯草杆菌(Bacillus subtilis)发酵蒸煮大豆而制成。研究表明,纳豆不仅营养丰富,其周围的黏性物质中还含有一些生理活性物质如纳豆激酶、纳豆菌、血管紧张肽转化酶抑制剂、维生素k2、吡啶二羧酸等,具有溶血栓、降血压、防止骨质疏松等多种保健功能。利用筛选出的一株纳豆菌发酵大豆制成纳豆后不经后熟,直接用无菌生理盐水将纳豆周围的黏性物质洗脱,然后对洗脱液进行冷冻干燥,并对干燥过程中保护剂对纳豆激酶的酶活保持率和纳豆菌存活率的影响进行研究,通过单因素试验和正交试验,从脱脂乳粉、蔗糖、麦芽糊精、抗坏血酸、麦芽糖、乳糖、海藻糖和山梨醇中筛选出了最佳保护剂组合:脱脂乳粉10%、麦芽糊精3%、蔗糖5%、抗坏血酸0.5%,在此条件下纳豆激酶的酶活保持率和纳豆菌存活率与对照组相比分别提高了69.8%和76.7%。利用电阻法测定了添加保护剂后纳豆洗脱液的共晶点和共熔点。在此基础上对冷冻干燥过程中影响干燥速率、纳豆激酶酶活保持率及纳豆菌存活率的其它因素进行了研究和优化,确定了最佳冷休克处理条件及最优冷冻干燥工艺条件。适当的冷休克处理可以提高纳豆菌的抗冻能力,但对纳豆激酶的影响并不显著,纳豆菌经8℃、5 h的冷休克处理,冻干后的存活率与未处理的相比提高了3.1%。最优工艺条件为:纳豆洗脱液的pH值为7.0～7.5,预冻结温度为–30℃,冻结速率为1.5℃/min,冻结时间120min,冷阱温度为–40℃,冻结物料厚度为10 mm,干燥室真空度为30Pa,升华温度为30℃,解析温度为40℃。在优化的工艺条件下,纳豆活性成分洗脱液的干燥速率为0.83 mm/h,总干燥时间为12 h,冻干后纳豆激酶酶活保持率为81.8%,纳豆菌的存活率为90.9%,冻干粉的含水量为2.93%。利用加速储存试验对冻干粉中纳豆激酶和纳豆菌的储存稳定性进行了研究,并估算出了纳豆激酶和纳豆菌在25℃和4℃下的储存寿命。25℃下纳豆激酶酶活损失10%和50%所需时间为19.8d和130.3d(0.36年),纳豆菌菌体死亡10%和50%所需时间为31.7d和208.1d(0.57年);4℃下纳豆激酶酶活损失10%和50%所需时间为325.3d(0.89年)和2138.9d(5.86年),纳豆菌菌体死亡10%和50%所需时间为421.6d(1.15年)和2772d(7.59年)。对4℃条件下的加速储存试验结果进行了验证,结果显示由加速储存试验推算出的结果和验证试验得出的结果较接近,证明可以利用加速储存试验估算纳豆活性物质冻干粉中纳豆激酶和纳豆菌的储存寿命。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 纳豆的营养价值及保健功能
• 1.1.1 纳豆的营养价值
• 1.1.2 纳豆的保健功能
• 1.2 国内外纳豆产品的研究现状
• 1.3 真空冷冻干燥技术
• 1.3.1 真空冷冻干燥的原理
• 1.3.2 冷冻干燥机的结构及组成
• 1.3.3 真空冷冻干燥的一般过程
• 1.3.4 真空冷冻干燥的特点
• 1.3.5 冷冻干燥过程中的冻干损伤及冷冻干燥保护剂
• 1.3.6 真空冷冻干燥的应用范围
• 1.4 立题依据及研究内容
• 1.4.1 立题依据
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 冷冻干燥保护剂的筛选及优化
• 2.1 引言
• 2.2 材料与仪器
• 2.2.1 菌种
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 主要试剂
• 2.2.4 主要仪器
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 纳豆的制备及其活性成分的分离
• 2.3.2 纳豆激酶酶活及其酶活保持率的测定方法
• 2.3.3 纳豆菌存活率的测定方法
• 2.3.4 冷冻干燥保护剂的筛选和优化
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 单因素试验结果
• 2.4.2 正交试验结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 冷冻干燥工艺条件的优化
• 3.1 引言
• 3.2 材料与仪器
• 3.2.1 菌种
• 3.2.2 培养基
• 3.2.3 试剂
• 3.2.4 主要仪器
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 纳豆激酶酶活及其酶活保持率的测定方法
• 3.3.2 纳豆菌存活率的测定方法
• 3.3.3 共晶点及共熔点的测量原理及方法
• 3.3.4 pH 值对纳豆激酶酶活保持率及纳豆菌存活率影响的研究
• 3.3.5 冷休克处理对纳豆激酶酶活保持率及纳豆菌存活率影响的研究
• 3.3.6 预冻结条件的优化
• 3.3.7 冷阱温度的研究
• 3.3.8 物料厚度对冻干速率影响的研究
• 3.3.9 干燥工艺条件的优化
• 3.3.10 干燥终点的判断方法
• 3.3.11 冻干产品水分含量的测定
• 3.3.12 冷冻干燥曲线的绘制方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 共晶点及共熔点的测定结果
• 3.4.2 pH 值对纳豆激酶酶活保持率及纳豆菌存活率的影响
• 3.4.3 冷休克处理对纳豆激酶酶活保持率及纳豆菌存活率的影响
• 3.4.4 预冻结条件的优化结果
• 3.4.5 冷阱温度的确定
• 3.4.6 物料厚度对干燥速率的影响
• 3.4.7 干燥工艺条件的优化结果
• 3.4.8 冷冻干燥曲线的绘制
• 3.5 本章小结
• 第4 章纳豆活性成分冻干粉加速储存稳定性试验
• 4.1 引言
• 4.2 材料与仪器
• 4.2.1 菌种
• 4.2.2 培养基
• 4.2.3 试剂
• 4.2.4 主要仪器
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 纳豆激酶酶活的测定方法
• 4.3.2 纳豆菌活菌数的测定方法
• 4.3.3 纳豆活性成分冻干粉加速储存试验
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 纳豆激酶失活速率常数及纳豆菌致死速率常数的测定结果
• 4.4.2 纳豆激酶和纳豆菌储存寿命的估算结果
• 4.4.3 样品4℃储存验证试验结果
• 4.5 本章小结
• 第5 章结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果