K.lactis细胞酶法制备低乳糖奶的工艺研究

论文摘要

牛奶及乳制品营养丰富，容易消化吸收，人“白色血液”，是最理想的天然食品。近年来我国乳业发展迅速，但与世界平均水平仍存在巨大的差距，制约我国乳业发展的一个重要原因就是乳糖不耐症。利用β-半乳糖苷酶对牛奶进行水解可生成易被人体吸收的葡萄糖、半乳糖及“双歧因子”低聚半乳糖，不仅能解决乳糖不耐症问题，还能增加牛奶的营养价值。本论文针对乳酸克鲁维酵母细胞酶法制备低乳糖奶的工艺进行初步研究，主要工作包括：乳酸克鲁维酵母发酵条件的优化、β-半乳糖苷酶粗酶液的制备、低聚半乳糖的检测、低乳糖奶生产工艺的优化及低乳糖奶的质量监控。本课题通过正交试验研究了产β-半乳糖苷酶的乳酸克鲁维酵母培养条件及其酶性质。结果表明，该株乳酸克鲁维酵母的最佳培养条件为：温度28℃，自然pH，接种量3%，乳糖添加量2%，装液量40mL，摇床转速80r/min，培养时间22h。在此条件下培养，β-半乳糖苷酶比活力最高可达24.54U/mg。此酶最适温度为50℃，最适pH为6.6，最适底物浓度为0.6mol/L，在40℃以下，pH6.27.0具有较高的稳定性，Mn2+、Mg2+和Zn2+对该酶有一定的激活作用，而重金属Cu2+对该酶有强烈抑制作用。在单因素初步试验的基础上，以低聚半乳糖合成率为响应指标，通过响应分析法对低乳糖奶水解工艺进行优化。结果表明，当反应温度为45.3℃、加酶量为2.5mL及反应时间为69.7min时，低聚半乳糖得率达到最大值6.15%。通过乳果糖试剂盒测定水解后低乳糖奶中乳果糖含量，平均含量为158.17mg/L。通过测定β-半乳糖苷酶粗酶液中脂肪酶和蛋白酶的比活力，控制低乳糖奶中脂肪及蛋白质的降解率，结果表明，当温度为45℃时，β-半乳糖苷酶粗酶液中的蛋白酶比活力为5.41U/mg蛋白，脂肪酶比活力为22.06U/mg蛋白，这说明用乳酸克鲁维酵母β-半乳糖苷酶生产低乳糖奶，不仅不会造成低乳糖奶的蛋白质及脂肪过度降解，还可以增加牛奶的滋味，为工业化生产低乳糖奶提供理论数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 低聚半乳糖
• 1.1.1 功能性低聚糖
• 1.1.2 GOS 的理化性质
• 1.1.2.1 理化性质
• 1.1.2.2 种类和数量
• 1.1.3 GOS 的生理功能
• 1.1.3.1 双歧杆菌增殖因子
• 1.1.3.2 低能量及低龋齿性
• 1.1.4 GOS 的制备方法
• 1.1.5 GOS 的生产现状
• 1.1.6 GOS 的检测
• 1.1.7 GOS 的分离纯化
• 1.1.8 GOS 的应用前景
• 1.2 β-半乳糖苷酶
• 1.2.1 β-半乳糖苷酶的来源
• 1.2.2 β-半乳糖苷酶的特性
• 1.2.3 β-半乳糖苷酶的催化机制
• 1.2.4 β-半乳糖苷酶的影响因素
• 1.2.5 β-半乳糖苷酶的催化形式
• 1.2.5.1 游离酶促反应
• 1.2.5.2 固定化酶连续反应
• 1.2.5.3 非水相酶促反应
• 1.2.6 K.lactis β-半乳糖苷酶的安全性
• 1.3 低乳糖奶
• 1.3.1 牛奶的营养价值
• 1.3.2 乳糖不耐症
• 1.3.2.1 正常人体内的乳糖代谢
• 1.3.2.2 在乳糖不耐症者体内的乳糖代谢
• 1.3.3 低乳糖奶的生产
• 1.3.3.1 物理法生产低乳糖奶
• 1.3.3.2 酸水解法生产低乳糖奶
• 1.3.3.3 酶水解法生产低乳糖奶
• 1.3.4 低乳糖奶的稳定性
• 1.3.5 加工条件对低乳糖奶褐变的影响
• 1.3.5.1 低乳糖奶褐变机理
• 1.3.5.2 控制低乳糖奶褐变的工艺要求
• 1.3.6 低乳糖奶的应用
• 1.3.6.1 满足乳糖不耐症患者的乳制品消费
• 1.3.6.2 在发酵乳制品中的应用
• 1.3.6.3 在浓缩乳制品中的应用
• 1.3.6.4 在冷冻乳中的应用
• 1.4 课题研究意义与内容
• 1.4.1 研究目的与意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 K.lactis 发酵条件的优化及其β-半乳糖苷酶性质的研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 仪器与设备
• 2.1.3 菌种活化
• 2.1.4 K.lactis β-半乳糖苷酶粗酶液的制备
• 2.1.4.1 种子液的制备
• 2.1.4.2 发酵液的制备
• 2.1.4.3 β-半乳糖苷酶粗酶液的制备
• 2.1.5 β-半乳糖苷酶比活力的测定
• 2.1.5.1 β-半乳糖苷酶活力的测定
• 2.1.5.2 β-半乳糖苷酶粗酶液蛋白含量的测定
• 2.1.5.3 β-半乳糖苷酶比活力的计算
• 2.1.6 菌体干重的测定
• 2.1.7 比浊法测定酵母菌生长曲线
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 Lowry 法标准曲线的制作
• 2.2.2 菌株培养单因素实验
• 2.2.2.1 接种量对菌体生长及产酶量的影响
• 2.2.2.2 乳糖添加量对菌体生长及产酶的影响
• 2.2.2.3 装液量对菌体生长及产酶的影响
• 2.2.2.4 摇床转速对菌体生长及产酶的影响
• 2.2.2.5 培养时间对菌体生长及产酶的影响
• 2.2.3 菌株培养正交试验
• 2.2.3.1 正交试验因素水平
• 2.2.3.2 正交试验结果
• 2.2.3.3 验证试验
• 2.2.4 β-半乳糖苷酶性质的研究
• 2.2.4.1 最适反应温度
• 2.2.4.2 最适反应 pH
• 2.2.4.3 最适底物浓度
• 2.2.4.4 酶的热稳定性
• 2.2.4.5 pH 稳定性
• 2.2.4.6 金属离子对 β-半乳糖苷酶活力的影响
• 2.3 小结
• 第三章 响应面法优化低乳糖奶水解工艺
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.1.1 试验原料
• 3.1.1.2 试剂
• 3.1.2 仪器与设备
• 3.1.3 试验方法
• 3.1.3.1 β-半乳糖苷酶粗酶液的制备
• 3.1.3.2 β-半乳糖苷酶比活力的测定
• 3.1.3.3 β-半乳糖苷酶作用于脱脂奶的水解反应
• 3.1.3.4 高效液相色谱（HPLC）分析 β-半乳糖苷酶水解产物
• 3.1.3.5 乳果糖测定方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 HPLC 法测定水解产物分离情况
• 3.2.2 HPLC 法测定乳糖标准曲线
• 3.2.3 HPLC 法测定乳糖的回收率
• 3.2.4 低乳糖奶水解单因素试验
• 3.2.4.1 反应温度对 GOS 合成量的影响
• 3.2.4.2 不同加酶量对 GOS 合成量的影响
• 3.2.4.3 反应时间对 GOS 合成量的影响
• 3.2.5 响应面法对低乳糖奶水解条件的优化
• 3.2.6 验证性试验
• 3.2.7 乳果糖含量的测定
• 3.2.7.1 样品制备
• 3.2.7.2 试验结果
• 3.3 本章小结
• 第四章 K.lactis 细胞酶法制备低乳糖奶的质量控制
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 仪器与设备
• 4.1.3 试验方法
• 4.1.3.1 K.lactis 粗酶液的制备
• 4.1.3.2 K.lactis 粗酶液蛋白酶活力测定
• 4.1.3.3 K.lactis 粗酶液脂肪酶活力测定
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 K.lactis 粗酶液蛋白酶活力的测定
• 4.2.1.1 酪氨酸标准曲线的绘制
• 4.2.1.2 蛋白酶比活力的计算
• 4.2.2 K.lactis 粗酶液脂肪酶活力的测定
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢