喷雾干燥对酸奶中乳酸菌存活性的影响

1华南农业大学综合性实验报告实验项目名称：喷雾干燥对酸奶中乳酸菌存活性的影响实验项目性质：综合性实验所属课程名称：发酵工程设备班级：2011级生物工程1班姓名：秋叶学号：指导老师：宋贤良实验日期：2014.5.72摘要：本实验以酸奶为材料，对其进行喷雾干燥。分别得到分离器、干燥管和干燥室中的干燥物含水率：干燥室酸奶粉含水率6.43%，管道酸奶粉含水率20.93%，分离器酸奶粉含水率5.03%。并且对这些部位收集的酸奶粉进行形态观察、活菌培养、革兰氏染色镜检。关键词：喷雾干燥酸奶含水率形态观察镜检1前言喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体(空气、氮气或过热水蒸气)干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。原料液可以是溶液、乳浊液、悬浮液。液体的雾化器将料液分散为雾滴，增大干燥过程的传热传质速率。雾化器是喷雾干燥的关键部件之一，目前常用的有3种，即压力式雾化器、离心式雾化器、气流式雾化器。雾化的液体与热气流的接触表面积很大，它与较高温度的气流一接触就迅速进行传热传质，雾滴水分吸收热量后又迅速蒸发成水蒸气，空气既作载热体又作载湿体。在干燥初期，雾滴很小，物料内部湿含量的扩散传递而造成的干燥阻力几乎等于零，物料的温度一直处于物料的表面湿球温度，为恒速干燥阶段。在物料表面没有充水分时，物料就开始升温并在内部形成温度梯度，为降速干燥阶段。若当温度梯度很大，物料内部的蒸汽压大于物料粒子表面内聚力时，粒子即会爆开，瞬时增大传质蒸发表面。因此喷雾干燥的粉末大多是非球形。乳酸杆菌为厌氧和微好氧菌，革兰氏染色阳性，表面生长菌落较小；可以发酵葡萄糖或乳糖产生乳酸，将培养基中的碳酸钙溶解。有一些菌如保加利亚乳杆菌在15℃时不生长，在45℃甚至50℃时生长，最适温度为40-43℃，而有些菌如植物乳杆菌在15℃生长，45℃时一般不生长，最适温度30℃左右，利用这些特点可对酸奶（液态或固态）中乳酸菌进行培养、鉴别。2材料与设备32.1实验设备2.1.1小型离心喷雾干燥设备（移动式高速离心喷雾干燥机，型号LPG—5，江苏省常州先锋干燥设备有限公司）。设备参数：离心盘直径50mm、干燥室直径800mm,圆筒高600毫米，筒锥角度602.1.2小型离心喷雾干燥设备上热电偶温度计(进出风)2.1.3形态观察仪器2.1.4折光仪、匀浆器、电子天平、高压灭菌锅、36±1℃恒温培养箱、0～4℃冰箱、超净工作台、容量为1、10和25mL的吸管、500mL广口瓶或三角瓶、直径为9cm的平皿、8×180mm的试管、烧杯、药匙、1mL移液管、洗耳球、酒精灯、试管架2.2实验材料酸奶、麦芽糊精、ß-环糊精、无菌生理盐水、改良TJA培养基(改良番茄汁琼脂培养基)3实验方法3.1喷雾干燥设备流程图1喷雾干燥流程1—料液计量瓶；2—压缩空气；3—空气过滤器；4—加热器；5—喷雾干燥室；6—旋风分离器；7—代滤器；8—风机；9—雾化器；10—空气压缩机；11—可调稳压阀；12—温度显示仪；13—电压调节器3.2实验步骤43.2.1酸奶匀浆的制备麦芽糊精和ß-环糊精按3:1比例称取40g，然后混合于蒙牛酸奶（共4盒，约400g）中，并用匀浆机打匀备用。测定实验环境温度、酸奶含水率及可溶性固性物含量等。3.2.2干燥操作认真检查设备流程和各部件的结构构造。确定一切正常后启动排风机，检查系统部分连接是否良好,有无漏气的地方，物料收集斗下方是否放有冷却水。接上加热电源预热干燥室，设定在170℃。达到所要求的温度，即启动离心转盘到正常运转、并慢慢进少量的物料，观察雾滴的在干燥室中状态，调节供料量直到能看见雾状液滴在干燥室中运动，稳定供料。干燥操作完成后，停止进料、停加热器及停止离心盘转动，待进口温度低于80℃后再停止排风机。拆卸管道、分离器，收集粉料。取出离心喷雾头小心拆开清洗，后抹干安装好垂直放置,盒中保存。（注意：拆洗离心转盘,要特别小心，因它是桡性轴很容易压变形而致损坏。）测定产品的含水率及观测形态。3.2.3乳酸菌活性测定3.2.3.1培养基的配置培养基的成分见表1。表1检测用培养基成分表改良TJA培养基(改良番茄汁琼脂培养基)成分番茄汁50mL酵母抽提液5g肉膏10g乳糖20g葡萄糖2gK2HPO42g吐温801g乙酸钠5g琼脂15g5水加至.1000mLpH6.8±0.2（用10mol/L的氢氧化钠调节）将新鲜番茄洗净，切碎(切勿捣碎)，放入三角烧瓶，置4℃冰箱8～12h，取出后用纱布过滤即制成番茄汁。将所有成分加入蒸馏水中，加热溶解，校正pH6.8±0.2。分装烧瓶，高压灭菌121℃15min。临用时加热熔化琼脂，冷至50℃时使用。3.2.3.2编号对稀释要用的试管进行编号，编号及操作见表2。表2稀释试管编号表编号空白12345678原液酸奶稀释倍数无穷10-110-210-310-410-510-610-710-8酸奶粉稀释倍数无穷10-110-210-310-410-5———无菌生理盐水ml1099999999菌悬液ml011111111平板个数133333333其中倒平板时酸奶做6、7、8三个梯度，酸奶粉做3、4、5三个梯度（根据具体情况定）。酸奶粉与原酸奶各做3个平行。3.2.3.3配制原酸奶溶液和酸奶奶粉溶液以无菌操作（即在超净工作台上操作，电子天平、称量纸、药匙、事先放入超净工作台上紫外杀菌30min）称取1g奶粉溶解于10-1试管无菌生理盐水中配成1：10的均匀稀释液。将10-1试管置试管振荡器上振荡（此处由于实验条件有限，盖住硅胶塞，右手左右晃动震荡即可），使菌液充分混匀。酸奶则吸取1ml溶解于另一支10-1标号的无菌生理盐水中配成1：10的均匀稀释液。3.2.3.4稀释6用lmL无菌吸管吸取lmL已充分混匀的1：10的奶粉溶液(待测样品)沿管壁徐徐注入含有9mL灭菌生理盐水的标号10-2试管内(注意吸管尖端不要触及管内稀释液)。另取1mL灭菌吸管，按上述操作顺序，作10倍递增稀释液，如此每递增一次，即换用1支1mL灭菌吸管。稀释到所需倍数即可。原液酸奶的稀释同此过程。（放菌液时吸管尖不要碰到液面，即每一支吸管只能接触一个稀释度的菌悬液，否则稀释不精确，结果误差较大。此稀释过程如用移液枪做更好。）3.2.3.5取样用三支1mL无菌吸管分别吸取10-3、10-4和10-5的酸奶粉稀释菌悬液各lmL（酸奶稀释液吸取10-6、10-7、10-8三个梯度），对号放入编好号的无菌平皿中，每个平皿放1mL。（分几次滴于平皿，使其均匀的摊在平皿底部）3.2.3.6倒平板稀释液移入平皿后，应及时将冷至45~50℃的改良TJA培养基注入平皿约15mL，并转动平皿使混合均匀。以上整个操作自培养物加入培养皿开始至接种结束须在20min内完成。待培养基凝固后，将平板倒置于37℃恒温培养箱中培养培养72±3h。3.2.3.7观察乳酸菌菌落特征及计数观察乳酸菌菌落特征，选取菌落数在30～300之间的平板进行计数。本次试验选取乳酸菌菌落容易计数的平板进行计数。（乳酸菌菌落形态：圆形，表面光滑，中央凸起或者扁平的乳白色和乳黄色菌落。）则1mL检样中乳酸菌数为：(N1+N2+N3)*A/3单位是：个/g或者个/mlN1、N2、N3-------平行平皿中乳酸菌落个数A--------稀释倍数（如选取的是10-2的平板中的菌落数，则A=100）根据证实为乳酸菌菌落计算出该皿内的乳酸菌数，然后乘其稀释倍数即得每毫升样品中乳酸菌数。例如，检样10－4的稀释液在改良TJA琼脂平板上，生成的可疑菌落为35个，取5个鉴定，证实为乳酸菌的是4个，则1mL检样中乳酸菌数为：54108.21054353.2.3.8镜检计算后，随机挑取5个菌落数进行革兰氏染色，显微镜检查。4实验结果与分析74.1喷雾干燥实验结果收集器内收集到的酸奶粉呈白色，粉末状，较均匀。管道内收集到的酸奶粉呈微黄色，颗粒稍比收集器内的大。腔体中收集到的酸奶粉呈黄色，颗粒比管道的大，并有部分焦结。实验数据及计算结果记录如表3。干燥温度：108度，实验环境温度：26度。表3喷雾干燥数据记录项目数据酸奶净含量200.0g淀粉14gß-环糊精6g酸奶可溶性固形物含量15%酸奶含水率83.03%酸奶匀浆可溶性固形物含量20%酸奶匀浆含水率76.37%分离器中酸奶粉含水率5.03%管道收集酸奶粉含水率20.93%干燥室中收集酸奶粉含水率6.43%由表可以看到，酸奶原液测出的可溶性固形物含量为14%，按2:1加入麦芽糊精与ß-环糊精调至20%进行喷雾干燥。干燥分别得到分离器、干燥管和干燥室中的干燥物，测得各自的含水量：分离器中酸奶粉含水率为20.64%；管道中酸奶粉含水率为26.59%；干燥室中酸奶粉含水率为19.62%，与理论梯度出现偏差，其中一个很重要的原因在于从各部分中取出奶粉时，奶粉受潮吸水，导致测出的结果出现偏差；同时，对比三部分中的奶粉颜色，发现干燥器中奶粉颜色呈黄色，干燥管中颜色呈微黄色，分离器中取出的奶粉颜色呈白色，由此可知，在干燥室与干燥管中，奶粉颗粒都受到不同程度的受热焦化，导致颜色不美观，在操作时必须控制热风温度；最后，在干燥室中，奶粉会出现粘壁现象，使产量降低，影响干燥效率、干燥的卫8生条件。4.2干燥后的奶粉颗粒镜检干燥室酸奶粉镜检图图①图②图③管道酸奶粉镜检图图①图②图③旋风分离器酸奶粉镜检图图①图②图③9表4各样品中酸奶粉直径部位直径测量（单位μm）平均值直径①直径②直径③直径④直径⑤平均值干燥室镜检图①20.6118.5414.4512.9611.7615.66414.63干燥室镜检图②21.9118.8816.6714.3612.0816.78干燥室镜检图③11.8412.3912.1810.959.8011.432管道镜检图①11.4214.2117.2513.1115.4014.27813.82管道镜检图②15.3418.2414.1612.0314.4214.838管道镜检图③12.1412.6212.4912.1712.3712.358分离器镜检图①14.5512.2215.04--13.9415.98分离器镜检图②16.3813.2412.2212.05-13.4725分离器镜16.0527.4518.06--20.5210检图③从上表可知，干燥获得的酸奶粉粒径为微米级范围，奶粉呈中空状，包裹层的厚度为十几微米左右，整个颗粒大小为10微米到40微米的范围。三个部位的酸奶奶粉颗粒直径大小出现初步规律，从分离器，到干燥室内，再到管内，酸奶粉的颗粒直径平均值越来越小。分离器所收集的酸奶包埋颗粒是最大的，其次是干燥室，最小的是管道。但是仍存在一个问题就是由于镜检样品数目较少，所检同一个部位的颗粒大小并不均匀，而且相差较大，规律不够明显。有可能是因为处理样品压片时，会因为力度控制不同，三个镜检样受压情况不同，导致其形变程度有差别；样品的潮湿程度不同，导致外径吸水膨胀，造成较大误差。4.3菌落革兰氏镜检随机挑取5个平板的5个单菌落，革兰氏染色镜检结果全为紫色，说明是革兰氏阳性菌。菌体形态为杆菌，由此推断极有可能是乳酸菌。镜检结果见图2.图2菌落革兰氏染色镜检结果图4.4菌活性测定结果本次实验对平板的菌落进行计数，计数范围为30-300之间的平板。故收集到的实验数据记录见表5。表5平板菌落总数的计数11计数生理盐水对照干燥室样品平板①干燥室样品平板②管道样品平板①管道样品平板②分离器样品平板①分离器样品平板②10-31095386535蔓延蔓延10-473蔓延6蔓延76蔓延由此，可以计算出对应的乳酸菌数目。1mL干燥室酸奶粉检样中乳酸菌数为2107310238543=3.76×1051mL管道酸奶粉检样中乳酸菌数为2106102356543=5.5×1041mL分离器酸奶粉检样中乳酸菌数为76×104=7.6×105其余部分由于菌落蔓延无法计算。由此可知，分离器得到的酸奶粉中的活菌数是最多的，其次是干燥室，活菌数最少的是管道。说明喷雾干燥方法对于酸奶的活菌有一定的损耗，其中，管道由于温度