喷雾干燥对酸奶中乳酸菌存活性的影响.docx
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喷雾干燥对酸奶中乳酸菌存活性的影响
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：
2014.5.7
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
2.1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
3.2.1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
2g
K2HPO4
2g
吐温80
1g
乙酸钠
5g
琼脂
15g
水加至.1000mL
pH6.8±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
1
2
3
4
5
6
7
8
原液酸奶稀释倍数
无穷
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
10-7
10-8
酸奶粉
稀释倍数
无穷
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
—
—
—
无菌生理盐水ml
10
9
9
9
9
9
9
9
9
菌悬液ml
0
1
1
1
1
1
1
1
1
平板个数
1
3
3
3
3
3
3
3
3
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
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/ml
N1、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：
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
4.1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
14g
ß-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③
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①
20.61
18.54
14.45
12.96
11.76
14.63
干燥室镜检图②
21.91
18.88
16.67
14.36
12.08
干燥室镜检图③
11.84
12.39
12.18
10.95
9.80
管道镜检图①
11.42
14.21
17.25
13.11
15.40
13.82
管道镜检图②
15.34
18.24
14.16
12.03
14.42
管道镜检图③
12.14
12.62
12.49
12.17
12.37
分离器镜检图①
14.55
12.22
15.04
-
-
13.94
15.98
分离器镜检图②
16.38
13.24
12.22
12.05
-
分离器镜检图③
16.05
27.45
18.06
-
-
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
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②
10-3
109
5
38
65
35
蔓延
蔓延
10-4
73
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
=3.76×105
1mL管道酸奶粉检样中乳酸菌数为
=5.5×104
1mL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，管道由于温度较高，湿度较低，阻力较大，粘壁等原因对酸奶活菌造成较大的损耗，使活菌灭活。
分离器所得到的酸奶粉颗粒品质是最好。
一方面，分离器中得到的颗粒直径是最大的，另一方面分离器得到的颗粒中活菌数最多。
5讨论
本实验通过喷雾干燥生产酸奶粉，分别得到酸奶含水率83.03%，酸奶匀浆含水率76.37%，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%。
可以看出，经过喷雾干燥之后，管道的酸奶粉含水率最高，其次是干燥室，最低的是分离器。
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