海藻糖对酸奶中乳酸菌保护作用研究

汪　波,于金迪,杨弘华,李秀菊,颜亨梅,*

(1.北京师范大学珠海分校,广东珠海 519085；2.湖南师范大学生命科学学院,湖南长沙 410081)



海藻糖对酸奶中乳酸菌保护作用研究

汪波1,2,于金迪1,杨弘华1,李秀菊1,颜亨梅1,2,*

(1.北京师范大学珠海分校,广东珠海 519085；2.湖南师范大学生命科学学院,湖南长沙 410081)

目的:为解决液态条件下,温度骤变对乳酸菌细胞膜的损伤。方法:在酸奶中添加4%的保护介质海藻糖,测定酸奶感官指标、酸度、蛋白含量以及乳酸菌含量的变化。结果:和对照组相比,储存12 d后,添加海藻糖的酸奶,蛋白质含量变化不显著(p>0.05),感官指标和酸度略有下降,活菌数显著高于空白组酸奶(p<0.01)。结论:液态条件下,海藻糖可以有效的保护乳酸菌,降低低温对乳酸菌的损伤。

酸奶,冷冻,乳酸菌,海藻糖

酸奶已成为深受现代人喜爱的一种营养保健饮品[1],但保质期较短,2～6 ℃时最长保持15 d,因为在该温度下乳酸菌仍具有发酵能力,使酸度升高,抑制了乳酸菌的生长与繁殖,还导致部分乳酸菌死亡,以致乳酸菌含量下降[2]。

冷冻酸奶是指将酸奶贮藏在冷冻条件下,使乳酸菌几乎处于休眠状态,适合长期保存[3]。但在冰冻酸奶研制过程中,一般要经过低温度处理,此过程,对乳酸菌细胞的损伤较大。近年来,针对乳酸菌冷冻后活力相对低下的问题,国内外开展了大量研究工作。Castro等人研究发现乳酸菌经过冷冻干燥后,细胞膜上的不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸比例发生了改变[4]。Martos等[5]人研究了冷冻干燥过程中,谷氨酸和天冬氨酸等保护剂对细胞膜流动性的影响。Kets[6]研究发现甜菜碱等保护剂在胞内的积累有助于提高乳酸菌的抗冷冻特性。而国内关于乳酸菌冷冻的研究相对较少,主要集中在选择有效的冷冻干燥保护剂上。中国农业大学乔发东等[7]利用乳酸菌冷冻悬浮液的方法选出理想的冷冻介质组成。东北农业大学张英华和霍贵成[8]确定了适合嗜热链球菌的最佳保护剂配方,为脱脂乳粉12%、海藻糖1%、甘油3%、谷氨酸钠1%。

近年来大部分研究集中于乳酸菌干粉的冷冻保藏,但酸奶的保存需要在液体状态下进行,酸奶在进行冷冻时,由于温度急剧降低,对生物系统的损伤主要包括两个方面,一是改变了细胞膜脂肪酸物理性状,二是改变了相关蛋白质结构[9];复水时细胞内冰晶会发生重结晶,导致细胞质膜或细胞器被破坏,如线粒体,同时容易损伤蛋白质胶体[10]。针对上述难题,本论文对冷冻酸奶保存方法进行了优化处理,选择理想的保护剂海藻糖(许多可食用动植物及微生物体内都广泛存在,是安全、可靠的天然糖类,能有效降低冷冻干燥过程中细胞膜的损伤),延长酸奶的保存时间,提高营养价值。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

海藻糖长濑企业管理(上海)有限公司;全脂牛奶内蒙古伊利实业集团股份有限公司;乳酸菌菌粉安琪酵母股份公司;氢氧化钠天津科密欧化学试剂有限公司;考马斯亮蓝广东环凯微生物科技有限公司;标准牛血清蛋白广东环凯微生物科技有限公司;乙醇天津科密欧化学试剂有限公司;磷酸天津科密欧化学试剂有限公司;蒸馏水南京易普易达科技发展有限公司;MRS培养基广东环凯微生物科技有限公司;MC培养基广东环凯微生物科技有限公司。

表1　海藻糖对感官指标的影响

注:表中数据由平均值±标准差表示;每列数据右上方的字母不同表示在0.05 水平有显著性差异;*表明同样贮藏时间下空白组和实验组同一指标差异显著。

高压蒸汽灭菌锅MLS-3750日本Sanyo;低温冰箱BCD-215KS青岛海尔;万分之一天平FA1004上海越平;紫外分光光度计UV-2550日本岛津;超净工作台SW-CJ-2D苏州净化;恒温培养箱SPX-150BF上海博泰。

1.2实验方法

1.2.1分组及实验将全脂牛奶和乳酸菌菌粉按1000 mL∶1 g比例混匀,根据前期预实验结果,分成三组,分别为:添加4%海藻糖实验组、添加5%海藻糖实验组、空白组,每组3个平行,在42 ℃的恒温箱中发酵6～8 h后,放入-20 ℃环境中保藏备用,分别在第2、4、6、8、10、12 d取样,测定酸奶各项指标。

1.2.2测定方法从滋味、气味、组织状态等方面评价冷冻贮藏条件下酸奶感官指标随时间的变化情况,分值设定为9～10(很好)、7～8(较好)、5～6(一般)、3～4(较差)、1～2(很差)[11]。酸度测定:按照中华人民共和国国家标准GB5413.34-2010规定的方法测定。蛋白质含量测定:按照考马斯亮蓝的方法测定[12]。乳酸菌含量测定:按照中华人民共和国国家标准GB4789.35-2010规定的方法检验。

1.3数据统计分析

所有实验数据运用SPSS软件统计,对所测酸奶的各个指标进行单因素方差分析,置信水平设置为95%,显著性水平为0.05。

2　结果与分析

2.1海藻糖对感官指标的影响

由表1数据可得:在冷冻条件下,随储存时间的延长,两组酸奶的感官指标变化不大,两组酸奶的滋味指标随时间延长没有发生显著性变化;空白组酸奶的气味指标从第8 d开始产生显著性差异(p<0.05),4%海藻糖组酸奶的气味指标从第10 d开始产生显著性差异(p<0.05);酸奶的状态指标,空白组酸奶与4%海藻糖组酸奶分别从第8 d与第6 d产生显著性差异(p<0.05)。而在相同保藏时间内,空白组酸奶的滋味指标明显高于4%海藻糖组(p<0.05);在气味指标上,两组没有明显差别(p>0.05);而酸奶的状态指标,空白组明显高于4%海藻糖组酸奶(p<0.05)。总体来讲,空白组酸奶的指标好于4%海藻糖组酸奶。

2.2海藻糖对酸度的影响

由表2数据可得:在-20 ℃冷冻条件下,随贮藏时间的延长,空白组酸奶的酸度几乎没有发生变化;而4%海藻糖组酸奶的酸度随着时间的延长酸度逐渐增加,酸奶的酸度与贮藏时间呈显著性正相关(p<0.05)。4%海藻糖组酸奶的酸度整体上小于空白组酸奶,(8、10 d除外)且差异极显著(p<0.01)。

表2　海藻糖对酸度的影响

注:表中数据以平均值±标准差表示;数据右上方的字母不同表示每列数据间有显著性差异(p<0.05);*表示每行数据间有显著性差异(p<0.05),**表示差异极显著(p<0.01)。下同。

2.3海藻糖对蛋白质的影响

由表3数据可得:在冷冻条件下,随着贮藏时间的延长,空白组酸奶蛋白质含量变化不大,差异不显著(p>0.05),4%海藻糖组酸奶的蛋白质含量也呈现类似趋势。同一贮藏时间内,4%海藻糖组酸奶的蛋白质含量和空白组酸奶蛋白含量之间没有显著性差异(p>0.05)。

表3　海藻糖对酸奶中蛋白质含量的影响

2.4海藻糖对乳酸菌对影响

由表4数据可得:在冷冻条件下,空白组和4%海藻糖组酸奶乳酸菌含量随着时间的推移,呈现逐渐下降的趋势,空白组酸奶下降趋势较大,在第4 d以及第8 d都发生较大幅度的下降;而4%海藻糖组酸奶中乳酸菌数变化不大。在相同贮藏时间内,4%海藻糖组酸奶的乳酸菌含量大于空白组酸奶,且差异极显著(p<0.01),随着贮藏时间的延长,两组酸奶乳酸菌含量的差异呈现增大趋势。

表4　海藻糖对乳酸菌的影响

注:**表明同样贮藏时间下空白组和实验组同一指标差异极显著，表5同。

2.5海藻糖的最佳添加浓度

添加5%海藻糖的实验组,其感官指标、酸度、蛋白含量与空白组均没有显著差异,所以表1～表4中没有写上去。由表5数据可得:在冷冻贮藏条件下,4%海藻糖组和5%海藻糖组酸奶中乳酸菌的含量随时间的延长变化幅度不大;5%海藻糖组酸奶中的乳酸菌含量高于4%海藻糖组酸奶,且差异极显著(p<0.01)。

表5　不同海藻糖添加浓度下乳酸菌含量变化

3　小结与讨论

4%海藻糖组酸奶在冷冻条件下贮藏一定时间后,不仅乳酸菌的含量发生了显著性变化,酸奶的酸度以及感官指标也有所改变;而在相同贮藏时间内,4%海藻糖组酸奶的滋味、状态、酸度以及乳酸菌含量也与空白组酸奶存在显著性差异(p<0.05,p<0.01)。

酸奶在进行冷冻处理时,由于温度较低,乳酸菌胞内外会形成冰晶,对细胞膜产生机械损伤,使其通透性增加,胞内的一些内容物将渗透到胞外,对乳酸菌造成致命性损伤;而酸奶在进行解冻处理时,由于温度的骤变,同样会对乳酸菌造成损伤。而实验结果表明,4%海藻糖组酸奶的乳酸菌量显著性高于空白组酸奶,可见,海藻糖对温度骤变环境中的乳酸菌能够起到一定的保护作用。

近年来,海藻糖作为新型保护剂和添加剂在生物制品保藏、化妆品生产、食品保鲜等研究领域受到重视[13]。在对乳酸菌的保护作用中,海藻糖作为保护剂是属于半渗透型保护剂,能渗入细胞壁,不能渗入细胞膜。这类保护剂使细胞在冷冻前先部分脱水,保护剂在细胞壁与细胞膜之间浓缩,形成缓冲层,防止冰晶的产生,机械性地保护细胞膜[14-15]。而关于海藻糖对生物分子的保护作用[16-17],目前主要是“水替代”假说[18],是指生物大分子物质周围均包围着一层水膜,当这层水膜遭到破坏时,生物大分子的结构和功能也会受到严重影响,酸奶中的乳酸菌在温度骤变的情况下,乳酸菌周围的水膜遭到破坏,而海藻糖作为保护剂能在相应的失水部位以氢键形式连接,形成一层保护膜以代替失去的水膜,从而达到保护乳酸菌的作用。

酸奶中的活乳酸菌量直接影响酸奶的营养价值,在冷冻酸奶中,由于温度较低,使乳酸菌受到大大的损伤,而海藻糖作为保护剂可以有效的保护冷冻条件下的乳酸菌,因此,应对海藻糖的保护机制进行进一步探究。

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Study on the protective effect of trehalose for lactic acid bacteria in yogurt

WANG Bo1,2,YU Jin-di1,YANG Hong-hua1,LI Xiu-ju1,YAN Heng-mei1,2,*

(1.Beijing Normal University,Zhuhai 519085,China;2.Life Science School,Hunan Normal University,Changsha 410081,China)

Objective:To investigate the protective effect of trehalose onLactobacillusin yogurt. Method:Measuring the nutrition index dynamic changes of yogurt with 4% trehalose,such as sensory index,acidity,protein content andLactobacillusquantity. Results:Storing for 12 days in 20 ℃,the protein content of 4% trehalose group showed no significant difference compared with control group. The sensory index and acidity were declined slightly,while the quantity ofLactobacilluswere significantly higher than that of control group. Conclusion:Under the liquid condition,trehalose could weaken the damage from low temperature and protectLactobacilluseffectively.

yogurt;freezing;lactic acid bacteria;trehalose

2015-11-16

汪波(1983-),男,在读博士,副教授,主要从事生物资源开发与利用研究,E-mail:wangbozai@163.com。

颜亨梅(1950-),男,硕士,教授,主要研究生物资源开发与利用,E-mail:yanhm2006@163.com。

国家自然科学基金(31372159,31172107);省级大学生创新训练项目(201413177032)。

TS252.42

A

1002-0306(2016)13-0254-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.043