北纳生物-河南省工业微生物菌种工程技术研究中心

植物乳杆菌的温度胁迫处理对冰淇淋品质的影响(二)

发布时间:2021-09-24 16:22 作者:北纳生物编辑-陈丹

2 结果与分析

2.1 不同温度胁迫预处理对植物乳杆菌K25低温耐受性的影响

所有组别的植物乳杆菌K25初始活菌数大致相同(108 CFU/mL),低温胁迫1.5~24 h范围内,植物乳杆菌K25初始活菌数均略有增长,相反,热处理超过8 h后检测不到活菌数,表明植物乳杆菌K25不能耐受长时间高温环境。

植物乳杆菌K25在-20 ℃环境下贮存30 d后,其活菌数由最初的108 CFU/mL降至104 CFU/mL。图2 A~C显示,贮存1 d后,活菌数保持在1.12×107~1.2×108 CFU/mL范围内,贮存30 d后,活菌数在1.5×104~1.10×106 CFU/mL范围内,其中以贮存时间为15 d时,其活菌数下降幅度明显。10 ℃-18 h、10 ℃-24 h组冻藏30 d后其活菌数分别为1.14×105 CFU/mL和2.20×105 CFU/mL,而4 ℃-18 h组终活菌数最高1.10×106 CFU/mL,为对照组活菌数的12 倍。图2D~F显示,贮存1 d后,活菌数保持在1.24×108~8.0×108 CFU/mL。4 5℃-0.5 h组在-2 0 ℃贮存3 0 d后其活菌数为5.4×105 CFU/mL,而55 ℃-0.5 h组终活菌数最高,为1.35×106 CFU/mL,为对照组活菌数的15 倍。

Wouters等研究表明,L. lactis MG1363在10 ℃预先处理4 h后,于-20 ℃环境下贮存24 h菌株存活率增加约100 倍。Walker等研究指出L. johnsonii VPI 11088在55 ℃胁迫预处理30 min后在-20 ℃贮存7 d,其活菌数与对照组相比增加了20%。Shao Yuyu等研究指出,亚致死温度胁迫预处理诱导CSP编辑基因(cspA、cspB、cspC、cspD、cspE、cspF)过表达,该家族基因表达能够提高菌株低温耐受性。Komatsu等则进一步证明热胁迫处理条件下诱导产生的热激蛋白同样可以增加细胞的冷冻耐受性,该蛋白可通过与大分子物质疏水相互作用进而增加其稳定性以发挥保护作用。Kandil等则认为温度预处理能够提高菌株低温耐受性主要源于不同温度下酶构象和活性的改变。

2.2 冰淇淋产品理化指标分析

表1 冰淇淋理化性质测定结果
冰淇淋理化性质测定结果|北纳生物
注:同列不同字母表示差异显著(P<0.05),n=3。“巧”表示添加巧克力,下同。

冰淇淋产品的酸度、膨胀率、融化率、黏度、硬度是影响产品口感与消费者感官的主要理化因素,本实验对冰淇淋产品理化指标的测定结果如表1所示。相同发酵时间内,不同组别的冰淇淋pH值、滴定酸度、膨胀率和融化率变化分别在5.82~6.11、30~45 °T、19.46%~44.93%、13.17~19.00 g/min范围内。其中温度胁迫处理后的K25发酵冰淇淋pH值较低,可能归因为胁迫处理影响了菌株的代谢通路,促进菌体产酸。而C-K25组发酵冰淇淋膨胀率较高(35.81%)且融化率较低(14.67 g/min),具有良好的冰淇淋理化特性。不同组别的冰淇淋在黏度与硬度变化分别在707~1 079 mPa·s和728~1 156 N范围内,差异较为显著(P<0.05)。经胁迫处理后的植物乳杆菌K25发酵冰淇淋黏度、硬度均高于未处理组。

不同组别理化性质的差别可能归因于胁迫环境下,菌株分泌过量的胞外多糖等代谢产物以保护菌体,这些代谢产物会对冰淇淋产品的黏度和硬度产生影响。Van Laere等指出在亚致死高温胁迫下,与胞外多糖合成相关的半乳糖酶活性明显增强,进而促进胞外多糖的分泌。Nguten等进一步指出胞外多糖黏附在细胞表面,降低细胞表面净电荷,进而增加其对不良环境的耐受性。Dertli等研究则表明,与不产胞外多糖的菌株相比,使用产胞外多糖的菌株发酵冰淇淋,产品具有更高的黏度。Ergin等使用温度胁迫预处理后的菌株发酵冰淇淋,其产品的黏度与硬度增加,将其解释为产品中菌株活性增加引起的胞外多糖产量增加。

2.3 植物乳杆菌K25发酵冰淇淋的活菌数变化

表2 低温和高温胁迫处理后的植物乳杆菌K25发酵冰淇淋于-20 ℃贮存60 d后的活菌数变化
植物乳杆菌K25发酵冰淇淋于-20 ℃贮存60 d后的活菌数变化|北纳生物

保持菌株在产品冷冻加工过程以及货架期期间的活菌数和生物活性对冰淇淋产品的益生特性具有显著意义。不同组别冰淇淋浆料及-20 ℃贮存60 d内的活菌数变化如表2所示,植物乳杆菌K25发酵冰淇淋初始活菌数为8.48(lg(CFU/mL))。L. acidophilus、B. lactis Bb12、L. casei发酵冰淇淋的初始活菌数分别为7.36、7.45、6.49(lg(CFU/mL))。结果表明,植物乳杆菌K25具有较为良好的冰淇淋基质发酵特性,适宜作为冰淇淋的发酵菌株或辅助发酵剂以提高产品中的活菌数。硬化过程活菌数下降最为明显,1 d后下降至7.52(lg(CFU/mL))(下降0.96 个对数级)。Zhang Jian等对植物乳杆菌YW11发酵冰淇淋从加工到贮存期间的活菌数变化情况进行探讨,结果表明硬化过程对活菌数影响最大。L. acidophilus La-5和B. animalis Bb-1在冰淇淋凝冻过程中,其活菌数同样显著降低。而Leandro等研究则指出冰淇淋硬化过程对L. delbrueckii UFV H2b20活菌数影响较小。Ferraz等指出凝冻对活菌数的影响主要与冰淇淋产品的脂肪含量与膨胀率相关。

植物乳杆菌K25发酵冰淇淋,从浆料至60 d贮存过程中,其终活菌数为5.63(lg(CFU/mL)),平均活菌数为6.8 3(l g(C F U/m L)),活菌数下降2.8 5 个对数级。其中 H-K 2 5 组发酵冰淇淋从浆料至6 0 d贮存过程中,终活菌数为7.2 6(l g(C F U/m L)),平均活菌数为7.7 9(l g(C F U/m L)),活菌数下降1.2 7 个对数级。C-K 2 5发酵冰淇淋从浆料至贮存过程中,其终活菌数为7.3 2(l g(C F U/m L)),平均活菌数为7.8 9(l g(C F U/m L)),活菌数下降1.36 个对数级。结果表明经过高温、低温胁迫预处理后的菌株,在冰淇淋发酵及贮存期间,其终活菌数分别提高1.63、1.69 个对数级。除对照组外,所有组别的冰淇淋活菌数在经60 d贮存后,均高于106 CFU/mL,满足益生菌产品对活菌数的最基本要求。

Arslan等研究指出,通过分级冷冻的方式对菌株进行预处理,在冰淇淋发酵、加工和贮存过程,菌体细胞对冷冻条件耐受性增强。Zhang Jian等指出与直接添加菌株发酵冰淇淋的方式相比,添加冷冻干燥后的菌粉进行冰淇淋制作,冰淇淋产品在发酵和贮存过程中活菌数保持较为稳定。这一方面归因于冷冻干燥过程添加的保护剂对菌株具有一定程度的保护作用,另一方面则归因于冷冻条件改变菌株胞内酶活性,使其能够更好地适应冷冻条件。有研究采取低温和高温对L. acidulous进行胁迫预处理,并使用胁迫后的菌株制作冰淇淋,结果表明冰淇淋在冷冻贮藏120 d后,胁迫处理后的菌株的菌活数明显高于空白组。Chen Mingju等表明热胁迫、冷胁迫预处理均可以提高L. kef i ranofaciens M1的低温耐受特性,并进一步提高该菌株的肠道环境耐受性。

2.4 耐酸耐胆盐结果

表3 人工模拟胃酸和胆盐环境对冰淇淋中不同温度胁迫处理植物乳杆菌K25活菌数的影响
植物乳杆菌K25活菌数的影响|北纳生物

图3 冰淇淋-20 ℃贮存30 d后植物乳杆菌K25在人工模拟胃酸和胆盐环境下的存活率

肠道环境对菌株活性具有较为显著的影响,Zárate等研究同时指出,体内与体外实验对益生菌肠道耐受性影响具有较为相似的结果。模拟胃酸环境胁迫结果(表3和图3)表明,6 组冰淇淋样品中的植物乳杆菌K25存活率由大到小分别为C-K25-巧>H-K25>H-K25-巧>K25-巧>C-K25>K25,其中C-K25-巧与K25冰淇淋中存活率分别为92.45%和85.19%。模拟胆盐溶液胁迫结果表明,6 组冰淇淋样品中的植物乳杆菌K25存活率由大到小分别为C-K25-巧>H-K25-巧>C-K25>K25-巧>K25>H-K25,其C-K25-巧和H-K25冰淇淋中活菌数存活率分别为93.71%和90.48%。所有组别的菌株经模拟胃肠道环境胁迫后,其活菌数并未有显著改变(P>0.05),表明胁迫预处理与巧克力的添加均对菌株存活具有良好的保护作用。

Silva等指出B. animalis subsp. lactis BLC1与B. animalis subsp. lactis BB-12在酸性环境下活菌数分别下降1.24、3 个对数级,在胆盐环境则分别下降3.82、4 个对数级。Beley等则指出胆盐对菌株活性影响主要与损伤细胞膜结构和(或)破坏细胞稳定性相关。L. delbrueckii UFV H2b20发酵冰淇淋,在贮存30 d后,其菌株的模拟肠道环境耐受性结果与本实验相似,研究同时指出菌株对胆盐的耐受程度可能与其生物被膜形成相关。Alamprese等研究表明,市售冰淇淋在货架期内的冻融循环会对菌株被膜造成破坏,使得菌株在胃液环境中更容易遭受胆盐胁迫。Bustos等则进一步指出,在人体胃肠道环境下,食物基质可为菌株提供营养物质,菌株数量也有可能出现上升的现象。值得注意的是王辑等前期实验表明植物乳杆菌K25具有较为良好的耐酸耐胆盐特性。

3 结 论

本研究考察不同温度对植物乳杆菌K25胁迫处理不同时间后对菌株低温耐受性的影响。结果表明,经4 ℃-18 h(C-K25)与55 ℃-0.5 h(H-K25)胁迫预处理后的菌株在-20 ℃贮存30 d后活菌数分别达到1.10×106、1.35×106 CFU/mL,为对照组的12 倍和15 倍。选用该2 株菌株用作冰淇淋的制作,并且添加巧克力作为辅料。结果表明,使用胁迫处理后的菌株发酵降低冰淇淋产品酸度,显著增加产品的黏度与硬度(P<0.05),且低温处理后的K25发酵对冰淇淋的膨胀率和融化率产生有益影响。产品于-20 ℃贮存60 d后,C-K25和H-K25活菌数与对照组相比分别提高1.63、1.69 个对数级,而 C-K25-巧组活菌数最高,为7.56(lg(CFU/mL))。

冰淇淋于-20 ℃贮存30 d后,对菌株进行模拟胃肠道环境耐受性分析,结果表明所有组别的菌株均具有较为良好的肠道环境耐受性。本研究为如何提高植物乳杆菌的低温耐受性以及冰淇淋产品中植物乳杆菌在贮存期间和人工模拟胃肠道环境下存活特性提供了研究思路和数据支撑,为实际生产中提高冰淇淋中益生菌的存活率提供一种有效的技术方法。

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