乳酸菌凍干保護(hù)劑研究狀況【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　食品科學(xué)與工程</b></p><p>　　乳酸菌凍干保護(hù)劑研究狀況</p><p>　　摘要:乳酸菌是酸奶的重要發(fā)酵劑,是某些蔬菜的腌制劑。然而,乳酸菌在凍干中會(huì)受損傷,使用凍干保護(hù)劑可以提高乳酸菌的存活率。乳酸菌細(xì)胞在沒有保護(hù)劑的保護(hù)下

2、,會(huì)凍干損傷。了解保護(hù)劑的保護(hù)機(jī)理。保護(hù)劑可以分為多元醇類、糖類、氨基酸類、無機(jī)鹽類、蛋白質(zhì)及肽類和混合物等。凍干保護(hù)劑的篩選可以根據(jù)不同的菌種,有不同的工藝條件,乳酸菌凍干保護(hù)劑的研究有著重要的意義。</p><p>　　關(guān)鍵字:乳酸菌；凍干保護(hù)劑；篩選</p><p>　　隨著我國乳品工業(yè)的飛速發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)酸奶發(fā)酵劑的需求越來越大。酸奶已成為人們?nèi)粘ｏ嬍车谋貍涫称?它對(duì)人類的健康有益作

3、用是非常明顯的,而乳酸菌發(fā)酵劑是決定發(fā)酵乳制品的質(zhì)量和特性的最重要因素,其制備過程也是生產(chǎn)發(fā)酵乳制品的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。而乳酸菌在發(fā)酵的過程中會(huì)由于各種因素而影響酸奶的品質(zhì)。因而,使用冷凍干燥技術(shù)可以提高乳酸菌的存活率。</p><p>　　利用真空冷凍干燥技術(shù)生產(chǎn)活菌制劑是多種保藏方法中較為理想的一種[2]。冷凍干燥也稱為凍干,是冷凍和干燥技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,細(xì)胞在凍干過程中要經(jīng)受冷凍和干燥兩種激烈因素的作用,損

4、傷是不可避免的。為了提高真空冷凍干燥后微生物的存活率,人們進(jìn)行了大量的研究。</p><p>　　乳酸菌培養(yǎng)物在冷凍干燥和隨后長(zhǎng)期的貯藏過程中,最大限度的保持乳酸菌的活性無論從經(jīng)濟(jì)角度還是從技術(shù)角度來講都是至關(guān)重要的。微生物細(xì)胞的存活取決于許多因素,包括微生物起始濃度、培養(yǎng)基、非致死性處理、凍干保護(hù)劑和復(fù)水環(huán)境等[3]。</p><p>　　保護(hù)劑可以減輕冷凍干燥或復(fù)水對(duì)細(xì)胞的損害,盡可能

5、保持原有的各種生理生化特性和生物活性。篩選適宜的凍干保護(hù)劑對(duì)細(xì)胞在凍干和貯藏過程中的存活性至關(guān)重要[4]。</p><p>　　1 乳酸菌細(xì)胞的凍干損傷</p><p><b>　　1.1 機(jī)械損傷</b></p><p>　　機(jī)械損傷是由低溫時(shí)細(xì)胞內(nèi)外冰晶生長(zhǎng)產(chǎn)生的機(jī)械力量引起的,一般冰晶越大,細(xì)胞膜越易破裂,從而造成細(xì)胞死亡。冰晶小,對(duì)細(xì)胞

6、膜的機(jī)械損傷也較小[5]。</p><p><b>　　1.2 溶質(zhì)損傷</b></p><p>　　溶質(zhì)損傷又稱 “溶液損傷” ,是由于水的凍結(jié)使細(xì)胞問隙內(nèi)的液體逐漸濃縮,從而使電解質(zhì)的濃度顯著增加[6]。</p><p><b>　　1.3 細(xì)胞膜損傷</b></p><p>　　凍干過程中,

7、細(xì)胞膜脂肪酸的不飽和度、鏈的長(zhǎng)度、鏈的分支狀態(tài)或環(huán)繞狀態(tài)存在動(dòng)態(tài)變化,脂肪酸的動(dòng)態(tài)變化與膜的流動(dòng)性密切相關(guān)。微生物細(xì)胞的干燥損傷很大程度上是由于膜脂性質(zhì)、結(jié)構(gòu)的變化使膜的流動(dòng)性或完整性改變,從而導(dǎo)致膜的功能失調(diào)[7]。</p><p>　　1.4 細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)作用損傷</p><p>　　當(dāng)細(xì)胞內(nèi)某一關(guān)鍵酶失活,會(huì)造成細(xì)胞代謝受阻,積累了影響正常生理功能的某種產(chǎn)物,從而整個(gè)細(xì)胞代謝紊亂,

8、導(dǎo)致細(xì)胞死亡[8]。</p><p>　　2 凍干保護(hù)劑的保護(hù)機(jī)理</p><p>　　凍干前在溶液中加入的保護(hù)介質(zhì)在干燥后起支撐作用,在凍干過程中起保護(hù)作用。凍干的樣品不失原有的固體骨架結(jié)構(gòu),保持原有的形態(tài)。凍干使保護(hù)介質(zhì)具有多孔結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)使凍干菌粉具有理想的速溶性和速復(fù)水性。 </p><p>　　凍干后菌體附著在保護(hù)介質(zhì)上,大大減少了菌體暴露于外部的區(qū)域,

9、減少了外界環(huán)境因素對(duì)菌體的影響,降低了菌體死亡的可能性,從而提高了其凍干存活率。另一方面保護(hù)劑與菌體細(xì)胞壁結(jié)合,有助于穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)部成分,有助于菌體細(xì)胞凍干存活率的提高[9-10]。</p><p>　　2.1 保護(hù)劑對(duì)膜相變溫度 Tm的影響 </p><p>　　由磷脂分子組成的雙分子層是細(xì)胞膜的主要成分。通常情況下,水分子通過氫鍵與磷脂的極性端相連,當(dāng)磷脂干燥脫水時(shí),極性端的密度增加,平

10、時(shí)處于液晶態(tài)的脂膜變成凝膠態(tài),此時(shí)的溫度被稱為膜相轉(zhuǎn)變溫度。 </p><p>　　研究者認(rèn)為,凍干過程中,膜質(zhì)經(jīng)歷了從液晶態(tài)到凝膠態(tài)的相的變化。在室溫下復(fù)水時(shí),處于凝膠態(tài)的干燥質(zhì)膜又經(jīng)歷了從凝膠態(tài)到液晶態(tài)的轉(zhuǎn)變,由于膜經(jīng)歷了狀態(tài)的轉(zhuǎn)變,某些區(qū)域產(chǎn)生缺陷,使得膜滲漏。若在干前加入二糖如海藻糖可降低干燥膜的膜相轉(zhuǎn)變溫度,當(dāng)磷脂干燥脫水時(shí),海藻糖在失水部位以氫鍵和磷脂的極性端相連,防止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變和復(fù)水時(shí)的滲漏,從而提

11、高細(xì)胞的存活率[11]。</p><p>　　2.2 保護(hù)劑對(duì)體系玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響 </p><p>　　玻璃化是指物質(zhì)以非晶態(tài)形式存在的一種狀態(tài),其粘度極大,具有液體的性質(zhì)。由于這種非晶體結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)很低,故在這種結(jié)構(gòu)中分子運(yùn)動(dòng)和分子變性反應(yīng)非常微弱,不利的化學(xué)反應(yīng)能夠被抑制,從而提高被保存物質(zhì)的穩(wěn)定性[12]。</p><p>　　2.3 保護(hù)劑對(duì)蛋白

12、結(jié)構(gòu)的影響[13] </p><p>　　楊基礎(chǔ)等研究認(rèn)為海藻糖對(duì)酶的保護(hù)機(jī)理為一方面海藻糖的羥基替代了水分子同酶的酰胺基形成氫鍵,另一方面海藻糖分子包裹在酶分子周圍,或填充在酶蛋白分子的空間結(jié)構(gòu)內(nèi),特別是酶的活性部位附近,形成玻璃態(tài),有效的防止蛋白質(zhì)分子發(fā)生三維結(jié)構(gòu)的變化,從而避免了酶的失活[14]。</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中通常采用各種保護(hù)劑來降低凍干過程對(duì)乳酸菌的傷害 。一些

13、親水且能透過細(xì)胞膜的小分子保護(hù)劑能滲入細(xì)胞內(nèi)抑制冰晶生成、減緩冰晶生長(zhǎng),冷凍時(shí)可減少對(duì)細(xì)胞的損傷；而不能穿透細(xì)胞膜的大分子保護(hù)劑有很強(qiáng)的親水特性和氫鍵形成能力。保護(hù)劑利用它們的氫鍵和親水基形成穩(wěn)定的水分子層阻礙膜內(nèi)結(jié)合水向外轉(zhuǎn)移,保護(hù)了細(xì)胞結(jié)構(gòu)[15]。 </p><p>　　3 凍干保護(hù)劑的篩選</p><p>　　凍干前加入保護(hù)介質(zhì),以減少其凍干損傷是必須的。對(duì)于絕大多數(shù)細(xì)菌,冷凍

14、干燥成功的關(guān)鍵在于有效保護(hù)劑的使用,保護(hù)劑可以改變生物樣品在冷凍干燥時(shí)的物理環(huán)境、化學(xué)環(huán)境,減輕或防止冷凍干燥或復(fù)水對(duì)細(xì)胞的損害,盡可能保持原有的生理生化特性和生物活性。凍干保護(hù)劑不僅影響乳酸菌在凍干過程中的細(xì)胞存活率,還影響保藏期間的細(xì)胞穩(wěn)定性[16]。</p><p>　　3.1 凍干保護(hù)劑的分類</p><p>　　凍干保護(hù)劑按照不同的性質(zhì)可分為多元醇類、糖類、氨基酸類、無機(jī)鹽類、蛋

15、白質(zhì)及肽類和混合物。</p><p>　　凍干保護(hù)劑可按照不同的方式進(jìn)行分類,按其是否能滲到細(xì)胞內(nèi)可分為滲透型和非滲透型兩種[17]。</p><p>　　3.2 凍干保護(hù)劑的篩選</p><p>　　對(duì)于凍干保護(hù)劑的研究有很多,主要有泡菜乳酸菌,干酪乳桿菌,瑞士乳干菌,保加利亞乳桿菌,嗜熱鏈球菌,雙岐桿菌[18]等等,對(duì)于這些菌種的保護(hù)劑篩選,已有很多的研究,保護(hù)

16、劑主要包括單一的保護(hù)劑和復(fù)合保護(hù)劑兩種,其中保護(hù)劑的種類以及含量也不同。</p><p>　　3.2.1 泡菜乳酸菌凍干保護(hù)劑篩選</p><p>　　在泡菜乳酸菌保護(hù)劑的研究中,海藻糖對(duì)乳酸菌凍干的保護(hù)作用最強(qiáng),山梨醇次之,谷氨酸鈉和VC也有明顯的保護(hù)作用,添加0．5％硫酸錳、0．5％氯化鈣未見保護(hù)效果。</p><p>　　10％脫脂乳、5％海藻糖、7％谷氨酸鈉

17、、3％山梨醇和3％VC的復(fù)合保護(hù)劑能使乳酸菌凍干后存活率較高,可達(dá)89．5％,與單一保護(hù)劑比較,存活率有顯著提高[19]。</p><p>　　3.2.2 干酪乳桿菌凍干保護(hù)劑的篩選</p><p>　　保護(hù)效果大小排序依次為:海藻糖,脫脂奶粉,蔗糖,甘油,可溶性淀粉,硫酸錳,抗壞血酸。今后的研究還需尋找添加量更小、保護(hù)效果更好的保護(hù)劑品種．以提高凍干菌粉的活菌數(shù)量[20]。</p&

18、gt;<p>　　3.2.3 保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌凍干工藝條件</p><p>　　通過實(shí)驗(yàn)可以得出保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌凍干的最佳離心條件為:轉(zhuǎn)速4000r／min,時(shí)間10m；預(yù)凍溫度和預(yù)凍時(shí)間為在一20℃預(yù)凍3h；凍干保護(hù)劑的最佳pH為6.5；保護(hù)劑與菌泥的最佳平衡時(shí)間為30min；保護(hù)菌泥的最佳配比為4:l；最佳裝液厚度為7mm；凍干菌粉的最佳含水量為2%-3%[21]。嗜熱鏈球菌

19、在凍干保護(hù)劑的篩選中可以使用正交實(shí)驗(yàn),正交實(shí)驗(yàn)是一種較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方法[22]。</p><p>　　3.2.4 乳酸菌凍干保護(hù)劑的篩選</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)的描述,各種菌種的凍干保護(hù)劑的種類、數(shù)量、工藝條件的分析及研究,可以確定乳酸菌凍干保護(hù)劑的研究的方案。由于脫脂乳價(jià)格比較便宜,不論是單獨(dú)使用還是與其它保護(hù)劑混用均有較好的保護(hù)效果,一般將其作為凍千保護(hù)劑的主要成分。首先從乳酸菌

20、凍干保護(hù)劑單因素開始篩選,從濃度為10%的海藻糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖,5%的谷氨酸鈉,200mg/l的半胱氨酸,2%的甘油、甘露醇、山梨酸,0.2%的乙酸鈉、硫酸錳、氯化鈣中篩選凍干后存活率較高的凍干保護(hù)劑,再者,根據(jù)篩選出來的凍干保護(hù)劑糖類,氨基酸類,醇類,緩沖鹽類的存活率較高的,組合成復(fù)合凍干保護(hù)劑,以提高凍干菌種的活菌數(shù)量。此復(fù)合實(shí)驗(yàn)應(yīng)用響應(yīng)面優(yōu)化[23]的方法,是一個(gè)四因素三水平的實(shí)驗(yàn),總共27次實(shí)驗(yàn)。</p>&

21、lt;p>　　實(shí)際上,不同的保護(hù)劑各有優(yōu)缺點(diǎn),單一保護(hù)劑不能滿足菌體抵抗外界惡劣的條件,例如大分子保護(hù)劑主要是保護(hù)細(xì)胞的表面免受傷害,凍干過程中對(duì)細(xì)胞有一定的保護(hù)作用,但大分子保護(hù)劑單獨(dú)使用時(shí),在保存期間對(duì)細(xì)胞的保護(hù)效果卻不明顯,如果合適的大分子和小分子保護(hù)劑配合使用,將會(huì)加速干燥且能在干燥和保存期間維持較高的細(xì)胞存活率[24]。</p><p>　　4 乳酸菌凍干保護(hù)劑研究的意義與進(jìn)展</p>

22、<p>　　4.1 乳酸菌凍干保護(hù)劑研究的意義</p><p>　　隨著我國發(fā)酵乳制品工業(yè)的迅猛發(fā)展,積極研究并大力開發(fā)高效濃縮型酸奶凍干發(fā)酵劑,對(duì)推動(dòng)我國酸奶發(fā)酵劑的生產(chǎn)水平,提高國產(chǎn)發(fā)酵劑的競(jìng)爭(zhēng)力,具有重要的意義[25]。乳酸菌是酸奶的發(fā)酵劑,乳酸菌良好的生長(zhǎng)是保證酸奶的品質(zhì)的關(guān)鍵因素。</p><p>　　乳酸菌作為一種蔬菜腌制劑,和與多種食品質(zhì)相關(guān)的重要微生物已有較多

23、文獻(xiàn)報(bào)道。研究?jī)?yōu)良乳酸菌菌種的高效培養(yǎng)技術(shù)以及其保藏方法對(duì)發(fā)乳酸菌作為蔬菜發(fā)酵劑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[26]。</p><p>　　4.2 乳酸菌凍干保護(hù)劑研究的進(jìn)展</p><p>　　隨著乳酸菌對(duì)人體健康有益作用機(jī)理的深入研究和揭示。乳酸菌產(chǎn)品逐漸受到人們的重視。乳酸菌菌粉是生產(chǎn)這些產(chǎn)品的重要原料,而常用于制備乳酸菌菌粉的方法是真空冷凍干燥法(簡(jiǎn)稱凍干)[9]。</p>&

24、lt;p>　　而為了提高凍干后的存活率,則需要研究乳酸菌的凍干保護(hù)劑。在研究過程中,保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌可以從掃描電鏡觀察樣品的結(jié)夠與形態(tài)[10]。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王建,隋欣,姜鐵民等.直投式酸奶發(fā)酵劑菌體濃縮的研究[J].食品工業(yè)科技,2007,(11):73-75.</p>&l

25、t;p>　　[2] 李華,駱艷娥,劉延琳.真空冷凍干燥微生物的進(jìn)展[J].微生物通報(bào),2002,(3):78-81．</p><p>　　[3] CARVALHO AS,SILVA 7,HO P,et al. Effect of various growth media upon survival during storage of freeze-dried Erterococcus faecalis an

26、d Enleracoccusdurans[J].Applied Microbiology,2003,94:947-952. </p><p>　　[4] 靳志強(qiáng),李平蘭.培養(yǎng)基、保護(hù)劑和饑餓處理對(duì)凍干乳酸菌存活性的影響[J].食品科學(xué),2007,(7):296-299.</p><p>　　[5] 朱敖蘭,楊潔.生物制品凍干保護(hù)劑及其保護(hù)機(jī)理的研究進(jìn)展[J].喀什師范學(xué)院學(xué)報(bào),2007

27、,(6):46-50.</p><p>　　[6] Bumsoo Han and John C．Bischof．Direct cel1．injury associated with eutectic crystllization during freezing．Cryobiology,2004,48:8-21.</p><p>　　[7] 李春,張?zhí)m威.乳酸菌細(xì)胞膜凍干損傷研究進(jìn)展[J].

28、中國乳品工業(yè),2004,32(4):28-29．</p><p>　　[8] 蒲麗麗,劉寧,張英華等.乳酸菌凍干保護(hù)劑及保護(hù)機(jī)理的研究進(jìn)展[J].中國乳業(yè),2005(6):50-52．</p><p>　　[9] 蒲麗麗,劉寧,霍貴成.嗜熱鏈球菌凍干保護(hù)劑保護(hù)作用的研究[J].食品科技,2007,(7):32-34.</p><p>　　[10] 蒲麗麗,劉寧.保加

29、利亞乳桿菌凍干保護(hù)劑保護(hù)作用的研究[J].中國釀造,2010,(5):46-48.</p><p>　　[11] Samuel B.Leslie et a1.Trehalose and sucrose protect both membranes and proteins in intact bacteria during drying[J].Applied and Environmental Microbiol

30、ogy.1995,61(10): 3592-3597.</p><p>　　[12] 鐘芳.食品的冷凍玻璃化保藏[J].食品與機(jī)械,2000,79(5):9.</p><p>　　[13] 楊基礎(chǔ)等.海藻糖對(duì)固定化酶的保護(hù)作用[J].化工學(xué)報(bào),2000,5l(2):l93～197.</p><p>　　[14] 蒲麗麗,劉寧,張英華等.乳酸菌凍干損傷與保護(hù)的研究進(jìn)展

31、[J].食品工業(yè),2005(7):182．</p><p>　　[15] 吳玲,潘道東,劉海燕.瑞士乳桿菌凍干保護(hù)劑的選擇[J].2010,(1):157-159. </p><p>　　[16] 滿麗莉,向殿軍.凍干乳酸菌的研究進(jìn)展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2010,(3):17-19.</p><p>　　[17] 張英華,霍貴成,郭鎢.乳酸菌冷凍干燥技術(shù)研究進(jìn)展[

32、J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,36(6):799.</p><p>　　[18] 林云.雙岐桿菌凍干保護(hù)劑條件的研究[J].飼料研究,2002,(6):4-7.</p><p>　　[19] 董英,林澤營,周國磊等.泡菜乳酸菌凍干保護(hù)劑的研究[J].食品工業(yè),2007,(1):10-12.</p><p>　　[20] 邢蕾,吳暉,劉冬梅等.干酪乳桿菌鼠李糖亞種

33、凍干保護(hù)劑的研究[J].中國乳品工業(yè),2009,(11):15-17.</p><p>　　[21] 古元懿,歐軍,粱金鐘.保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌凍干工藝條件的研究[J].釀酒,2008,(4):47-51.</p><p>　　[22] 呂燕妮,靳志強(qiáng),李平蘭等. 酸奶生產(chǎn)用直投式乳酸茵發(fā)酵劑研究[J].乳品加工,2005,(11):47-50.</p><p&g

34、t;　　[23] 紀(jì)振杰,郭德軍.利用響應(yīng)面法優(yōu)化雙歧桿菌凍干保護(hù)劑的配比[J].中國生物制品學(xué)雜志,2008,(9):813-816.</p><p>　　[24] 張英華,霍貴成,郭鴿.乳酸菌冷凍干燥保護(hù)劑的篩選[J].食品科技,2006,(11):72-75.</p><p>　　[25] 鄧鵬超.乳酸菌的高密度培養(yǎng)及酸奶凍干發(fā)酵劑的研究[D].華中農(nóng)業(yè)大學(xué):微生物學(xué),2008.&l