5.2.2 乳酸菌菌種凍干
能從葡萄糖或乳糖的發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生乳酸的細(xì)菌統(tǒng)稱為乳酸菌，共有200多種。目前已被國(guó)內(nèi)外生物學(xué)家所證實(shí)，腸內(nèi)乳酸菌與健康長(zhǎng)壽有著非常密切的直接關(guān)系。乳酸菌種在酸奶生產(chǎn)中是非常關(guān)鍵的物質(zhì)，可以利用乳酸菌提高釀造和發(fā)酵食品的風(fēng)味。乳酸菌凍干是將菌種速凍，然后在真空條件下升華，可以保持菌種的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)。凍干后，菌種酶化作用減弱，生物活性不變，常溫下可貯存3～5年。加水后極易復(fù)原，復(fù)水率達(dá)90%以上。冷凍真空干燥乳酸菌發(fā)酵劑，具有活力強(qiáng)、用量少、污染低、品種多、方便儲(chǔ)運(yùn)等特點(diǎn)，已在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。
影響乳酸菌凍干效果的因素包括菌株、細(xì)胞大小形狀、初始細(xì)胞濃度、降溫速率、pH值、保護(hù)劑、預(yù)凍溫度、干燥條件、復(fù)水條件等，其中凍干保護(hù)劑系統(tǒng)的影響較突出。研究表明，乳酸菌凍干前加入適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)劑，可影響乳酸菌在凍干過(guò)程中的細(xì)胞存活率和保藏期間的細(xì)胞穩(wěn)定性。乳酸菌凍干保護(hù)劑的保護(hù)效果與其化學(xué)結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，其特征是具備三個(gè)以上的氫鍵，而且具有以適當(dāng)方式存在的游離基團(tuán)。
5.2.2.1預(yù)凍方式對(duì)乳酸菌菌種凍干的影響
朱東升研究了預(yù)凍方式對(duì)凍干乳酸菌菌種活菌數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)中分別研究了嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌采用慢凍和液氮快凍后，凍干菌種活菌數(shù)與預(yù)凍方式的關(guān)系。具體實(shí)驗(yàn)方案為：將菌懸液盛入冷凍平皿中，將其先置4℃冰箱平衡30min后，移入-30℃冰箱60min,然后置-80℃冰箱60min,進(jìn)行普通預(yù)凍，再在冷凍真空千燥機(jī)上冷凍千燥12h,密封保存于4℃冰箱中。其余菌懸液先置于冰箱保存30min后，用5mL、1mL、200uL、100uL槍頭滴定于盛有液氮的冷凍平皿中10min,再在冷凍真空干燥機(jī)上冷凍干燥12h,密封保存于4℃冰箱中。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)冷凍真空干燥條件為：凍干室溫度為-60～70℃，
壓力為6mPa。
研究結(jié)果表明，三種菌種用液氮快凍都比普通慢凍存活率高，如圖5-3所示。分析原因為，液氮預(yù)凍的速度比普通預(yù)凍的速度快很多，這樣可以使細(xì)胞內(nèi)部的水滲出到細(xì)胞外面，而水在細(xì)胞內(nèi)部凝結(jié)正是細(xì)胞死亡的致命原因。此外，同樣是用液氯快凍，菌種液滴大小不同，其活菌數(shù)也不同，液滴小者活菌數(shù)高。當(dāng)一定體積的菌液，由不同大小的液滴進(jìn)行滴定，隨總表面積增大，其存活率也增大。因?yàn)閱挝惑w積的菌液，其總表面積增大以后，水分的滲出速度也加快，所以存活率可以提高。
5.2.2.2冷凍干燥保護(hù)劑對(duì)乳桿菌凍干的影響
劉丹等研究了瑞士乳桿菌的凍干。將經(jīng)過(guò)脫脂乳活化、培養(yǎng)基擴(kuò)培并離心收集的瑞士乳桿菌菌泥與配制好的保護(hù)劑按1：1的比例混合，確定凍干前的活菌數(shù)后，注入凍干管中。凍干管在-75℃預(yù)凍2h,然后在60～120Pa下冷凍干燥32h，干燥后取出在4℃下保藏。用無(wú)菌生理鹽水使凍干菌復(fù)水，確定凍干后活菌數(shù)，計(jì)算活菌率。實(shí)驗(yàn)研究中分別使用了單一保護(hù)劑和復(fù)合保護(hù)劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表5-4和表5-5。
表5-4的數(shù)據(jù)表明，與對(duì)照組相比，加入保護(hù)劑后乳酸菌的存活率均有不同程度的提高，可見(jiàn)所選保護(hù)劑對(duì)乳酸菌都有一定的保護(hù)作用。其中以海藻糖的效果最為顯著。與其他糖類相比，海藻糖的玻璃化相變溫度高，更容易以玻璃態(tài)存在，對(duì)生物材料的穩(wěn)定有很重要的意義。另外，生物體中的大分子均處于一層水膜包圍保護(hù)中，這層水膜是維持其結(jié)構(gòu)和功能不可少的物質(zhì)。干燥時(shí)水膜被除去，可導(dǎo)致這些大分子物質(zhì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化。若有海藻糖做保護(hù)劑，海藻糖可在生物分子的失水部位與這些分子形成氫鍵，使其在缺水條件下仍能保持其原有結(jié)構(gòu)，保持活性。表5-5中的數(shù)據(jù)表明，與單一保護(hù)劑相比，使用復(fù)合保護(hù)劑凍干乳酸菌存活率更高。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還表明，保護(hù)劑中海藻糖的在10.4%左右時(shí)效果更好，海藻糖濃度過(guò)高可能會(huì)抑制菌的生長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，最佳的復(fù)合保護(hù)劑配比為10.4%海藻糖、11.2%脫脂乳和4%谷氨酸鈉。
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