粘性与非粘性乳酸菌对发酵乳凝胶特性和体外消化特性的影响研究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:crossskyfreely
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发酵乳是人们利用益生菌的主要食物来源,因其独特的质地和特殊的发酵香气受到广大消费者的喜爱。通过发酵,牛奶中的蛋白、糖类和脂类被分解为更小的营养物质,并生成多种风味成分,使产品口感味道更加独特,人体更加容易吸收和利用。其中,发酵乳中大量活性乳酸菌对于调节人体肠道健康、减缓衰老、降脂、防癌等方面具有重要意义。为了开发更具特色的乳酸菌发酵制品,满足市场对不同种类的奶制品的需求,因此有关发酵乳结构和凝胶特性的研究具有积极的意义。目前,国内对于发酵乳结构的研究主要集中在凝乳酶和增稠剂的使用、乳清蛋白的添加以及均质、热处理等对发酵乳稳定性方面的影响研究,而关于发酵乳表现出的不同性状与凝乳结构的关系以及结构不同的发酵乳胃肠消化特性的研究比较少。本文从新疆特色发酵乳产品,即老酸奶和奶疙瘩中筛选出在牛奶中具有良好发酵特性的乳酸菌,进行凝乳能力分析。基于发酵乳产粘性状的不同,对发酵乳物理和化学变化进行了测定,研究了持水力、粒径等结构及流变学特性存在的差异;并进一步采用体外模拟消化模型,分析了不同乳酸菌发酵乳在消化过程中蛋白质降解、小肽和氨基酸等营养物质递送的情况,从而为有关发酵乳结构和营养物质消化的研究提供一定的理论依据。研究内容和结果如下:(1)使用乳酸菌分离纯化培养基从新疆传统发酵乳制品(老酸奶和奶疙瘩)中筛选出6株细菌菌株,与实验室未鉴定的1株细菌一起,经过形态观察和分子生物学鉴定,最终确定6株细菌分别为瑞士乳杆菌L.helveticus S-NA12、副干酪乳杆菌坚韧亚种L.paracasei subsp.tolerans S-NA、副干酪乳杆菌坚韧亚种 L.paracasei subsp.tolerans S-NB、副干酪乳杆菌坚韧亚种L.paracasei subsp.tolerans S-NA5、副干酪乳杆菌坚韧亚种L.paracasei subsp.tolerans S-NB 8和德氏乳杆菌保加利亚亚种L.delbrueckii subsp.bulgaricus GD-A1,以及来自实验室的菌株为发酵乳杆菌L.fermentum Z-15。(2)将上述乳酸菌以及已鉴定的四株乳酸菌在牛奶中进行发酵,通过比较凝乳时间、拉丝实验结果,发现 L.pentosus R-17、L.helveticus MB 2-1、L.helveticus R-5、L.helveticus S-NA12、L.S-NA、L.paracasei S-NB 等 6 株乳酸菌发酵乳具有明显的产粘性状,而L.fermentum Z-15、L.bulg aricusLB、L.bulgaricus GD-A1、L.paracasei S-NA5、L.paracasei S-NB8等5株乳酸菌制备的发酵乳则不具有产粘性状。发酵乳pH、酸度结果显示,凝乳结束时,L.pentosus R-17、L.helveticus MB 2-1、L.helveticus R-5、L.helveticus S-NA12、L.paracasei S-NA、L.paracasei S-NB 等粘性菌株的 pH 均低于 4.6,酸度较高;而L.fermentum Z-15、L.bulgaricus LB、L.bulgaricus GD-A1、L.paracasei S-NA5、L.paracasei S-NB8等制备的非产粘发酵乳,总体凝乳时间长,凝乳时的pH均高于4.6,酸度较低,说明不同产粘性状的发酵乳产酸能力具有显著差异(P<0.05),粘性乳酸菌在牛奶中产酸和代谢更快。(3)通过测定发酵乳持水力,发现粘性乳酸菌发酵乳的持水力比非粘性发酵乳高15%以上。进一步分析不同乳酸菌发酵乳粒径分布和Zeta电位,结果表明粘性乳酸菌发酵乳Zeta电位在10~20 mV之间,说明发酵乳带正电,体系相对稳定;粒径分布结果则发现大部分发酵乳在1~100 μm出现单峰,少数出现偏斜,表明11株乳酸菌发酵乳尺寸分布均匀。S-NA5和Z-15在0.1~0.5 μm存在独立小峰,说明其凝乳情况较差,与pH和发酵酸度相关。结合粒径参数D[4,3]和D[3,2]进行比较,发现粘性发酵乳比非粘性发酵乳的颗粒形状表现得更加规则。(4)基于粘性与非粘性性状,使用流变仪测定发酵乳表观粘度,结果显示所有发酵乳均具有频率依赖性,随剪切速率的增加而降低;通过频率扫描实验对发酵乳的粘弹性进一步分析,得出发酵乳样品均具有一定的粘弹性,G’和G"值随着扫描频率的增大而呈增加,显示出了同样的频率依赖性,且弹性模量G’值更高,表现为类固体特性;发酵乳剪切扫描结果则说明,所测发酵乳均具有一定触变性。通过比较,发现粘性乳酸菌发酵乳具有更高的表观粘度,同时具有较低的模量(G’,G")以及较大的触变环面积,这些结果可能与乳酸菌发酵过程其EPS整合到凝胶网络中的方式具有关联。(5)通过对11株乳酸菌EPS提取、初级结构测定以及Zeta电位和流变学分析,探究EPS与发酵乳产粘与凝乳作用的相关性。紫外光谱显示,1 1种粗EPS均没有核酸和蛋白质的存在;红外光谱中均有O-H、-CH3或-CH2、C-O的多糖特征吸收峰。分析其产量可知,粘性发酵乳粗EPS的平均提取率高于非粘性发酵乳粗EPS平均提取率,并且粘性发酵乳得到的粗EPS分子量分布集中在2.44×108~2.30×109 Da范围内,分子量较大。单糖组成结果则显示,粘性发酵乳EPS主要由半乳糖和葡萄糖组成,而非粘性发酵乳EPS除了半乳糖和葡萄糖主要组成成分,部分含有摩尔质量较高的鼠李糖和甘露糖。Zeta电位结果说明EPS均带负电,并且体系稳定。分析比较EPS的表观粘度,发现11种EPS剪切黏度均随着剪切速率的增加,呈现下降的趋势;与非粘性发酵乳相比,粘性发酵乳的EPS表观粘度值更高。(6)采用体外模拟胃肠消化模型,研究不同乳酸菌发酵乳在消化过程中的蛋白质降解及消化情况。从可溶性蛋白含量的变化及SDS-PAGE电泳图谱可知,蛋白质的降解与其凝胶状态相关,凝乳结构可抵抗蛋白及其水解产物进一步水解消化。在胃消化过程中,κ-酪蛋白最先被降解,其次是β-酪蛋白和αs-酪蛋白,粘性乳酸菌发酵乳对于αs-酪蛋白和β-酪蛋白的利用速率存在差异。肠消化阶段,由于乳清排出,非粘性发酵乳在消化初始时表现出乳清蛋白被快速酶解。从小肽和氨基酸结果可知,胃消化阶段,小肽释放和氨基酸生成受到一定的限制,可能与酸性环境下蛋白质重新聚集有关;而在肠消化期间,胰酶对蛋白质、小肽等表现出酶解专一性,乳酸菌对于小肽含量和氨基酸的释放能力明显增强。
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