青稞β-葡聚糖与益生菌共微胶囊化及其在巧克力中的应用研究

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益生菌是宿主体内一类有益的活性微生物,其具有改善肠道微生态环境平衡、控制胆固醇水平、抑制致病菌生长、提高免疫力等作用,对维持宿主的健康和防治疾病起着非常关键的作用。本课题以益生菌Lactobacillus plantarum 550为研究对象,将其与青稞β-葡聚糖共包埋于分离乳清蛋白(WPI)和阿拉伯胶(GA)基质中,研究分析青稞β-葡聚糖对益生菌在喷雾干燥、体外模拟消化以及存储过程中存活率的影响。最后,将益生菌微胶囊添加到巧克力中,通过确定益生菌微胶囊的最佳添加量,对其制备的益生菌巧克力的水分含量、表观黏度、体外模拟消化、存储特性和感官评价等方面进行分析。主要的实验内容和结论如下:(1)首先通过热水浸提和分级醇沉的方法,获得了纯度较高、分子量分布较窄和均一性良好的青稞β-葡聚糖纯化物(HBBG-20)。HBBG-20的化学组成主要是中性糖(97.69±5.06%)和糖醛酸(6.89±0.99%),蛋白质含量低(0.33±0.01%),β-葡聚糖的纯度达到79.05±4.18%,且不含有淀粉,HBBG-20的重均分子量为5.64±0.01(×10~5 g/mol)。HBBG-20主要由葡萄糖组成,鼠李糖和甘露糖含量较低。扫描电子显微镜(SEM)发现其固体形貌主要呈片状结构,表面光滑、致密。傅里叶红外光谱(FT-IR)显示HBBG-20具有β-葡聚糖的特征峰(897 cm-1)。热重分析显示HBBG-20在300~355°C范围内,β-葡聚糖的质量损失率最大(68.7%)。利用人体粪便对HBBG-20进行体外发酵48 h,联合OD600值、产气量、p H值、糖含量变化和短链脂肪酸(SCFAs)的释放情况五个指标分析其益生元活性。结果发现,HBBG-20能够被肠道菌群较快利用,在酵解过程中,能够提高菌液浓度、产生气体、降低发酵液的p H值和产生SCFAs,产生的SCFAs主要是乙酸、丙酸,丁酸。(2)采用不同比例的WPI和GA进行复配作为壁材对益生菌Lactobacillus plantarum 550进行微胶囊化,发现其在喷雾干燥、体外模拟消化和存储过程中对益生菌具有明显的保护作用。喷雾干燥后,游离的益生菌全部死亡。各配方中,益生菌存活率最高达到了78.38%。与仅用WPI或GA包埋益生菌相比,用WPI和GA进行复配包埋的益生菌存活率得到了显著地提高,这是因为WPI和GA在p H 3.75下发生了复合凝聚,从而提高了对益生菌的保护作用。不同的比例的WPI和GA对益生菌的保护效果不同,效果最佳配方为WPI:GA=3:1,在体外模拟消化6 h后,益生菌活菌浓度仅下降1.95 Log CFU/g,这是由于在WPI和GA间发生了静电相互作用,较好的抵抗了胃酸和胆盐对其的分解作用。在4°C存储8周后,益生菌的活力基本保持不变。(3)在WPI和GA制备得到的益生菌微胶囊最佳配方的基础上,通过添加不同浓度的青稞β-葡聚糖与益生菌共微胶囊化于WPI和GA微胶囊中,可以提高益生菌在体外模拟消化过程中的活菌浓度。对于3%青稞β-葡聚糖的样品,在整个体外模拟消化后活菌浓度仅损失0.84 Log CFU/g。这可能是因为青稞β-葡聚糖具有益生元作用,可以为益生菌的生长提供营养物质,使益生菌在模拟胃肠道中通过和繁殖。另一方面,从扫描电子显微镜结果显示,添加的青稞β-葡聚糖浓度越大,获得的微胶囊表面越光滑,褶皱越少,导致比表面积更小,减少了益生菌与胃肠道环境中的胃酸、胆盐和酶等不利因素的接触,极大地提高了益生菌在体外模拟消化过程中的存活率。同时在4°C存储8周后,益生菌的活力基本保持不变。(4)在制备益生菌巧克力的过程中,先以口感为指标,确定微胶囊的最佳添加量为2%,然后按照最佳添加量制备益生菌巧克力。结果发现添加益生菌微胶囊到巧克力中,对巧克力的水分含量没有影响,但会增大巧克力的表观黏度。添加了青稞β-葡聚糖的WPI-GA微胶囊巧克力中的益生菌,在体外模拟消化6 h后益生菌的存活率仅下降了0.53%,表现出对胃酸和胆盐更高的耐受性。同时,在4°C存储12周后,益生菌的存活率仅下降了4.12%。此外,添加益生菌微胶囊到巧克力中,对巧克力的形态和组织等没有显著的影响,同时还能够给巧克力增加酸甜感。
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