开菲尔粒中胞外多糖优质生产菌株的筛选、胞外多糖理化性质的表征及其在拉丝酸奶中的应用研究

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发酵酸乳制品在储藏及运输途中经常出现乳清析出的现象,乳清的析出严重影响了酸乳制品的品质和市场销售。为了改善发酵酸乳制品的品质,不同的稳定剂、增稠剂等化学添加剂被添加到发酵酸乳制品中。近年来纯天然食品添加剂的开发越来越引起人们的重视。乳酸菌胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS)具有增强发酵酸乳黏度、持水力及丝滑度的作用,且具有绿色、天然的特性,因此作为酸乳制品添加剂,可增强酸乳制品纯天然有机特性,增加其产品的附加值。开菲尔粒是天然乳制品-开菲尔的发酵起始物,其具有复杂的微生物菌相构成,开菲尔粒对人体具有显著益生保健作用,其干重的25%是由微生物分泌的胞外多糖组成。开菲尔粒中的产胞外多糖菌株,可以通过试验被筛选分离出来,并可作为配伍菌株直接应用于酸乳制品复合菌种发酵剂的研制。以该复合菌种发酵剂作为发酵起始物,通过酸乳的发酵生产,可达到提高酸乳品质,增强酸乳黏度、稳定性、持水力以及增加丝滑口感的目的。本研究首先将开菲尔粒中的主要组成菌—乳酸菌进行分离鉴定;其次从分离菌种中筛选胞外多糖生产菌株,并对筛选菌株进行单菌株酸乳制品发酵,分析评价发酵酸乳产品的品质,在此基础上初步优化菌株胞外多糖发酵生产的工艺;将工艺优化后发酵生产的胞外多糖进行理化性质的表征,评估其理化性质对酸乳制品的影响。经过上述工艺优化后的胞外多糖优质发酵菌株直接运用于酸乳纯菌种复合发酵剂的研制,探究其作为配伍菌株对多菌种复合发酵酸乳品质的影响,从而为进一步开发出风味良好、理化性质稳定且具有民族特色的新型酸乳产品奠定基础。试验研究取得的科研成果如下:(1)以新疆、西藏、内蒙古、黑龙江等地区采集的6种开菲尔粒为分离源,分离获得了37株乳酸菌。通过形态学观察、16S r DNA序列分析,确定37株乳酸菌分别为:11株开菲尔乳杆菌、12株干酪乳杆菌,2株副干酪乳杆菌、3株嗜热链球菌、3株肠膜明串珠菌、2株假肠膜明串珠菌、1株希氏乳杆菌、1株Lactobacillus perolens、2株乳酸乳球菌乳酸亚种。结果表明6种开菲尔粒中组成菌中均以开菲尔乳杆菌和干酪乳杆菌为主要优势菌种。试验对37株乳酸菌进行了产胞外多糖能力的筛选,通过MRS-S平板涂布法,根据菌落的形态及菌落胞外多糖的粘稠度,首先明确了6株胞外多糖的产生菌株为候选菌株,6株菌株分别为1株嗜热链球菌(HST2)、3株肠膜明串珠菌(KLM2、NLM5、XLM1)、2株假肠膜明串珠菌(YLPM1、YLPM2);其次对6株胞外多糖产生菌株进行了单菌株发酵验证,通过其发酵乳制品的酸度、持水力、乙醛、双乙酰质量浓度、粘度及感官等方面的综合评价,最终确定菌株XLM1是一株发酵性能优良的胞外多糖生产菌株。(2)首先在相同的培养条件下(40 m L装液量、3x106 cfu/m L接种量、30℃、培养24 h),对9种胞外多糖生产培养基进行了筛选试验,9种培养基中硫铵蔗糖培养基(LMM)表现最优,胞外多糖产量最高,为12.04 mg/m L。其次针对硫铵蔗糖培养基LMM,进行了胞外多糖发酵工艺条件的再优化,优化结果为:培养基LMM,80 m L装液量、3x106 cfu/m L接种量、30℃、培养96 h,菌株XLM1胞外多糖(XLM1-EPS)的发酵产量为25.01 mg/m L,为最初筛选试验条件下硫铵蔗糖培养基中胞外多糖产量的2.07倍。试验对XLM1-EPS的理化性质进行了分析测试,首先,对XLM1-EPS进行了傅里叶变换红外光谱分析,发现XLM1-EPS具有羟基、吡喃糖环等多糖的特征吸收峰。其次,对XLM1-EPS进行了气相色谱和热力学测试,气相色谱结果表明,XLM1-EPS由葡萄糖组成;热力学测试结果显示,重量损失开始于225℃、熔点为355.7℃,融化1 g胞外多糖的焓变化值(H)是676.5 J。这些研究结果表明XLM1-EPS能够耐受乳制品加工业中的高温、具有应用于食品热加工处理的潜在能力。第三,扫描电子显微镜观察显示,XLM1-EPS比黄原胶具有更光滑的表面形态,表明XLM1-EPS能用于食品薄膜的制备,对于乳制品加工业来说,表面结构光滑的XLM1-EPS作为添加剂可以赋予酸乳制品更加顺滑的口感及细腻的组织状态。最后,通过乳化性质和絮凝性分析,XLM1-EPS絮凝特性与黄原胶相似,但优于刺槐胶和瓜尔胶,与刺槐胶相比XLM1-EPS具有更高的乳化活性,说明XLM1-EPS可作为絮凝剂与乳化剂在食品工业上进行使用。流变学试验结果显示,高浓度、中低p H值,在脱脂牛奶中XLM1-EPS呈现出了较高的表观粘度,可有效改善p H介于4.0~4.5之间的发酵乳制品的质地,这对于提高发酵乳制品的品质具有重要意义。(3)将发酵性能优良,胞外多糖理化性质表征结果优秀的菌株XLM1与实验室开菲尔乳杆菌XL1和马克思克鲁维酵母FXJ1进行菌种复配,复配的目的为研制拉丝酸奶复合菌种发酵剂。复合菌种发酵剂经过反复发酵试验,最终优化获得了一种菌种间的最佳配伍比例,生产出了具有民族特色的优质拉丝酸奶。拉丝酸奶复合菌种发酵剂中,菌种间最佳配伍比例为:乳酸菌:酵母菌=50:1,其中乳酸菌之间的比例为:肠膜明串珠菌XLM1:开菲尔乳杆菌XL1=5:1;复合菌种发酵剂的最佳发酵条件为:自然p H值、3x106 cfu/m L接种量、30℃、发酵14 h。上述最佳发酵条件下,发酵生产的拉丝酸乳与没有配伍胞外多糖生产菌株XLM1发酵生产的酸乳相比,储藏期间(21 d)持水力保持在100%,滴定酸度只增高了8.24°T,显示出配伍胞外多糖生产菌株XLM1后的酸乳制品后酸化能力较弱,能有效地延长其产品的货架在期;活菌数保持在108 cfu/m L,发酵酸乳的感官评分维持在85分以上,储藏期间内酸乳制品品质稳定。通过对照组与试验组在储藏期间的流变学特性比较分析,结果表明配伍了胞外多糖生产菌株XLM1的复合菌种发酵剂,显著增加了发酵酸乳中的胞外多糖含量,增强了发酵酸乳制品的弹性、粘度、内聚能力,从而使发酵酸乳制品运输过程中,能够承受一定的外力的作用,防止乳清析出现象发生;配伍了胞外多糖生产菌株XLM1的复合菌种发酵剂,生产的发酵酸乳在储藏期间保持稳定的类固体状态,口感丝滑度显著提高。因此本研究结果证明了菌株XLM1在乳制品的工业生产中具有极好的应用潜力和经济价值。
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