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《食品科学》:江南大学许正宏教授等:乳杆菌有机酸耐受性及发酵
发布时间:2022-09-30 10:55:59 来源:欧宝娱乐官网app 作者:欧宝在线入口

  果蔬乳酸菌发酵制品由于其独特的风味和益生性能,受到越来越多的关注。乳酸菌发酵可以利用果蔬原料中的营养成分,积累乳酸、酯类物质等风味化合物,赋予发酵果蔬汁丰富的滋味和香气感官特征;同时,还可以增加果蔬汁中的生物活性物质,提高其抗氧化和抗菌等性能。与其他发酵制品类似,果蔬发酵用的菌种及其发酵性能决定了发酵过程的可控程度,并影响了发酵产品的风味品质。

  江南大学生物工程学院的解 寒、许正宏*等采用前期实验室乳杆菌菌种库中发酵性能较好的3 株乳酸菌,考察其在添加不同种类和浓度有机酸的MRS(Man Rogosa and Sharpe)培养基中生长性能和发酵特性,比较其对不同有机酸的耐受性能。在此基础上,选择有机酸成分差异显著的12 种典型果蔬汁进行乳酸菌发酵,分析它们发酵前后有机酸组成和含量的变化,以期为不同果蔬原料乳酸菌菌种开发以及个性化工艺理性制定提供可以借鉴的方法。

  由图1可知,3 株菌生长OD600 nm和活菌数的趋势一致,LP-D和LP-F的生长状况较好,16 h后到达稳定期,第20小时OD600 nm分别为8.25和7.58,活菌数分别为9.91×109 CFU/mL和9.81×109 CFU/mL;而LR-S的生长状况略差,第20小时OD600 nm仅为3.06,活菌数较LP-D和LP-F低1~2 个数量级。随着菌体生长繁殖和有机酸的积累,发酵前8 h pH值下降迅速,发酵后期,由于乳酸菌进入稳定期,此时pH值下降缓慢直至趋于稳定。根据发酵前后有机酸的分析,3 株乳酸菌均为异型乳酸发酵,产乳酸的同时都产生少量乙酸,其中LP-D在MRS培养基中酸积累能力最强,乳酸积累量为20.4 g/L,乙酸积累量为2.3 g/L;LP-F次之,乳酸积累量为17.2 g/L,乙酸积累量为1.7 g/L;LR-S的酸积累能力最弱,乳酸和乙酸积累量分别只有8.7 g/L和0.2 g/L。

  由图2可知,考察的有机酸对菌株抑制作用非常明显,不同菌株在同一种有机酸酸胁迫下,生长状况大不相同,体现了果蔬原料可能对乳酸菌造成的抑制作用非常显著,而且由于原料的有机酸组成不尽相同而造成的抑制效果差异显著。LP-D在柠檬酸、琥珀酸和草酸质量浓度分别达到15、4.5 g/L和4.5 g/L时,活菌数有6.9×103、7.4×102、1.9×103 CFU/mL,乳酸积累量达到4.2、4.4 g/L和5.6 g/L,而其余2 株菌完全不能生长。LP-F在酒石酸质量浓度4.5 g/L时,活菌数和乳酸积累量分别达到3.6×104 CFU/mL和5.3 g/L,而其余两株菌均不生长。LR-S对大多数有机酸的耐受性都较差,然而,在苹果酸和奎宁酸的胁迫下,体现出了较另外两株菌更加优良的抗逆性能。这些结果体现出了不同乳酸菌和不同有机酸之间存在显著的互相选择关系,针对性选择适配抗逆菌种对果蔬发酵非常重要。

  由图3可知,3 株乳酸菌均是异型乳酸发酵,发酵后的各类果汁中均积累了少量乙酸(均低于0.3 g/L)。苹果酸、柠檬酸、酒石酸和琥珀酸发酵后含量全部下降,这与乳酸菌的代谢特性有关:苹果酸在苹果酸-乳酸酶的催化下发生脱羧反应生成乳酸;柠檬酸可以被乳酸菌利用生成乳酸、乙酸和双乙酰等产物;酒石酸能够被乳酸菌降解生成乳酸和乙酸;琥珀酸在碳代谢途径中,可通过丙酮酸氧化为氢离子和乙酸,也可产生少量乳酸。发酵结束后,上述有机酸有不同程度的降低,而乳酸得到大量积累。

  3 株乳酸菌发酵果蔬后的主体有机酸消耗量以及乳酸积累量见图4。高苹果酸果蔬原料发酵后,苹果酸含量下降了50%~100%,其中LR-S对苹果酸的利用率显著优于(P<0.05)其余2 株菌,荔枝汁中20.9 g/L的苹果酸甚至被LR-S全部利用完,乳酸积累量也显著高于其余两株菌(P<0.05)。高柠檬酸果蔬原料中,LP-D对柠檬酸的利用率和乳酸积累量显著优于其余两株菌(P<0.05),在百香果汁、柠檬汁和青梅汁中乳酸积累量分别有2.2、3.9 g/L和3.6 g/L,而LR-S在百香果汁和青梅汁的高柠檬酸酸胁迫下,甚至不积累乳酸。高酒石酸果蔬原料发酵后,LP-F在芹菜汁和红葡萄汁中对酒石酸的利用率和乳酸积累量显著优于(P<0.05)其余两株菌。

  从图5可以看出,在橙汁中,前8 h活菌数没有差别,10 h后LP-D→LR-S的活菌数迅速增加,高于其他工艺,在24 h活菌数达到最高2.5×108 CFU/mL,其对柠檬酸和苹果酸的利用率也高于其他工艺,乳酸积累量最高,达到6.4 g/L,比LP-D发酵后提高了1.5 倍。这是因为LP-D在苹果酸和柠檬酸的双重酸胁迫下先成为优势菌株,消耗掉部分柠檬酸,减少LR-S面对的柠檬酸酸胁迫,更有利于后续LR-S生长,积累乳酸。桑葚汁中,LP-D→LP-F发酵性能最佳,24 h后活菌数始终高于其他工艺,酒石酸和柠檬酸的消耗量都高于其他组合,乳酸积累量最多,达到5.6 g/L,比LP-D单菌发酵提高了1.4 倍。这是由于在整个发酵过程中LP-D和LP-F充分利用其优势,不断消耗柠檬酸和酒石酸,协同发酵。枸杞汁中,LP-F→LP-D组合在24 h后活菌数高于其他工艺,酒石酸、苹果酸、柠檬酸的消耗量均高于其他工艺,分别消耗了0.5、1.6、4.0 g/L,乳酸积累量也显著高于其他组合,达到5.5 g/L。

  本研究发现,不同乳酸菌对各类有机酸耐受性具有显著差异,因此需要选用针对性的抗逆菌种进行发酵。其中LP-D对乳酸、柠檬酸、琥珀酸和草酸的耐受性更好,LP-F在酒石酸的酸胁迫下生长得更好,而LR-S更耐受苹果酸和奎宁酸的酸胁迫;在12 种典型有机酸果蔬中,LP-D、LP-F和LR-S分别适用于高柠檬酸、高酒石酸和高苹果酸类的果蔬原料,这些特性与菌种在MRS培养基中有机酸耐受性能一致。但在橙汁、桑葚汁和枸杞汁这类有机酸复杂果蔬汁中,单一菌种由于耐受性能不全面导致发酵程度不高。针对橙汁、桑葚汁和枸杞汁这类有机酸复杂果蔬汁建立了双菌顺序接种发酵工艺,分别是LP-D→LR-S、LP-D→LP-F、LP-F→LP-D组合的发酵特性最佳,体现了复合菌种对多重有机酸的抗胁迫能力更强。本研究建立基于菌种耐受性分析的发酵菌种选择策略以及双菌顺序接种发酵工艺,对提高果蔬发酵产品品质以及发酵过程的控制提供了参考。