非发酵豆制品中微生物耐热机理探讨

郭佳婧，李宗军*，王远亮

(湖南农业大学食品科学技术学院，食品科学与生物技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128)

非发酵豆制品中微生物耐热机理探讨

郭佳婧，李宗军*，王远亮

(湖南农业大学食品科学技术学院，食品科学与生物技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128)

非发酵性豆制品杀菌不彻底是影响产品质量安全的重要因素之一，本文从微生物自身耐热机制和非发酵豆制品中蛋白质对微生物耐热性的影响两方面，初步探讨非发酵豆制品杀菌时影响微生物耐热性的因素。

非发酵豆制品；耐热微生物；耐热机制

我国在公元前就已开始种植大豆，大豆富含优质蛋白质、必需脂肪酸和矿物质等多种营养素[1]。常食豆制品可降低体内胆固醇、血脂等，在体内起到保护心血管，预防动脉粥样硬化、糖尿病的作用[2]。豆制品种类多样，非发酵性豆制品是目前市场主流豆制品之一，作为传统豆制品的一种，不但营养丰富，而且口味多样，适于多人群食用[3]。由于非发酵豆制品蛋白质含量高以及微生物的特殊耐热机制，使得巴氏杀菌不能达到理想的杀菌效果，货架期较短。

王敏等[4]发现引起非发酵豆制品的腐败菌为短小芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌。汪立平等[5]研究腐败豆浆中的腐败菌为地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌和短芽孢杆菌。芽孢的热抵抗力非常强，尤其在干燥条件下更具有超强的耐热力，会明显影响杀菌效果。通过研究非发酵豆制品中微生物自身耐热机制以及其中营养成分对微生物的保护作用，寻找适宜的杀菌工艺，达到延长产品货架期，保证食用安全的目的，同时减少经济资源的浪费。

1 耐热微生物自身耐热机制

耐热微生物是最高生长温度在45～50℃之间，低于30℃也能生长的一类嗜热菌[6]。而嗜热菌俗称高温菌或嗜热微生物，指最低生长温度45℃左右，最适生长温度在50～60℃之间，最高生长温度在70℃或70℃以上的一群微生物[7]。独特的耐热机制是耐热微生物能够在高温环境中生长并繁殖的必要条件，这些特殊的耐热机制主要包括芽孢、细胞膜的组成成分、嗜热酶、蛋白质空间结构以及遗传物质[8]。

1.1 芽孢

菌体含有芽孢是其耐热的主要原因之一。芽孢是细菌细胞内的一种休眠构造，形成于产芽孢菌生长发育后期，为圆形或椭圆形，具有含水量很低的厚壁，可逆性强[9]。由于没有新陈代谢，芽孢可经受多种环境伤害，耐热、耐干燥和耐紫外线等一切物理化学因素[10]。

芽孢特有的生命构造和由此产生的完善的热胁迫应激调控机能使得其拥有极强的耐热性[11]。芽孢的耐热机制尚无统一说法，最具代表性的是渗透调节皮层膨胀学说。该学说认为，芽孢外层所包裹的疏水性角蛋白即芽孢衣，很难使多价的阳离子和水透过，同时离子强度很高的皮层可产生很高的渗透压夺取核心水分，结果就是芽孢核心部分失水而皮层部分吸水膨胀，最终导致芽孢对热的抗性增加[12]。

1.2 细胞膜组分

耐热微生物的细胞膜由双层具有高度饱和的脂肪酸构成，这些结构特殊的复合类脂主要是甘油脂肪酰二酯，可形成强大的疏水键[13]。复合类脂随环境温度升高总量增加，并且增加的是熔点高、热稳定性好的直链饱和脂肪酸，没有不稳定的不饱和脂肪酸。耐热微生物的细胞膜含有异型脂肪酸、稳定型脂肪酸和环烷型脂肪酸，通过自动调节磷脂组分来维持高熔点的液晶态结构，使其耐受高温[14]。

1.3 嗜热酶

在高温(60～120℃)下具有最佳活性，80℃以上环境中能发挥功能的酶称为嗜热酶。对其耐热性发挥重要作用的是酶的一级结构，其中关键区域的个别氨基酸改变就会引起高级结构的改变，增加酶蛋白质结构中的氢键、离子键或疏水键，从而提高其热稳定性[15]。与常温菌的同源氨基酸相比，耐热微生物氨基酸的组成和顺序具有更高的稳定性。卢柏松等[16]研究认为耐热微生物蛋白质中的Leu、Pro和Arg的含量明显高于常温菌，这些氨基酸通过促进蛋白质的折叠，增加疏水作用及离子间相互作用来提高蛋白质的热稳定性。

1.4 蛋白质空间结构

蛋白质空腔个数和体积、紧密度、疏水性及温度因子是三维结构中影响其耐热性的主要因素。丁彦蕊等[17]研究发现高温细菌类蛋白质的空腔个数和体积小于常温细菌类蛋白质，认为空腔个数对蛋白质结构的规整性和紧密性有显著影响，空腔体积影响蛋白质的稳定性。

温度因子体现了蛋白质在晶体中的构象状态，温度因子越高，相应部位的构象就越不稳定[18]。Parthasarathy等[19]发现耐热蛋白质Ser和Thr的温度因子比常温蛋白质的值小(柔性小)，在高温度因子区，耐热蛋白质中Glu和Lys的比例比常温蛋白质大，认为温度因子的差异可说明耐热蛋白质和常温蛋白质在动力学方面的差异，并验证氨基酸取代可改变蛋白质耐热性的理论。

1.5 遗传物质

DNA双螺旋结构的稳定性由氢键及相邻碱基间的堆集力决定，碱基对G-C间含有3个双键，G-C配对越多，解链所需温度就越高[20]。耐热微生物G-C碱基对含量为53.2%(常温菌为44.9%)，同时耐热微生物DNA双螺旋结构中核苷酸排列更有序，碱基堆集力更强，从而增加其对高温的耐受力[21]。

tRNA在蛋白质合成中起运载作用。耐热微生物tRNA具有很好的热稳定性，并且周转速度快于常温菌，有利于保护热不稳定的代谢产物，使其可迅速合成[22]。

2 非发酵豆制品中蛋白质对微生物耐热性的影响

2.1 蛋白质对微生物的保护作用

食品中蛋白质对微生物细胞具有缓冲保护作用，岳青等[23]研究发现蛋白质可提高微生物的热抵抗力，尤其是明胶、血清等能增加芽孢的耐热性。陈健凯等[24]使用牛奶蛋白做包埋剂包埋乳酸菌，可使乳酸菌保持更高的存活率，具有更加稳定的生物活性，耐酸耐高温。Dave等[25]研究发现牛乳中添加半胱氨酸可显著提高双歧杆菌的存活率，乳清蛋白可促进其存活。刘成梅等[26]研究认为豆奶中蛋白质可降低瞬时高压协同加热对嗜热芽孢杆菌的杀灭效果，认为在一定浓度范围内，蛋白质基质浓度越高，对菌体的保护作用越强。Metric等[27]使用鸡肉做培养基培养沙门氏菌，后将培养过的沙门氏菌暴露于高温高压环境中90min仍不能灭活，蛋白质对微生物的保护作用可认为蛋白质生物大分子有机物可缓冲高温高压对微生物的伤害，同时蛋白质作为微生物的培养基成分，能够加速微生物的繁殖与自我复制[28]。

2.2 盐桥与微生物耐热性的关系

盐桥，又称离子键，是蛋白质结构中静电作用的一种，在蛋白质折叠、稳定蛋白质结构和功能方面有重要作用。豆腐形成过程中需在豆浆中加入氯化钙溶液，钙离子可屏蔽蛋白质分子间的静电力，同时可在带负电荷的蛋白质分子间形成盐桥[29]。Remondteeo等[30]认为盐浓度与凝胶微观结构存在紧密关系，低盐浓度范围可诱导凝胶形成网络结构。随着CaCl2浓度的增加，诱导生成的凝胶脆性、硬度都相应增加[31]，凝胶脆性、硬度的增加可增强其对菌体的保护作用[32]。

当带相反电荷的两个原子之间的距离小于4A时可形成盐桥。当3个以上带电残基侧链基团聚集到一起时形成盐桥网络或离子对网络。丁彦蕊等[33]研究发现盐桥数量和盐桥网络的数量和分布与微生物耐热性有直接关系。提高总盐桥含量和盐桥网络的比例可显著提高微生物耐热性，即盐桥总含量和盐桥网络在总盐桥中的比例与微生物耐热性呈正相关。

2.3 胶体与微生物耐热性的关系

胶体类物质存在于豆腐中，由于胶体的存在使得豆浆凝结形成豆腐，并赋予豆腐致密有序的空间网络结构。胶体类物质在灭菌过程中对于微生物起到抵抗热力致死的作用，能够提高微生物的耐热性，主要是由于胶体物质可将菌体细胞严密包裹，起到包埋和保护菌体细胞的作用。

张强等[34]使用海藻酸钠胶体包埋嗜热链球菌，发现4%海藻酸钠凝胶包埋乳酸菌可有效提高菌体的热稳定性和耐久存特性。张久龙等[35]通过盐诱导乳清蛋白冷凝胶保护乳酸杆菌，发现菌体的耐热性随凝胶网络结构的致密性增加而提高。朱俊晨等[36]研究胶类物质对青春双歧杆菌稳定性的影响，通过实验发现胶类物质能够增加菌体的稳定性、耐热耐酸性、贮存期延长，说明胶体物质对菌体细胞有包埋及保护作用。

3 结 论

3.1 非发酵豆制品中微生物主要有芽孢杆菌，是耐热性很强的微生物；此外，非发酵豆制品中食品基质对微生物的保护也是导致微生物耐热性的主要因素。

3.2 对非发酵豆制品采用高温高压杀菌是食品安全性的重要保证，但会使产品感官发生不良改变，影响消费者对产品的可接受程度。

3.3 了解非发酵豆制品杀菌过程中微生物的耐热机制，对完善非发酵豆制品杀菌工艺，延长食品货架期，提高食品食用安全性等方面都有重要意义。

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Progress in the Research on Thermo-resistant Mechanisms of Microorganisms in Non-fermented Soybean Products

GUO Jia-jing，LI Zong-jun*，WANG Yuan-liang
(Hunan Province Key Laboratory of Food Science and Biotechnology, College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

The incomplete sterilization of non-fermented soybean products is an important factor for affecting the quality and safety of foods. In this paper, thermo-resistant mechanisms of microorganisms and the effect of non-fermented soybean product on the thermostability of microorganisms are discussed. Meanwhile, factors affecting the thermostability of microorganisms in non-fermented soybean products during sterilization process are explored.

non-fermented soybean products；thermo-resistant microorganism；thermo-resistant mechanism

TS201.3

A

1002-6630(2011)07-0332-03

2010-07-30

长沙市重点科技攻关计划项目(K1001081-21)

郭佳婧(1986—)，女，硕士研究生，研究方向为食品生物技术。E-mail：guojiajing1986@yahoo.com.cn

*通信作者：李宗军(1967—)，男，教授，博士，研究方向为食品生物技术。E-mail：lizongjun@yahoo.com.cn