水苏糖和木糖醇对乳酸菌增菌效果的影响

水苏糖和木糖醇对乳酸菌增菌效果的影响

王庭欣1，房晓倩1，康晨阳1，郭佳华1，李晓涛2

(1. 河北大学 质量技术监督学院，河北 保定071000；2.保定妙士乳业有限公司 质量部，河北 保定071051)

摘要：为探讨水苏糖、木糖醇对保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合菌株( LBST)的增殖效果的影响，以发酵羊奶的OD600为观察指标，选水苏糖、木糖醇添加量、发酵时间3 个因素，水苏糖、木糖醇3个质量浓度为3个水平进行正交优化，确定最佳工艺为水苏糖添加量0.8%，木糖醇添加量为15%，发酵时间为8 h.

关键词：水苏糖；木糖醇； 乳酸菌；正交实验

DOI：10.3969/j.issn.1000-1565.2015.05.010

中图分类号：Q939.9文献标志码：A

收稿日期：2015-02-23

基金项目：保定市科学研究与发展计划项目(12N01)；河北省大学生创新训练项目(2014072)

Effects of stachyose and xylitol on lactic

acid bacteria proliferation

WANG Tingxin1, FANG Xiaoqian1，KANG Chenyang1, GUO Jiahua1,LI Xiaotao2

(1. College of Quality and Technical Supervision, Hebei University, Baoding 071000，China;

2.The Quality Department,Baoding Miaoshi Dairy Co., LTD, Baoding 071051，China)

Abstract:In order to investigate effects of stachyose and xylitol on proliferation of mixed bacteria for lactobacillus bulgaria and Streptococcus thermophilic (LBST) the OD600 in fermented milk was observed as indexes. The concentration of stachyose，xylitol and fermentation time of stachyose on proliferation of LBST were discussed. The optimum fermentation conditions were obtained through the orthogonal tests. To determine the best process for stachyose and xylitol amount was 0.8% and 15% respectively after inoculating for 8 h.

Key words:stachyose；xylitol; LBST；orthogonal tests

第一作者：王庭欣(1965-)，女，河北保定人,河北大学教授,主要从事食品安全与功能性食品研究.

E-mail:tingxinwang@126.com

水苏糖(stachyose)是一种功能性低聚糖，由果糖-葡萄糖-半乳糖-半乳糖4种单糖组成,呈白色粉末，微甜，甜度仅为蔗糖的22%[1].水苏糖可以促进双歧杆菌、乳杆菌增殖，快速调节肠道菌群平衡，并具有降血脂、降血压和调节机体免疫功能等生理作用[2-3].其有效剂量为0．5～3 g/(人·d)，起效时间约5 d，与其他功能性低聚糖相比，具有明显的优势.木糖醇是多元醇中最甜的甜味剂，能够促进肝糖元合成，具有降低血脂和预防龋齿以及改善肠胃等功能[4-5].基于乳品企业的实际生产情况，本文以保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合菌种为发酵菌源，采用单因素实验和正交实验确定添加水苏糖和木糖醇对乳酸菌增殖的最佳培养条件，为功能性酸奶的开发提供实验支持.

1材料与方法

1.1　材料

鲜羊奶，由河北保定市莎能山谷鲜羊奶坊提供；奶粉由保定市妙士乳业有限公司提供. 菌种(0.5 g/瓶)：保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合菌种(1∶1)，由保定市妙士乳业有限公司提供.水苏糖：纯度73.21%，由河北新希望天香乳业有限公司提供.木糖醇，购于保定市惠友超市.

1.2　仪器

LDZX-50KBS 立式压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械厂；KG-AP32L型超净工作台，北京赛伯乐实验仪器有限公司；生化培养箱SHP-150型，上海精宏实验设备有限公司；酸度计SHP-3CW型，上海理达仪器厂； 双光束紫外可见分光光度计TU-1901 ，北京普析通用仪器有限公司.

1.3　菌种活化

将奶粉制成质量浓度为120 g/L的还原奶，接种量为每100 mL接种LBST 0.5 g,于42 ℃发酵6 h.将活化后的菌种分装，每管0.5 mL,在-25 ℃的条件下保存备用.

1.4　单因素实验

1.4.1水苏糖对乳酸菌增殖的影响

配制含不同浓度水苏糖的羊奶，分别选取水苏糖添加量0.4%， 0.8%，1.2%.接种LBST菌种，接种量为1 %，42 ℃下培养2，4，6，8，10 h,经100倍稀释后，选取未加水苏糖的羊奶为对照，在波长 600 nm 处测 OD 值.

1.4.2木糖醇对乳酸菌菌数的影响

配制含不同浓度木糖醇的羊奶，分别选取木糖醇添加量5%，10%，15%.接种LBST菌种，接种量为1%，42 ℃下培养2，4，6，8，10 h,经100倍稀释后，选取未加木糖醇的羊奶为对照，在波长600 nm处测OD值.

1.5　水苏糖、木糖醇对羊奶发酵pH的影响

在羊奶中分别加入不同浓度的水苏糖和木糖醇进行发酵，于不同时间进行pH测定.

1.6　正交实验优化乳酸菌增殖条件

采用正交实验设计L9(34)优化水苏糖和木糖醇增殖乳酸菌条件，因素水平见表 1.

表1　正交实验因素水平

2结果

2.1　单因素实验

2.1.1水苏糖对乳酸菌增殖的影响

含有不同浓度水苏糖的羊奶接种后在42 ℃下培养2，4，6，8 h后， 经100倍稀释后测其OD值，结果见表2.

表2　水苏糖对乳酸菌增殖的影响

表2显示，水苏糖各质量浓度下，随发酵时间的延长，OD600逐渐增大；发酵8~10 h菌液浓度变化不大.0.4%～0.8%内，随浓度增高，OD600亦增大，1.2%浓度的水苏糖与0.8%的水苏糖相比，OD600变化不明显.

2.1.2木糖醇对乳酸菌增殖的影响

含有不同质量浓度木糖醇的羊奶接种后在42 ℃下培养2，4，6，8 h后， 经100倍稀释后测其OD值，结果见表3.

表3　木糖醇对乳酸菌增殖的影响

表3显示，当木糖醇质量浓度在5%以上时，羊奶中的生物量几乎不变，甚至表现为生物量的降低.

2.2　水苏糖、木糖醇对羊奶发酵pH的影响

在羊奶中分别加入不同质量浓度的水苏糖和木糖醇进行发酵，于不同时间进行pH测定.

表4　水苏糖、木糖醇对羊奶发酵pH的影响

表4 显示，随培养时间的延长，加入相同剂量的水苏糖(或木糖醇)羊奶发酵的pH均有所下降；同一时间点所测pH随水苏糖浓度的增加而降低，pH随木糖醇浓度的增加略有上升趋势.

2.3　正交实验结果

按1.6节正交优化方法，依据L9(34)正交实验设计表实验，以吸光值(OD600)为指标，测定结果见表5.

表5　正交实验数据表

由表5 得出，3个因素水平对实验结果的影响顺序是A2>A3>A1,B3>B2>B1,C3>C2>C1.确定最佳工艺为A2B3C3,即水苏糖添加量0.8%，木糖醇添加量为15%，发酵时间为8 h.

3讨论

本文采用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合菌株作为发酵菌株，以发酵羊奶OD600作为乳酸菌生物量的指标，研究了水苏糖和木糖醇作为功能因子对羊奶发酵过程中乳酸菌量变化影响.单因素实验中表2及表3显示，无论在羊奶中加入水苏糖还是木糖醇，随培养时间的延长羊奶OD600会明显增加.在羊奶中添加水苏糖，随水苏糖浓度的加，乳酸菌菌量亦有增加；当水苏糖质量分数高于 1.2%时，LBST增殖效果有所降低.这可能与培养环境中高浓度的低聚糖形成的高渗透压有关[6].在羊奶中添加不同质量浓度的木糖醇，乳酸菌的量会随木糖醇质量浓度的增加而降低，这可能与糖醇类物质对细菌生长具有抑制作用有关[7].单因素实验结果显示，在发酵8～10 h期间无论是添加水苏糖还是木糖醇乳酸菌的OD600变化不明显，因此在pH实验和正交实验时发酵时间确定至8 h.在整个培养过程中 8 h时pH最低,而叶雪飞等报道接种乳酸菌 4 h 时是α-半乳糖苷酶的最适pH，也就是说在4 h是应该达到pH最低[8].与本研究结果有一定的差别，主要原因可能与发酵液中添加木糖醇有关.

采用正交实验设计L9(34)优化水苏糖木糖醇增殖乳酸菌条件，确定水苏糖和木糖醇的添加量分别为0.8%和15%，发酵时间为8 h.魏艳等以乳糖为发酵碳源，水苏糖的添加量为0.6%[2].由此可见发酵环境不同水苏糖最适添加量也不同.

参考文献:

[1]张金泽.水溶性膳食纤维水苏糖的研究概况及应用现状[J].食品安全导则，2014(7)：62-63.

ZHANG Jinze. Research and application status quo of stachyose on water soluble dietary fiber China[J]. Food Safety,2014(7):62-63.

[2]魏艳,曾小群,潘道东,等. 水苏糖-植物乳杆菌合生元对小鼠免疫功能的影响[J]. 中国食品学报,2014,14(1):14-19.

WEI Yan， ZENG Xiaoqun，PAN Daodong，et al. Study on the effect of stachyose on the proliferation of lactobacillus plantarum[J]. Journal of Chinese Institute Of Food Science and Technology, 2014,14(1):14-19.

[3]SMIRICKY T M R,GRIESHOP C M,FLICKINGER E A， et al. Dietary galactooligosaccharides affect ileal and total-tract nutri-ent digestibility， ileal and fecal bacteral concentrations， and ileal fermentative characteristics of growing pigs [J].Journal of Animal Science,2003, 8:2535-2545.

[4]吕白凤. 木糖醇在各类食品中的应用[J].食品安全导刊，2009(5):48-49.

LÜ Baifeng. Application of xylitol in the field of food[J]. Food safety guide，2009(5):48-49.

[5]申世刚，高明珠，郭涛,等.木糖醇俩酮作为混合有机底物的化学振荡反应动力学研究[J]. 河北大学学报：自然科学版,2004,24(3):268-273.

SHEN Shigang，GAO Mingzhu，GUO Tao,et al. Kinetic study of the chemical oscillating system of xylitol/acetone as mixed organic substrate[J]. Joumal of Hebei University:Natural Science Edition, 2004,24(3):268-273.

[6]李秀娟,韩雪松,钟滨,等.糖醇与龋病关系的研究进展[J].口腔医学,2013,33(10)：713-714.

LI Xiujuan,HAN Xuesong,ZHONG Bin,et al.The research progress of relationship between sugar alcohol and tooth decay[J]. Oral medicine, 2013,33(10)：713-714.

[7]陈荷凤， 张坚， 范佳， 等. 低聚糖对双歧杆菌增殖效果的研究[J]. 食品研究与开发， 2004， 25(1)： 51-54.

CHEN Hefeng, ZHANG Jian, FAN Jia,et al. Study on proliferation effect of bifidobacterium of oligosaccharides[J].Food Research and Development，2004， 25(1)： 51-54.

[8]叶雪飞， 阮晖， 李青青， 等. 产α-半乳糖苷酶乳酸茵的筛选及酶学特性研究[J]. 中国食品学报， 2009，9(2)：64-69.

YE Xuefei,RUAN Hui,LI Qingqing,et al.Research on screening and enzymology characteristics of lactic acid bacterium for Alpha galactose glucoside enzyme production[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2009,9(2): 64-69.

(责任编辑：赵藏赏)