单一及组合乳酸菌对发酵乳功能特性的影响

赵志文,戴　颖,王　琴,张奇波,陈　霞,黄玉军,陈大卫,顾瑞霞,*

(1.扬州大学江苏省乳品生物技术与安全控制重点实验室,江苏扬州 225127;2.新疆克拉玛依农牧业科学技术研究所,新疆克拉玛依 834000)



单一及组合乳酸菌对发酵乳功能特性的影响

赵志文1,戴颖1,王琴2,张奇波2,陈霞1,黄玉军1,陈大卫1,顾瑞霞1,*

(1.扬州大学江苏省乳品生物技术与安全控制重点实验室,江苏扬州 225127;2.新疆克拉玛依农牧业科学技术研究所,新疆克拉玛依 834000)

使用巴马长寿人群肠道分离出的五株性状优良的乳酸菌及其组合制备发酵乳,以发酵乳的抑制致病菌、抗氧化、降解胆固醇和甘油三酯、抑制α-葡萄糖苷酶活性等功能特性为研究对象,研究单一及组合乳酸菌对发酵乳各项功能特性的影响,并采用主成分分析法分析单一及组合乳酸菌发酵乳各项功能特性的综合评分。结果表明,组合乳酸菌发酵乳功能特性各项指标中,除抗氧化能力指标中超氧阴离子清除能力(IC50为19.62 g/L)高于单菌株发酵乳外,其余各项指标均介于单菌株发酵乳的最大值和最小值之间;主成分分析表明,提取到的分别以还原能力、大肠杆菌抑制能力、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼清除能力、超氧阴离子清除能力为特征的四个主成分,在模型中累计贡献率达95.1%,足以说明11项功能指标变化趋势,组合乳酸菌发酵乳11项功能指标综合评分达10.5,高于单菌株发酵乳。组合乳酸菌发酵乳无论就单一功能特性还是功能特性综合评分来看,均具有一定优势。

乳酸菌,组合,功能特性,抑菌,抗氧化,主成分分析

纯菌种发酵,由于其发酵过程及产品安全性可控,是近代微生物学的巨大进步。但近年来,越来越多的研究与生产实践发现,单一或少量菌株复合发酵,除了对发酵速度有利外,往往对产品的风味[1]、组织状态[2]等,并不是最佳选择。因此,在许多发酵食品加工过程中,复合多菌株发酵又开始重新受到关注与运用,如采用多菌株发酵剂,生产具有优异组织状态及风味的发酵乳制品。

随着社会的进步和科技的发展,人类的健康状况也发生了重大变化。传统危害人类健康的传染病被逐渐控制,亚健康等成为人类健康的巨大困扰。近年来,随着预防医学、临床医学、现代营养学及肠道保健理论的发展,具有特定生理功能,并对人体健康有益的新型益生菌及其发酵乳制品的研究与开发,在全世界引起了广泛研究和生产兴趣[3]。筛选具备特定功能特性益生菌菌株,优化发酵条件,用于特定功能食品开发,具有十分重要的意义[4]。如何利用复合多菌株进行发酵,综合提高发酵产品的功能特性,尚需进行深入研究。

本文研究利用分离自长寿人群肠道的5株耐酸、耐胆盐、药敏、抑菌、抗氧化及具有降胆固醇等功能的乳酸菌,探索单一和组合乳酸菌发酵对发酵乳体外部分功能特性的影响,以期为混合多菌株乳酸菌功能发酵产品的开发提供帮助。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

植物乳杆菌(L.plantarum)s7,鼠李糖乳杆菌(L.rhamnosus)m11,干酪乳杆菌(L.casei)g9,嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)k4和长双歧杆菌(B.longum)w10,均为扬大乳品研究所从广西巴马长寿人群肠道分离筛选并鉴定冻藏菌株,混合乳酸菌为s7、m11、g9、k4、w10按照1∶1∶1∶1∶1比例混合;大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌,中国微生物菌种保藏中心;甘油三酯试剂盒南京建成生物工程研究所;DPPH、α-葡萄糖苷酶美国sigma公司;硫酸亚铁、过氧化氢、胆固醇、胆盐、三氯化铁、铁氰化钾、盐酸国药集团化学试剂有限公司;胆固醇培养基、甘油三酯培养基,按文献方法[5]配制。

全自动灭菌锅(JF-SX-500)日本TOMY公司;高速冷冻离心机(Legend mach1.6R)美国塞默飞世尔科技有限公司;紫外分光光度计(UV-2550)日本岛津公司;生物显微镜(Olympus CX41)日本Olympus公司;电热恒温培养箱(DPH-2000)天津市瑞金特化学品有限公司。

1.2实验方法

1.2.1抑制致病菌能力的测定参照文献[6],采用牛津杯法,分别测定对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌的抑制能力。

1.2.3胆固醇降解率的测定将样品按3%的接种量接种至胆固醇培养基[5]中,37 ℃培养24 h后,取培养液0.2 mL,加入4.8 mL无水乙醇振荡混匀1 min,静置5 min后振荡混匀,4000×g离心10 min,取2.0 mL上清液用于胆固醇的测定,以不含样品的胆固醇培养基作为对照。胆固醇降解率按下式计算:

其中:a为不含样品胆固醇培养基的胆固醇含量;b为含有样品胆固醇培养基的胆固醇含量。胆固醇含量测定:参照GB/T 22220-2008,食品中胆固醇的测定方法[12]。

1.2.4甘油三酯降解率的测定将样品按3%的接种量接种至甘油三酯培养基[5]中,37 ℃培养24 h后,4000×g离心10 min,取上清液用于甘油三酯含量的测定,以不含样品的甘油三酯培养基作为对照。甘油三酯降解率按下式计算:

其中:a为不含样品甘油三酯培养基的甘油三酯含量;b为含有样品甘油三酯培养基的甘油三酯含量。甘油三酯含量的测定:利用甘油三酯试剂盒,按照说明书,采用酶比色法测定。

1.2.5α-葡萄糖苷酶抑制率的测定参照文献[13],采用葡萄糖氧化酶法,稍有改进,即在600 μL pH6.8的0.05 mol/L PBS中,加入300 μL 20 mmol/L PNPG溶液、40 μL待测样品,混合物于37 ℃水浴20 min,加200 μLα-葡萄糖苷酶溶液(0.2 U/mL)反应10 min。α-葡萄糖苷酶按下式计算:

其中:a为含有α-葡萄糖苷酶溶液但不含样品的测定吸光值;b为不含α-葡萄糖苷酶溶液及待测样品的测定吸光值;c为含有α-葡萄糖苷酶溶液及待测样品的测定吸光值;d为不含α-葡萄糖苷酶溶液但含待测样品的测定吸光值。

1.2.6数据统计与分析每个样品设三个平行,采用SPSS20.0进行数据分析,测定结果以平均值±标准偏差表示;采用SPSS20.0进行主成分分析。

2　结果与分析

2.1单一及组合乳酸菌对发酵乳抑制致病菌能力的影响

单一及组合乳酸菌发酵乳对三种致病菌的抑制作用如表1所示。

表1　单一及组合乳酸菌发酵乳抑制致病菌能力

注:▼、▲分别表示同一列数据中的最低值和最高值,表2～表4同。

表2　单一及组合乳酸菌发酵乳抗氧化能力

注:IC50即清除率达到50%所需发酵乳的浓度,IC50值越小,表示发酵乳抗氧化能力越强。由表1可知,不同乳酸菌发酵乳对三种致病菌的抑制能力不同,对大肠杆菌的抑制能力最强的是L.caseig9发酵乳,对金黄色葡萄球菌和沙门氏菌抑制能力最强的是L.plantarums7发酵乳;同一乳酸菌发酵乳对三种致病菌的抑制能力亦不同,如L.rhamnosusm11发酵乳对大肠杆菌和沙门氏菌抑制能力较弱,对金黄色葡萄球菌抑制能力较强;平均程度来看,实验菌株对沙门氏菌菌的抑制作用较强。混合乳酸菌发酵乳三种致病菌的抑菌圈直径均介于乳酸菌发酵乳最大值与最小值之间。乳酸菌代谢过程产生有机酸、细菌素、过氧化氢等抑菌活性物质,均能单独或共同抑制致病菌生长[14],从人体肠道分离的乳酸菌,由于代谢产生的这些化合物的分子量和生物化学性质不用使其抑菌能力存在一定差异[15]。

2.2单一及组合乳酸菌对发酵乳抗氧化能力的影响

单一及组合乳酸菌发酵乳抗氧化能力如表2所示。

2.3单一及组合乳酸菌对发酵乳降胆固醇及甘油三酯能力的影响

单一及组合乳酸菌发酵乳降胆固醇及甘油三酯能力如表3所示。

由表3可知,B.Longumw10发酵乳胆固醇和甘油三酯降解率最高;L.rhamnosusm11发酵乳胆固醇降解率最低,L.plantarums7发酵乳甘油三酯降解率最低;混合乳酸菌发酵乳胆固醇和甘油三酯降解率均介于乳酸菌发酵乳最大值与最小值之间,且处于较高水平。

表3　单一及组合乳酸菌发酵乳降胆固醇及甘油三酯能力

2.4单一及组合乳酸菌对发酵乳α-葡萄糖苷酶抑制能力的影响

单一及组合乳酸菌发酵乳α-葡萄糖苷酶抑制能力如表4所示。

表4　单一及组合乳酸菌发酵乳α-葡萄糖苷酶抑制能力

表5　主成分提取结果及成分得分系数

注:*所在行变量为主成分特征。

表6　主成分贡献率

表7　综合因子得分表

由表4可知,L.rhamnosusm11发酵乳对α-葡萄糖苷酶抑制能力最强,混合乳酸菌发酵乳对α-葡萄糖苷酶抑制能力仅次于L.rhamnosusm11及L.plantarums7发酵乳。可见,混合乳酸菌发酵乳对α-葡萄糖苷酶抑制率介于乳酸菌发酵乳最大值与最小值之间,且处于较高水平。

2.5单一及组合乳酸菌发酵乳各项功能特性的综合评分

由公式:综合因子得分(F)=各成分得分×对应权重之和(成分得分=成分得分系数与原始变量标准化值乘积之和)。采用主成分分析法获得成分得分系数,见表5成分得分系数矩阵。得出综合得分排名,见表7。

由表7可知,乳酸菌及其混合发酵乳四项功能特性的综合评分(F)进行比较:混合乳酸菌>w10>g9>m11>s7>k4。混合乳酸菌发酵乳F值为10.15,高于各组单菌株发酵乳。主成分分析表明,四项功能特性综合而言,混合乳酸菌发酵乳四项功能特性的综合评分均高于各组单菌株发酵乳。

3　结论与讨论

[1]闫彬,贺银凤. 酸马奶中一株乳酸菌与一株酵母菌共生关系和风味代谢产物的研究[J]. 中国乳品工业,2012,40(11):10-15.

[2]沈国华,王建宁. 纯菌接种发酵技术最佳发酵模式的确定与应用(2)[J]. 食品研究与开发,2001(2):14-16.

[3]张群. 新型益生菌发酵乳制品的研究与开发[J]. 食品与生物技术学报,2015(6):672-672.

[4]于景华. 健康人肠道益生菌的分离、筛选、功能特性及应用研究[D]. 北京:中国农业大学,2006.

[5]陈大卫. 辅助降血脂益生乳酸菌的筛选及其对大鼠肠道菌群结构的影响[D].扬州:扬州大学,2014.

[6]刘冬梅,李理,杨晓泉,等. 用牛津杯法测定益生菌的抑菌活力[J]. 食品研究与开发,2006,27(3):110-111.

[7]张书文,吕加平,孟和毕力格,等. 两株乳酸杆菌SY13和LJJ对活性氧的耐受性[J]. 微生物学报,2009,49(2):257-261.

[8]Maryam AS,Abubakr ZH,Mohamed MA,et al. Antioxidant Activity ofLacticAcidBacteria(LAB)Fermented Skim Milk as Determined by 1,1-Diphenyl-2-Picrylhydrazyl(DPPH)and Ferrous Chelating Activity(FCA)[J]. African Journal of Microbiology Research,2012,6(34):6358-6364.

[9]Wu HC,Chen HM,Shiau CY. Free Amino Acids and Peptides as Related to Antioxidant Properties in Protein Hydrolysates of Mackerel(Scomberaustriasicus)[J]. Food Research International,2003,36(9-10):949-957.

[10]张中林,孙宏伟,郑剑玲,等.邻苯三酚法测定3种食用菌超氧化物歧化酶(SOD)活性[J].辽宁中医药大学学报,2009,11(5):185-186.

[11]骞宇,赵欣,李银聪,等.青藏高原自然发酵牦牛酸奶中乳酸菌的抗氧化能力的研究[J].食品工业科技,2014,35(3):119-122.

[12]GB/T 22220-2008食品中胆固醇的测定方法[S].中华人民共和国国家标准,2008.

[13]Zhang J F,Zheng Y G,Shen Y C. Inhibitory Effect of Valienamine on the Enzymatic Activity of Honeybee(Apiscerana Fabr.)α-glucosidase[J]. Pesticide Biochemistry and Physiology,2007,87(1):73-77.

[14]麦热姆妮萨.艾麦尔,乌斯满.依米提,多力坤.麦麦提优素莆，等.具有高效抑菌活性的肠道乳酸菌的筛选[J].食品工业科技,2012,33(24):210-214.

[15]Mustafa A M,Hassan Z,Mohd N H,et al. Evaluation on Antibacterial Activity ofLactobacillusAcidophilusStrainsIsolated from Honey[J]. American Journal of Applied Sciences,2012,9(6):807-817.

Study on the effect of single and mixedLacticacidbacteriaon functional properties of fermented milk
ZHAO Zhi-wen1,DAI Ying1,WANG Qin2,ZHANG Qi-bo2,

CHEN Xia1,HUANG Yu-jun1,CHEN Da-wei1,GU Rui-xia1,*

(1.Jiangsu Province Key Laboratory of Dairy Biotechnology and Safety Control,College of Food Science and Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225127,China; 2.Xinjiang Karamay Agriculture Science and Technology Research Institute Kelamayi 834000,China)

Lacticacidbacteria;combination;functional property;bacteriostatic ability;antioxidant ability;principal component analysis

2016-03-03

赵志文(1989-)，女，硕士研究生，研究方向：乳品科学，E-mail：zhaozhiwen0501@163.com。

顾瑞霞(1963-)，男，博士，教授，研究方向：乳品科学，E-mail：rxgu@yzu.edu.cn。

国家自然科学基金(31571855)；“十二五”国家科技支撑计划项目(2013BAD18B12)；江苏省前瞻性联合研究项目(BY2014117-04)；江苏省高校自然科学研究重大项目(12KJA550003)。

TS201.4

A

1002-0306(2016)17-0335-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.057