益生菌被定義為活的微生物,研究發(fā)現(xiàn),這種微生物經(jīng)口服足夠數(shù)量后會改善宿主腸道微生物的平衡,進而對宿主健康產(chǎn)生有益影響。通常作為益生菌的菌種多為乳酸菌(如嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌等),一些酵母菌也被歸為益生菌的范疇。
根據(jù)益生菌應用效果的一般概念,只有活的生物才能產(chǎn)生益生功能。因此,益生菌在被攝入時必須是活的,并且在胃腸道中保持活性。針對食品中的益生菌要達到這種活性所需要的最低活細胞數(shù),有各種各樣的建議和標準。通常來說,在消費時,益生菌的活細胞數(shù)量需要達到106cfu/g。但是在某些情況下,只要益生菌活細胞數(shù)在食品保質(zhì)期內(nèi)不低于105cfu/g也被認為能達到益生效果。幾個世界食品組織提出的官方標準是最低106~107cfu/g。
眾所周知,乳酸菌和酵母菌都是酵素發(fā)酵過程中需要用到的菌種,而發(fā)酵完成的酵素食品中也含有一定量的益生菌。那么,該如何保持酵素食品及其他益生菌食品中益生菌的活性呢?
在食品生產(chǎn)的整個過程中都要考慮到益生菌活性的重要標準,以便達到并保持高活性。增強益生菌活性可以著眼于基因水平(通過基因工程),或是生理水平,即上游(收集階段前)和下游加工步驟(收集階段后)。
利用基因工程對微生物進行改造
01
益生菌的特性是由其基因決定的,故可以利用現(xiàn)有的在壓力脅迫下培養(yǎng)的細菌的基因庫,或是在抗性突變體中特異性表達的基因,來產(chǎn)生食品級的益生菌突變體??衫檬称芳壍馁|(zhì)粒,將外源DNA整合到目標菌的染色體上,并且利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)來進行修飾。通過這種方法,可以得到在不利環(huán)境下(比如食品加工過程)更有活力的益生菌。但是,目前的立法對于食品安全設置了很高的標準,而目前消費者對于食品中基因修飾微生物的存在和應用比較排斥,所以這種方法在未來可能不會很可行。
改善培養(yǎng)條件
02
培養(yǎng)條件能夠影響工業(yè)微生物菌種的活力,故對于改變發(fā)酵液的組成或是改善發(fā)酵條件的研究一直都在進行。據(jù)報道,在發(fā)酵液中添加Tween80或是Ca對冷凍過程中的菌的存活有促進作用。此外,菌體收集時間、生長溫度、發(fā)酵液的pH也被認為是發(fā)酵過程中的重要因素,需要適當?shù)恼{(diào)整,它們也決定著冷凍及冷凍干燥過程中菌的活性。但是,在不控制pH的發(fā)酵過程中(最終pH為4.5)生長的嗜酸乳桿菌對低酸性、高乙醇濃度、凍融循環(huán)、過氧化氫、冷凍干燥有一定的抗性;而在控制pH(pH = 6.0)下生長的細菌則非常敏感。這些發(fā)現(xiàn)對細菌在接近中性pH條件下生長能夠得到最大生物量和活性細胞數(shù)的理論提出了質(zhì)疑,因為在低pH下生長的細菌被證實在工業(yè)生產(chǎn)中有更好的存活性。
下游加工
03
保護性化合物的添加
益生菌的特性是由其基因決定的,故可以利用現(xiàn)有的在壓力脅迫下培養(yǎng)的細菌的基因庫,或是在抗性突變體中特異性表達的基因,來產(chǎn)生食品級的益生菌突變體??衫檬称芳壍馁|(zhì)粒,將外源DNA整合到目標菌的染色體上,并且利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)來進行修飾。通過這種方法,可以得到在不利環(huán)境下(比如食品加工過程)更有活力的益生菌。但是,目前的立法對于食品安全設置了很高的標準,而目前消費者對于食品中基因修飾微生物的存在和應用比較排斥,所以這種方法在未來可能不會很可行。
益生菌的包埋
一種保持益生菌活性的可行方法是將細胞包埋到保護性的結(jié)構(gòu)中,使它們在不利環(huán)境下的存活得到改善。與未被包埋的細胞相比,被包埋的細胞在體外胃腸環(huán)境下的存活有所改善,而且它們的保護性外殼能夠使它們在食品體系中更好的存活。不過,在很多情況下,無法清楚地證明細菌究竟是完全被包埋在保護性外殼中,還是僅僅黏附在保護性化合物上。
冷凍和干燥條件的優(yōu)化
冷凍被用于制造冷凍菌粉作為最終產(chǎn)品或是制造用于后續(xù)冷凍干燥過程的中間產(chǎn)品。冷凍速率對于達到高存活率非常重要,但是冷凍速率對不同的微生物的作用差別很大。據(jù)推測,冷凍速率主要影響冰晶的大小和晶核形成晶體生長的位點,這些最終決定了冷凍細胞損傷的 類型及玻璃化是否發(fā)生。據(jù)報道,快速冷凍(-196℃冷凍)對于微生物存活率及儲存穩(wěn)定性 有益。
干燥也是被廣泛應用的一種保護細菌細胞的方法,盡管這個過程本身以及隨后的儲存會造成菌體大量死亡。與冷凍細菌相比,干燥細菌不需要低溫保存。此外,脫水可以顯著降低產(chǎn)品的重量。但是據(jù)報道,干燥細胞酸化開始前的時間延遲比冷凍細胞長。干燥過程中活性的損失跟細胞壁和細胞膜的損傷有關(guān),因此,干燥的細胞對N aCl更敏感。細胞膜的損傷可以通過β-半乳糖苷酶底物的滲透,細胞中DNA 酶擴散率的提高以及紫外吸收物質(zhì)從細胞中的滲漏檢測到。干燥過程中使用的保護性化合物主要是糖類,糖類的保護作用跟脫水過程中糖形成高粘性的玻璃狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。細菌的干燥方法包括冷凍干燥、真空干燥、噴霧干燥和流化床干燥,目前大部分干燥細菌的制備是通過冷凍干燥完成的。冷凍干燥的操作條件溫和,損傷程度小。但是,冷凍干燥過程存在一些缺點,比如加工時間長,能源消耗大。許多研究者致力于尋找替換的干燥方法。噴霧干燥是其中比較有前景的一種生產(chǎn)干燥益生菌制品的方法,它可以提高加工速度,降低操作成本,并保持較高的存活性。酵素粉便是由酵素液噴霧干燥而成的。
儲存條件的研究
儲存條件(儲存溫度、濕度、包裝材料等等)能夠極大地影響益生菌制品的穩(wěn)定性。一般冷凍和干燥的制品更適于低溫下儲存以保持菌體活性。儲存溫度降低時,益生菌制品的貨架期能夠顯著延長;低于-80℃的低溫能有效保持益生菌的高活性。當干燥益生菌制品長時間儲存時,相對低的濕度(11%~ 22% )能夠增強細菌的穩(wěn)定性。當細菌暴露于氧氣中時,細胞膜上的不飽和脂肪酸會發(fā)生氧化導致膜變質(zhì)。據(jù)報道,氧化過程是由殘留濕度增大激活的,可以通過將干燥益生菌儲存在缺氧條件下有效的抑制氧化過程。包裝材料也是影響儲存過程中益生菌活性的重要因素。與玻璃瓶相比,PET瓶的透氧性相對較高。
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