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四环冻干机—生物制品和生物组织冻干技术(三)

更新时间:2023-04-06 点击次数:483

5.2.2 乳酸菌菌种冻干

能从葡萄糖或乳糖的发酵过程中产生乳酸的细菌统称为乳酸菌,共有200多种。目前已被国内外生物学家所证实,肠内乳酸菌与健康长寿有着非常密切的直接关系。乳酸菌种在酸奶生产中是非常关键的物质,可以利用乳酸菌提高酿造和发酵食品的风味。乳酸菌冻干是将菌种速冻,然后在真空条件下升华,可以保持菌种的稳定结构和营养。冻干后,菌种酶化作用减弱,生物活性不变,常温下可贮存3~5年。加水后极易复原,复水率达90%以上。冷冻真空干燥乳酸菌发酵剂,具有活力强、用量少、污染低、品种多、方便储运等特点,已在欧美等发达国家得到广泛应用。

影响乳酸菌冻干效果的因素包括菌株、细胞大小形状、初始细胞浓度、降温速率、pH值、保护剂、预冻温度、干燥条件、复水条件等,其中冻干保护剂系统的影响较突出。研究表明,乳酸菌冻干前加入适当的保护剂,可影响乳酸菌在冻干过程中的细胞存活率和保藏期间的细胞稳定性。乳酸菌冻干保护剂的保护效果与其化学结构有着密切的关系,其特征是具备三个以上的氢键,而且具有以适当方式存在的游离基团。

5.2.2.1预冻方式对乳酸菌菌种冻干的影响

朱东升研究了预冻方式对冻干乳酸菌菌种活菌数的影响。实验中分别研究了嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌采用慢冻和液氮快冻后,冻干菌种活菌数与预冻方式的关系。具体实验方案为:将菌悬液盛入冷冻平皿中,将其先置4℃冰箱平衡30min后,移入-30℃冰箱60min,然后置-80℃冰箱60min,进行普通预冻,再在冷冻真空千燥机上冷冻千燥12h,密封保存于4℃冰箱中。其余菌悬液先置于冰箱保存30min后,用5mL、1mL、200uL、100uL枪头滴定于盛有液氮的冷冻平皿中10min,再在冷冻真空干燥机上冷冻干燥12h,密封保存于4℃冰箱中。实验设计冷冻真空干燥条件为:冻干室温度为-60~70℃,

压力为6mPa。

研究结果表明,三种菌种用液氮快冻都比普通慢冻存活率高,如图5-3所示。分析原因为,液氮预冻的速度比普通预冻的速度快很多,这样可以使细胞内部的水渗出到细胞外面,而水在细胞内部凝结正是细胞死亡的致命原因。此外,同样是用液氯快冻,菌种液滴大小不同,其活菌数也不同,液滴小者活菌数高。当一定体积的菌液,由不同大小的液滴进行滴定,随总表面积增大,其存活率也增大。因为单位体积的菌液,其总表面积增大以后,水分的渗出速度也加快,所以存活率可以提高。

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5.2.2.2冷冻干燥保护剂对乳杆菌冻干的影响


刘丹等研究了瑞士乳杆菌的冻干。将经过脱脂乳活化、培养基扩培并离心收集的瑞士乳杆菌菌泥与配制好的保护剂按1:1的比例混合,确定冻干前的活菌数后,注入冻干管中。冻干管在-75℃预冻2h,然后在60~120Pa下冷冻干燥32h,干燥后取出在4℃下保藏。用无菌生理盐水使冻干菌复水,确定冻干后活菌数,计算活菌率。实验研究中分别使用了单一保护剂和复合保护剂,实验结果列于表5-4和表5-5。

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表5-4的数据表明,与对照组相比,加入保护剂后乳酸菌的存活率均有不同程度的提高,可见所选保护剂对乳酸菌都有一定的保护作用。其中以海藻糖的效果最为显著。与其他糖类相比,海藻糖的玻璃化相变温度高,更容易以玻璃态存在,对生物材料的稳定有很重要的意义。另外,生物体中的大分子均处于一层水膜包围保护中,这层水膜是维持其结构和功能不可少的物质。干燥时水膜被除去,可导致这些大分子物质发生不可逆转的变化。若有海藻糖做保护剂,海藻糖可在生物分子的失水部位与这些分子形成氢键,使其在缺水条件下仍能保持其原有结构,保持活性。表5-5中的数据表明,与单一保护剂相比,使用复合保护剂冻干乳酸菌存活率更高。实验数据还表明,保护剂中海藻糖的在10.4%左右时效果更好,海藻糖浓度过高可能会抑制菌的生长。经过优化,最佳的复合保护剂配比为10.4%海藻糖、11.2%脱脂乳和4%谷氨酸钠。

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