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藏灵菇胞外多糖的理化性质及其在切达干酪中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-11-17
核心提示:藏灵菇(又称开菲尔粒)是由多种乳酸菌、酵母菌和醋酸菌稳定共生形成的特殊粒状或片状化合物,能够同时进行乳酸、乙酸、乙醇发酵,是开菲尔传统乳制品的发酵剂
   藏灵菇(又称开菲尔粒)是由多种乳酸菌、酵母菌和醋酸菌稳定共生形成的特殊粒状或片状化合物,能够同时进行乳酸、乙酸、乙醇发酵,是开菲尔传统乳制品的发酵剂,同时也是潜在功能性乳品发酵剂来源。研究表明,藏灵菇发酵乳中含有大量的乳酸菌胞外多糖(EPS),该类多糖对机体安全无毒副作用且具有多种生理功能。这些功能使得乳酸菌EPS在食品和非食品工业倍受青睐,正日益引起人们的广泛关注。乳酸菌EPS受限于实际生产中转化效率较低,目前研究主要集中在EPS的生理活性以及高产乳酸菌EPS的筛选应用上,关于EPS直接应用于乳制品发酵的研究比较少见,尤其是EPS对发酵乳风味的贡献还没有明确结论。
 
  因此,北京食品营养与人类健康高精尖创新中心、北京市食品添加剂工程技术研究中心的罗天淇、郭婷和杨贞耐*等人分离纯化藏灵菇发酵产生的EPS,采用红外光谱、气相色谱-质谱(GC-MS)联用、扫描电镜、原子力显微镜等研究其结构特性,并将此EPS应用于切达干酪中,进一步研究其对发酵过程以及干酪品质的影响,以期为深入研究藏灵菇EPS在发酵乳制品中的应用提供参考。
 
  1.藏灵菇EPS产量测定
 
  综合藏灵菇发酵乳的凝乳时间、黏度及拉丝长度,对比从30 种藏灵菇样品中筛选出的7 个较优样品的EPS产量,确定藏灵菇KW1具有最高的EPS产量,为624.82 mg/L,与其他组有显着差异(P<0.05)。在相似培养、检测条件下,与其他类似研究报道的EPS产量相比,也处于较高水平。
 
  2.EPS的分离纯化
 
  藏灵菇KW1发酵培养物经除蛋白处理、醇沉、透析和冷冻干燥后得到的粗多糖,在阴离子交换色谱层析中被0.2 mol/L NaCl盐溶液洗脱下来,表明此EPS是酸性多糖或者带有酸性基团。通过SepharoseCL-6B凝胶色谱柱进一步纯化,不同大小的分子被洗脱分开,产生单一洗脱峰,获得纯化EPS并用于后续理化分析。
 
  3.EPS官能团的红外光谱分析
 
  根据藏灵菇KW1 EPS的红外光谱分析结果,在3 420 cm-1附近的峰主要是由羟基的伸缩振动引起的峰,可能是来源于样品吸附的水分、样品分子内的羟基或分子间氢键的拉伸峰;在2 925 cm-1附近的峰主要是由甲基或亚甲基的C—H键的伸缩振动引起的峰;在1 645 cm-1附近的峰主要是由羰基的伸缩振动引起的峰,这个峰是多糖的特征吸收峰;1 563 cm-1和1 384 cm-1处的峰是羧基中C=O的对称伸缩振动峰;1 231 cm-1和1 076 cm-1处的峰是C—O键的伸缩振动峰,其来源可能为C—O—H,或是糖环中的C—O—C,也有可能为缩醛键;874 cm-1说明可能存在α-糖苷键。
 
  4.EPS单糖组成分析
 
  对藏灵菇KW1提取纯化后的EPS进行水解和乙酰化后,得到相应的衍生物,并通过气相色谱测得藏灵菇KW1产EPS的气相色谱图,与标准单糖色谱图对比后可知,藏灵菇KW1 EPS由鼠李糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖组成,相对物质的量比为1∶3.02∶2.12∶1.59∶3.04,与红外光谱结果一致。EPS的单糖组成受到菌株类型、培养条件等因素的影响,藏灵菇KW1在其他培养条件下可能能够产生不同组成的EPS。
 
  5.EPS扫描电镜和原子力显微镜分析
 
  藏灵菇KW1 EPS的扫描电镜观察如图6所示,EPS显示出相对稳定的三维微观结构(下图A),EPS表面粗糙呈颗粒状,整体上呈致密的网状结构,内部分布着许多大小形状相似的球形结构和不规则片状结构。进一步放大倍数可以看出(下图B),EPS表面结构紧致光滑,这种较为稳定的结构,可以赋予EPS特殊的流变学性质,例如提升产品的黏度、改善质构和保水特性。
 
  平面图像(下图A)显示,EPS分布不均匀,在某些区域EPS结构紧密呈膜状,这说明EPS发生了聚集,在多糖质量浓度大的区域,羟基数目多,分子间的氢键缔合作用增强,多糖聚合较紧密,形成膜状结构。在立体图像(下图B)中,可以观察到EPS表现出高低不平、分布不均的状态,平面图像中的膜状区域呈现出紧密的簇状结构,而在其他区域可以看到多糖分子形貌如尖锥状结构,高度在2.4 nm左右。
 
  6.EPS对发酵剂的影响
 
  在两组液体培养基中,发酵剂菌株在调整期都生长缓慢,曲线较接近,3~4 h之后均进入对数生长期,菌株生长速度加快,但实验组菌株的生长情况明显要优于对照组,并且进入稳定期后,实验组发酵液OD值显着高于对照组(P<0.05)。EPS的添加量对发酵剂产酸有着显着影响。随着EPS添加量的提高,发酵乳产酸呈现先升后降的趋势;在添加量为1%时,pH值降至约4.5,产酸达到最大值。
 
  7.EPS对切达干酪品质的影响
 
  01
 
  EPS对干酪得率、保水率的影响
 
  空白组干酪的得率、保水率与实验组干酪有显着差异(P<0.05),而菊粉组和EPS组得率、保水率无显着差异(P>0.05),均能有效提高干酪得率,增加干酪保水率,这可能与菊粉和EPS能够一定程度上改善干酪内部三维结构稳定性有关。
 
  02
 
  EPS对干酪理化指标和微生物指标的影响
 
  在干酪成熟的过程中,干酪含水量随着成熟时间的延长而下降,下降速度逐渐减慢;添加有菊粉、EPS的实验组干酪含水量显着高于空白组(P<0.05)。而成熟期间各组干酪的pH值逐步降低,之后趋于稳定,菊粉的加入对干酪pH值的影响比较明显,而空白组与EPS组干酪pH值无显着差异(P>0.05),说明EPS的加入不会使干酪品质发生明显偏差。观察干酪成熟期间活菌数的变化,成熟过程前6 周干酪中的微生物含量在不断增加,之后趋于稳定。菊粉组和EPS组的微生物含量与空白组比较有显着差异(P<0.05)。
 
  03
 
  EPS对切达干酪风味的影响
 
  1. EPS干酪挥发性风味物质的GC-MS结果分析
 
  采用SPME-GC-MS,从成熟12 周的EPS干酪中共鉴定出69 种挥发性风味物质,包括烃类14 种,醇类14 种,醛类4 种,酮类7 种,酸类8 种,酯类21 种,其他化合物1 种。其中含量最高的为酯类化合物,含量为5 042.44 μg/kg,其次为醇类、酮类、烃类、酸类、醛类以及其他化合物。
 
  2. EPS干酪风味活性物质的OAV分析
 
  采用气相色谱-质谱联用从干酪中检测出69 种挥发性物质,香气活性值显示共有17 种风味物质对EPS干酪整体风味有贡献,其中丁酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯是关键性风味物质。在本实验中,酯类物质含量最高,同时对EPS干酪风味贡献最大。
 
  结   论
 
  本研究对藏灵菇发酵产EPS进行了分离纯化,确定该EPS由鼠李糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖组成,物质的量比1∶3.02∶2.12∶1.59∶3.04,在红外光谱下显示出典型的多糖吸收峰模式。扫描电镜结果表明,该EPS微观结构中分布着许多表面比较光滑的球状、片状结构;原子力显微观察,EPS呈现一定的聚集现象,具有膜状、簇状结构。藏灵菇EPS对发酵剂菌株的生长有促进作用,这种作用随着添加量的增加先增后减。同时还能够提高切达干酪得率、含水量、保水性以及成熟期间的活菌数。SPME-GC-MS分析结合OAV法表明,在69 种挥发性物质中,有17 种风味物质对EPS干酪整体风味有贡献,其中丁酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯是关键性风味物质。本研究将为藏灵菇EPS在乳酸菌发酵及干酪加工中的应用提供重要的技术参考。
 
 
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