降尿酸活性发酵乳杆菌F40-4在酸乳发酵中的应用.pdf
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1、食品与发酵工业FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIESD0I:10.13995/ki.11-1802/ts.034556引用格式:吴宇,曹佳媛,刘伊索,等.降尿酸活性发酵乳杆菌F40-4在酸乳发酵中的应用J.食品与发酵工业,2 0 2 3,49(17):168-173.WU Yu,CAO Jiayuan,LIU Yisuo,et al.Application of Lactobacillus fermentum F40-4 with lowering-uric acid ac-tivity in yogurt productionJ.Food and Fermentation
2、 Industries,2023,49(17):168-173.降尿酸活性发酵乳杆菌F40-4在酸乳发酵中的应用吴宇,曹佳媛”,刘伊索,刘银雪?,易华西2*1(中国海洋大学海德学院,山东青岛,2 6 6 10 0)2(中国海洋大学食品科学与工程学院,山东青岛,2 6 6 50 0)摘要高尿酸血症是嘌呤代谢紊乱、血尿酸浓度持续增高引起组织损伤的一种异质性疾病,严重的情况下有可能引发痛风等症状,益生菌具有潜在的缓解或治疗作用。该研究的目的是探究前期筛选得到的1株具有降尿酸活性的发酵乳杆菌(Lactobacillusfermentum)F40-4在酸乳发酵中的应用潜力。结果显示,L.fermentu
3、mF40-4对酸乳发酵剂主体菌株嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的生长没有显著影响;与对照组相比,L.fermentumF40-4对发酵过程中酸乳的pH、酸度指标影响不大,L.fermentumF40-4和发酵剂1:1接种发酵可延缓酸乳在冷藏过程中的pH下降进程并减少乳清析出;风味分析结果表明,L.fermentumF40-4酸乳的挥发性风味化合物更加丰富,主要含有酯类、醛类、醇类、酮类、酸类、烃类,其中酯类和醛类含量最高。该研究表明,L.fermentumF40-4可作为辅助发酵菌株用于酸乳的发酵,为进一步开发具有降尿酸功效的益生菌酸乳提供了理论依据。关键词发酵乳杆菌;酸乳;辅助发酵剂;发酵高尿酸
4、血症(hyperuricemia,H U A)是嘌呤代谢异常所致的慢性代谢疾病,常伴有痛风、肥胖、糖尿病、高血压等并发症。研究表明,我国已经成为HUA的多发地。调查显示,目前我国HUA患者集中于中老年男性和绝经女性,呈现男性多于女性,沿海高于内陆的分布,并具有年轻化的趋势2 。2 0 0 0 2 0 14年我国HUA患病率达13.3%3。2 0 192 0 2 0 年广州8 8 32 名调查对象中患HUA比例达39.1%,其中男性患病率为53.6%,女性患病率为2 0.9%4。HUA已经成为我国仅次于糖尿病的第二大代谢疾病。目前治疗HUA的药物分为以下几类:抑制嘌呤代谢相关酶的降尿酸药物(别嘌
5、呤醇、非布司他、托匹司他)5,促进尿酸排泄药物(苯溴马隆、丙磺舒),双重抑制降尿酸药物,尿酸酶类药物7 。然而这些药物可能引发肝功能受损、胃肠道不良反应和肠道菌群失调等副作用 。研究发现,益生菌可能对尿酸异常具有一定的调节作用9。益生菌可以影响尿酸合成关键酶活性从而抑制尿酸的合成,也可以通过调节肠道菌群等方式促进尿酸的排泄,从抑制尿酸合成和加速尿酸排泄2 个层面发挥降尿酸作用10 。据此,益生菌通过调节肠道菌群或者促进嘌呤和尿酸代谢可能是缓解或治疗HUA的重要途径之第一作者:本科生(易华西教授为通信作者,E-mail:)基金项目:山东省自然科学基金重点项目(ZR2020KC009);江苏省“双
6、创”领军人才项目(JSSCRC2021399)收稿日期:2 0 2 2-12-0 7,改回日期:2 0 2 3-0 1-0 61682023 Vol.49 No.17(Total 485)一。WANG等认为,肠道菌群对尿酸的生出、代谢、排泄有重要的影响。XIAO等12 1从传统泡菜中筛选出14株乳酸菌发现其对高尿酸血症肾功能损伤具有一定的保护治疗作用。酸乳是一种深受消费者青睐的酸乳制品,也是益生菌发挥益生功能的重要载体。2 0 15年,日本发现格氏乳杆菌PA-3通过降解嘌呤达到降低尿酸的效果,并据此研究开发了具有降尿酸功效的明治PA-3益生菌酸乳。YAMANA等13 也成功筛选了具有降尿酸活性
7、的格氏乳杆菌LG08。目前国内外关于降尿酸益生菌及其产品的研究不多,主要原因是缺乏降尿酸活性稳定和发酵特性优良的益生菌菌株。实验室前期从健康婴儿粪便中筛选得到了1株发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)F40-4,体外研究和体内动物实验验证均具有明显的降尿酸效果。本研究旨在探究这株发酵乳杆菌F40-4在酸乳发酵中的应用潜力,为进一步研究与开发具有降尿酸功效的益生菌酸乳提供参考。1材料与方法1.1实验材料全脂乳粉、白砂糖、保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、发酵乳杆菌F40-4,中国海洋大学功能性乳品与益生菌工程实验室;MRS肉汤培养基、脱脂乳培养研究报告基、MRS琼脂培养基,青岛
8、海博生物技术有限公司;10 min,称取沉淀质量,析水率按公式(1)计算:PBS缓冲液,北京索莱宝生物科技有限公司;NaOH、_沉淀质量)析水率/%=(11样品质量酚酞,国药集团化学试剂有限公司。1.3.5可滴定酸度测定1.2仪器与设备参照CB5009.2392016食品安全国家标准LDZX-75KBS立式高压蒸汽灭菌锅,上海申安医食品酸度的测定。利用酸碱滴定法,以酚为指疗器械厂;SW-CJ-1D超净工作台,苏州市净化设备有示剂,0.1mol/LNaOH测定酸乳中可滴定酸的限公司;2 0 2-3AB电热恒温干燥箱、LRH-250生化培含量。养箱、DK-98-IA电热恒温水浴锅,天津市泰斯特仪1
9、.3.6微生物指标测定器有限公司;PB-10酸度计,德国赛多利斯集团;总活菌数测定参照GB4789.22022食品安全TG20KR-D高速冷冻离心机,长沙东旺实验仪器有限国家标准食品微生物学检验菌落总数测定,利用公司;iCinac型酸化监控仪,法国AMS公司;YP202N平板计数法测定活菌数。电子天平,上海精科仪器有限公司;TA.XTPLUS质1.3.7质构测定构仪,英国SMS公司。使用质构仪采用2 次咀嚼测试程序对酸乳进行1.3实验方法质构分析16-17 。参数设置如下:底部类型为直径1.3.1菌种活化50mm圆柱形探头,力量感应源ILC/500N,底部类将冷冻保存L.fermentumF4
10、0-4菌株的甘油菌液型为直径50 mm圆柱形探头,形变百分量35%,检测以2%的接菌量接入10 mL灭菌MRS液体培养基速度6 0.0 mm/min,触发力0.7 5N。中,37 培养2 4h进行活化,按此方法继续活化1.3.8感官评价3代,取活化第3代的菌株进行实验。挑选10 名接受过专业感官分析培训的学生组成1.3.2抑菌实验评价组(男女比例为1:1),分别对发酵酸乳进行感官参考杨慧等141 的方法。分别取10 L活化的保评价。加利亚乳杆菌和嗜热链球菌菌液分别接种于0.6%1.3.9风味化合物测定MRS肉汤半固体培养基中,然后倒人提前放置牛津样品准备:准确称取2.0 g酸乳样品于顶空瓶杯的
11、平皿中,待培养基凝固后,取出牛津杯,向孔洞中中,3组样品每个样品设置3个平行。加人150 LL.fermentumF40-4菌液,以150 LMRS顶空条件:孵育温度6 0,时间10 min,孵育速肉汤为空白对照,置于37 培养箱中培养12 h。观度2 50 r/min,进样速率51mL/min,进样针温度T3为察抑菌圈大小,用游标卡尺测量抑菌圈的直径。65,进样体积为50 0 L。1.3.3酸乳制备GC-IMS条件:FS-SE-54-CB-1色谱柱(15 m参考张颖等15 的方法。将蒸馏水加热至550.53mm,1m);IMS温度T,45;柱温T,40;漂后,加人12%脱脂奶粉和6%白糖,搅
12、拌均匀后使溶移气(E1)和载气(E2)均为氮气,纯度99.999%。色液保持在6 5,水合30 min进行分装。用温控水浴谱洗脱程序为程序升压,E1和E2流量随时间变化情锅加热,使体系保持在95,高温灭菌5min后迅速况如表1所示。冷却至42。实验设置3组酸乳,按接种比例分为表1色谱柱洗脱参数O:1组(L.fermentumF40-4和发酵剂接种比例0:1)、Table 1Elution parameters of column1:1组(L.fermentumF40-4和发酵剂接种比例1:1)、时间/min01:2组(L.fermentumF40-4和发酵剂接种比例20.5:1)。42 恒温发
13、酵,利用酸化监控仪每10 min5测一次pH,每30 min测定一次可滴定酸度,待pH接1020近4.5时,达到发酵终点,4冷却后熟2 4h,进行酸乳理化性质测定。1.3.4析水率测定称取10 g酸乳样品,4,10 0 0 r/min离心100E1 流量/(mL/min)E2流量/(mL/min)1502150215010150501501001.3.10数据分析采用SPSS25.0和GraphPadPrism7.0进行统计分析,以星号表示显著性差异(P0.05)。2023 年第 49 卷第 17 期(总第 48 5 期)16 9(1)食品与发酵工业FOODANDFERMENTATIONIND
14、USTRIES2结果与分析2.1L.fermentumF40-4对酸乳发酵剂菌株生长的影响保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌是酸乳发酵剂的主体菌株。开发复合发酵剂的前提是辅助发酵菌株与保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌之间不能有明显的生长拮抗作用。据此,研究了L.fermentumF40-4对酸乳发酵剂主体菌株保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌生长的影响,结果如图1所示。结果表明,L.fermentumF40-4对嗜热链球菌的生长没有抑制作用,对保加利亚乳杆菌的生长有轻微抑制作用,但其程度不影响菌株的生长发酵。保加利亚乳杆菌是酸乳发酵剂中的主要产酸菌株,若能在酸乳后熟期一定程度地抑制保加利亚乳杆菌的生长,则可以有效减
15、轻后酸化18 ,改善酸乳的风味和口感。L.fermentumF40-4对保加利亚乳杆菌生长的轻度抑制特性有可能在酸乳后熟和贮藏期间起到延缓后酸化的作用。另外,L.fermen-tumF40-4对保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌生长的影响研究是在MRS培养基中进行,L.fermentumF40-4在牛乳基质中对保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌生长的影响还待进一步研究。aba-保加利亚乳杆菌;b-嗜热链球菌图1L.fermentumF40-4对保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌生长的影响Fig.1Effect of L.fermentum F40-4 on the growth ofLactobacillus bul
16、garicus and Streptococcus thermophilus2.2L.fermentumF40-4对酸乳发酵过程中pH和酸度的影响将L.fermentumF40-4与酸乳发酵剂配比分别调配为0:1、1:1和1:2,于42 发酵,每隔10 min测定pH和可滴定酸度,结果如图2 所示。3组酸乳的pH在发酵过程中均呈现降低的趋势,在3h后3组发酵样品中的pH均为4.5左右,达到发酵终点。1:1和1:2组发酵酸乳样品的pH在前90 min一直高于0:1组。在90 min后,3组样品pH的下降速率均有所减1702023 Vol.49 No.17(Total 485)缓;相对1:1组和0
17、:1组而言,1:2 组发酵酸乳pH下降速率最快,且发酵终点pH最低。上述结果表明L.fermentum F40-4在前90 min发酵过程中对发酵剂菌株具有轻微的抑制作用,这与前面L.fermentumF40-4对保加利亚乳杆菌生长的影响结果一致,但在发酵后期这种抑制作用基本消失。酸乳发酵过程中的酸度变化趋势与pH变化基本一致。结合3组样品发酵过程中pH和酸度的整体变化情况,L.fermentumF40-4的添加不会影响酸乳的正常发酵进程。6.56.05.5F5.04.54.00图2 发酵过程中酸乳的pH变化Fig.2 Change of pH value of yogurt during f
18、ermentation2.31L.fermentumF40-4对酸乳冷藏过程中pH的影响酸乳发酵结束后,冷藏后熟是赋予酸乳更佳风味和口感的重要步骤。在本研究中,酸乳发酵停止后,将酸乳置于4冷藏2 4h,3组酸乳样品的pH如图3所示。4.54.4F4.34.24.14.0图3L.fermentumF40-4对酸乳样品冷藏pH的影响Fig.3Effect of L.fermentum F40-4 on pH ofrefrigerated yogurt samples3组样品在贮藏过程中pH都降低了,其中1:1样品组酸乳下降最少0:1组下降最多,说明L.fer-mentumF40-4的添加对主要产酸
19、菌保加利亚乳杆菌具有一定的抑制作用。市售酸乳的pH一般在44.521-2,3组酸乳样品的pH均在此范围。后酸化是目前酸乳冷藏和贮藏过程中的一种负面现象,主要1100-0:1+1:1-1:220 406080100 1201401601800时间/min0:11:1F40-4与发酵剂配比806040201:2研究报告是由于保加利亚乳杆菌持续发酵产酸导致,影响了酸因素有关,若酸度较低或菌粉添加较多且有震动收缩乳的口感和风味。上述研究结果表明,L.fermentum过程均会导致析水率上升2 1。酸度过高,超过了酪F40-4可以延缓酸乳在冷藏过程中的pH下降进程,蛋白的等电点,酪蛋白网络结构会出现脱水
20、现象,导具有改善酸乳后酸化的效果。这可能是由于L.fer-致乳清析出较多;菌粉添加量较多,则凝乳微粒数量mentumF40-4对保加利亚乳杆菌生长具有一定程度较多,一旦受到震动,水从酪蛋白的网络结构中流出。的抑制作用,从而延缓了后酸化。根据结果可知,添加L.fermentumF40-4能够降低酸2.4L.fermentumF40-4对酸乳贮藏过程中活菌乳析水率,减少了乳清析出,且最佳添加比例为1:1。数的影响2.6L.fermentumF40-4对酸乳质构的影响活菌数是评判酸乳品质的重要指标之一。3组质构是评价酸乳品质的另外一个重要指标,与酸酸乳样品在贮藏过程中的最终活菌数如图4所示。乳的口感
21、和风味密切相关。对L.fermentumF40-4不1:1组的总活菌数最高,1:2 组样品活菌数次之,0:1组同添加量的3组酸乳样品进行了质构检测分析,结果样品的总活菌数最低,原因可能是1:1组样品中如表2 所示。3组样品的内聚性、硬度、咀嚼性、弹L.fermentumF40-4的接种量比0:1组和1:2 组样品性、黏附性、胶黏性均无显著差异。酸乳硬度是指质多,所以该组酸乳样品的总活菌数最高。3组样品的构探头穿过酸乳过程中受到的压力最大值,与原料活菌数都在10 以上,符合酸乳品质要求。乳、加热强度、均质参数、酸乳酸度等因素有关14-15。该3组样品在原料乳、加热处理、均质强度等方面均*10(T
22、u/n)9865图4L.fermentumF40-4对酸乳贮藏活菌数的影响Fig.4Effect of L.fermentum F40-4 on the number ofbacteria in yogurt samples during storage2.5L.fermentumF40-4对酸乳析水率的影响析水率是表征酸乳凝固特性的重要指标。添加不同比例的L.fermentumF40-4对酸乳冷藏过程中析水率的影响结果如图5所示。10*8%/率6420图5L.fermentumF40-4对酸乳贮藏析水率的影响Fig.5Effect of L fermentum F40-4 on water-
23、dischargingrate of yogurt during storage结果表明,1:1组样品的析水率最低,0:1组样品的析水率最高。酸乳的析水率与酸度、菌粉添加量等保持一致,因此影响酸乳样品硬度的因素可能与酸乳酸度有关。虽然L.fermentumF40-4的添加对酸乳的pH有一定的影响,但不会影响酸乳的质构指标,对酸乳口感不会带来负面影响。表2 不同酸乳样品的质构分析结果Table 2Results of texture analysis of yogurt samples0:111F40-4与发酵剂配比0:11:1F40-4与发酵剂配比1:21:2组别硬度/N0:1组1.2 9 0
24、.0 3 0.6 6 0.0 1 0.12 0.0 1a 0.84 0.03a 0.10 0.01*0.25 0.041:1组1.2 3 0.0 3a0.68 0.020.12 0.03*0.840.010.10 0.020.22 0.04a1:2组1.31 0.0 4*0.6 6 0.0 2*0.14 0.0 2 0.8 6 0.0 4 0.12 0.0 1*0.2 7 0.0 3注:相同字母表示它们之间差异不具有显著性。2.7L.fermentumF40-4对酸乳感官评价的影响感官评价是评判酸乳品质的最直观指标。为研究添加L.fermentumF40-4对酸乳感官特性的影响,对3组酸乳样品
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