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四環凍干機—生物制品和生物組織凍干技術(三)

更新時間:2023-04-06 點擊次數:535

5.2.2 乳酸菌菌種凍干

能從葡萄糖或乳糖的發酵過程中產生乳酸的細菌統稱為乳酸菌,共有200多種。目前已被國內外生物學家所證實,腸內乳酸菌與健康長壽有著非常密切的直接關系。乳酸菌種在酸奶生產中是非常關鍵的物質,可以利用乳酸菌提高釀造和發酵食品的風味。乳酸菌凍干是將菌種速凍,然后在真空條件下升華,可以保持菌種的穩定結構和營養。凍干后,菌種酶化作用減弱,生物活性不變,常溫下可貯存3~5年。加水后極易復原,復水率達90%以上。冷凍真空干燥乳酸菌發酵劑,具有活力強、用量少、污染低、品種多、方便儲運等特點,已在歐美等發達國家得到廣泛應用。

影響乳酸菌凍干效果的因素包括菌株、細胞大小形狀、初始細胞濃度、降溫速率、pH值、保護劑、預凍溫度、干燥條件、復水條件等,其中凍干保護劑系統的影響較突出。研究表明,乳酸菌凍干前加入適當的保護劑,可影響乳酸菌在凍干過程中的細胞存活率和保藏期間的細胞穩定性。乳酸菌凍干保護劑的保護效果與其化學結構有著密切的關系,其特征是具備三個以上的氫鍵,而且具有以適當方式存在的游離基團。

5.2.2.1預凍方式對乳酸菌菌種凍干的影響

朱東升研究了預凍方式對凍干乳酸菌菌種活菌數的影響。實驗中分別研究了嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌采用慢凍和液氮快凍后,凍干菌種活菌數與預凍方式的關系。具體實驗方案為:將菌懸液盛入冷凍平皿中,將其先置4℃冰箱平衡30min后,移入-30℃冰箱60min,然后置-80℃冰箱60min,進行普通預凍,再在冷凍真空千燥機上冷凍千燥12h,密封保存于4℃冰箱中。其余菌懸液先置于冰箱保存30min后,用5mL、1mL、200uL、100uL槍頭滴定于盛有液氮的冷凍平皿中10min,再在冷凍真空干燥機上冷凍干燥12h,密封保存于4℃冰箱中。實驗設計冷凍真空干燥條件為:凍干室溫度為-60~70℃,

壓力為6mPa。

研究結果表明,三種菌種用液氮快凍都比普通慢凍存活率高,如圖5-3所示。分析原因為,液氮預凍的速度比普通預凍的速度快很多,這樣可以使細胞內部的水滲出到細胞外面,而水在細胞內部凝結正是細胞死亡的致命原因。此外,同樣是用液氯快凍,菌種液滴大小不同,其活菌數也不同,液滴小者活菌數高。當一定體積的菌液,由不同大小的液滴進行滴定,隨總表面積增大,其存活率也增大。因為單位體積的菌液,其總表面積增大以后,水分的滲出速度也加快,所以存活率可以提高。

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5.2.2.2冷凍干燥保護劑對乳桿菌凍干的影響


劉丹等研究了瑞士乳桿菌的凍干。將經過脫脂乳活化、培養基擴培并離心收集的瑞士乳桿菌菌泥與配制好的保護劑按1:1的比例混合,確定凍干前的活菌數后,注入凍干管中。凍干管在-75℃預凍2h,然后在60~120Pa下冷凍干燥32h,干燥后取出在4℃下保藏。用無菌生理鹽水使凍干菌復水,確定凍干后活菌數,計算活菌率。實驗研究中分別使用了單一保護劑和復合保護劑,實驗結果列于表5-4和表5-5。

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表5-4的數據表明,與對照組相比,加入保護劑后乳酸菌的存活率均有不同程度的提高,可見所選保護劑對乳酸菌都有一定的保護作用。其中以海藻糖的效果最為顯著。與其他糖類相比,海藻糖的玻璃化相變溫度高,更容易以玻璃態存在,對生物材料的穩定有很重要的意義。另外,生物體中的大分子均處于一層水膜包圍保護中,這層水膜是維持其結構和功能不可少的物質。干燥時水膜被除去,可導致這些大分子物質發生不可逆轉的變化。若有海藻糖做保護劑,海藻糖可在生物分子的失水部位與這些分子形成氫鍵,使其在缺水條件下仍能保持其原有結構,保持活性。表5-5中的數據表明,與單一保護劑相比,使用復合保護劑凍干乳酸菌存活率更高。實驗數據還表明,保護劑中海藻糖的在10.4%左右時效果更好,海藻糖濃度過高可能會抑制菌的生長。經過優化,最佳的復合保護劑配比為10.4%海藻糖、11.2%脫脂乳和4%谷氨酸鈉。

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