副干酪乳杆菌FM-LP-4菌株 在泡菜和酸奶发酵中的应用初探
2018-03-02施亚萍周剑忠赵延存
王 英,施亚萍,周剑忠,董 月,赵延存
(1.江苏省农业科学研究院农产品加工研究所,江苏南京 210014;2.南京市脆而爽蔬菜食品有限公司,江苏南京 211225)
目前国内外对乳酸菌的功能研究很多,主要集中在乳酸菌的产生细菌素能力、抗氧化能力、提高免疫力、抗炎症功能、降解胆固醇、降解亚硝酸盐能力等方面,获得了大量的具有一定功能特性的乳酸菌菌株[1-5]。有些具有益生功能的菌株在食品发酵工业中得到广泛应用,给相应的发酵食品带来益生功能,如光明乳业的益生菌酸奶中的植物乳杆菌SK-Ш,味全乳业中的益生发酵酸奶中的鼠李糖乳杆菌LGG,养乐多活菌饮料中的干酪乳杆菌(Lactobacilluscasei),这些益生功能菌提高了相关发酵产品的益生和保健功能,如提高免疫力、调节肠道菌群、增强抗过敏、提高抗氧化能力和延缓衰老等[6-9],给产品销售带来亮点,提高消费者的购买欲望,增加产品消费量。
本研究团队前期的研究结果显示,FM-LP-4在体外和体内具有较强的抗氧化能力,经系统发育分析鉴定为副干酪乳杆菌,16S rDNA序列在GenBank上登录号KJ914550.1,具有优良的发酵特性和多种益生特性[10]。FM-LP-4菌株能否在功能食品发酵生产中广泛应用需要更多的研究结果支持。因此,本研究主要探索以FM-LP-4为发酵剂发酵酸奶和泡菜,研究其对酸奶和泡菜品质及酸奶和泡菜体外抗氧化活性的影响,为该菌株在功能性产品开发和工业化利用方面提供理论依据和技术支持。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
副干酪乳杆菌(Lactobacillusparacasei)FM-LP-4、嗜热链球菌(Streptococcusthermophilus)、保加利亚乳杆菌(Lactobacillusbulgaricus) 江苏省农业科学院农产品加工研究所;萝卜、姜、蒜、辣椒、花椒、八角、食盐、蔗糖、脱脂奶粉、冰糖、CaCl2南京钟灵街苏果超市;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基(DPPH·)(Sigma-Aldrich) 南京天为生物科技有限公司;吡咯烷二硫代氨基甲酸铵、邻菲罗啉 中国医药集团上海化学试剂公司;对氨基苯磺酸、盐酸奈乙二胺、亚硝酸钠及其他所用化学试剂 分析纯,南京卓越生物工程有限公司;MRS培养基 青岛海博生物技术有限公司。
UV-1600PC紫外分光光度计 上海美普达科技有限公司;YQX-11厌氧培养箱 上海跃进医疗器械有限公司;SIGMA3K-15台式冷冻离心机 北京五洲东方科技发展有限公司;TOMY SX500自动灭菌锅 日本Tomy Digital Biology公司;NDJ-8S型数显黏度计 上海羽通仪器仪表厂;TVT-300XP质构分析仪 瑞典泰沃公司。
1.2 实验方法
1.2.1 FM-LP-4的培养及处理 挑取FM-LP-4单菌落,接种至MRS 液体培养基中,34 ℃条件下培养18~20 h,按3.0%的接种量接种至装有5 mL液体培养基试管中,34 ℃条件下培养18~20 h,按照3.0%的接种量接种到装有1L MRS液体培养基三角瓶中,培养18 h,4 ℃条件下,5000 r/min离心5 min,收集菌体,用生理盐水洗菌体2次后用生理盐水重悬,调整菌体密度为1.02×109CFU/mL,作为泡菜发酵剂。
挑取FM-LP-4、嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌单菌落分别接种至蒸馏水配制的12%脱脂奶粉试管中(无菌),37 ℃条件下培养12 h,转接2次,作为酸奶发酵剂。
1.2.2 酸奶制备 将培养好的FM-LP-4、嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌含脱脂乳粉的培养液按照3∶0∶0、2∶1∶1、1∶1∶1和0∶1∶1这4种接种比例进行接种发酵,总接种量为6.0%。42 ℃条件下发酵,待奶凝固时取出,并记录凝乳时间,然后将酸奶置于4 ℃条件下冷藏12 h,每个处理3个重复。
1.2.3 泡菜制备 泡菜液中含有4.5%食盐、3.5%蔗糖、0.5%大蒜、0.5%姜片、0.5%花椒、0.5%红椒、0.15%桂皮,泡菜液煮沸后保温15 min,晾凉备用。萝卜经过挑选、去皮、清洗、沥干、切条后放入泡菜液中,萝卜加入量以泡菜液刚没过为适宜,密封后放置在阴凉处,25 ℃条件下发酵3~7 d。
FM-LP-4的接种量设定为0%、1.0%、3.0%、5.0%和7.0% 5个接种量。每个接种量10个重复,接种泡菜坛置于25 ℃条件下进行发酵,在发酵的过程中每天用pH计检测pH,当pH达到3.5时结束发酵。
1.2.4 酸奶品质测定 滴定酸度的测定:取10.0 g待测酸奶样品,以酚酞为指示液,用基准试剂邻苯二甲酸氢钾标定好的浓度为0.1 mol/L的氢氧化钠溶液测定滴定酸度。具体操作方法参照GB/T 5009146-1996。
黏度的测定:取酸奶样品用NDJ-8S型数显黏度计测定黏度。
保水率的测定:取10.0 g待测酸奶样品,标记为W,于3000 r/min离心10 min,去除质量为W1的上清液,其保水率按下面公式计算。
保水率(%)=(W-W1)/W×100
酸奶中乙醛含量测定:参照文献[11]的方法测定酸奶中乙醛。
感官评定:参照国家标准-GB19302-2010,酸奶发酵后在4 ℃冷藏10 h后,由10名具有食品专业知识的人员对其进行滋气味、色泽及组织状态的感官评价。具体评分标准见表1。
表1 酸奶感官评定评分表Table 1 Mark of organoleptic evaluation rating of yoghourt
1.2.5 发酵泡菜品质测定 亚硝酸盐含量测定:利用盐酸萘乙二胺法测定泡菜的亚硝酸盐含量,具体操作方法参照GB/T 5009.33.2003中《食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》中的格里斯比色法对亚硝酸盐进行测定。以亚硝酸盐含量(x)为横坐标,吸光度值(y)为纵坐标,绘制标准曲线,得到标准曲线回归方程:y=0.043x+0.014,相关系数R2=0.996。
表2 泡菜感官评分标准Table 2 Mark of organoleptic evaluation rating of pickles
泡菜硬度测定:具体操作方法见参考文献[12],稍作修改,具体如下:利用质构分析仪进行泡菜硬度测试,测试结果选取测试的硬度最大力Fmax为参数进行分析。硬度测试条件设置:测前速率1 mm/s,测试速率0.5 mm/s,测后速率1 mm/s,压缩量50%。
感官评价:参照文献[13]进行,选取色泽及形态,香气,质地及滋味3项指标综合得到最后的总体得分。实验选取10名具有食品专业知识的人员组成感官评价小组,按照表2的评价标准进行感官评价,取平均值为最终评价结果。
1.2.6 泡菜和酸奶的抗氧化性能测定
1.2.6.1 酸奶样品处理 取200 g发酵酸奶,摇匀后,4 ℃条件下10000 r/min离心5 min取上清待用。
1.2.6.2 泡菜的可溶性物质提取 泡菜可溶性物质的提取方法参照文献[14]稍作修改,具体操作如下:将泡菜冷冻干燥(-55~-58 ℃,10~20 Pa)后,取5.0 g冻干样品,粉碎后用40目筛子过筛后,取冻干粉用甲醇进行提取24 h(冻干粉与甲醇的质量比为1∶20,m/m),滤纸过滤后,固体物用甲醇同样条件下再提取一次,合并两次提取液,提取液减压浓缩后冷冻干燥(-55~-58 ℃,10~20 Pa),冻干粉用无菌去离子水配制成50 mg/mL的溶液待用。
1.2.6.3 泡菜和酸奶清除自由基(DPPH·)能力的测定 参照文献[15]中描述的方法进行,略有修改,具体操作如下:取2 mL待测泡菜提取物或发酵奶处理液,加入2 mL DPPH·溶液(终浓度为0.4 mmol/L的DPPH·无水乙醇溶液),混合均匀后,室温下遮光反应30 min后,8000 r/min离心10 min,取上清,测定样品517 nm处的吸光度A样品,对照组样品以等体积蒸馏水代替样品溶液,以等体积蒸馏水和无水乙醇混合液空白调零。DPPH·清除率按下面公式计算:其中A对照为对照组吸光度,A样品为样品组吸光度。
清除率(%)=(A对照-A样品)/A对照×100
1.2.6.4 泡菜和发酵酸奶对Fe3+的总还原力分析 参照文献[16]中的方法,略有修改,具体操作如下:取 0.5 mL泡菜提取物或发酵酸奶处理液,加入到1.5 mL PBS溶液(0.2 mol/L,pH6.6),并加入1.5 mL(1.0%,m/v)铁氰化钾溶液,混匀后置于50 ℃水浴保温20 min,迅速冷却至室温后加入1.5 mL的三氯乙酸(TCA,10%),充分混匀后,室温条件下,8000 r/min离心10 min去除蛋白等沉淀物质,取2 mL上清液加入2 mL生理盐水中,同时加入1 mL FeCl3(0.1%,w/v),充分振荡使其混合均匀,静置10 min后在波长 700 nm测定反应体系的吸光值。结果采用L-半胱氨酸作标准物来表述乳酸菌的还原力。
L-半胱氨酸标准工作曲线绘制:分别配制不同浓度的L-半胱氨酸(0~400 μmol/L)的标准溶液,按照上述步骤进行测定,制定标准曲线。以L-半胱氨酸浓度(x)为横坐标,吸光度值(y)为纵坐标,得到标准曲线回归方程:y=0.0008x-0.0088,相关系数R2=0.995。
1.2.6.5 泡菜和发酵酸奶的螯合亚铁离子能力测定 参照文献[17-18]方法进行,稍作修改,具体操作如下:取1 mL泡菜蔬菜提取物或酸奶上清液与 0.2 mL硫酸亚铁溶液(4.0 g/L)、0.2 mL抗坏血酸溶液(10 g/L)和 2 mL氢氧化钠溶液(0.2 mol/L)混合,37 ℃水浴20 min,加入 0.4 mL三氯乙酸(10%),5000 r/min离心 10 min 得到上清液,加入 1 mL邻菲罗啉(1 g/L)溶液,反应 10 min 后在 510 nm 波长下测定吸光度。
铁离子螯合能力(%)=(A对照-A样品)/A对照×100
1.2.7 FM-LP-4在酸奶储藏过程中活菌数的测定 单独接种FM-LP-4进行酸奶发酵,接种量为3.0%,发酵结束的酸奶,4 ℃条件下储存,分别在0、1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23和25 d时取发酵酸奶,用灭菌生理盐水梯度稀释至一定倍数后,采用MRS琼脂培养基平板倾注法,37 ℃培养48 h后计菌落总数,测定FM-LP-4的活菌数。
1.3 数据处理
实验重复三次,实验结果采用SPSS 13.0和One-Way(ANOVA)进行统计和显著性分析。
2 结果与讨论
2.1 FM-LP-4对发酵酸奶品质的影响
表3 FM-LP-4对酸奶品质及抗氧化能力的影响Table 3 Effect of FM-LP-4 on the quality and antioxidant capacity of yoghurt
注:同一行不同字母表示差异显著,p<0.05。副干酪乳杆菌FM-LP-4对酸奶的品质的影响结果见表3。从表3中可以看出,单独用FM-LP-4发酵酸奶,凝乳时间需要15.4 h,而在酸奶工业生产中,凝乳时间一般控制在7 h 以内。联合保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌发酵酸奶时,凝乳时间显著(p<0.05)缩短,在7 h以内发酵结束。在研究接种比例的范围内,混合接种时,FM-LP-4接种比例对酸奶的滴定酸度的影响不明显(p>0.05),发酵结束冷藏12 h时,酸奶滴定酸度都在98°T左右。
黏度是评价酸奶质量的一个重要指标,酸奶制品黏度与成品的保质期密切相关,黏度越高,其保质期越长。FM-LP-4、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌联合发酵酸奶时,随着FM-LP-4接种比例的提高,其发酵酸奶的黏度升高,FM-LP-4单独发酵的酸奶黏度较高,其黏度达到2161.39 mPa·s。混合发酵的酸奶的保水率也是随着FM-LP-4接种比例的升高而增高,明显高于未添加FM-LP-4的发酵酸奶(p<0.05)。
Kneifel等认为乙醛是酸奶中的重要风味成分,其赋予酸奶典型的发酵奶风味[19-20]。本研究中,不含FM-LP-4发酵的酸奶,乙醛的含量最低,FM-LP-4、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合发酵的酸奶中,乙醛的含量随着FM-LP-4接种量的增加而增加,这可能是由于FM-LP-4、嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌在酸奶的代谢中互相影响,促进代谢产物乙醛的产生。
经FM-LP-4发酵的酸奶的DPPH·清除率、总还原力、对亚铁离子的螯合力结果显示,FM-LP-4能显著提高酸奶的抗氧化能力。未加FM-LP-4发酵酸奶的DPPH·的清除率、总还原力、对亚铁离子的螯合力分别为35.56%、89.46 μmol/L半胱氨酸当量和20.67%,加入FM-LP-4的三种菌混合发酵的酸奶清液的DPPH·清除率、总还原力、对亚铁离子的螯合力有明显提高,其中接种比例为2∶1∶1的发酵酸奶的DPPH·清除率最高,清除率为53.35%、接种比例为1∶1∶1的发酵酸奶的总还原力和亚铁离子螯合力最高,分别为138.54 μmol/L半胱氨酸当量和27.56%,与未添加FM-LP-4发酵的酸奶的DPPH·清除率、总还原力、对亚铁离子的螯合力相比,分别提高了50.03%、54.83%和33.33%。这与前人的研究结果相一致,Xiao等[21]利用植物乳杆菌B1-6发酵大豆乳,发现经发酵的大豆乳的总酚含量、抗氧化活性、DNA损伤保护能力都有不同程度的提高;Wu等[22]研究发现,石莲花经过LactobacillusplantarumBCRC 10357发酵后,其总抗氧化能力和DPPH·清除能力都有所提高,且总酚含量、黄酮含量、没食子酸含量也都有所提高;Marazza等[23]利用LactobacillusrhamnosusCRLP81发酵豆奶,利用此豆奶喂食患有糖尿病的小鼠,发现发酵豆奶能显著减低小鼠的总胆固醇含量、血糖含量和三酰基甘油含量,并能增加小鼠的抗氧化酶的含量。
感官评分结果显示,FM-LP-4、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌三种菌发酵酸奶的感官评分高于未添加FM-LP-4发酵的酸奶。
以上研究结果显示,FM-LP-4联合保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌发酵酸奶,能提高酸奶的抗氧化能力,并能改善酸奶的发酵风味。因此,FM-LP-4有望在功能酸奶发酵产业中广泛开发并利用。
2.2 FM-LP-4对发酵蔬菜品质的影响
FM-LP-4对泡菜的品质的影响见表4。从表4中可以看出,在25 ℃条件下自然发酵泡菜完成发酵(pH降至3.5)需要168 h,随着接种量的增加,发酵结束时间缩短,当接种量为7.0%时,72 h就可以完成发酵。
研究发酵泡菜中亚硝酸含量测定结果显示,接种FM-LP-4发酵泡菜能显著降低泡菜产品中的亚硝酸盐含量(p<0.05)。自然发酵蔬菜发酵结束时亚硝酸盐含量为9.45 mg/kg,接种发酵的发酵蔬菜中,亚硝酸盐含量显著降低,亚硝酸盐含量在1.26~3.64 mg/kg之间,仅为自然发酵泡菜中亚硝酸含量的13.33%~38.52%。研究表明消化系统癌症高发地区往往与其膳食中过量的硝酸盐和亚硝酸盐有关[24]。摄入体内的亚硝酸盐与有机胺或酰胺反应生成亚硝基化合物,亚硝胺盐能引发高铁血红蛋白症和致癌[25]。蔬菜发酵过程中,蔬菜中的硝酸盐会被大量还原生成亚硝酸盐,并在发酵初期因逐渐积累而达到高峰[26-27]。接种乳酸菌发酵蔬菜中亚硝酸盐变化规律的研究结果表明,接种发酵可有效降低亚硝酸盐含量,阻止“亚硝峰”的出现,缩短泡菜发酵周期,改善发酵蔬菜的品质[28]。本研究结果进一步证实接种发酵剂能显著降低泡菜中的亚硝酸盐含量。
表4 FM-LP-4对泡菜品质及抗氧化能力的影响Table 4 Effect of FM-LP-4 on the quality and antioxidant capacity of pickles
注:同一行不同字母表示差异显著,p<0.05。
由于乳酸菌持续发酵产酸及果胶分解酶的共同作用,蔬菜在发酵过程中易产生质地软化、生膜以及发黏的现象,因此泡菜的硬度也是评价泡菜品质的重要指标。硬度测定结果显示,接种FM-LP-4发酵蔬菜的脆度高于自然发酵蔬菜的脆度,这与前人的研究结果相似,即接种乳酸菌发酵蔬菜可以提高发酵蔬菜的品质[14]。
泡菜提取物的DPPH·的清除率、总还原力、对亚铁离子的螯合力结果显示,接种FM-LP-4,能显著提高泡菜的体外抗氧化能力。自然发酵蔬菜的DPPH·的清除率、总还原力、对亚铁离子的螯合力分别为23.65%、12.65 μmol/L半胱氨酸当量和12.36%,FM-LP-4接种量为5.0%时发酵蔬菜的DPPH·清除率、总还原力、对亚铁离子的螯合力达到最高,分别为53.56%、49.45 μmol/L半胱氨酸当量和28.64%,分别提高了1.27、2.91和1.32倍。
发酵蔬菜的感官评分结果显示,添加FM-LP-4发酵的蔬菜,其感官评分高于自然发酵蔬菜。
与自然发酵蔬菜相比,FM-LP-4能够缩短蔬菜的发酵时间,降低亚硝酸盐含量,提高发酵蔬菜的抗氧化能力,适宜接种量为3.0%~5.0%。因此,FM-LP-4有望在功能发酵蔬菜产业开发中广泛利用。
2.3 FM-LP-4在酸奶储藏过程中活菌数量的变化
国家益生菌类保健食品申报与评审规定办法中明确规定,活菌类益生菌保健食品在其保质期内活菌数量不能低于106CFU/g。因此本研究对FM-LP-4在酸奶储藏过程中的活菌数量的变化进行检测,检测结果见图1,从图1中可以看出,酸奶发酵结束时FM-LP-4的菌体达到1.047×1010CFU/g,在储存初期,菌体密度升高,在储存第3 d为1.59×1010CFU/g,随后菌体密度呈逐渐下降趋势。但是总体来看,FM-LP-4在酸奶中的活力保持比较稳定,在储存30 d时,菌体密度仍然保持1.04×107CFU/g。该研究结果为FM-LP-4在功能性发酵乳制品的应用提供了良好的数据支持。
图1 冷藏期内FM-LP-4的数量变化Fig.1 The change of the FM-LP-4 viable numbers during cold storage period
3 结论
本文对FM-LP-4作为发酵剂进行酸奶和泡菜制作,同时对其发酵产品的品质和体外抗氧化能力进行测定。在酸奶发酵中,联合保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌,FM-LP-4对酸奶的酸度没有明显影响。但是,FM-LP-4能够显著提高酸奶的黏度和持水率,并能提高酸奶风味物质乙醛的含量,提高酸奶的抗氧化能力,3株菌的比例为1∶1∶1时,发酵的酸奶风味最好。在酸奶冷藏期内,FM-LP-4有很强的存活能力,4 ℃条件下,储存30 d,其活菌数量仍能保持在的1.04×107CFU/g。在发酵蔬菜中,FM-LP-4能显著缩短泡菜的发酵时间,降低泡菜的亚硝酸盐含量,提高泡菜的抗氧化能力。总体来说,FM-LP-4在功能发酵食品中会有较好的应用潜力和前景。
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