如何保持益生菌食品中的益生菌活性？
2021-09-18
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如何保持益生菌食品中的益生菌活性？
2021-09-18
益生菌被定義為活的微生物，研究發現，這種微生物經口服足夠數量后會改善宿主腸道微生物的平衡，進而對宿主健康產生有益影響。通常作為益生菌的菌種多為乳酸菌（如嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌等），一些酵母菌也被歸為益生菌的范疇。
根據益生菌應用效果的一般概念，只有活的生物才能產生益生功能。因此，益生菌在被攝入時必須是活的，并且在胃腸道中保持活性。針對食品中的益生菌要達到這種活性所需要的最低活細胞數，有各種各樣的建議和標準。通常來說，在消費時，益生菌的活細胞數量需要達到106cfu/g。但是在某些情況下，只要益生菌活細胞數在食品保質期內不低于105cfu/g也被認為能達到益生效果。幾個世界食品組織提出的官方標準是最低106~107cfu/g。
眾所周知，乳酸菌和酵母菌都是酵素發酵過程中需要用到的菌種，而發酵完成的酵素食品中也含有一定量的益生菌。那么，該如何保持酵素食品及其他益生菌食品中益生菌的活性呢？
在食品生產的整個過程中都要考慮到益生菌活性的重要標準，以便達到并保持高活性。增強益生菌活性可以著眼于基因水平（通過基因工程），或是生理水平，即上游（收集階段前）和下游加工步驟（收集階段后）。
利用基因工程對微生物進行改造
01
益生菌的特性是由其基因決定的，故可以利用現有的在壓力脅迫下培養的細菌的基因庫，或是在抗性突變體中特異性表達的基因，來產生食品級的益生菌突變體?？衫檬称芳壍馁|粒，將外源DNA整合到目標菌的染色體上，并且利用調節系統來進行修飾。通過這種方法，可以得到在不利環境下（比如食品加工過程）更有活力的益生菌。但是，目前的立法對于食品安全設置了很高的標準，而目前消費者對于食品中基因修飾微生物的存在和應用比較排斥，所以這種方法在未來可能不會很可行。
改善培養條件
02
培養條件能夠影響工業微生物菌種的活力，故對于改變發酵液的組成或是改善發酵條件的研究一直都在進行。據報道，在發酵液中添加Tween80或是Ca對冷凍過程中的菌的存活有促進作用。此外，菌體收集時間、生長溫度、發酵液的pH也被認為是發酵過程中的重要因素，需要適當的調整，它們也決定著冷凍及冷凍干燥過程中菌的活性。但是，在不控制pH的發酵過程中（最終pH為4.5）生長的嗜酸乳桿菌對低酸性、高乙醇濃度、凍融循環、過氧化氫、冷凍干燥有一定的抗性；而在控制pH（pH = 6.0）下生長的細菌則非常敏感。這些發現對細菌在接近中性pH條件下生長能夠得到最大生物量和活性細胞數的理論提出了質疑，因為在低pH下生長的細菌被證實在工業生產中有更好的存活性。
下游加工
03
保護性化合物的添加
益生菌的特性是由其基因決定的，故可以利用現有的在壓力脅迫下培養的細菌的基因庫，或是在抗性突變體中特異性表達的基因，來產生食品級的益生菌突變體?？衫檬称芳壍馁|粒，將外源DNA整合到目標菌的染色體上，并且利用調節系統來進行修飾。通過這種方法，可以得到在不利環境下（比如食品加工過程）更有活力的益生菌。但是，目前的立法對于食品安全設置了很高的標準，而目前消費者對于食品中基因修飾微生物的存在和應用比較排斥，所以這種方法在未來可能不會很可行。
益生菌的包埋
一種保持益生菌活性的可行方法是將細胞包埋到保護性的結構中，使它們在不利環境下的存活得到改善。與未被包埋的細胞相比，被包埋的細胞在體外胃腸環境下的存活有所改善，而且它們的保護性外殼能夠使它們在食品體系中更好的存活。不過，在很多情況下，無法清楚地證明細菌究竟是完全被包埋在保護性外殼中，還是僅僅黏附在保護性化合物上。
冷凍和干燥條件的優化
冷凍被用于制造冷凍菌粉作為最終產品或是制造用于后續冷凍干燥過程的中間產品。冷凍速率對于達到高存活率非常重要，但是冷凍速率對不同的微生物的作用差別很大。據推測，冷凍速率主要影響冰晶的大小和晶核形成晶體生長的位點，這些最終決定了冷凍細胞損傷的 類型及玻璃化是否發生。據報道，快速冷凍（-196℃冷凍）對于微生物存活率及儲存穩定性 有益。
干燥也是被廣泛應用的一種保護細菌細胞的方法，盡管這個過程本身以及隨后的儲存會造成菌體大量死亡。與冷凍細菌相比，干燥細菌不需要低溫保存。此外，脫水可以顯著降低產品的重量。但是據報道，干燥細胞酸化開始前的時間延遲比冷凍細胞長。干燥過程中活性的損失跟細胞壁和細胞膜的損傷有關，因此，干燥的細胞對N aCl更敏感。細胞膜的損傷可以通過β-半乳糖苷酶底物的滲透，細胞中DNA 酶擴散率的提高以及紫外吸收物質從細胞中的滲漏檢測到。干燥過程中使用的保護性化合物主要是糖類，糖類的保護作用跟脫水過程中糖形成高粘性的玻璃狀結構有關。細菌的干燥方法包括冷凍干燥、真空干燥、噴霧干燥和流化床干燥，目前大部分干燥細菌的制備是通過冷凍干燥完成的。冷凍干燥的操作條件溫和，損傷程度小。但是，冷凍干燥過程存在一些缺點，比如加工時間長，能源消耗大。許多研究者致力于尋找替換的干燥方法。噴霧干燥是其中比較有前景的一種生產干燥益生菌制品的方法，它可以提高加工速度，降低操作成本，并保持較高的存活性。酵素粉便是由酵素液噴霧干燥而成的。
儲存條件的研究
儲存條件（儲存溫度、濕度、包裝材料等等）能夠極大地影響益生菌制品的穩定性。一般冷凍和干燥的制品更適于低溫下儲存以保持菌體活性。儲存溫度降低時，益生菌制品的貨架期能夠顯著延長；低于-80℃的低溫能有效保持益生菌的高活性。當干燥益生菌制品長時間儲存時，相對低的濕度（11%~ 22% ）能夠增強細菌的穩定性。當細菌暴露于氧氣中時，細胞膜上的不飽和脂肪酸會發生氧化導致膜變質。據報道，氧化過程是由殘留濕度增大激活的，可以通過將干燥益生菌儲存在缺氧條件下有效的抑制氧化過程。包裝材料也是影響儲存過程中益生菌活性的重要因素。與玻璃瓶相比，PET瓶的透氧性相對較高。
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