嗜热链球菌胞外多糖的多样性与发酵乳黏度相互关系研究

摘要

酸奶不仅保留了纯牛奶的所有营养价值,还具有润肠通便、降血压、提高免疫力、预防癌症、补虚开胃、缓解儿童营养不良等诸多功能。但酸奶在生产过程中常伴随着黏度低,乳清析出严重等问题。虽然黏度与酸奶的营养价值没有直接的关系,但这直接影响了酸奶的口感,从而降低了消费者的购买欲。为了解决这一问题,常常向酸奶中添加合成增稠剂来改善质地,但这不仅遮盖了酸奶的真实味道,还降低了酸奶的营养价值。所以对于酸奶黏度的研究已经成为必然。嗜热链球菌发酵乳产生的胞外多糖对于发酵乳的黏度存在至关重要的作用,但两者的关系研究还不是十分明确。
　　本论文对嗜热链球菌发酵乳产生的胞外多糖与黏度的关系做了研究,欲通过控制功能性胞外多糖的产生来提高发酵乳的黏度,这对于提高酸奶的组织状态以及研制高效直投式酸奶发酵剂等都具有重要的意义。
　　研究了19株不同嗜热链球菌发酵乳产生的胞外多糖含量与对应发酵乳的黏度,使用SPSS软件对其进行了相关性分析,其相关性为0.841(P<0.001),说明两者显著相关,即胞外多糖产量高的菌株有利于发酵乳黏度的提高。
　　粗分离了三种嗜热链球菌发酵乳中的胞外多糖:zlwTM11-EPS、zlwB9-3-EPS与zlwSP1.1-EPS。将三种粗多糖分别以0.1mg/g、0.15mg/g、0.2mg/g、0.25mg/g及0.3mg/g5个不同的浓度添加到嗜热链球菌(S.thermophilus)zlwSP1.1发酵乳中,发现zlwTM11-EPS对发酵乳黏度的贡献作用最大。
　　zlwTM11-EPS粗多糖经DEAE-52纤维素层析柱与Superdex200层析柱纯化后,得到了四个主要的纯化组分:zlwTM11-1、zlwTM11-2、zlwTM11-3及zlwTM11-4。得率分别为4％、10%、5%及9%,纯度分别为89.35%、92.49%、81.03%及93.37%。高效凝胶渗透色谱检测其纯度,都得到了相对对称的单一峰,说明这四个组分的纯度都很高。将四种纯化组分zlwTM11-1、zlwTM11-2、zlwTM11-3及zlwTM11-4分别以10μg/ml、15μg/ml、20μg/ml、25μg/ml及30μg/ml5个不同的浓度加入到嗜热链球菌(S.thermophilus)zlwSP1.1发酵乳中,发现四种纯化组分都可以提高发酵乳的黏度,但zlwTM11-2的作用显著高于其他组分,说明zlwTM11-2对于提高发酵乳的黏度起到了主要作用。通过傅里叶红外光谱分析,推测zlwTM11-2为β-D-吡喃糖。通过气质联用色谱(GC-MS)分析了zlwTM11-2的单糖组成,zlwTM11-2由鼠李糖、甘露糖、葡萄糖及半乳糖以9.7:4.87:39.14:46.29的比例组成。
　　通过单因素实验,确定了每个影响嗜热链球菌(S.thermophilus)zlwTM11发酵乳产功能性组分zlwTM11-2条件(传代次数、脱脂乳含量、接种量、发酵温度、发酵时间、后熟温度及后熟时间)的范围。通过Plackett–Burman实验筛选出三个主要因素:发酵温度、发酵时间及接种量。接着通过中心复合设计实验CentralCompositeDesign(CCD)确定了高产zlwTM11-2的最佳培养条件:接种量4.49%,发酵时间6.74h,发酵温度43°C。验证了实际zlwTM11-2的产量为42.947mg/L,比优化前提高了11.87%。

目录

嗜热链球菌胞外多糖的多样性与发酵乳黏度 相互关系研究

THE RELATIONSHIP BETWEEN THE STREPTOCOCCUS THERMOPHILUS EXOPOLYSACCHARIDE DIVERSITY AND FERMENTED MILK VISCOSITY

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 乳酸菌胞外多糖（EPS）的结构及其生物合成

1.2.1 乳酸菌EPS的分类及结构

1.2.2 乳酸菌EPS的生物合成

1.3 乳酸菌EPS 的生理功能

1.3.1 乳酸菌EPS对肿瘤的抑制作用

1.3.2 乳酸菌EPS对细胞的保护作用

1.4 乳酸菌EPS 的生物学特性

1.5 乳酸菌EPS 的分离纯化

1.6 乳酸菌EPS 的检测

1.7 胞外多糖的商业应用

1.8 乳酸菌EPS 在食品中的作用

1.8.1 EPS对发酵乳制品的影响

1.8.2 胞外多糖作为稳定剂

1.8.3 胞外多糖作为健康成分

1.9 乳酸菌 EPS 的研究方向

1.9.1 高产EPS乳酸菌株的选育

1.9.2 获得特定流变学和生物学特性的乳酸菌EPS

1.9.3 构效关系

1.10 本课题研究内容

第 2 章 材料与方法

2.1 材料与仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验菌株

2.2 实验方法

2.2.1 菌种活化与传代

2.2.2 发酵乳的制作流程

2.2.3 pH测定

2.2.4 发酵乳黏度测定

2.2.5 胞外多糖的制备流程

2.2.6 胞外多糖含量的测定

2.2.7 3,5-二硝基水杨酸法测还原糖含量

2.3 不同嗜热链球菌发酵乳黏度与胞外多糖关系的研究

2.3.1 不同嗜热链球菌发酵乳的胞外多糖含量与黏度研究

2.3.2 提取嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwTM11、zlwB9-3、zlwSP1.1

2.3.3 粗多糖纯度鉴定

2.3.4 三种粗多糖的浓度设计

2.3.5 EPS对嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwSP1.1 生长曲线的影响

2.3.6 胞外多糖对嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwSP1.1 产EPS的影响

2.3.7 发酵乳黏度测定

2.4 zlwTM11-EPS影响黏度的多糖组分及结构组成

2.4.1嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwTM11zlw粗多糖的制备

2.4.2 zlwTM11-EPS的纯化

2.4.3 纯化多糖组分与发酵乳黏度的关系

2.4.4 zlwTM11-EPS多糖组分与结构组成

2.5 嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwTM11 产zlwTM11-2 条件优化

2.5.1 单因素实验设计

2.5.2 Plackett-Burman 实验设计

2.5.3 中心复合设计实验Central Composite Design（CCD）方法

第 3 章 不同嗜热链球菌株发酵乳黏度与胞外多糖的 关系研究

3.1 标准曲线

3.2 不同嗜热链球菌发酵乳的胞外多糖含量与黏度

3.3 粗多糖提取物中糖的含量

3.4 EPS 对嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwSP1.1 生长曲线影响

3.4.1 zlwTM11-EPS对嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwSP1.1生长影响

3.4.2 B9-3-EPS对嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwSP1.1 生长影响

3.4.3 zlwSP1.1-EPS对嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwSP1.1生长影响

3.5 EPS 对嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwSP1.1 合成EPS 影响

3.6 EPS 对嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwSP1.1 发酵乳黏度影响

3.7 讨论

3.8 本章小结

第 4 章 zlwTM11-EPS 影响黏度多糖组分及结构表征

4.1 zlwTM11-EPS的制备及纯化

4.1.1 DEAE-52 离子交换层析柱分离纯化结果

4.1.2 Superdex 200层析柱分离纯化结果

4.2 纯化多糖组分与发酵乳黏度的关系

4.3 zlwTM11-EPS多糖组分及结构组成

4.3.1 紫外全波长扫描结果

4.3.2 高效凝胶渗透色谱（GPC）测定纯度及分子量

4.3.3 红外光谱扫描结果

4.3.4 zlwTM11-2 的单糖组成GC-MS测定结果

4.4 讨论

4.5 本章小结

第 5 章 嗜热链球菌(S. thermophilus) zlwTM11 产 zlwTM11-2 的条件优化

5.1 单因素实验结果分析

5.2 Plackett-Burman（PB）实验结果与分析

5.3 中心复合实验设计（CCD）结果与响应面分析

5.4 验证试验

5.5 讨论

5.6 本章小结

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

参考文献