液滴对流干燥过程中载体组分对鼠李糖乳杆菌LGG的保护作用与机制研究

摘要

活性益生菌粉在食品和药物领域拥有巨大的商业价值。使用喷雾干燥方法制造活菌产品，具有生产成本低、制粉快速等优点。但干燥过程中雾化液滴里所载有的活益生菌会遭受多重环境因素胁迫，不利于活性的保存。选用合适的保护载体可有效提升干燥菌体的存活率。然而，受喷雾塔的设计所限，对塔内颗粒的实时状态难以进行监控与测量，因此难以深入研究不同载体的保护作用与保护机理。本课题中采用单液滴干燥与测量设备，研究在模拟喷雾干燥条件下单一液滴的干燥动力学变化，实验测量模型菌鼠李糖乳杆菌LGG在不同载体中的活性变化历程与菌体损伤历程，研究活性变化历程受不同干燥动力学参数的影响，从而探索载体保护机理，以期有效的设计载体配方，最大限度地提高干菌的存活率。
　　首先，以具有优异保护效果的复溶脱脂奶（RSM）作为研究对象，对比了LGG菌株在复溶脱脂奶、乳糖、生长培养基MRS、复溶全脂奶（RWM）中的不同灭活历程，以揭示RSM在液滴干燥过程中对LGG细胞的保护机理。在90oC的干燥条件下采用四种材料作为干燥载体，干燥初期菌活都能保持在109cfu/mL的初始水平，在干燥后期才出现快速的活性降低。使用RSM作载体，可以将活性降低的转折时间从其他三种载体的105 s延伸到135 s。进一步对比干燥动力学的变化历程发现，在高温(＞70oC)和低水含量（＜1.6kg/kg）的条件下RSM较其他三种载体可以更好地保护LGG细胞的活性。通过分析RSM的主要组分，其保护作用可归结于RSM中的牛奶蛋白（主要指分离乳清蛋白WPI）以及钙离子，而乳糖不具备保护作用。干燥后期，液滴温度快速升高，钙离子可提高细胞的耐热性，而牛奶蛋白可缓和升温速率，有利于细胞活性的保存。而使用RWM作载体菌体失活的转折点出现得最早，可能是由于RWM中含量较高的脂肪对活性产生不利的影响。
　　基于以上研究结果，接下来对于Ca2+和WPI的保护作用进行了深入的研究。结果证实了WPI的保护作用，与文献中结果相符；而在Ca2+的保护作用方面，实验结果显示，添加1 mM Ca2+于乳糖中可以保护细胞活性，降低菌体损伤。也许是由于Ca2+稳定了细胞膜亚细胞结构，从而提升菌体对热胁迫的耐受力。当在载体中进一步添加钙离子的螯合剂时，Ca2+对于菌体的保护作用消失。而将Ca2+添加到海藻糖溶液中，并没有显著提升菌体活性、降低菌体损伤。由于海藻糖本身可以有效地保持细胞的活性、亚细胞结构和干燥后LGG细胞的再生长能力，其保护作用也许与Ca2+的保护作用有所重合。研究结果对于工业喷雾干燥生产活益生菌过程中优化细胞存活率、设计有效的保护剂配方具有重要的意义。
　　本论文使用SDD技术，实验建立了LGG菌体在不同载体中的灭活历程和菌体损伤历程。对比分析不同干燥动力学参数对于灭活历程的影响，探明了RSM的保护机理。进一步深入探究了Ca2+对于LGG菌体的保护作用。

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第一章 绪论

1.1 乳酸菌的研究背景

1.2 活性益生菌干粉的优势

1.3 喷雾干燥乳酸菌保护剂的介绍

1.4 单液滴干燥颗粒分析仪的介绍

1.5 本研究课题的内容和目标

第二章 复原脱脂奶对LGG菌活保护作用的机理

2.1 引言

2.2 实验材料与方法

2.3 结果

2.4 讨论

2.5本章小结

第三章 钙离子与分离乳清蛋白WPI对LGG菌活的保护作用

3.1 引言

3.2 实验材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4本章小节

第四章 钙离子对LGG亚细胞结构的保护作用

4.1 引言

4.2 实验材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

缩写词

术语

参考文献

硕士期间的主要成果

致谢