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基于单液滴干燥技术研究不同乳源组分对保加利亚乳杆菌在喷雾干燥过程中的热保护机制

龚思思  
【摘要】:基于设备简单、成本低、便于运输和储存等特点,工业上更倾向于选择喷雾干燥技术大规模生产益生菌剂。然而在喷雾干燥过程中,益生菌与高温空气充分接触从而导致菌体死亡,制备的干燥菌粉活菌数较低。因此,在喷雾干燥过程中如何保证益生菌存活率是本课题研究的主要方向。目前,相关研究技术主要集中在优化工艺参数,高密度培养菌种,确定保护剂最优配比等。但对于菌液干燥过程、活菌失活机制、保护剂对益生菌的保护机理等,则均由于料液在喷雾干燥内的干燥过程不可见从而无法对其进行仔细研究。因此在本文中利用单液滴干燥仪器模拟出已加保护剂的菌液在喷雾干燥塔中的干燥过程,并对其进行了较为详细的研究,并且模拟出喷雾干燥制备益生菌粉的最佳工艺参数,大大减少了工作量。本文选择保加利亚乳杆菌为研究菌株,并以脱脂奶粉、乳糖、乳清蛋白为保护剂,进行了模拟和实际喷雾干燥实验,并且对加了保护剂的益生菌进行了模拟胃肠液体外消化实验,分析了加入不同保护剂后保加利亚乳杆菌的耐酸、耐胆盐的能力,为工业生产及应用提供了一定的理论依据。主要结果如下:1、通过观测三种保护剂干燥过程中的形貌变化和复水变化,可以得到以下结论:(1)乳糖液滴在干燥过程不成壳,对水分蒸发几乎无阻挡,温度上升较慢,但在干燥结束之前有结晶行为;(2)脱脂牛奶和乳清蛋白明显成壳,故而干燥过程中水分蒸发会受到阻碍从而将导致在某个阶段温度上升较快;(3)保护剂浓度越高成壳时间更早,且干燥结束后颗粒内部水分含量更高,说明浓度越高,形成外壳越厚;然而乳清蛋白的表壳较脱脂牛奶更为清亮、柔软,这是由于脱脂牛奶中成分复杂所导致;通过复水实验研究各保护剂表面物质,脱脂牛奶在干燥中蛋白质先移向表面,而乳糖迁移速率比蛋白质更慢,这可能是由于蛋白质的水合作用导致蛋白质分子与水分子之间作用更强。因此在喷雾干燥过程中若能减弱蛋白质之间的作用或者改变与水分子结合作用,推迟成壳时间,对菌存活量将会有利影响。2、利用单液滴干燥仪器对含有一定数量的保加利亚乳杆菌的各保护剂菌液进行干燥动力学参数—温度、重量、菌活的研究,结果如下:(1),温度曲线说明液滴温度确实与液滴成壳相关性很大,而液滴成壳与蛋白质分子间的作用有关,故在喷雾干燥过程中则可通过适当干扰蛋白质之间的作用,推迟成壳时间,从而降低干燥温度,以对菌存活有利。(2)通过单液滴干燥仪器研究各保护剂对保加利亚乳杆菌的保护作用,发现在不同温度10%脱脂牛奶、20%乳清蛋白对菌种的保护效果最好。(3)根据乳糖做保护剂菌液的参数曲线,说明除了温度,水分蒸发速率过快也会导致菌种大量死亡。(4)观察各保护剂含水量和菌活发现在热风90℃时乳清蛋白的含水量较低且活菌数仍然较高,可参照为喷雾干燥的最佳参数。3、分别以10%脱脂牛奶、20%乳清蛋白为保护剂,利用喷雾干燥塔制备出干燥菌粉,并测定了干燥菌粉中的活菌数,结果表明:(1),已加保护剂的活菌数比未加保护剂的活菌数高一个半数量级,说明10%脱脂牛奶和20%乳清蛋白对保加利亚乳杆菌存活确有保护作用;(2)进风温度越高、进样流速越慢,所制得菌粉中活菌数越低;(3)当进风温度为140℃、进样流速为15ml/min时所制得保加利亚乳杆菌菌粉活菌数只降低了一个数量级,存活率为23.12%。4、进行了体外模拟胃肠液实验,结果表明:(1)保加利亚乳杆菌在ph为4的人工胃液中生长代谢几乎不受到影响,在pH为3的人工胃液中消化则开始对活菌产生影响,在pH为2的人工胃液中对活菌的生长代谢产生较大影响,其在消化3h内活菌数直接下降了3个数量级;(2)在模拟胃液中脱脂牛奶和乳糖对菌的保护作用比乳清蛋白强,可能胃蛋白酶酶解了乳清蛋白;(3)各保护剂对保加利亚乳杆菌在人工肠液作用并无明显差异;(4)保加利亚乳杆菌在中低浓度胆盐的溶液中存活几乎不受影响,从胆盐质量分数为0.5%开始则开始对保加利亚乳杆菌的生长代谢活动产生较大影响,说明保加利亚乳杆菌不耐受高浓度胆盐。


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