（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)乳品生物技術(shù)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特010018）

提高噴霧干燥益生菌發(fā)酵劑存活率的研究進(jìn)展

尚一娜，宋嬌嬌，王亞利，王俊國(guó)

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)乳品生物技術(shù)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特010018）

噴霧干燥作為經(jīng)濟(jì)便捷的干燥方式被廣泛應(yīng)用于益生菌發(fā)酵劑的生產(chǎn)中。為了提高菌株的抗噴霧干燥性能，從分析噴霧干燥造成的損傷出發(fā)，探討了如何從菌株培養(yǎng)條件、保護(hù)劑、噴霧干燥工藝等方面提高益生菌的存活率，旨為今后的商業(yè)化生產(chǎn)提供理論上的參考。

噴霧干燥；存活率；損傷；發(fā)酵劑

0 引言

隨著發(fā)酵食品逐漸走入人們的視野，發(fā)酵劑作為制作發(fā)酵食品的關(guān)鍵所在也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。但冷凍干燥法作為制備發(fā)酵劑的干燥方法，其耗時(shí)長(zhǎng)、耗能多、成本較高，因而更加經(jīng)濟(jì)高效的噴霧干燥法成為目前大規(guī)模生產(chǎn)益生菌發(fā)酵劑最常用的方法[1]。但是經(jīng)噴霧干燥法處理的菌株存活率較低且貯藏性較差，因而限制了這一方法的使用[2]。

諸多研究表明，益生菌雖然具有提高人體機(jī)能和健康水平的保健功能，但因其自身抗性較差，容易受到環(huán)境因素的影響而失去活性甚至死亡[3]。因此分析噴霧干燥給益生菌帶來(lái)的傷害，研究如何提高菌株在噴霧干燥后的存活率和貯藏性是本文討論的重點(diǎn)，同時(shí)也為益生菌發(fā)酵劑大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

1 噴霧干燥對(duì)菌株的傷害

1.1 高溫對(duì)菌株的影響

在噴霧干燥的過(guò)程中，含有益生菌的料液被霧化，直接暴露于高溫的空氣中，高溫會(huì)使細(xì)菌中的DNA、RNA、細(xì)胞膜以及核糖體等都受到不同程度的損傷[4]。其主要的損傷部位為細(xì)胞膜。研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，細(xì)胞膜中磷脂分子的脂酰鏈因運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)而排列疏松，脂雙層由液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài)，此時(shí)細(xì)胞膜的流動(dòng)性和選擇透過(guò)性變差，造成鉀離子等內(nèi)容物外滲從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。這種由液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài)的溫度被稱為膜相變溫度Tm而且有研究表明相變溫度相對(duì)低時(shí)細(xì)胞膜流動(dòng)性較好。此外，經(jīng)過(guò)高溫處理的細(xì)胞蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變性，酶活性隨之下降甚至失活，這也是導(dǎo)致菌體存活率下降的重要原因[5]。

隨著溫度的升高干燥體系依次呈現(xiàn)出玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)這三種狀態(tài)。在較低溫度時(shí)物質(zhì)是以非晶態(tài)形式存在，高分子鏈不能實(shí)現(xiàn)構(gòu)象的轉(zhuǎn)變，因粘度極大呈剛性固體，類似于小分子玻璃，故稱為玻璃態(tài)。此狀態(tài)下分子擴(kuò)散速率很小，不利的化學(xué)反應(yīng)能夠被抑制，從而保護(hù)細(xì)胞免受不利條件的影響[6]。因此保持體系溫度在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度Tg以下就可以減少高溫對(duì)細(xì)胞造成的損傷。

1.2 脫水對(duì)菌株的影響

益生菌發(fā)酵劑的噴霧干燥的基本流程是菌液先通過(guò)霧化器形成非常微小的霧滴，然后與干燥介質(zhì)發(fā)生熱交換和水分的傳遞，微滴表面的水分迅速蒸發(fā)，在很短的時(shí)間內(nèi)被干燥成球狀顆粒沉降于塔底。而隨著自由水的蒸發(fā)完全，結(jié)合水開(kāi)始從細(xì)胞中移除。在此過(guò)程中，許多親水大分子物質(zhì)或者膜脂質(zhì)類物質(zhì)發(fā)生改變。細(xì)胞膜脂雙層的穩(wěn)定性主要是依靠范德瓦耳斯力和斥力維持平衡，而水分的移除使得烴鏈的范德瓦耳斯力增加進(jìn)而打破了這種平衡。所以當(dāng)水分減少到一定程度時(shí)就會(huì)發(fā)生相變。相變會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜功能失調(diào)從而增加了菌株的死亡率。迄今為止的研究表明，高溫和脫水兩方面的傷害是幾乎同時(shí)協(xié)同作用于細(xì)胞上，但孰先孰后還有待進(jìn)一步的研究。

1.3 物理傷害

噴霧干燥分為壓力噴霧干燥法和離心噴霧干燥法。壓力噴霧干燥主要采用高壓泵將濃溶液通過(guò)霧化器（噴槍）霧化成霧狀微粒噴入干燥室后與熱空氣接觸快速脫水干燥。離心噴霧是利用在水平方向做高速旋轉(zhuǎn)的圓盤給溶液以離心力，使其被甩出形成薄膜，細(xì)絲或液滴的同時(shí)與干燥介質(zhì)接觸干燥脫水，在地心引力的作用下落沉降于塔底。但無(wú)論選用哪一種干燥方法，如果噴嘴的壓力過(guò)大或者離心轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速過(guò)高就會(huì)產(chǎn)生剪切力使細(xì)胞膜破裂。因此，選擇合適的轉(zhuǎn)速和噴霧壓力等噴霧干燥條件也是提高益生菌噴霧干燥能力的基本條件。

2 影響菌體存活率的因素

2.1 菌株特異性

諸多研究顯示，在相同的噴霧干燥條件下，不同菌株的生存能力大相徑庭[7]。這種差異其根本是來(lái)源于不同菌株的特異性。Golowczyc在對(duì)三株乳酸菌的研究中發(fā)現(xiàn)，在相同的熱噴霧干燥條下，植物乳桿菌CIDCA 83114相較于Lactobacillus kefir CIDCA 8348和Saccharomyces lipolytica CIDCA 812具有較高的耐熱性[8]；Corcoran[9]等人也對(duì)比了Lactobacillus rhamnosus E800、L.salivarius UCC 500和L.rhamnosus GG三種乳酸桿菌的耐熱性。結(jié)果顯示，Lactobacillus rhamnosus E800的耐熱性為三者中最優(yōu)。但Lee J等人通過(guò)對(duì)差式掃描量熱法（DSC）溫度記錄圖的分析，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌核糖體的熱容低于大腸桿菌，所以大腸桿菌表現(xiàn)出了更好的耐熱性[4]。出現(xiàn)這些現(xiàn)象的可能原因是在噴霧干燥這個(gè)高溫低水分的環(huán)境下，由于細(xì)胞內(nèi)的大分子物質(zhì)如DNA、RNA及核糖體等受到影響，導(dǎo)致遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄、翻譯以及蛋白質(zhì)的合成都相應(yīng)發(fā)生了改變。

2.2 培養(yǎng)條件對(duì)菌體存活率的影響

2.2.1 培養(yǎng)基成分

對(duì)大多數(shù)益生菌來(lái)說(shuō)，在培養(yǎng)過(guò)程中增強(qiáng)菌株的耐熱性無(wú)疑是提高其噴霧干燥存活率的重點(diǎn)所在。在培養(yǎng)基中加入糖類，氨基酸類,季胺(如甘氨酸，甜菜堿，肉堿)可以在培養(yǎng)階段提高菌株在干燥后的存活率[10-11]。Carvalho等人研究了不同碳源的培養(yǎng)基對(duì)菌株耐熱性的影響。他們發(fā)現(xiàn)采用加入乳糖的培養(yǎng)基可以培育出耐熱性很好的菌株；無(wú)獨(dú)有偶，Potts和Silva的研究也證實(shí)添加了蔗糖的培養(yǎng)基可以提高活細(xì)胞的耐熱性,進(jìn)而提高噴霧干燥后的存活率[12,13]；早在1996年Kets的研究中，甜菜堿已經(jīng)被證實(shí)可以在熱干燥過(guò)程中起到對(duì)L.plantarum、L.halotolerans和E.fae?cium這三株菌株的保護(hù)作用，減少高溫和脫水對(duì)細(xì)胞的損害。這種保護(hù)機(jī)理可能是在高熱低水分的環(huán)境下，一些微生物會(huì)產(chǎn)生某些可溶性物質(zhì)（即上述氨基酸糖類等）。這些物質(zhì)會(huì)優(yōu)先排出彌補(bǔ)水分的流失，維持因細(xì)胞外濃度高胞內(nèi)濃度低而引起的滲透壓不平衡。但是乳酸菌不能合成這類物質(zhì)，而且在干燥這個(gè)相對(duì)短的過(guò)程中菌株也不能很好的積累該類可溶性物質(zhì)，因此需要依靠外界去補(bǔ)充。所以，在菌株培養(yǎng)的過(guò)程中添加這些物質(zhì)可以提高乳酸菌細(xì)胞膜的穩(wěn)定性[14]。但更多的研究表明培養(yǎng)基的選擇對(duì)干燥后菌株存活性的影響是因菌而異的[15,16]。

除此之外，還有研究表明不同糖類在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的不同代謝物可以使菌株在抗噴霧干燥能力方面具有顯著差異。例如，假性明串球菌mesenteroides菌經(jīng)蔗糖和果糖的發(fā)酵可以產(chǎn)生甘露醇。而甘露醇可以在低水分的情況下保護(hù)細(xì)胞免受氧化性損傷[17]。還有研究表明，許多乳酸菌在培養(yǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生蒴狀的表多糖(EPS)黏附在細(xì)胞壁上。由于其本身具有良好的凝膠性質(zhì)，相當(dāng)于形成了玻璃態(tài)的保護(hù)層，從而在干燥脫水的過(guò)程中對(duì)細(xì)胞進(jìn)行保護(hù)[18-19]。糖源的種類在很大程度上影響了表多糖的形成。當(dāng)培養(yǎng)基的碳源為果糖，乳糖和蔗糖時(shí)都可以產(chǎn)生表多糖[20-21]。

2.2.2 應(yīng)激反應(yīng)

一般來(lái)說(shuō)，菌株的耐熱性與益生菌噴霧干燥的存活率成正相關(guān)。大量研究表明，菌株的耐熱性主要是由細(xì)胞的熱應(yīng)激蛋白水平?jīng)Q定。熱應(yīng)激蛋白又稱熱休克蛋白，是一切生物細(xì)胞在受到熱、病原體、理化有害因素等刺激后發(fā)生熱休克反應(yīng)，產(chǎn)生的一類生物進(jìn)化上高度保守的蛋白質(zhì)。它具有提高細(xì)胞的耐熱性，維持細(xì)胞自穩(wěn)狀態(tài)的作用[22]。

除了熱應(yīng)激外，其他一些應(yīng)激原如饑餓、缺氧、鹽、酸、氧化、高滲等條件下，也可以誘導(dǎo)產(chǎn)生熱應(yīng)激蛋白[23]。處于不同生長(zhǎng)期的菌株對(duì)干燥抗性有很大的差異，研究表明，生長(zhǎng)對(duì)數(shù)末期和穩(wěn)定期的菌株具有活菌數(shù)多且耐受性強(qiáng)的特點(diǎn)[24]。進(jìn)一步的研究證實(shí)，處于穩(wěn)定期的菌株因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺乏和有毒代謝產(chǎn)物的堆積，觸發(fā)了應(yīng)激反應(yīng)，使其在噴霧干燥后具有更好的耐熱性。酸或鹽在一定程度上也可以提高了熱應(yīng)激蛋白的保護(hù)性[25]。將鼠李糖乳桿菌E800和短乳桿菌E1877處于穩(wěn)定期的細(xì)胞，用亞致死酸性pH處理，也產(chǎn)生了耐熱反應(yīng)[26]；Desmond等人發(fā)現(xiàn)將Lac?tobacillu,rparacasei NFBC 338在0.3 mol/L NaCl的恒溫溶液中處理30 min，可以增加菌株在噴霧干燥后的存活率[27]。

2.3 保護(hù)劑對(duì)菌體存活率的影響

添加保護(hù)劑被視為目前較為普遍的一種提高噴霧干燥后菌株存活率的方法。保護(hù)劑分為單一型和復(fù)合型。單一型的保護(hù)劑為各種糖類，包括果糖、葡萄糖、乳糖、甘露糖、蔗糖、山梨糖醇，海藻糖等。San?tivarangkna Higl和Foerst在2008提出了水置換和玻璃化理論闡明了糖類提高細(xì)胞膜穩(wěn)定性的機(jī)制[28]。根據(jù)水置換假說(shuō),通過(guò)在雙分子層表面的糖和磷酸羥基之間氫鍵的交互作用可以降低相變溫度Tm[29]，維持細(xì)胞膜較好的流動(dòng)性。例如，海藻糖可以在干燥過(guò)程中將酵母菌的Tm從60℃降低到40℃。當(dāng)磷脂干燥脫水時(shí),海藻糖在失水部位以氫鍵和磷脂的極性端相連，防止膜相變和復(fù)水時(shí)的滲漏，從而提高菌株的存活率。而玻璃化理論則認(rèn)為加入糖類等保護(hù)劑可以使玻璃體化轉(zhuǎn)變溫度Tg升高，從而在較高的溫度下保持體系仍處于玻璃態(tài)。同理，蔗糖和麥芽糊精的混合物可以保護(hù)L.bulgaricus菌株，將干燥后菌株存活率由0.01%提高到7.8%[30-31]。

成分復(fù)雜的復(fù)合型保護(hù)劑一般為脫脂乳、阿拉伯膠、谷氨酸鈉和淀粉等[32]。Salar-Behzadi S等人在對(duì)Bifidobacterium bifidum BB-12進(jìn)行噴霧干燥的研究中發(fā)現(xiàn)，添加阿拉伯膠，明膠或者果膠作為保護(hù)劑，可以一定程度上的提高菌體的存活率[5]。阿拉伯膠和果膠可以增強(qiáng)細(xì)胞膜中磷脂氫鍵的穩(wěn)定性，從而起到保護(hù)細(xì)胞膜的作用[33]；明膠則可以在干燥后形成熱可逆凝膠膜來(lái)保護(hù)細(xì)胞免受高溫脫水帶來(lái)的傷害[34]；Frit?zen-Freire等人的研究發(fā)現(xiàn)添加菊粉和果糖這類益生元可以在提高菌株Bifidobacterium bifidum BB-12噴霧干燥存活率的同時(shí)還能抵抗來(lái)自人體腸胃液低pH的侵襲。但是后期的研究表明，過(guò)高含量的益生元會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物顆粒變大干燥時(shí)間延長(zhǎng)，從而增加了益生菌所受的熱傷害，反而導(dǎo)致活菌數(shù)下降[35]。

2.4 噴霧干燥工藝對(duì)菌體存活率的影響

2.4.1 進(jìn)、出口溫度

在噴霧干燥過(guò)程中溫度的變化主要分為兩個(gè)階段，一是恒定干燥速率階段。該階段液滴被熱空氣霧化，發(fā)生了熱量傳遞，其溫度很快升到一恒定值（即干燥空氣的濕球溫度）。由于其溫度和熱失活都受限于濕球溫度，所以益生菌受進(jìn)口溫度影響較小，熱損傷不嚴(yán)重。而在降速干燥階段，此時(shí)的水分是外低內(nèi)高，而溫度梯度則是外高內(nèi)低。當(dāng)水分減少到一定程度時(shí)，在微粒表面就會(huì)形成玻璃體，水分蒸發(fā)的速率也因此逐漸下降。當(dāng)微粒的溫度與熱空氣溫度達(dá)到一致時(shí)，干燥過(guò)程則停止。因此出口溫度被認(rèn)為是此階段影響菌株存活率的主要因素[36]。Boza Y Barbin D在對(duì)Beijerinckia sp噴霧干燥存活率的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，出口溫度會(huì)隨著進(jìn)口溫度的升高而升高，所以盡可能維持較低的出口溫度是降低Beijerinckia sp的死亡率的關(guān)鍵[37]。

2.4.2 進(jìn)料流速、氣流速度等

進(jìn)料流速、氣流速度、物料濃度、干燥時(shí)間等工藝條件都對(duì)出口溫度有著或多或少的影響。通過(guò)調(diào)節(jié)這些工藝參數(shù)來(lái)降低出口溫度，從而達(dá)到減少菌株損傷，提高菌株噴霧干燥存活率的目的。但是出口溫度過(guò)低也會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品干燥不徹底，即水分含量過(guò)高、形態(tài)改變等后果[38]。所以適宜的出口溫度對(duì)菌株存活率的影響力毋庸贅述。

2.4.3 噴霧氣壓/離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速

噴霧干燥過(guò)程中選用較低的噴霧氣壓也可以提高益生菌的存活率。在Riveros[39]等人的研究中，當(dāng)噴霧氣壓從100 kPa降低到50 kPa時(shí)，益生菌Lactobacillus acidophilu的存活率由8.62 log CFU/g提高到9.48 log CFU/g。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能的原因是，當(dāng)噴霧氣壓降低時(shí)，菌體在噴出時(shí)所受到的剪切力減少，從而減小了對(duì)益生菌Lactobacillus bulgaricus的傷害。該說(shuō)法也在Lievense和Zhou等人的研究中得到證實(shí)[40-41]。但是一味的減小噴霧壓力，會(huì)造成產(chǎn)物顆粒較大，使其與熱空氣接觸時(shí)間變長(zhǎng)，從而對(duì)菌株活性造成更為嚴(yán)重的熱傷害。

與壓力噴霧不同，離心噴霧不用高壓，僅利用離心轉(zhuǎn)盤的離心力也可以使菌液霧化。為了達(dá)到均勻干燥且菌株存活率高的目的，選擇合適的轉(zhuǎn)速十分重要。如果離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速過(guò)低，得到的噴霧液滴明顯不均勻；如果過(guò)高則會(huì)因?yàn)殡x心力過(guò)大使得細(xì)胞膜破裂造成細(xì)胞死亡。所以，工業(yè)上圓盤的轉(zhuǎn)速一般控制在3 000～20 000 r/min。

2.4.4 兩段式干燥法

在噴霧干燥基礎(chǔ)設(shè)備的干燥出口上再加一個(gè)流化床可以降低干燥溫度，在減小熱損傷的同時(shí)保證產(chǎn)品較低的水分含量，這種干燥方式被稱為兩段式干燥法。雖然兩段式干燥體系比傳統(tǒng)干燥設(shè)備體積大，但總體來(lái)說(shuō)通過(guò)節(jié)省能源從而降低了開(kāi)銷，是目前應(yīng)用較普遍的干燥設(shè)備之一。此外，兩段式噴霧干燥設(shè)備制造的產(chǎn)品在復(fù)水過(guò)程中的分散性更好[42]。

2.5 復(fù)水條件對(duì)菌體存活率的影響

復(fù)水性被認(rèn)為是益生菌發(fā)酵劑在復(fù)蘇階段的關(guān)鍵一步。有科學(xué)家研究指出不同的復(fù)水介質(zhì)例如脫脂乳、MRS、去離子水或者磷酸鹽緩沖液對(duì)活菌數(shù)沒(méi)有顯著的影響，但是復(fù)水溫度對(duì)菌株有一定的影響力。Wang的研究中證實(shí)，在復(fù)水溫度從4℃增加到50℃的過(guò)程中，L.bulgaricus的活菌數(shù)也隨之增長(zhǎng)。同樣，Teixeira的研究也表明用發(fā)酵的豆奶復(fù)蘇S.ther?mophilus和B.longum時(shí)，菌株的活菌數(shù)隨復(fù)水溫度的升高而增加[43]。

2.6 貯藏和包裝對(duì)菌體存活率的影響

貯藏和包裝也是影響噴霧干燥后菌株存活率的重要因素之一。眾所周知，噴霧干燥后產(chǎn)物的穩(wěn)定性隨著貯藏的時(shí)間延長(zhǎng)而減弱，而較低的溫度可以將菌株的存活率維持在一個(gè)較高的水平[44]。例如，Morgan將抗氧化材料（抗壞血酸和谷氨酸鈉等）加入Lactoba?cillus delbrueckii ssp.Bulgaricus的發(fā)酵劑中低溫貯藏，發(fā)現(xiàn)其可以在一定程度上防止細(xì)胞膜脂肪酸的氧化和蛋白質(zhì)的變性[45]。此外，包裝對(duì)于儲(chǔ)存菌株的重要性也不可忽視。真空或者充氮的包裝更加適合儲(chǔ)存例如Bifidobacteria這種厭氧型的益生菌，而且真空儲(chǔ)存的效果要優(yōu)于氮?dú)夂涂諝狻?/p>

3 總結(jié)

在噴霧干燥過(guò)程中，由高溫和脫水引起的傷害幾乎同時(shí)作用于細(xì)胞上。其主要損傷的部位是細(xì)胞膜，而且對(duì)DNA，RNA和核糖體等也有一定程度的影響。同時(shí)噴霧干燥給細(xì)胞帶來(lái)的物理傷害也不容小覷。因此，從菌體自身特異性的角度出發(fā)，選擇合適的培養(yǎng)條件，添加糖類、脫脂乳和谷氨酸鈉等保護(hù)劑都可以提高菌體抗噴霧干燥的能力；另外，較低的出口溫度，適宜的噴霧壓力等噴霧干燥條件也可以一定程度上保證較高的菌株存活率；噴霧干燥后成品的貯藏、運(yùn)輸和復(fù)水過(guò)程同樣也影響著益生菌的存活率。適宜復(fù)蘇菌種的復(fù)水溫度是維持較高菌株存活率的重要條件。而加入抗壞血酸和真空包裝也是目前為止保藏和運(yùn)輸發(fā)酵劑的兩種有效手段?？傮w而言，雖然噴霧干燥會(huì)造成菌株一定程度上的死亡，但仍不失為目前制造發(fā)酵劑最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。在干燥益生菌發(fā)酵劑方面，人們更為期待一種在較低溫度下即可進(jìn)行熱量交換的技術(shù)，以達(dá)到對(duì)菌株傷害最小化的目的。所以在設(shè)計(jì)多種復(fù)合型的干燥設(shè)備和開(kāi)發(fā)新干燥技術(shù)這兩方面都期待后人的進(jìn)一步探索。

[1]PAEZ R,LAVARI L,VINDEROLA G et al.Effect of heat treatment and spray drying on lactobacilli viability and resistance to simulated gas?trointestinal digestion[J].Food Research International,2012,48: 748-754

[2]ROMANO A,BLAIOTTA G,DI CERBO A et al.Spray-dried chestnut extract containing Lactobacillus rhamnosus cells as novel ingre?dient for a probiotic chestnut mousse[J].Journal of applied microbiolo?gy,2014,116(6):1632-1641.

[3]KAILASAPATHY K.Biopolymers for Administration and Gastrointes?tinal Delivery of Functional Food Ingredients and Probiotic Bacteria [J].Functional Polymers in Food Science:From Technology to Biolo?gy,2015,2:231-259.

[4]LEE J,KALETUNC G.Evaluation of the heat inactivation of Esche?richia coli and Lactobacillus plantarum by differential scanning calorime?try[J].Appliedandenvironmentalmicrobiology.2002,68(11): 5379-5386.

[5]SALAR BEHZADI S,WU S,TOEGEL S et al.Impact of heat treat?ment and spray drying on cellular properties and culturability of Bifido?bacterium bifidum BB-12[J].Food research international,2013,54(1): 93-101.

[6]王華光.溶液中高分子的聚集及其相行為的力學(xué)譜研究[D].2013中國(guó)科學(xué)院大學(xué)

[7]TRIPATHI M K,GIRI S K.Probiotic functional foods:Survival of probiotics during processing and storage[J].Journal of functional foods, 2014,9:225-241.

[8]GOLOWCZYC M A,SILVA J,ABRAHAM A G,De Antoni et al. Preservation of probiotic strains isolated from kefir by spray drying. Applied Microbiology,2010,50:7-12

[9]CORCORAN B M,ROSS R P,FITZGERALD G.Comparative survival of probiotic lactobacilli spray-dried in the presence of prebiot?icsubstances[J].JournalofAppliedMicrobiology,2004,96: 1024-1039.

[10]KETS E P W,TEUNISSEN P J M.Effect of compatible solutes on survival of lactic acid bacteria subjected to drying[J].Applied and En?vironmental Microbiology,1996,62:259-261.

[11]FU N,CHEN X D.Towards a maximal cell survival in convective thermal drying processes[J].Food Research International,2011,44 (5):1127-1149.

[12]POTTS M.Desiccation tolerance:a simple process[J].Trends Micro?biol,2001,9:553-559.

[13]SILVA J,CARVALHO A S,PEREIRA H et al.Induction of stress tolerance in Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus by the addition of sucrose to the growth medium[J].The Journal of Dairy Research, 2004,71:121-125

[14]MORGAN C A,HERMAN N,WHITE P G.Preservation of mi?croorganisms by drying;a review[J].Journal of Microbiological Meth?ods,2006,66:183-193.

[15]CARVALHO A S,SILVA J,HO P et al.Effect of various growth media upon survival during storage of freeze-dried Enterococcus faecalis and Enterococcus durans[J].Journal of Applied Microbiology,2003,94: 947-952.

[16]LE M C,BON E,LONVAUD FUNEL A.Tolerance to high osmo?lality of the lactic acid bacterium Oenococcus oeni and identification of potential osmoprotectants[J].International journal of food microbi?ology,2007,115:335-34.

[17]ILLEGHEMS K,DE VUYST L,WECKX S.Comparative genome analysis of the candidate functional starter culture strains Lactobacillus fermentum 222 and Lactobacillus plantarum 80 for controlled cocoa bean fermentation processes[J].BMC genomics,2015,16(1):766.

[18]RAJEEV L,DA ROCHA U N,KLITGORD N et al.Dynamic cya?nobacterial response to hydration and dehydration in a desert biologi?cal soil crust[J].The ISME journal,2013,7(11):2178-2191.

[19]SCHWAB C,VOGEL R,GANZLE M G.Influence of oligosaccha?rides on the viability and membrane properties of Lactobacillus re?uteri TMW1.106 during freeze-drying[J].Cryobiology,2007,55: 108-114.

[20]MOZZI F,ROLLAN G,DE GIORI et al.Effect of galactose and glucose on the exopolysaccharide production and the activities of bio?synthetic enzymes in Lactobacillus casei CRL 87[J].Applied microbiol?ogy.2001,91:160-167

[21]DI CAGNO R,DE ANGELIS M,LIMITONE A et al.Glucan and fructan production by sourdough Weissella cibaria and Lactobacillus plantarum[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2006,54 (26):9873-9881.

[22]王啟軍,張宏福,王永軍.熱應(yīng)激蛋白在動(dòng)物應(yīng)激反應(yīng)中的作用機(jī)制[J].飼料工業(yè),2006,27(11):14-17.

[23]廖慶.植物乳桿菌熱應(yīng)激研究[D].上海交通大學(xué),2009.

[24]PAPADIMITRIOU K,AEGRíA á,BRON P A et al.Stress Physi?ology of Lactic Acid Bacteria[J].Microbiology and Molecular Biolo?gy Reviews,2016,80(3):837-890.

[25]VAIL K M,MCMULLEN L M,JONES T H.Growth and filamen?tation of cold-adapted,log-phase Listeria monocytogenes exposed to salt,acid,or alkali stress at 3℃[J].Journal of Food Protection?, 2012,75(12):2142-2150.

[26]SAARELA M.Stationary-phase acid and heat treatment for improve?ment of the viability of probiotic lactobacilli and bifidobateria[J].Applied microbiology.2004.96:1205-1214.

[27]DESMOND C,ROSS R P,O CALLAGHAN E et al.Improved survival of Lactobacillus paracasei NFBC 338 in spray-dried powders containing gum acacia[J].Journal of Applied Microbiology,2002,93: 1003-1011.

[28]SANTIVARANGKNA C,HIGL B,FOERST P.Protection mecha?nisms of sugars during different stages of preparation process of driedlactic acid starter cultures[J].Food Microbiology,2008,25:429-441

[29]OLDENHOF H,WOLKERS W F,FONSECA F et al.Effect of su?crose and maltodextrin on the physical properties and survival of air-dried Lactobacillus bulgaricus:an in situ Fourier transform infrared spectroscopy study[J].Biotechnology Progress,2005,21:885-892.

[30]FONSECA F,BEAL C,CORRIEU G.Method of quantifying the loss of acidification activity of lactic acid starters during freezing and frozen storage[J].The Journal of Dairy Research,2000,67:83-90

[31]LESLIE S B,ISRAELI E,LIGHTHART B et al.Trehalose and su?crose protect both membranes and proteins in intact bacteria during drying[J].AppliedandEnvironmentalMicrobiology,1995,61: 3592-3597.

[32]BROECKX G,VANDENHEUVEL D,CLAES I J J et al.Drying techniques of probiotic bacteria as an important step towards the de?velopment of novel pharmabiotics[J].International journal of pharma?ceutics,2016,505(1):303-318.

[33]SCHUTYSER M A L,PERDANA J,BOOM R M.Single droplet drying for optimal spray drying of enzymes and probiotics[J].Trends in Food Science&Technology,2012,27:73-A2.

[34]BURGAIN J,GAIANI C,LINDEN M et al.Encapsulation of probi?otic living cells:From laboratory scale to industrial applications[J]. Journal of Food Engineering,2011,104:467-483

[35]SANTIVARANGKNA C,KULOZIK U,FOERST P.Alternative drying processes for the industrial preservation of lactic acid starter cultures[J].Biotechnology progress,2007,23:302-315.

[36]PINTO S S,FRITZEN FREIRE C B,BENEDETTI S et al.Poten?tial use of whey concentrate and prebiotics as carrier agents to protect Bifidobacterium-BB-12 microencapsulated by spray drying[J].Food Research International,2015,67:400-408.

[37]BOZA Y BARBIN D,SCAMPARINI A.Effect of spray-drying on the quality of encapsulated cells of Beijerinckia sp[J].Process Biochem?istry.2004,39(10):1275-1284.

[38]AHI M,HATAMIPOUR M S,GOODARZI A.Optimization of leaving activity of baker's yeast during the spray-drying process[J]. Drying Technology 2010,28(4):490-494.

[39]RIVEROS B,FERRER J,BORQUEZ R.Spray drying of a vaginal probiotic strain of Lactobacillus acidophilus[J].Drying Technolo?gy.2009,27(1):123-132.

[40]KIM D H,LEE S B,PARK H D.Effect of air-blast drying and the presence of protectants on the viability of yeast entrapped in calcium alginate beads with an aim to improve the survival rate[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2016:1-10.

[41]ZHOU X,DONG J,GAO J.Activity-loss characteristics of spores of Bacillus thuringiensis during spray drying[J].Food and Bioproducts Processing,2008,86:37-42.

[42]DONZ E,BOIRON P,COURTHAUDON J L.Characterization of industrial dried whey emulsions at different stages of spray-drying [J].Journal of Food Engineering,2014,126:190-197.

[43]TEIXEIRA P,CASTRO H,KIRDY R.Spray drying as a method for preparing concentrated cultures of Lactobacillus bulgaricus[J].Jour?nal of Applied Bacteriology,1995,78:456-462

[44]CHKIR I,BALTI M A,AYED L et al.Effects of air drying proper?ties on drying kinetics and stability of cactus/brewer's grains mixture fermented with lactic acid bacteria[J].Food and Bioproducts Process?ing,2015,94:10-19.

[45]ANANTA E,VOLKERT M,KNORR D.Cellular injuries and stor?age stability of spray-dried Lactobacillus rhamnosus GG[J].International Dairy Journal,2005,15:399-409.

Progress researches in improving the survival of probiotics starter cultures by spray drying technology

SHANG Yina，SONG Jiaojiao,WANG Yali,WANG Junguo
(Key Laboratory of Dairy Biotechnology and Engineering Ministry of Education Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018,China)

Spray drying process is a kind of high efficient method to produce probiotics starter cultures.In order to enhance the efficiency of probiotics using spray drying,this research firstly analyzes the damage of strains by spray drying and then discusses how to improve the surviv?al of probiotics,including culture conditions,protective agent,spray drying process and so on.Therefore it may provide some references for future commercial production.

spray drying;survival rates;damage;starter cultures

Q935

：B

：1001-2230（2017）07-0037-05

2016-09-21

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.31160315)；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015MS0306)；中科院西部之光人才培養(yǎng)項(xiàng)目；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.31660456)；農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目(CARS-37)。

尚一娜(1992-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称肺⑸铩?/p>

王俊國(guó)