(內蒙古農業(yè)大學乳品生物技術與工程教育部重點實驗室農業(yè)農村部奶制品加工重點實驗室呼和浩特 010018)

0 引 言

益生菌作為一類活性微生物，會對機體健康產生有益的作用，因為乳是益生菌良好的保護性載體，同時在乳發(fā)酵過程中益生菌也會產生大量對人體有益的營養(yǎng)成分，因此近些年來以益生菌為代表的發(fā)酵乳制品受到越來越多人的關注。在制作發(fā)酵乳制品過程中，益生菌發(fā)酵劑的活性對最終產品的質量及其益生功能產生重要影響。目前根據(jù)發(fā)酵劑的制備方式可分為：液態(tài)發(fā)酵劑、冷凍發(fā)酵劑和干燥發(fā)酵劑三類[1]，其中因干燥發(fā)酵劑具有易于貯藏和使用方便等特點被廣泛應用。干燥發(fā)酵劑的制備主要依賴于干燥技術（Drying technology），盡可能將菌粉的含水量降到最低，使菌株處于休眠狀態(tài)以延長貯藏期[2]?，F(xiàn)如今應用廣泛的干燥技術主要為：真空冷凍干燥、噴霧干燥、鼓風干燥、流化床干燥等，但在食品工業(yè)中主要以真空冷凍干燥和噴霧干燥為主。

真空冷凍干燥技術是將細菌細胞懸浮液冷凍至低溫狀態(tài)，在真空條件下由冰升華為水蒸氣，除去菌液中的水分，進而使菌體成為凍干粉狀態(tài)[3]。由于物料溫度被控制在冰點以下，因此微生物遭受的熱脅迫、氧化脅迫等均為最小，處理后的菌株活菌數(shù)相對較高且能較好的保留菌株中的活性物質，但這種技術成本相對較高且因冷凍造成的冰晶及干燥過程的脫水，會使得益生菌受到傷害，進而影響菌株存活率[4]。噴霧干燥技術是指菌體濃縮液經噴霧干燥分散于熱空氣中，料液水分快速蒸發(fā)形成固體粉末的過程，此法用時較短、制粉迅速、可使料液由液態(tài)經霧化和干燥直接變成為固體粉末，具有生產能力高，生產成本低等優(yōu)點[5]，但在快速脫水時以及高氣流溫度會對菌株造成熱脅迫、脫水脅迫及氧化脅迫等不可避免的損傷[6]。大量研究證明冷凍干燥及噴霧干燥會對益生菌的生理機制造成一定程度上的損傷，并提出了相應的解決辦法，但缺乏對兩種不同干燥方式下影響益生菌活性的主要因素進行系統(tǒng)地對比分析。因此本文將從菌株自身特性、菌株培養(yǎng)基成分、制備工藝及保護措施等方面分析不同干燥方式下影響菌株活性的主要因素，為選擇合理的益生菌發(fā)酵劑制備方法及減少制備過程中對益生菌的傷害提供一些理論參考。

1 菌株自身特性

制備益生菌發(fā)酵劑不僅要求菌株具有良好的發(fā)酵性能及較弱的后酸化能力，同時也應具有抵抗不良環(huán)境的能力。從菌株自身特性出發(fā)，在干燥過程中其菌株存活率與菌體遺傳物質、細胞膜結構、細胞形態(tài)及菌體酶活等息息相關。

盡管有些特定的菌株由于內在基因的關系對冷凍干燥特別敏感，但絕大多數(shù)益生菌還是具有抗冷凍性的[7]，而原核生物的遺傳物質均是以蛋白質包裹DNA的復合形式存在，冷凍干燥過程中由于冰結晶及脫水引起電荷的變化和空間結構的改變都會導致蛋白質的變性，進而引起DNA雙螺旋結構的穩(wěn)定性下降，遺傳物質受到破壞，因此DNA修復酶會對菌株的抗冷凍干燥性起到很大影響。田中吉紀等對大腸桿菌（E.Coli）Bs-1（放射敏感性菌株，缺乏修復酶）與E.Coli B/r（放射性抵抗株，具有修復酶）菌株培養(yǎng)之后進行冷凍干燥，發(fā)現(xiàn)兩者的存活率分別為0.23%和53%，這就說明具有DNA修復酶的菌株能夠修復冷凍干燥帶來的DNA損傷，恢復菌株繁殖能力，因而其抗凍性較強[8]。此外，菌體的抗冷凍干燥性能也會受到膜中不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸含量的影響，其中不飽和脂肪酸熔點低，有利于保持菌株細胞膜的流動性，使菌株保持活性，因此選擇細胞膜不飽和脂肪酸相對含量高的菌株有利于提高冷凍干燥存活率，趙文英等研究ATB培養(yǎng)基培養(yǎng)所得酒球菌，與FMATB和MATB培養(yǎng)基相比，菌株細胞膜不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸比值，即U:S提高分別提高了20.4%和45.2%，增強了細胞膜的流動性，從而提高了對冷凍干燥的抗性[9]。近些年來研究發(fā)現(xiàn)菌株細胞形態(tài)對其抗冷凍干燥性能具有重要作用，一般來說球菌的抗性優(yōu)于桿菌，Tripathi等發(fā)現(xiàn)形狀呈小球型的球菌比長桿狀的桿菌對冷凍干燥具有更強的抵抗力，短棒狀桿菌比長纖細狀桿菌對冷凍干燥的抵抗力強[10]，這是因為菌株相對較小的比表面積在冷凍過程中可以有效地降低冰晶對菌株細胞膜造成的機械損傷，但Selmer等人卻發(fā)現(xiàn)在相同的凍干條件下，明串珠菌（Leuconostoc）的活力要遠遠低于桿菌，這表明菌株對冷凍干燥的抗性不僅僅與比表面積有關，還有可能取決于本身細胞膜脂肪酸成分，因為對桿菌細胞膜脂肪酸的測定表明不飽和脂肪酸含量遠遠高于明串珠菌，因而其抗凍性較強[11]。綜上所述：在冷凍干燥過程中，菌株內部遺傳物質的穩(wěn)定性及DNA修復酶的活性等菌株自身特性對其抗冷凍性能起到非常重要的作用，同時細胞形態(tài)、菌株不飽和脂肪酸含量也會產生一定影響。

與冷凍干燥不同，在噴霧干燥過程中菌株形態(tài)對其自身抗熱性影響不大，但與菌體關鍵酶活性、細胞遺傳物質及菌株抗氧化能力等密切關聯(lián)。Song和Schuck通過對比乳球菌、乳桿菌、雙歧桿菌以及丙酸桿菌，發(fā)現(xiàn)耐熱性更好的丙酸桿菌的干燥存活率最高[12-13]，由此可見在噴霧干燥過程中細胞存活率和細菌形態(tài)并無太大關系，而取決于菌體自身抗熱性能，進一步的研究表明不同菌株間存在差異性的原因可能是在高溫環(huán)境中菌體內關鍵酶的失活程度不同，如β-半乳糖苷酶、己糖激酶及乳酸脫氫酶等，而益生菌的抗逆性直接受其活性的影響，例如，乳酸脫氫酶可在細胞膜的脂肪酸鏈中引入雙鍵提高脂肪酸的不飽和度造成膜脂熔點的降低，使得細胞膜流動性升高，防止了脫水干燥造成的細胞膜損傷，但在高溫環(huán)境中，如果乳酸脫氫酶的活性降低，會導致不飽和脂肪酸含量降低，膜的流動性下降，菌株受到傷害[14]。研究還嘗試通過菌株遺傳物質中G-C的比例來探究菌株與其耐熱性的關系，Brock等發(fā)現(xiàn)在70℃以上生長的嗜熱高溫菌（Thermophilic），其基因組中G-C含量高達67%，推測菌株基因組DNA解鏈溫度取決于A-T堿基和G-C堿基對的比例，因為G-C堿基對氫鍵比例高、鍵能強，DNA熱穩(wěn)定性強，不容易受到破壞[15]。此外噴霧干燥過程雖能夠快速除去料液中的水分，但環(huán)境氧氣濃度相對較高，在高氧環(huán)境下，菌株產生大量自由基并在細胞內積聚，如果菌株缺乏相應的抗氧化能力，這些自由基將與菌株內氨基酸，脂質和核酸等發(fā)生氧化應激反應，導致細胞蛋白、脂質及核酸受到破壞。Annereinou等對從不同地區(qū)分離的39株乳酸乳球菌在經噴霧干燥后菌株的熱抗性及氧化抗性進行研究，結果發(fā)現(xiàn)對熱和氧均具有抗性的菌株為：Lactococcus lactis MG1363，Lactococcus lactis LMG14418和Lactococcus lactis NCDO 895，且在噴霧干燥過程中的存活率比對熱和氧氣敏感的菌株Lactococcus lactis SK11、Lactococcus lactis AM 2和Lactococcus lactis LMG8526）高出200倍以上[16]。因此選取具有較高抗氧化活性的菌株，能夠有效避免高濃度氧環(huán)境帶來的氧化脅迫反應，減輕自由基對菌株造成的損傷，提高菌株的存活率。綜上所述：在噴霧干燥過程中，菌體關鍵酶活性、遺傳物質在高溫環(huán)境中的穩(wěn)定性、抗氧化性，均能顯著影響到菌株在噴霧干燥過程中的存活率。

2 培養(yǎng)基成分

作為菌株生長培養(yǎng)基中的碳源和氮源對菌體的抗冷凍干燥性能起到重要作用，通過研究MRS培養(yǎng)基中不同碳源對保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）凍干存活率的影響，發(fā)現(xiàn)當用葡萄糖、果糖、乳糖和甘露糖分別代替原始M RS中的碳源物質時，甘露糖的效果最好，凍干存活率最高[17]，原因在于德氏乳桿菌保加利亞亞種利用培養(yǎng)基中的甘露糖轉化為部分甘露醇并保留在細胞內，在干燥細胞脫水過程中，甘露醇作為相容性物質維持細胞內外滲透壓，對菌株起到保護作用。Chen等研究不同培養(yǎng)基成分對菌株Lactobacillus bulgaricus LB6的冷凍存活率的影響，結果表明添加海藻糖使菌株的冷凍存活率提高，原因可能是菌體吸入海藻糖后細胞內的DNA、核糖體等大分子的穩(wěn)定性增強從而提高菌株的抗冷凍干燥能力[18]。邵玉宇等研究不同類型氮源對菌株Lactobacillus bulgaricus ND02冷凍干燥存活率的影響發(fā)現(xiàn)，當在培養(yǎng)基中額外添加4%酵母浸膏時，菌株冷凍干燥存活率反而下降了12%，進一步觀察發(fā)現(xiàn)菌體長度增加1倍，因此由于菌株比表面積的增加可能會導致細胞膜機械損傷的增大，從而使得菌株死亡率增高，可見氮源類型會影響其菌體形態(tài)[19]。以上研究說明培養(yǎng)基中不同類型的碳源及氮源均會影響到菌株對冷凍干燥的抗性。

對于噴霧干燥，當培養(yǎng)基成分選擇乳糖和胰蛋白胨分別做為菌株碳源及氮源時，菌株的抗性存活率有所提高。Carvalho等研究了不同碳源培養(yǎng)基對菌株耐熱性的影響，結果發(fā)現(xiàn)乳糖為碳源的培養(yǎng)基可以培育出耐熱性較好的菌株[20]；HUANG等對干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）噴霧干燥存活率影響因素的研究中發(fā)現(xiàn)添加高乳糖含量的甜乳清(質量分數(shù)30%)，可使得菌株的存活率提高到100%[21]；此外氮源也會影響菌株噴霧干燥存活率，胡榴榴等對干酪乳桿菌進行研究，發(fā)現(xiàn)在基礎培養(yǎng)基中分別添加1%的大豆蛋白胨、魚粉、胰蛋白胨時，胰蛋白胨作為菌株氮源培養(yǎng)基，其活菌數(shù)最高為9.5 lgCFU/mL，在此基礎上添加10%脫脂乳保護劑，其干燥存活率為63.9%[22]。綜合以上結果說明分別使用乳糖和胰蛋白胨作為菌株碳源和氮源生長培養(yǎng)基時，菌株增殖效果好且抗熱性較強。

3 制備工藝

在冷凍干燥過程中，細胞死亡的主要原因是由于菌株內外冰晶的形成導致細菌細胞膜受到機械損傷。慢速凍結是指細胞懸液以1℃/min的速度降溫至零下20～40℃。當凍結速率較低時，細胞游離水在胞外形成冰晶，胞內外存在化學勢差異，使得胞內水分外滲到胞外，并在細胞外形成大的冰晶，與此同時胞內溶質濃度升高，造成細胞蛋白損傷及細胞膜穩(wěn)定性下降，產生“溶質損傷”；相反快速凍結是指細胞懸液以10℃/min以上的速度降溫，短時間即可完成凍結，此方式胞內失水較慢，從而形成較大的冰晶造成菌體細胞的機械損傷。于金迪等通過乳酸菌研究凍結速率的快慢對細菌產生的影響，結果發(fā)現(xiàn)：快速凍結(76℃/min)的效果優(yōu)于慢凍(0.4℃/min)；然而也有針對保加利亞乳桿菌進行凍干實驗，發(fā)現(xiàn)采用速凍(60℃/min)菌株存活率低于慢凍(1℃/min)[23]。這表明凍結速率與菌株特異性有關，利用最適凍結速度進行冷凍時，雖然菌體細胞內的水分會滲透到細胞外，但細胞體積收縮較小，對細胞的活性不會造成太大影響；而產品共熔點決定其凍結溫度，若高于共熔點，未完全凍結的樣品液體迅速蒸發(fā)，樣品收縮；若低于共熔點，會造成能源浪費，同時會使菌株存活率降低，因此選擇低于共熔點10～20℃為合適凍結溫度[24]。綜上所述：凍結速率和凍結溫度均會對細菌冷凍干燥存活率產生較大影響，利用適合菌株的凍結速率和凍結溫度進行冷凍干燥時，會提高菌株的干燥存活率。

在噴霧干燥過程中，高溫環(huán)境會造成菌株脫水失活及熱失活，為了降低細菌的這種損傷，可以通過調控進出口溫度，提高菌株的噴霧干燥存活率。研究表明高出口溫度對益生菌的存活具有負面影響，因而在保證低水分的前提下，噴霧干燥的出口溫度越低越有利，見表1。Wanticha等研究出口溫度對菌株存活率時發(fā)現(xiàn)：當噴霧干燥出口溫度是65℃時，植物乳桿菌（Lb.pseudo-plantarum）UL137的存活率為40%，在提高出口溫度的情況下（進口溫度180℃，出口溫度75℃），乳桿菌的存活率僅為14.7%[25]。在噴霧干燥過程中，菌體細胞溫度變化分為兩個階段：在干燥速率恒定時期，菌體的存活率取決于濕球溫度，此時噴霧塔內料液水分快速蒸發(fā)帶走熱量，菌株的存活率與出口溫度密切相關與入口溫度并與太大關系，此期間干燥時間極短，約幾分之一秒，甚至幾十分之一秒，物料表面溫度約45℃，因此此階段對菌體造成的損傷是有限的；在降速干燥速率期間，菌粉顆粒表面變干，固形物熱阻較大，水分轉移阻力增大，所以干燥時間較長，一般需20～30 s，此時粉末最高溫度和干燥塔空氣溫度相同，一般約80～100℃，這時菌體的熱失活不僅取決于出口溫度，還與干燥時間有關，而且細胞的失活主要發(fā)生在此階段，升高入口溫度會降低菌體的存活率[26]。除脫水失活以外，在高溫過程中還有可能對菌株造成熱失活，Peighambardoust等人提出高溫環(huán)境會使胞內核糖體、胞內大分子（DNA、RNA和蛋白質）及細胞膜發(fā)生傷害，但熱失活對菌株造成最大的傷害仍來自于核糖體的功能的喪失[27]。因此高溫會對菌株造成一定損傷，適當降低出口溫度更有利于提高其干燥存活率。

4 提高菌株存活率的措施

冷凍干燥和噴霧干燥過程均會不可避免的給菌株造成傷害，影響其干燥存活率，為了提高菌株的干燥存活率，一方面通過不同溫度對其進行馴化處理，這不僅能夠改變細菌細胞膜不飽和脂肪酸含量，還將促使菌株發(fā)生應激反應，產生相應的應激蛋白，提高細菌抗干燥性能，另一方面還可以通過添加保護劑的方法保護菌株免受損傷，提高其干燥存活率。

表1 不同因素對菌株噴霧干燥存活率的影響

4.1 溫度馴化

采用冷脅迫的方法一方面可以使菌體產生應激蛋白(Cold Shock Protein，CSP)，可降低冷凍干燥過程帶來的損傷，進一步提高其對于冷凍的耐受能力；另一方面在低溫誘導過程中，乳酸菌內不飽和脂肪酸的比例會隨溫度降低而增加，有效避免細胞內凝膠的形成，保持細胞膜的流動性，進而使細胞能繼續(xù)生長[34]，因此低溫誘導下不飽和脂肪酸比例的增加，對細胞膜發(fā)揮正常功能至關重要。Beales等將嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）CNRZ 302在20℃分別預冷處理2 h和4 h后,其凍干存活率相比于對照組提高了10倍和100倍[25]；李夢洋等通過PCR克隆及SDS-PAGE電泳等技術，采用較低溫度對保加利亞乳桿菌中冷應激蛋白基因Csp A進行分析，結果表明：20℃、2 h的低溫培養(yǎng)使得菌株中冷應激蛋白Csp A基因的mRNA拷貝數(shù)增加3倍左右，并發(fā)現(xiàn)兩種7 ku的冷應激蛋白，菌體抗凍性顯著提高[35]；Murga等研究不同溫度對嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）CRL640抗冷凍性能的影響時發(fā)現(xiàn)，當培養(yǎng)溫度較低時（25℃），細胞膜中十八碳二烯酸的含量是37℃培養(yǎng)時的3倍，菌株具有比較高的抗冷凍能力[36]；此外Li等研究冷應激處理對保加利亞乳桿菌中環(huán)丙烷脂肪酸（CFA）和凍干存活率影響時發(fā)現(xiàn)，在冷應激條件下乳酸菌凍干耐受性增強，其CFA含量均有不同程度的提高[37]。以上現(xiàn)象說明：低溫誘導有利于菌株產生冷應激蛋白，從而增強益生菌株的抗凍能力；同時經過預冷處理的菌株,細菌細胞膜中不飽和脂肪酸含量高，增強了菌株的抗冷凍干燥性能。

通過熱激反應使得菌產生一系列熱激蛋白（Heat Shock Protein,HSP），可增強菌株在高溫環(huán)境下對熱的抵抗能力，從而最大限度的保護菌體免受損傷。張書猛等采用通過熱激的方法提高Lactobacillus bulgaricus和Lactobacillus的抗熱能力，將菌株在45℃和50℃的溫度下分別培養(yǎng)1 h，之后進行80℃5 min的熱處理，此時活菌數(shù)較處理前增加一個數(shù)量級[38]；Khem等對副干酪乳桿菌（L.paracasei）進行熱激研究，結果發(fā)現(xiàn)將菌株在52℃處理15 min后，所得菌體在60℃熱處理過程中的存活率可以提升30～70倍，而在噴霧干燥后的活性可以提升18倍[39]；陸英等研究熱激條件對干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）BD-Ⅱ耐熱性的影響，結果表明合適的熱激條件處理可提高菌株的耐熱性，且菌株的最佳熱激條件為：菌齡7 h時、50℃熱激45 min，相比處理前提高2.11倍[40]；在此基礎上，通過動力學實驗對乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)進行研究，發(fā)現(xiàn)菌株熱激后立即誘導產生的是熱激蛋白DnaK和GroEL，顯著快于其他類型蛋白；Gouesbet等通過蛋白組學對比菌株在熱激下蛋白的改變，發(fā)現(xiàn)德氏乳桿菌保加利亞亞種(Lactobacil-lus delbrueckii subsp.bulgaricus)和其熱突變株在熱激下都能誘導產生熱激蛋白，但是經過熱突變菌株誘導蛋白的速度更快，且能持續(xù)大量表達，使突變株抗熱性更強[41]。以上研究表明：經過適當強度的熱刺激，會誘導菌株產生相應應激蛋白，能夠有效增強細胞對高溫環(huán)境的耐受能力，還可以通過熱突變的方式使菌株產生應激蛋白的速度更快，更加有效增強菌株抗熱性能。

4.2 添加保護劑

添加保護劑是菌體在干燥和儲存期間保持活性最有效的方法之一。益生菌保護劑按其化學結構可分為：甘露糖、海藻糖等糖類及脫脂乳、全脂乳等蛋白兩大類，食品工業(yè)中常用的保護劑主要以海藻糖和脫脂乳為主[31,40]。

4.2.1 冷凍干燥保護劑

有研究表明二糖適合用作菌株凍干保護劑，在冷凍干燥過程中，海藻糖和蔗糖等二糖相比于單糖和多糖來說，對菌株保護效果較好[42]。Costa等人研究發(fā)現(xiàn)：當使用5 g/100 mL的海藻糖作保護劑時，成團泛菌(Pantoea agglomerans)菌株的存活率為83%，當使用10 g/100 mL的蔗糖時，菌株存活率接近75%[43]，進一步研究顯示，利用脫脂乳及甘油等成分與上述糖類進行復配時，細菌凍干效果會更好，研究不同保護劑對乳酸桿菌乳脂亞種KLDS4.0326冷凍干燥存活率發(fā)影響時發(fā)現(xiàn)，脫脂乳、海藻糖及甘油等復配保護劑的效果要優(yōu)于單一保護劑，其存活率可達87.4%。原因可能是：糖類中雙糖作為保護劑具有一定優(yōu)勢，一方面體現(xiàn)在它們的玻璃轉化溫度較高，能夠通過磷脂雙分子層表面，磷酸與糖的羥基相互作用，代替細胞內極性殘基周圍的水（即水置換假設，見圖1），降低膜相轉變溫度，進而抑制細胞內外冰晶的形成[44-45]；另一方面糖類分子內含有多個羥基，可通過氫鍵與菌體細胞膜磷脂或蛋白質結合，起到穩(wěn)定磷脂雙分子層和膜蛋白結構的作用，保護細胞膜免受損傷；此外復配保護劑脫脂乳中乳蛋白能在菌體外形成蛋白膜，固定凍干酶類，有效防止細胞壁蛋白質損傷所引起胞內物質的泄露，且甘油具有良好的滲透能力，可進入細胞內部與胞內大分子形成氫鍵，取代干燥過程中失去的水分，從而維持蛋白質、碳水化合物等活性物質的原有結構，提高細菌的凍干存活率[46]。綜上所述：糖類物質適合用于菌株冷凍干燥保護劑，當與脫脂乳及其他成分復配使用時菌株抗凍性效果會更好。

圖1 細胞菌株脫水時海藻糖的“水替代”保護作用機理圖[46]

4.2.2 噴霧干燥保護劑

與冷凍干燥相比，噴霧干燥保護劑中脫脂乳起到非常關鍵的作用，脫脂乳中的蛋白質可以穩(wěn)定細胞膜成分來免受高溫損傷，其中的鈣離子能夠在熱處理過程中引起乳蛋白聚集而保護細菌，因而是被研究最為深入的一種菌株保護劑，熊濤等在研究植物乳桿菌NCU 116的噴霧干燥效果時，發(fā)現(xiàn)利用脫脂乳當做菌株保護劑時，菌株存活率達到69.5%，效果優(yōu)于海藻糖和谷氨酸鈉[47]。另外脫脂乳濃度也會影響菌株的干燥存活率，Espina和Ananta等發(fā)現(xiàn)在噴霧干燥過程中，利用25%脫脂乳作為嗜酸乳桿菌保護劑時，其干燥存活率高于使用40%脫脂乳的菌株存活率，Ananta等認為對于不同類型的乳酸菌菌株，當脫脂濃度為20%時，菌株均具有最好的抗熱性能[48]。進一步研究表明，利用明膠、阿拉伯膠及可溶性淀粉類與脫脂乳進行復配使用，可提高菌株存活率，Khem等研究表明，同時使用脫脂乳和阿拉伯膠用作干燥保護劑，可以提高噴霧干燥的乳雙歧桿菌BB12的存活率[49]；研究還發(fā)現(xiàn)，若單獨使用聚右旋糖或菊粉作為保護劑，噴霧干燥后的乳酸菌的存活率并不高，但當脫脂乳和聚右旋糖，或脫脂乳和菊粉復配使用，則能提高干燥后和儲藏過程中乳酸菌的存活率，達到85.8%[50]。原因可能是：脫脂乳中乳清蛋白分子中的疏水基團與菌體表面間存在疏水作用，使蛋白質分子緊密包裹于細胞表面并形成蛋白膜，在干燥過程中會較早成殼，減少菌體胞壁破損而引起細胞內物質外露，有利于保護益生菌的活性[51]，此外若載體介質固體含量較高，會導致較長的干燥時間，菌株會受到更多的熱損傷，相反隨著載體中脫脂乳固體含量的降低，噴霧干燥后菌株儲存穩(wěn)定性下降，因此脫脂乳濃度應保證菌株在脫水過程中免受損傷的同時，還應考慮其貯藏穩(wěn)定性；另外類似阿拉伯膠、聚右旋糖及菊粉等多糖類物質是多羥基化合物，可通過氫鍵與菌體細胞膜磷脂結合，在噴霧干燥過程中起到保護細胞膜及蛋白質結構的作用。綜上所述：脫脂乳非常適合用做菌株噴霧干燥保護劑，與多糖類物質進行復配使用時，菌株抗干燥性能會得到進一步提高。

5 小 結

冷凍干燥和噴霧干燥技術常被應用于益生菌發(fā)酵劑制備過程中，但二者均會對菌體細胞造成損傷影響其活性。本文從益生菌株自身特性、菌株培養(yǎng)條件、制備工藝及保護措施等方面，系統(tǒng)的分析了冷凍干燥和噴霧干燥技術對益生菌發(fā)酵劑造成的影響，并提出相應保護措施。在冷凍干燥過程中，菌株細胞損傷主要來自于冰晶對菌株細胞膜的破壞，菌株抗凍性主要取決于菌株自身DNA穩(wěn)定性和細胞膜不飽和脂肪酸含量；菌株培養(yǎng)基也會影響菌株凍干存活率，可用甘露糖替代原始培養(yǎng)基中的碳源物質提高菌株存活率；此外還可通過可以采取冷刺激的方式改變菌株培養(yǎng)條件，使得菌株產生應激蛋白提高其抗性。在噴霧干燥過程中，菌株關鍵酶活性、遺傳物質的熱穩(wěn)定性及菌株抗氧化性均會對菌株噴霧干燥存活率產生影響，為了進一步提升細菌的抗熱性，可通過調整噴霧干燥出口溫度，減少菌株熱損傷，還可以通過優(yōu)化細菌培養(yǎng)基碳氮源、對菌株進行熱刺激使其產生熱應激蛋白的方法，提高菌株干燥存活率。最后針對冷凍干燥和噴霧干燥兩種不同的干燥方式，在制備的工藝中添加相應的冷凍、噴霧干燥保護劑，均有利于提高菌株活性及干燥存活率。