高压加工甜玉米乳酸奶：一种稳定性更强的植物基益生菌载体

《Food Chemistry Advances》：High pressure processing of sweet corn milk yogurt: A plant-based probiotic carrier with enhanced stability

　　高压处理（100-300 MPa）对甜玉米奶酸奶中益生菌存活及品质的影响。研究发现，100 MPa处理下益生菌（如L. casei 01）存活率最高（>7 log CFU/g），pH和酸度稳定，质构变化小；而200-300 MPa显著降低微生物存活，破坏凝胶网络，导致水分保持能力下降和质地松散。模拟胃肠消化显示，100 MPa处理的L. casei 01在胃和小肠阶段存活率优于对照组，且冷藏6周后仍保持功能活性。研究表明，100 MPa是平衡益生菌稳定性与产品质构的最佳选择，为植物基发酵乳品开发提供技术依据。

　　这项研究探讨了高压处理（HPP）对甜玉米牛奶酸奶中益生菌存活率、物理化学特性以及冷藏储存稳定性的影响。甜玉米牛奶作为一种新兴的非乳基发酵饮料原料，其富含可发酵碳水化合物、酚类化合物和生物活性植物化学物质，具有良好的营养价值和与乳酸菌的良好相容性。然而，在加工和冷藏储存过程中，保持益生菌的稳定性和活性仍然是一个技术挑战。HPP作为一种非热处理技术，可以有效提高产品的稳定性，同时保持热敏感营养成分和生物活性化合物的功能性。研究旨在评估HPP在不同压力条件下对益生菌存活率、消化耐受性、化学和物理性质以及储存稳定性的影响，从而为开发新型植物基益生菌产品提供科学依据。

研究中采用的益生菌包括乳酸乳球菌（Lacticaseibacillus casei）01株、嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）和乳杆菌属（Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus）。实验组分别在0、100、200和300 MPa的条件下进行10分钟的高压处理，随后在4°C下冷藏储存6周，期间每周对样品进行理化性质、质地、颜色和益生菌存活率的评估。结果显示，随着压力的增加，所有益生菌的存活率显著下降，尤其是在300 MPa处理后的样品中，益生菌数量下降最显著。研究还发现，100 MPa处理的样品在冷藏储存期间保持了较高的益生菌存活率（超过7 log CFU/g），并且仅发生轻微的pH值、可滴定酸度、糖含量和褐变指数的变化。此外，100 MPa处理的样品在质地方面表现出适度的分离和粘度降低，而更高的压力则对微生物活性和质地产生了负面影响。

从微观结构分析来看，未处理的样品中，益生菌表现出典型的杆状形态，细胞表面光滑且结构完整。而经过100 MPa处理的样品，细胞表面出现了轻微的收缩和变形，表明压力对细胞结构产生了一定影响，但尚未造成显著破坏。在200 MPa处理后，细胞表面变得更加不规则，出现明显的凹陷和部分细胞壁塌陷，显示出更高的压力对细胞膜结构的破坏作用。300 MPa处理的样品中，细胞结构严重变形，许多细胞呈现扁平或破裂的状态，表明高压力显著影响了细胞的完整性，导致益生菌活性下降。这些结果表明，益生菌的存活率与压力强度之间存在负相关关系，尤其是在较高压力下，细胞膜受损可能成为导致存活率下降的主要原因。

在模拟胃肠道消化实验中，所有处理后的样品均表现出益生菌存活率的下降，但100 MPa处理的样品在消化过程中仍保持较高的存活率。具体来说，未经处理的样品在模拟胃液中存活率下降约2 log单位，而在模拟肠液中存活率进一步下降。相比之下，100 MPa处理的样品虽然在胃液中存活率有所下降，但最终存活率仍高于其他处理组，表明其具有一定的耐受性。而200 MPa和300 MPa处理的样品在胃液和肠液中的存活率下降更为显著，尤其在300 MPa处理的样品中，存活率在消化后显著降低，说明高压力对益生菌的耐受性产生了不利影响。这些结果与先前的研究一致，表明益生菌在高压力环境下会受到明显的生理损伤，从而影响其在胃肠道中的存活和功能。

在储存期间，益生菌的存活率同样受到HPP的影响。未经处理的样品在6周储存期间，所有菌株的存活率均显著下降。乳杆菌属（L. delbrueckii subsp. bulgaricus）的存活率下降最快，而乳酸乳球菌（L. casei）01表现出较好的稳定性，其存活率下降幅度较小。在100 MPa处理的样品中，益生菌和发酵菌的存活率仅略有下降，表明这种压力水平对微生物活性的影响较小，能够维持较长的储存期。而200 MPa和300 MPa处理的样品中，益生菌的存活率下降更为明显，尤其是300 MPa处理的样品，其存活率在储存期间显著下降，无法满足功能性食品中益生菌存活的最低标准。这表明，较高的压力不仅影响了益生菌的存活率，还可能对其在储存期间的代谢能力产生抑制作用，从而影响产品的功能特性。

在化学属性方面，pH值和可滴定酸度的变化在不同压力处理的样品中表现不一。100 MPa处理的样品在储存期间pH值和可滴定酸度均呈现持续下降趋势，这表明益生菌和发酵菌仍具有一定的代谢活性。而200 MPa和300 MPa处理的样品在储存期间pH值和可滴定酸度的变化较为缓慢，这可能与微生物活性受到抑制有关。总糖含量的变化同样受到HPP的影响，100 MPa处理的样品在储存后期总糖含量显著下降，表明益生菌和发酵菌在低温条件下仍能继续消耗糖分。而200 MPa和300 MPa处理的样品中，糖分的消耗速度更快，甚至在储存初期就开始下降，这可能与部分受损细胞在储存初期表现出更高的代谢活性有关。300 MPa处理的样品在储存期间糖分消耗较慢，这可能与其微生物活性受到更严重抑制有关，从而影响了产品的口感和甜度。

在物理属性方面，HPP对酸奶的质地和结构产生了显著影响。分离度（syneresis）和持水能力（WHC）在不同压力处理的样品中表现出不同的变化趋势。随着压力的增加，分离度显著上升，持水能力下降。这表明，较高的压力破坏了酸奶中的蛋白质网络，导致更多的水分释放和质地变差。而100 MPa处理的样品在储存期间表现出较低的分离度和较高的持水能力，说明其结构较为稳定。粘度的变化也受到HPP的影响，300 MPa处理的样品粘度下降最明显，而100 MPa处理的样品粘度变化较小，表明其对酸奶的结构保持能力更强。这些物理属性的变化对产品的感官质量和消费者接受度具有重要影响，因此在选择HPP处理条件时，需要权衡微生物活性与物理性质之间的平衡。

此外，褐变指数（BI）的变化也受到HPP的影响。BI在储存期间逐渐上升，表明非酶促褐变反应（如美拉德反应）在酸奶中发生。然而，300 MPa处理的样品在储存期间BI变化较小，这可能与其微生物活性受到抑制有关，导致糖分和氨基酸的反应减少。相比之下，100 MPa处理的样品在储存后期表现出较高的BI，说明其在较低压力下仍能保持一定的代谢活性，从而促进褐变反应。这些结果表明，HPP在一定程度上可以抑制非酶促褐变，但在较高的压力下，这种抑制作用可能减弱，导致褐变指数上升。

综上所述，HPP在100 MPa时能够有效保持益生菌的存活率和酸奶的物理化学特性，从而支持其在植物基益生菌产品中的应用。然而，随着压力的增加，益生菌的存活率和酸奶的质地均受到显著影响，这可能限制其在长期储存中的应用。因此，研究建议在开发植物基益生菌产品时，应优先考虑100 MPa的处理条件，以在保持益生菌活性和产品稳定性之间找到最佳平衡。同时，进一步的研究应关注不同植物基基质和益生菌株对HPP的响应差异，以及如何通过优化处理参数来提升产品的功能性和市场竞争力。