乳酸菌胞外多糖-聚合乳清蛋白混合体系形成机理的研究

This subject regards extracellular polysaccharide produced by the lactic acid bacteria with capacity of producing EPS from naturally fermented milk and polymerized whey protein as the research objects.This paper will be carried out from three aspects: (a) studying structural characteristics of extracellular polysaccharide by GC-MS, HPGPC, IR and NMR spectroscopy and scanning electron microscopy; (b) observating microstructure and rheological properties of polymerized whey protein - extracellular polysaccharide mixtures by using confocal laser scanning microscope and rheometer and discussing the formation mechanism of polymerized whey protein - extracellular polysaccharide mixtures; (c) predicting phase boundary of polymerized whey protein and extracellular polysaccharide mixtures, furtherly reveal the formation mechanism of the mixtures. The research will provide a theoretical basis for collaboration application of polymerized whey protein and extracellular polysaccharide in dairy products and contribute to the quality improvement of fermented dairy products and solve the problems in storage and transportation.

本课题以传统发酵乳制品中乳酸菌所产胞外多糖及聚合乳清蛋白为研究对象，通过（一）采用GC-MS、HPGPC、红外光谱、核磁共振和电镜扫描等技术对胞外多糖的结构特性进行研究；（二）采用共聚焦激光扫描显微镜、流变仪等观察混合体系的微观结构,探讨乳清蛋白胞外多糖混合体系的形成机理；（三）采用静态光散射表征多糖分子的均方根旋转半径及重均分子量,利用Vrij建立的排空相互作用理论模型预测不同乳清蛋白聚集体不同多糖混合体系的相边界，进一步揭示乳清蛋白胞外多糖混合体系的形成机理。通过本课题的研究不仅能够为聚合乳清蛋白与乳酸菌多糖在乳制品中协同应用提供理论依据，同时对提高发酵乳制品品质，解决贮藏运输中的问题具有一定的指导意义。

乳酸菌胞外多糖（exopolysaccharide，EPS）的结构和分子质量是影响发酵乳流变学特性的主要原因。本课题以分离自内蒙古锡盟地区传统发酵奶油制品的32株乳酸菌、Kefir及市售发酵剂为研究对象，分别进行以下研究：（1）通过粘附性及胞外多糖产量的检测，分离筛选产胞外多糖的菌株，并对其所产胞外多糖类型进行检测。（2）针对产胞外多糖菌株及Kefir发酵乳和Kefir粒进行多糖的分离纯化。（3）通过液相色谱、红外、核磁及扫描电镜对纯化后多糖的单糖组成、分子量及官能团、一维和二维结构以及微观结构进行检测。（4）采用流变仪、荧光显微镜及粒径仪对发酵乳及聚合乳清蛋白-胞外多糖体系的流变特性及蛋白和多糖的分散状态进行检测。研究结果表明，获得4株高产胞外多糖的菌株，其中乳杆菌和乳球菌各两株。分别分离纯化出的六种多糖均以葡萄糖、半乳糖和甘露糖单糖为主，具有糖的特征吸收峰，但微观结构不同。中性多糖主链的主要连接方式为Galp-(1→2)-Rhap-(1→3,4)-Rhap-(1→和→6)-Galp-(1→4)-Galp-(1→，支链的连接方式为Glcp-(1→6)-Glcp-(1→。酸性多糖主链结构为Galp-(1→2)- Rhap-(1→3,4)-Rhap-(1→and→6)-Galp-(1→4)-Galp-(1→，支链结构为Glcp-(1→6)- Glcp-(1→。分子量分别为2.197×103 kDa和1.419×102 kDa。不同结构的胞外多糖均能不同程度的增加发酵乳表观黏度、增加发酵乳的稳定性以及维持发酵乳热稳定性。通过原位多糖与外源多糖对发酵乳流变学特性的比较可知，补充添加EPS和原位EPS对发酵乳流变性能具有不同的影响。在贮藏期间，发酵乳样品具有不同的流变学性质。EPS均能够增加EPS/WP体系的表观黏度，且不同金属离子、pH值和温度对EPS/WP体系流变学特性均有较大影响。