《LWT》：Characteristics of the exopolysaccharide produced by
Lactobacillus delbrueckii subsp
. bulgaricus AWT1-12 and its effect on the quality of nonfat set yogurt
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本研究针对脱脂酸奶口感粗糙、乳清易析出等问题，从新疆传统酸奶中分离的保加利亚乳杆菌AWT1-12中提取新型胞外多糖（EPS），系统解析其结构特征与功能特性，并探究其作为天然添加剂在脱脂凝固型酸奶中的应用潜力。研究发现该EPS具有多孔结构、优异热稳定性（Td=311°C）及抗氧化活性，添加后可显著提升酸奶凝胶致密性、持水力、抗氧化活性及风味物质多样性，为开发功能性乳制品提供理论依据。
随着健康饮食理念的普及，低脂/脱脂酸奶因其较低的脂肪含量受到消费者青睐。然而，脂肪的减少往往导致酸奶口感单薄、黏度下降，并容易出现乳清析出等问题，严重影响产品品质和消费者接受度。传统上，食品工业常通过添加明胶、果胶等稳定剂来改善脱脂酸奶的质地，但过量摄入此类添加剂可能对健康产生潜在风险。因此，寻找安全、天然的脂肪替代品成为乳制品行业亟待解决的关键问题。
在这一背景下，微生物源胞外多糖（Exopolysaccharide, EPS）展现出巨大应用潜力。特别是乳酸菌（Lactic Acid Bacteria, LAB）所产生的EPS，因其公认的安全性（GRAS）和独特的流变学特性，被广泛研究作为食品增稠剂、稳定剂和凝胶剂。不同菌株甚至同一菌株在不同条件下产生的EPS，其结构和功能差异显著。因此，深入探究特定乳酸菌EPS的结构与功能关系，并评估其在特定食品体系中的应用效果，对于开发具有工业应用价值的EPS至关重要。
发表于《LWT - Food Science and Technology》的一项研究，聚焦于从新疆喀什地区传统手工酸奶中分离的一株保加利亚乳杆菌（Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus AWT1-12）所产的胞外多糖（命名为AWT1-12-EPS1）。研究人员系统地表征了AWT1-12-EPS1的分子特征、理化性质及功能活性，并深入探讨了其在脱脂凝固型酸奶中的应用效果，旨在为开发一种能有效改善脱脂酸奶品质的天然添加剂提供理论依据和数据支持。
为开展研究，作者团队运用了几项关键技术方法：首先，通过单因素实验和Box-Behnken设计（BBD）优化了菌株AWT1-12的EPS发酵生产条件。其次，采用离子交换色谱（DEAE-52）和凝胶过滤色谱（Sephadex G-100）对粗EPS进行分离纯化，获得纯品AWT1-12-EPS1。接着，综合利用高效凝胶渗透色谱（HPGPC）、离子色谱、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、核磁共振氢谱（1H NMR）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）、流变学测定等技术对AWT1-12-EPS1的分子量、单糖组成、官能团、表面形貌、热稳定性和流变特性进行了全面表征，并评估了其体外抗氧化活性（DPPH和ABTS自由基清除能力）。最后，将不同浓度（0.1, 0.5, 1 g/L）的AWT1-12-EPS1添加到脱脂凝固型酸奶中，系统评价了其对酸奶发酵过程中乳酸菌活菌数、pH值、可滴定酸度、持水性（WHC）、质构特性（TPA）、流变学特性、微观结构、挥发性风味物质、抗氧化活性以及感官品质的影响。所有酸奶实验均使用市售发酵剂（含嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌），并在4°C下储存28天以评估贮藏稳定性。统计学分析采用SPSS软件进行。
3.1. 优化显著因素及纯化EPS
通过16S rDNA序列分析鉴定菌株AWT1-12为保加利亚乳杆菌亚种。通过单因素和BBD实验优化发酵条件后，EPS产量达到1.79 g/L，较未优化条件提高了1.39倍。粗EPS经纯化后得到主要组分AWT1-12-EPS1，其总糖含量提高，蛋白质和核酸杂质含量极低。
3.2. AWT1-12-EPS1的表征与性质
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分子量与单糖组成分析：AWT1-12-EPS1分子量为42.8 kDa，是一种由鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖和葡萄糖醛酸组成的杂多糖，其独特的单糖比例（尤其是葡萄糖和甘露糖的显著存在）可能与其独特功能相关。
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FT-IR谱图和1H NMR分析：FT-IR分析显示AWT1-12-EPS1具有多糖典型吸收峰，并提示存在α-糖苷键。1H NMR分析进一步证实了α-和β-糖苷键的存在，且以α-糖苷键为主。
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形态学：SEM观察显示AWT1-12-EPS1呈不规则薄片状，表面具有多孔、凹凸不平的结构，这种结构有助于增加比表面积，改善其水合性和在食品体系中的增稠稳定作用。
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流变行为与热特性：AWT1-12-EPS1水溶液（10 g/L）表现为假塑性流体，具有剪切稀化特性。频率扫描显示其储能模量（G'）始终大于损耗模量（G''），表明其具有凝胶样特性。TGA分析显示AWT1-12-EPS1热分解温度高达311°C，表明其具有良好的热稳定性，适用于乳品加工。
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体外抗氧化活性：AWT1-12-EPS1表现出浓度依赖的DPPH和ABTS自由基清除能力，在5 mg/mL浓度下，DPPH清除率达57.48%，ABTS清除率达79.47%。其抗氧化活性与其较低的分子量、单糖组成（如鼠李糖）以及官能团（如羟基）有关。
3.3. 添加AWT1-12-EPS1的酸奶特性
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对酸奶中活菌数的影响：添加AWT1-12-EPS1能显著促进酸奶中嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的生长，且呈浓度依赖性，在28天贮藏期后，添加组的活菌数均高于对照组。
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对酸奶pH、可滴定酸度和持水性的影响：添加AWT1-12-EPS1的酸奶在贮藏期间pH下降更缓慢，可滴定酸度增长趋势较缓，表明其能抑制酸奶的后酸化。同时，AWT1-12-EPS1能显著提高酸奶的持水性，并减少贮藏期间的持水性下降，这归因于其多孔结构和亲水基团与蛋白质网络的相互作用。
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对酸奶质构的影响：质地剖面分析（TPA）表明，添加AWT1-12-EPS1能显著提高酸奶的硬度和内聚性，对弹性影响不大，但粘附性略有降低，整体上改善了酸奶的质构特性。
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对酸奶流变学特性的影响：所有酸奶样品均表现为剪切稀化行为。添加AWT1-12-EPS1的酸奶其表观粘度、G'和G''值均高于对照组，且在贮藏期间更稳定，表明AWT1-12-EPS1增强了酸奶蛋白质网络结构的强度和稳定性。
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对酸奶微观结构的影响：SEM观察显示，随着AWT1-12-EPS1添加浓度的增加，酸奶的凝胶网络结构更加细腻、均匀和致密。AWT1-12-EPS1通过其多孔表面与酪蛋白网络发生物理相互作用，促进了更分散、连续的胶凝结构形成，从而提高了持水性和稳定性。
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对酸奶抗氧化活性的影响：添加AWT1-12-EPS1显著增强了酸奶的DPPH和ABTS自由基清除能力，且呈浓度依赖性，使酸奶具备了额外的健康益处。
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对酸奶挥发性风味化合物的影响：顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）分析发现，添加AWT1-12-EPS1减少了酸奶中酸性挥发性风味物质的种类，增加了醛类、酮类和酯类等风味物质，丰富了酸奶的香气。这种变化可能与AWT1-12-EPS1形成的网络结构对风味物质的包埋作用有关。
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感官评价：感官评价结果表明，添加0.5 g/L AWT1-12-EPS1的酸奶在风味、口感和总体可接受度方面获得了最高评价，而添加1 g/L的酸奶在质地方面表现最佳。
本研究成功从保加利亚乳杆菌AWT1-12中分离纯化得到一种新型胞外多糖AWT1-12-EPS1，并系统阐明了其分子量较小（42.8 kDa）、以葡萄糖和甘露糖为主、表面多孔、热稳定性好（311°C）、具有凝胶特性和显著抗氧化活性等结构特征与功能特性。将其应用于脱脂凝固型酸奶中，发现AWT1-12-EPS1能通过优化发酵菌群生长、抑制后酸化、显著改善酸奶的持水性、质构特性、流变学特性，并形成更致密稳定的凝胶微观结构。此外，它还赋予了酸奶更强的抗氧化活性和更丰富的风味 profile。相关性分析表明，AWT1-12-EPS1的功能特性与其分子量、单糖组成和表面多孔结构密切相关。
该研究不仅揭示了AWT1-12-EPS1的构效关系，而且证实了其作为天然添加剂在改善脱脂酸奶品质方面的巨大潜力。特别是0.5 g/L的添加量能在感官接受度和品质改善之间取得良好平衡。这项研究为开发具有改善质地和健康益处的功能性乳制品提供了新的思路和理论依据，对促进乳制品工业的创新与发展具有重要意义。未来的研究可进一步探索AWT1-12-EPS1在体内的生物利用度及其它潜在生理功能。
