利用向日葵籽固定副干酪乳杆菌开发稳定功能成分以提升奶油奶酪品质与益生菌存活率的研究

《Microorganisms》：Immobilized Lacticaseibacillus paracasei on Sunflower Seeds as a Stable Functional Ingredient for Cream Cheese Chrysoula Pavlatou, Anastasios Nikolaou and Yiannis Kourkoutas

这篇研究聚焦于功能性食品开发中的核心挑战——益生菌在加工、储存及消化过程中的存活率。研究创新性地利用向日葵籽（Sunflower seeds）作为天然载体，通过细胞固定化（Cell immobilization）技术处理一株具有益生潜力的副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracaseiFBM_1327），并将其冻干后作为功能性成分应用于奶油奶酪。结果表明，该方法能显著提升益生菌在体外模拟消化（in vitrodigestion）和长期储藏（4°C下6个月）后的活性，所制备的功能性奶油奶酪在维持高活菌数（>8 log cfu/g）的同时，改善了产品的挥发性风味成分，并获得了良好的感官评价。这项工作为开发稳定的、具有健康益处的益生菌乳制品提供了一种有前景的策略。

　　

引言：在过去的几十年里，市场对可持续且有益健康的食品需求日益增长。在此背景下，富含益生菌（probiotics）的功能性食品（functional foods）开发受到了食品工业和消费者的广泛关注。然而，如何维持益生菌在消费时仍具有高细胞活率，是行业面临的一个重大挑战。益生菌的效用高度依赖于摄入后的细胞活力，它们需要耐受胃肠道消化过程中的酶、酸和胆汁盐，并在食品的生产、包装和储存链中保持稳定。细胞固定化（Cell immobilization）被视作一种有前景的解决方案，它通过将细胞天然附着于表面或包埋于多孔基质中，形成一个保护性物理屏障和稳定微环境，从而增强细胞对环境胁迫的抵抗力。天然食品成分，如水果块、谷物或坚果，已被评估为合适的载体。向日葵籽（Helianthus annuus）富含不饱和脂肪酸、生物活性化合物和膳食纤维，具有益生元（prebiotic）潜力，使其成为一种有前景的益生菌递送载体。乳制品，特别是奶油奶酪，因其相对较高的pH值、脂肪含量、水分活度和固体结构，被认为是益生菌的优良载体。本研究旨在评估固定在向日葵籽上的冻干副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracaseiFBM_1327）细胞作为稳定功能性食品配料的潜力，并探究其在奶油奶酪中的应用效果。

材料与方法：研究使用了从山羊奶中分离的野生型菌株L. paracaseiFBM_1327。功能配料的生产包括将细胞固定在商业去壳向日葵籽上，随后进行冷冻干燥。通过静态体外消化模型评估了固定化细胞在模拟胃肠道条件下的存活率，并与游离细胞进行对比。将冻干后的固定化细胞和游离细胞分别以>8 log cfu/g的浓度添加到奶油奶酪中，制成样品CCI（含固定化细胞）和CCF（含游离细胞），并以未添加菌株的商业奶油奶酪作为对照（CCC）。所有产品在4°C下储存28天，期间监测了L. paracaseiFBM_1327的活菌数、产品的水分活度（a_w）、pH值、可滴定酸度（TA），并分析了产品的微量挥发性物质（采用HS-SPME GC/MS技术）和感官特性。

结果与讨论：

1. 体外消化模型中的细胞存活评估

固定化对细胞在模拟消化过程中的活力具有显著保护作用。在模拟唾液阶段，细胞存活率不受影响。然而，在模拟胃肠阶段结束后，湿态和冻干的固定化细胞存活率分别达到75.82%和72.24%，显著高于湿态（38.68%）和冻干（32.44%）的游离细胞。这证实了食物基质作为物理屏障，能有效缓冲消化道的苛刻条件。

2. 固定化L. paracasei FBM_1327细胞的储存稳定性

储存温度和细胞形态显著影响细胞活力。在室温（18–22°C）下储存，固定化细胞的存活率显著高于游离细胞。更重要的是，在4°C冷藏条件下储存180天，冻干固定化细胞的活菌数始终保持在推荐的最低健康效益浓度（>7.5 log cfu/g）以上。相比之下，冻干游离细胞的存活率下降更快。水分活度（a_w）监测显示，冻干固定化细胞的初始a_w值很低（0.083），符合干制食品配料的要求，有助于长期储存的稳定性。研究结果支持了冷冻干燥和低温储存对维持益生菌活力的积极作用，而细胞固定化则通过提供一个保护性微环境，进一步增强了细胞的耐储存性。

3. 功能性奶油奶酪的生产与评估

3.1. L. paracasei FBM_1327细胞在功能性奶油奶酪中的活力

在储存期间，含固定化细胞的样品（CCI）中益生菌活力保持稳定，28天后活菌数仍>8.1 log cfu/g。而含游离细胞的样品（CCF）的活菌数在储存期间显著下降，28天后降至7.51 ± 0.11 log cfu/g。这再次证明了固定化技术在食品基质中维持高益生菌浓度的优势。

3.2. 功能性奶油奶酪的pH和可滴定酸度（TA）

在添加了L. paracaseiFBM_1327细胞的样品（CCF和CCI）中，储存14天后pH值显著下降，TA值则相应升高，这可能是由于细菌代谢活动产生乳酸和其他有机酸所致。对照样品（CCC）的pH和TA值在储存期间没有显著变化。

3.3. 功能性奶油奶酪的微量挥发性物质谱

通过HS-SPME GC/MS分析和主成分分析（PCA）发现，添加L. paracaseiFBM_1327细胞影响了产品的挥发性物质谱。含游离细胞的样品（CCF）与有机酸（如己酸、辛酸、癸酸）的含量增加相关。而含固定化细胞的样品（CCI）则与羰基化合物、醇类和其他物质（如乙偶姻、双乙酰、乙醛、1-己醇）的含量增加更相关。特别是乙偶姻和双乙酰，它们与奶油和黄油风味相关，而1-己醇则带来坚果和果香。CCI样品中检测到的萜烯类物质（如α-蒎烯、β-蒎烯）可能源自向日葵籽载体。这些变化共同塑造了产品独特的风味特征。

3.4. 感官评价

感官评价结果显示，所有样品均被接受小组所接受。尽管添加益生菌菌株的样品在咸味得分上显著较高，但差异在可接受范围内，并未对整体感官感知产生负面影响。有趣的是，含有固定化细胞的样品（CCI）获得了最高的整体质量得分（3.78 ± 0.52）。这一结果可能与在CCI样品中观察到的挥发性物质谱有关，其中与奶油和黄油风味相关的乙偶姻和双乙酰化合物含量较高。总体而言，用L. paracaseiFBM_1327细胞强化奶油 cheese 不会影响感官质量，甚至可能对风味复杂性有积极贡献。

结论：固定在向日葵籽上的冻干L. paracaseiFBM_1327细胞在模拟消化和长期储存（4°C下长达6个月）中均表现出比游离细胞更高的存活率，可作为稳定的功能性食品配料。将其应用于奶油奶酪后，能在28天的储存期内保持高于推荐有效浓度（>8 log cfu/g）的活菌数。同时，其添加改善了产品的挥发性物质谱，增加了与奶油和黄油风味相关的化合物，从而在感官评价中获得了略高的评分，且未对产品接受度产生负面影响。总之，本研究支持了以向日葵籽为载体的固定化L. paracaseiFBM_1327细胞作为开发功能性乳制品的稳定配料的潜力，该方法具有规模化生产和工业应用的潜力。然而，其益生功效和安全性仍需通过针对胃肠道健康参数和肠道微生物组调节的随机对照临床试验进一步验证。