提高噴霧干燥益生菌發(fā)酵劑存活率的研究進展

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學乳品生物技術與工程教育部重點實驗室，呼和浩特010018）

提高噴霧干燥益生菌發(fā)酵劑存活率的研究進展

尚一娜，宋嬌嬌，王亞利，王俊國

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學乳品生物技術與工程教育部重點實驗室，呼和浩特010018）

噴霧干燥作為經(jīng)濟便捷的干燥方式被廣泛應用于益生菌發(fā)酵劑的生產(chǎn)中。為了提高菌株的抗噴霧干燥性能，從分析噴霧干燥造成的損傷出發(fā)，探討了如何從菌株培養(yǎng)條件、保護劑、噴霧干燥工藝等方面提高益生菌的存活率，旨為今后的商業(yè)化生產(chǎn)提供理論上的參考。

噴霧干燥；存活率；損傷；發(fā)酵劑

0 引言

隨著發(fā)酵食品逐漸走入人們的視野，發(fā)酵劑作為制作發(fā)酵食品的關鍵所在也越來越受到人們的關注。但冷凍干燥法作為制備發(fā)酵劑的干燥方法，其耗時長、耗能多、成本較高，因而更加經(jīng)濟高效的噴霧干燥法成為目前大規(guī)模生產(chǎn)益生菌發(fā)酵劑最常用的方法[1]。但是經(jīng)噴霧干燥法處理的菌株存活率較低且貯藏性較差，因而限制了這一方法的使用[2]。

諸多研究表明，益生菌雖然具有提高人體機能和健康水平的保健功能，但因其自身抗性較差，容易受到環(huán)境因素的影響而失去活性甚至死亡[3]。因此分析噴霧干燥給益生菌帶來的傷害，研究如何提高菌株在噴霧干燥后的存活率和貯藏性是本文討論的重點，同時也為益生菌發(fā)酵劑大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

1 噴霧干燥對菌株的傷害

1.1 高溫對菌株的影響

在噴霧干燥的過程中，含有益生菌的料液被霧化，直接暴露于高溫的空氣中，高溫會使細菌中的DNA、RNA、細胞膜以及核糖體等都受到不同程度的損傷[4]。其主要的損傷部位為細胞膜。研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，細胞膜中磷脂分子的脂酰鏈因運動加強而排列疏松，脂雙層由液晶態(tài)轉變?yōu)槟z態(tài)，此時細胞膜的流動性和選擇透過性變差，造成鉀離子等內(nèi)容物外滲從而導致細胞死亡。這種由液晶態(tài)轉變?yōu)槟z態(tài)的溫度被稱為膜相變溫度Tm而且有研究表明相變溫度相對低時細胞膜流動性較好。此外，經(jīng)過高溫處理的細胞蛋白質(zhì)空間結構發(fā)生變性，酶活性隨之下降甚至失活，這也是導致菌體存活率下降的重要原因[5]。

隨著溫度的升高干燥體系依次呈現(xiàn)出玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)這三種狀態(tài)。在較低溫度時物質(zhì)是以非晶態(tài)形式存在，高分子鏈不能實現(xiàn)構象的轉變，因粘度極大呈剛性固體，類似于小分子玻璃，故稱為玻璃態(tài)。此狀態(tài)下分子擴散速率很小，不利的化學反應能夠被抑制，從而保護細胞免受不利條件的影響[6]。因此保持體系溫度在玻璃態(tài)轉變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度Tg以下就可以減少高溫對細胞造成的損傷。

1.2 脫水對菌株的影響

益生菌發(fā)酵劑的噴霧干燥的基本流程是菌液先通過霧化器形成非常微小的霧滴，然后與干燥介質(zhì)發(fā)生熱交換和水分的傳遞，微滴表面的水分迅速蒸發(fā)，在很短的時間內(nèi)被干燥成球狀顆粒沉降于塔底。而隨著自由水的蒸發(fā)完全，結合水開始從細胞中移除。在此過程中，許多親水大分子物質(zhì)或者膜脂質(zhì)類物質(zhì)發(fā)生改變。細胞膜脂雙層的穩(wěn)定性主要是依靠范德瓦耳斯力和斥力維持平衡，而水分的移除使得烴鏈的范德瓦耳斯力增加進而打破了這種平衡。所以當水分減少到一定程度時就會發(fā)生相變。相變會導致細胞膜功能失調(diào)從而增加了菌株的死亡率。迄今為止的研究表明，高溫和脫水兩方面的傷害是幾乎同時協(xié)同作用于細胞上，但孰先孰后還有待進一步的研究。

1.3 物理傷害

噴霧干燥分為壓力噴霧干燥法和離心噴霧干燥法。壓力噴霧干燥主要采用高壓泵將濃溶液通過霧化器（噴槍）霧化成霧狀微粒噴入干燥室后與熱空氣接觸快速脫水干燥。離心噴霧是利用在水平方向做高速旋轉的圓盤給溶液以離心力，使其被甩出形成薄膜，細絲或液滴的同時與干燥介質(zhì)接觸干燥脫水，在地心引力的作用下落沉降于塔底。但無論選用哪一種干燥方法，如果噴嘴的壓力過大或者離心轉盤的轉速過高就會產(chǎn)生剪切力使細胞膜破裂。因此，選擇合適的轉速和噴霧壓力等噴霧干燥條件也是提高益生菌噴霧干燥能力的基本條件。

2 影響菌體存活率的因素

2.1 菌株特異性

諸多研究顯示，在相同的噴霧干燥條件下，不同菌株的生存能力大相徑庭[7]。這種差異其根本是來源于不同菌株的特異性。Golowczyc在對三株乳酸菌的研究中發(fā)現(xiàn)，在相同的熱噴霧干燥條下，植物乳桿菌CIDCA 83114相較于Lactobacillus kefir CIDCA 8348和Saccharomyces lipolytica CIDCA 812具有較高的耐熱性[8]；Corcoran[9]等人也對比了Lactobacillus rhamnosus E800、L.salivarius UCC 500和L.rhamnosus GG三種乳酸桿菌的耐熱性。結果顯示，Lactobacillus rhamnosus E800的耐熱性為三者中最優(yōu)。但Lee J等人通過對差式掃描量熱法（DSC）溫度記錄圖的分析，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌核糖體的熱容低于大腸桿菌，所以大腸桿菌表現(xiàn)出了更好的耐熱性[4]。出現(xiàn)這些現(xiàn)象的可能原因是在噴霧干燥這個高溫低水分的環(huán)境下，由于細胞內(nèi)的大分子物質(zhì)如DNA、RNA及核糖體等受到影響，導致遺傳物質(zhì)的轉錄、翻譯以及蛋白質(zhì)的合成都相應發(fā)生了改變。

2.2 培養(yǎng)條件對菌體存活率的影響

2.2.1 培養(yǎng)基成分

對大多數(shù)益生菌來說，在培養(yǎng)過程中增強菌株的耐熱性無疑是提高其噴霧干燥存活率的重點所在。在培養(yǎng)基中加入糖類，氨基酸類,季胺(如甘氨酸，甜菜堿，肉堿)可以在培養(yǎng)階段提高菌株在干燥后的存活率[10-11]。Carvalho等人研究了不同碳源的培養(yǎng)基對菌株耐熱性的影響。他們發(fā)現(xiàn)采用加入乳糖的培養(yǎng)基可以培育出耐熱性很好的菌株；無獨有偶，Potts和Silva的研究也證實添加了蔗糖的培養(yǎng)基可以提高活細胞的耐熱性,進而提高噴霧干燥后的存活率[12,13]；早在1996年Kets的研究中，甜菜堿已經(jīng)被證實可以在熱干燥過程中起到對L.plantarum、L.halotolerans和E.fae?cium這三株菌株的保護作用，減少高溫和脫水對細胞的損害。這種保護機理可能是在高熱低水分的環(huán)境下，一些微生物會產(chǎn)生某些可溶性物質(zhì)（即上述氨基酸糖類等）。這些物質(zhì)會優(yōu)先排出彌補水分的流失，維持因細胞外濃度高胞內(nèi)濃度低而引起的滲透壓不平衡。但是乳酸菌不能合成這類物質(zhì)，而且在干燥這個相對短的過程中菌株也不能很好的積累該類可溶性物質(zhì)，因此需要依靠外界去補充。所以，在菌株培養(yǎng)的過程中添加這些物質(zhì)可以提高乳酸菌細胞膜的穩(wěn)定性[14]。但更多的研究表明培養(yǎng)基的選擇對干燥后菌株存活性的影響是因菌而異的[15,16]。

除此之外，還有研究表明不同糖類在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的不同代謝物可以使菌株在抗噴霧干燥能力方面具有顯著差異。例如，假性明串球菌mesenteroides菌經(jīng)蔗糖和果糖的發(fā)酵可以產(chǎn)生甘露醇。而甘露醇可以在低水分的情況下保護細胞免受氧化性損傷[17]。還有研究表明，許多乳酸菌在培養(yǎng)過程中會產(chǎn)生蒴狀的表多糖(EPS)黏附在細胞壁上。由于其本身具有良好的凝膠性質(zhì)，相當于形成了玻璃態(tài)的保護層，從而在干燥脫水的過程中對細胞進行保護[18-19]。糖源的種類在很大程度上影響了表多糖的形成。當培養(yǎng)基的碳源為果糖，乳糖和蔗糖時都可以產(chǎn)生表多糖[20-21]。

2.2.2 應激反應

一般來說，菌株的耐熱性與益生菌噴霧干燥的存活率成正相關。大量研究表明，菌株的耐熱性主要是由細胞的熱應激蛋白水平?jīng)Q定。熱應激蛋白又稱熱休克蛋白，是一切生物細胞在受到熱、病原體、理化有害因素等刺激后發(fā)生熱休克反應，產(chǎn)生的一類生物進化上高度保守的蛋白質(zhì)。它具有提高細胞的耐熱性，維持細胞自穩(wěn)狀態(tài)的作用[22]。

除了熱應激外，其他一些應激原如饑餓、缺氧、鹽、酸、氧化、高滲等條件下，也可以誘導產(chǎn)生熱應激蛋白[23]。處于不同生長期的菌株對干燥抗性有很大的差異，研究表明，生長對數(shù)末期和穩(wěn)定期的菌株具有活菌數(shù)多且耐受性強的特點[24]。進一步的研究證實，處于穩(wěn)定期的菌株因為營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏和有毒代謝產(chǎn)物的堆積，觸發(fā)了應激反應，使其在噴霧干燥后具有更好的耐熱性。酸或鹽在一定程度上也可以提高了熱應激蛋白的保護性[25]。將鼠李糖乳桿菌E800和短乳桿菌E1877處于穩(wěn)定期的細胞，用亞致死酸性pH處理，也產(chǎn)生了耐熱反應[26]；Desmond等人發(fā)現(xiàn)將Lac?tobacillu,rparacasei NFBC 338在0.3 mol/L NaCl的恒溫溶液中處理30 min，可以增加菌株在噴霧干燥后的存活率[27]。

2.3 保護劑對菌體存活率的影響

添加保護劑被視為目前較為普遍的一種提高噴霧干燥后菌株存活率的方法。保護劑分為單一型和復合型。單一型的保護劑為各種糖類，包括果糖、葡萄糖、乳糖、甘露糖、蔗糖、山梨糖醇，海藻糖等。San?tivarangkna Higl和Foerst在2008提出了水置換和玻璃化理論闡明了糖類提高細胞膜穩(wěn)定性的機制[28]。根據(jù)水置換假說,通過在雙分子層表面的糖和磷酸羥基之間氫鍵的交互作用可以降低相變溫度Tm[29]，維持細胞膜較好的流動性。例如，海藻糖可以在干燥過程中將酵母菌的Tm從60℃降低到40℃。當磷脂干燥脫水時,海藻糖在失水部位以氫鍵和磷脂的極性端相連，防止膜相變和復水時的滲漏，從而提高菌株的存活率。而玻璃化理論則認為加入糖類等保護劑可以使玻璃體化轉變溫度Tg升高，從而在較高的溫度下保持體系仍處于玻璃態(tài)。同理，蔗糖和麥芽糊精的混合物可以保護L.bulgaricus菌株，將干燥后菌株存活率由0.01%提高到7.8%[30-31]。

成分復雜的復合型保護劑一般為脫脂乳、阿拉伯膠、谷氨酸鈉和淀粉等[32]。Salar-Behzadi S等人在對Bifidobacterium bifidum BB-12進行噴霧干燥的研究中發(fā)現(xiàn)，添加阿拉伯膠，明膠或者果膠作為保護劑，可以一定程度上的提高菌體的存活率[5]。阿拉伯膠和果膠可以增強細胞膜中磷脂氫鍵的穩(wěn)定性，從而起到保護細胞膜的作用[33]；明膠則可以在干燥后形成熱可逆凝膠膜來保護細胞免受高溫脫水帶來的傷害[34]；Frit?zen-Freire等人的研究發(fā)現(xiàn)添加菊粉和果糖這類益生元可以在提高菌株Bifidobacterium bifidum BB-12噴霧干燥存活率的同時還能抵抗來自人體腸胃液低pH的侵襲。但是后期的研究表明，過高含量的益生元會導致產(chǎn)物顆粒變大干燥時間延長，從而增加了益生菌所受的熱傷害，反而導致活菌數(shù)下降[35]。

2.4 噴霧干燥工藝對菌體存活率的影響

2.4.1 進、出口溫度

在噴霧干燥過程中溫度的變化主要分為兩個階段，一是恒定干燥速率階段。該階段液滴被熱空氣霧化，發(fā)生了熱量傳遞，其溫度很快升到一恒定值（即干燥空氣的濕球溫度）。由于其溫度和熱失活都受限于濕球溫度，所以益生菌受進口溫度影響較小，熱損傷不嚴重。而在降速干燥階段，此時的水分是外低內(nèi)高，而溫度梯度則是外高內(nèi)低。當水分減少到一定程度時，在微粒表面就會形成玻璃體，水分蒸發(fā)的速率也因此逐漸下降。當微粒的溫度與熱空氣溫度達到一致時，干燥過程則停止。因此出口溫度被認為是此階段影響菌株存活率的主要因素[36]。Boza Y Barbin D在對Beijerinckia sp噴霧干燥存活率的研究過程中發(fā)現(xiàn)，出口溫度會隨著進口溫度的升高而升高，所以盡可能維持較低的出口溫度是降低Beijerinckia sp的死亡率的關鍵[37]。

2.4.2 進料流速、氣流速度等

進料流速、氣流速度、物料濃度、干燥時間等工藝條件都對出口溫度有著或多或少的影響。通過調(diào)節(jié)這些工藝參數(shù)來降低出口溫度，從而達到減少菌株損傷，提高菌株噴霧干燥存活率的目的。但是出口溫度過低也會導致最終產(chǎn)品干燥不徹底，即水分含量過高、形態(tài)改變等后果[38]。所以適宜的出口溫度對菌株存活率的影響力毋庸贅述。

2.4.3 噴霧氣壓/離心轉盤轉速

噴霧干燥過程中選用較低的噴霧氣壓也可以提高益生菌的存活率。在Riveros[39]等人的研究中，當噴霧氣壓從100 kPa降低到50 kPa時，益生菌Lactobacillus acidophilu的存活率由8.62 log CFU/g提高到9.48 log CFU/g。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能的原因是，當噴霧氣壓降低時，菌體在噴出時所受到的剪切力減少，從而減小了對益生菌Lactobacillus bulgaricus的傷害。該說法也在Lievense和Zhou等人的研究中得到證實[40-41]。但是一味的減小噴霧壓力，會造成產(chǎn)物顆粒較大，使其與熱空氣接觸時間變長，從而對菌株活性造成更為嚴重的熱傷害。

與壓力噴霧不同，離心噴霧不用高壓，僅利用離心轉盤的離心力也可以使菌液霧化。為了達到均勻干燥且菌株存活率高的目的，選擇合適的轉速十分重要。如果離心轉盤轉速過低，得到的噴霧液滴明顯不均勻；如果過高則會因為離心力過大使得細胞膜破裂造成細胞死亡。所以，工業(yè)上圓盤的轉速一般控制在3 000～20 000 r/min。

2.4.4 兩段式干燥法

在噴霧干燥基礎設備的干燥出口上再加一個流化床可以降低干燥溫度，在減小熱損傷的同時保證產(chǎn)品較低的水分含量，這種干燥方式被稱為兩段式干燥法。雖然兩段式干燥體系比傳統(tǒng)干燥設備體積大，但總體來說通過節(jié)省能源從而降低了開銷，是目前應用較普遍的干燥設備之一。此外，兩段式噴霧干燥設備制造的產(chǎn)品在復水過程中的分散性更好[42]。

2.5 復水條件對菌體存活率的影響

復水性被認為是益生菌發(fā)酵劑在復蘇階段的關鍵一步。有科學家研究指出不同的復水介質(zhì)例如脫脂乳、MRS、去離子水或者磷酸鹽緩沖液對活菌數(shù)沒有顯著的影響，但是復水溫度對菌株有一定的影響力。Wang的研究中證實，在復水溫度從4℃增加到50℃的過程中，L.bulgaricus的活菌數(shù)也隨之增長。同樣，Teixeira的研究也表明用發(fā)酵的豆奶復蘇S.ther?mophilus和B.longum時，菌株的活菌數(shù)隨復水溫度的升高而增加[43]。

2.6 貯藏和包裝對菌體存活率的影響

貯藏和包裝也是影響噴霧干燥后菌株存活率的重要因素之一。眾所周知，噴霧干燥后產(chǎn)物的穩(wěn)定性隨著貯藏的時間延長而減弱，而較低的溫度可以將菌株的存活率維持在一個較高的水平[44]。例如，Morgan將抗氧化材料（抗壞血酸和谷氨酸鈉等）加入Lactoba?cillus delbrueckii ssp.Bulgaricus的發(fā)酵劑中低溫貯藏，發(fā)現(xiàn)其可以在一定程度上防止細胞膜脂肪酸的氧化和蛋白質(zhì)的變性[45]。此外，包裝對于儲存菌株的重要性也不可忽視。真空或者充氮的包裝更加適合儲存例如Bifidobacteria這種厭氧型的益生菌，而且真空儲存的效果要優(yōu)于氮氣和空氣。

3 總結

在噴霧干燥過程中，由高溫和脫水引起的傷害幾乎同時作用于細胞上。其主要損傷的部位是細胞膜，而且對DNA，RNA和核糖體等也有一定程度的影響。同時噴霧干燥給細胞帶來的物理傷害也不容小覷。因此，從菌體自身特異性的角度出發(fā)，選擇合適的培養(yǎng)條件，添加糖類、脫脂乳和谷氨酸鈉等保護劑都可以提高菌體抗噴霧干燥的能力；另外，較低的出口溫度，適宜的噴霧壓力等噴霧干燥條件也可以一定程度上保證較高的菌株存活率；噴霧干燥后成品的貯藏、運輸和復水過程同樣也影響著益生菌的存活率。適宜復蘇菌種的復水溫度是維持較高菌株存活率的重要條件。而加入抗壞血酸和真空包裝也是目前為止保藏和運輸發(fā)酵劑的兩種有效手段。總體而言，雖然噴霧干燥會造成菌株一定程度上的死亡，但仍不失為目前制造發(fā)酵劑最經(jīng)濟實用的方法。在干燥益生菌發(fā)酵劑方面，人們更為期待一種在較低溫度下即可進行熱量交換的技術，以達到對菌株傷害最小化的目的。所以在設計多種復合型的干燥設備和開發(fā)新干燥技術這兩方面都期待后人的進一步探索。

[1]PAEZ R,LAVARI L,VINDEROLA G et al.Effect of heat treatment and spray drying on lactobacilli viability and resistance to simulated gas?trointestinal digestion[J].Food Research International,2012,48: 748-754

[2]ROMANO A,BLAIOTTA G,DI CERBO A et al.Spray-dried chestnut extract containing Lactobacillus rhamnosus cells as novel ingre?dient for a probiotic chestnut mousse[J].Journal of applied microbiolo?gy,2014,116(6):1632-1641.

[3]KAILASAPATHY K.Biopolymers for Administration and Gastrointes?tinal Delivery of Functional Food Ingredients and Probiotic Bacteria [J].Functional Polymers in Food Science:From Technology to Biolo?gy,2015,2:231-259.

[4]LEE J,KALETUNC G.Evaluation of the heat inactivation of Esche?richia coli and Lactobacillus plantarum by differential scanning calorime?try[J].Appliedandenvironmentalmicrobiology.2002,68(11): 5379-5386.

[5]SALAR BEHZADI S,WU S,TOEGEL S et al.Impact of heat treat?ment and spray drying on cellular properties and culturability of Bifido?bacterium bifidum BB-12[J].Food research international,2013,54(1): 93-101.

[6]王華光.溶液中高分子的聚集及其相行為的力學譜研究[D].2013中國科學院大學

[7]TRIPATHI M K,GIRI S K.Probiotic functional foods:Survival of probiotics during processing and storage[J].Journal of functional foods, 2014,9:225-241.

[8]GOLOWCZYC M A,SILVA J,ABRAHAM A G,De Antoni et al. Preservation of probiotic strains isolated from kefir by spray drying. Applied Microbiology,2010,50:7-12

[9]CORCORAN B M,ROSS R P,FITZGERALD G.Comparative survival of probiotic lactobacilli spray-dried in the presence of prebiot?icsubstances[J].JournalofAppliedMicrobiology,2004,96: 1024-1039.

[10]KETS E P W,TEUNISSEN P J M.Effect of compatible solutes on survival of lactic acid bacteria subjected to drying[J].Applied and En?vironmental Microbiology,1996,62:259-261.

[11]FU N,CHEN X D.Towards a maximal cell survival in convective thermal drying processes[J].Food Research International,2011,44 (5):1127-1149.

[12]POTTS M.Desiccation tolerance:a simple process[J].Trends Micro?biol,2001,9:553-559.

[13]SILVA J,CARVALHO A S,PEREIRA H et al.Induction of stress tolerance in Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus by the addition of sucrose to the growth medium[J].The Journal of Dairy Research, 2004,71:121-125

[14]MORGAN C A,HERMAN N,WHITE P G.Preservation of mi?croorganisms by drying;a review[J].Journal of Microbiological Meth?ods,2006,66:183-193.

[15]CARVALHO A S,SILVA J,HO P et al.Effect of various growth media upon survival during storage of freeze-dried Enterococcus faecalis and Enterococcus durans[J].Journal of Applied Microbiology,2003,94: 947-952.

[16]LE M C,BON E,LONVAUD FUNEL A.Tolerance to high osmo?lality of the lactic acid bacterium Oenococcus oeni and identification of potential osmoprotectants[J].International journal of food microbi?ology,2007,115:335-34.

[17]ILLEGHEMS K,DE VUYST L,WECKX S.Comparative genome analysis of the candidate functional starter culture strains Lactobacillus fermentum 222 and Lactobacillus plantarum 80 for controlled cocoa bean fermentation processes[J].BMC genomics,2015,16(1):766.

[18]RAJEEV L,DA ROCHA U N,KLITGORD N et al.Dynamic cya?nobacterial response to hydration and dehydration in a desert biologi?cal soil crust[J].The ISME journal,2013,7(11):2178-2191.

[19]SCHWAB C,VOGEL R,GANZLE M G.Influence of oligosaccha?rides on the viability and membrane properties of Lactobacillus re?uteri TMW1.106 during freeze-drying[J].Cryobiology,2007,55: 108-114.

[20]MOZZI F,ROLLAN G,DE GIORI et al.Effect of galactose and glucose on the exopolysaccharide production and the activities of bio?synthetic enzymes in Lactobacillus casei CRL 87[J].Applied microbiol?ogy.2001,91:160-167

[21]DI CAGNO R,DE ANGELIS M,LIMITONE A et al.Glucan and fructan production by sourdough Weissella cibaria and Lactobacillus plantarum[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2006,54 (26):9873-9881.

[22]王啟軍,張宏福,王永軍.熱應激蛋白在動物應激反應中的作用機制[J].飼料工業(yè),2006,27(11):14-17.

[23]廖慶.植物乳桿菌熱應激研究[D].上海交通大學,2009.

[24]PAPADIMITRIOU K,AEGRíA á,BRON P A et al.Stress Physi?ology of Lactic Acid Bacteria[J].Microbiology and Molecular Biolo?gy Reviews,2016,80(3):837-890.

[25]VAIL K M,MCMULLEN L M,JONES T H.Growth and filamen?tation of cold-adapted,log-phase Listeria monocytogenes exposed to salt,acid,or alkali stress at 3℃[J].Journal of Food Protection?, 2012,75(12):2142-2150.

[26]SAARELA M.Stationary-phase acid and heat treatment for improve?ment of the viability of probiotic lactobacilli and bifidobateria[J].Applied microbiology.2004.96:1205-1214.

[27]DESMOND C,ROSS R P,O CALLAGHAN E et al.Improved survival of Lactobacillus paracasei NFBC 338 in spray-dried powders containing gum acacia[J].Journal of Applied Microbiology,2002,93: 1003-1011.

[28]SANTIVARANGKNA C,HIGL B,FOERST P.Protection mecha?nisms of sugars during different stages of preparation process of driedlactic acid starter cultures[J].Food Microbiology,2008,25:429-441

[29]OLDENHOF H,WOLKERS W F,FONSECA F et al.Effect of su?crose and maltodextrin on the physical properties and survival of air-dried Lactobacillus bulgaricus:an in situ Fourier transform infrared spectroscopy study[J].Biotechnology Progress,2005,21:885-892.

[30]FONSECA F,BEAL C,CORRIEU G.Method of quantifying the loss of acidification activity of lactic acid starters during freezing and frozen storage[J].The Journal of Dairy Research,2000,67:83-90

[31]LESLIE S B,ISRAELI E,LIGHTHART B et al.Trehalose and su?crose protect both membranes and proteins in intact bacteria during drying[J].AppliedandEnvironmentalMicrobiology,1995,61: 3592-3597.

[32]BROECKX G,VANDENHEUVEL D,CLAES I J J et al.Drying techniques of probiotic bacteria as an important step towards the de?velopment of novel pharmabiotics[J].International journal of pharma?ceutics,2016,505(1):303-318.

[33]SCHUTYSER M A L,PERDANA J,BOOM R M.Single droplet drying for optimal spray drying of enzymes and probiotics[J].Trends in Food Science&Technology,2012,27:73-A2.

[34]BURGAIN J,GAIANI C,LINDEN M et al.Encapsulation of probi?otic living cells:From laboratory scale to industrial applications[J]. Journal of Food Engineering,2011,104:467-483

[35]SANTIVARANGKNA C,KULOZIK U,FOERST P.Alternative drying processes for the industrial preservation of lactic acid starter cultures[J].Biotechnology progress,2007,23:302-315.

[36]PINTO S S,FRITZEN FREIRE C B,BENEDETTI S et al.Poten?tial use of whey concentrate and prebiotics as carrier agents to protect Bifidobacterium-BB-12 microencapsulated by spray drying[J].Food Research International,2015,67:400-408.

[37]BOZA Y BARBIN D,SCAMPARINI A.Effect of spray-drying on the quality of encapsulated cells of Beijerinckia sp[J].Process Biochem?istry.2004,39(10):1275-1284.

[38]AHI M,HATAMIPOUR M S,GOODARZI A.Optimization of leaving activity of baker's yeast during the spray-drying process[J]. Drying Technology 2010,28(4):490-494.

[39]RIVEROS B,FERRER J,BORQUEZ R.Spray drying of a vaginal probiotic strain of Lactobacillus acidophilus[J].Drying Technolo?gy.2009,27(1):123-132.

[40]KIM D H,LEE S B,PARK H D.Effect of air-blast drying and the presence of protectants on the viability of yeast entrapped in calcium alginate beads with an aim to improve the survival rate[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2016:1-10.

[41]ZHOU X,DONG J,GAO J.Activity-loss characteristics of spores of Bacillus thuringiensis during spray drying[J].Food and Bioproducts Processing,2008,86:37-42.

[42]DONZ E,BOIRON P,COURTHAUDON J L.Characterization of industrial dried whey emulsions at different stages of spray-drying [J].Journal of Food Engineering,2014,126:190-197.

[43]TEIXEIRA P,CASTRO H,KIRDY R.Spray drying as a method for preparing concentrated cultures of Lactobacillus bulgaricus[J].Jour?nal of Applied Bacteriology,1995,78:456-462

[44]CHKIR I,BALTI M A,AYED L et al.Effects of air drying proper?ties on drying kinetics and stability of cactus/brewer's grains mixture fermented with lactic acid bacteria[J].Food and Bioproducts Process?ing,2015,94:10-19.

[45]ANANTA E,VOLKERT M,KNORR D.Cellular injuries and stor?age stability of spray-dried Lactobacillus rhamnosus GG[J].International Dairy Journal,2005,15:399-409.

Progress researches in improving the survival of probiotics starter cultures by spray drying technology

SHANG Yina，SONG Jiaojiao,WANG Yali,WANG Junguo
(Key Laboratory of Dairy Biotechnology and Engineering Ministry of Education Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018,China)

Spray drying process is a kind of high efficient method to produce probiotics starter cultures.In order to enhance the efficiency of probiotics using spray drying,this research firstly analyzes the damage of strains by spray drying and then discusses how to improve the surviv?al of probiotics,including culture conditions,protective agent,spray drying process and so on.Therefore it may provide some references for future commercial production.

spray drying;survival rates;damage;starter cultures

Q935

：B

：1001-2230（2017）07-0037-05

2016-09-21

國家自然科學基金項目(No.31160315)；內(nèi)蒙古自然科學基金項目(2015MS0306)；中科院西部之光人才培養(yǎng)項目；國家自然科學基金項目(No.31660456)；農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設項目(CARS-37)。

尚一娜(1992-)，女，碩士研究生，研究方向為食品微生物。

王俊國