5.2.2 乳酸菌菌種凍干
能從葡萄糖或乳糖的發酵過程中產生乳酸的細菌統稱為乳酸菌，共有200多種。目前已被國內外生物學家所證實，腸內乳酸菌與健康長壽有著非常密切的直接關系。乳酸菌種在酸奶生產中是非常關鍵的物質，可以利用乳酸菌提高釀造和發酵食品的風味。乳酸菌凍干是將菌種速凍，然后在真空條件下升華，可以保持菌種的穩定結構和營養。凍干后，菌種酶化作用減弱，生物活性不變，常溫下可貯存3～5年。加水后極易復原，復水率達90%以上。冷凍真空干燥乳酸菌發酵劑，具有活力強、用量少、污染低、品種多、方便儲運等特點，已在歐美等發達國家得到廣泛應用。
影響乳酸菌凍干效果的因素包括菌株、細胞大小形狀、初始細胞濃度、降溫速率、pH值、保護劑、預凍溫度、干燥條件、復水條件等，其中凍干保護劑系統的影響較突出。研究表明，乳酸菌凍干前加入適當的保護劑，可影響乳酸菌在凍干過程中的細胞存活率和保藏期間的細胞穩定性。乳酸菌凍干保護劑的保護效果與其化學結構有著密切的關系，其特征是具備三個以上的氫鍵，而且具有以適當方式存在的游離基團。
5.2.2.1預凍方式對乳酸菌菌種凍干的影響
朱東升研究了預凍方式對凍干乳酸菌菌種活菌數的影響。實驗中分別研究了嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌采用慢凍和液氮快凍后，凍干菌種活菌數與預凍方式的關系。具體實驗方案為：將菌懸液盛入冷凍平皿中，將其先置4℃冰箱平衡30min后，移入-30℃冰箱60min,然后置-80℃冰箱60min,進行普通預凍，再在冷凍真空千燥機上冷凍千燥12h,密封保存于4℃冰箱中。其余菌懸液先置于冰箱保存30min后，用5mL、1mL、200uL、100uL槍頭滴定于盛有液氮的冷凍平皿中10min,再在冷凍真空干燥機上冷凍干燥12h,密封保存于4℃冰箱中。實驗設計冷凍真空干燥條件為：凍干室溫度為-60～70℃，
壓力為6mPa。
研究結果表明，三種菌種用液氮快凍都比普通慢凍存活率高，如圖5-3所示。分析原因為，液氮預凍的速度比普通預凍的速度快很多，這樣可以使細胞內部的水滲出到細胞外面，而水在細胞內部凝結正是細胞死亡的致命原因。此外，同樣是用液氯快凍，菌種液滴大小不同，其活菌數也不同，液滴小者活菌數高。當一定體積的菌液，由不同大小的液滴進行滴定，隨總表面積增大，其存活率也增大。因為單位體積的菌液，其總表面積增大以后，水分的滲出速度也加快，所以存活率可以提高。
5.2.2.2冷凍干燥保護劑對乳桿菌凍干的影響
劉丹等研究了瑞士乳桿菌的凍干。將經過脫脂乳活化、培養基擴培并離心收集的瑞士乳桿菌菌泥與配制好的保護劑按1：1的比例混合，確定凍干前的活菌數后，注入凍干管中。凍干管在-75℃預凍2h,然后在60～120Pa下冷凍干燥32h，干燥后取出在4℃下保藏。用無菌生理鹽水使凍干菌復水，確定凍干后活菌數，計算活菌率。實驗研究中分別使用了單一保護劑和復合保護劑，實驗結果列于表5-4和表5-5。
表5-4的數據表明，與對照組相比，加入保護劑后乳酸菌的存活率均有不同程度的提高，可見所選保護劑對乳酸菌都有一定的保護作用。其中以海藻糖的效果最為顯著。與其他糖類相比，海藻糖的玻璃化相變溫度高，更容易以玻璃態存在，對生物材料的穩定有很重要的意義。另外，生物體中的大分子均處于一層水膜包圍保護中，這層水膜是維持其結構和功能不可少的物質。干燥時水膜被除去，可導致這些大分子物質發生不可逆轉的變化。若有海藻糖做保護劑，海藻糖可在生物分子的失水部位與這些分子形成氫鍵，使其在缺水條件下仍能保持其原有結構，保持活性。表5-5中的數據表明，與單一保護劑相比，使用復合保護劑凍干乳酸菌存活率更高。實驗數據還表明，保護劑中海藻糖的在10.4%左右時效果更好，海藻糖濃度過高可能會抑制菌的生長。經過優化，最佳的復合保護劑配比為10.4%海藻糖、11.2%脫脂乳和4%谷氨酸鈉。
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