崔 莉，牛麗影，黃家鵬，李大婧，張鐘元，劉春菊，劉春泉，劉瑩萍，肖麗霞,*

胡蘿卜片中富集植物乳桿菌的工藝優(yōu)化

崔 莉1，牛麗影1，黃家鵬1，李大婧1，張鐘元1，劉春菊1，劉春泉1，劉瑩萍2，肖麗霞2,*

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇 南京 210014；2.揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

為將植物乳桿菌富集到胡蘿卜中以制備含益生菌的果蔬功能食品，本研究首先通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化植物乳桿菌以真空浸漬和超聲浸漬的方式富集到胡蘿卜片中的工藝參數(shù)，然后以常壓浸漬為對(duì)照比較3 種浸漬方式下胡蘿卜片中富集的活菌數(shù)，以期獲得較優(yōu)的胡蘿卜植物乳桿菌富集方式。結(jié)果表明，真空浸漬較優(yōu)工藝參數(shù)為真空浸漬溫度35 ℃、真空浸漬時(shí)間15 min、復(fù)壓浸漬時(shí)間20 min；超聲浸漬較優(yōu)工藝參數(shù)為超聲浸漬溫度30 ℃、超聲浸漬功率125 W、超聲浸漬時(shí)間12 min。比較真空浸漬、超聲浸漬和常壓浸漬3 種方式下胡蘿卜中活菌數(shù)可知，真空浸漬組活菌數(shù)最多，達(dá)到1010CFU/g以上；掃描電子顯微鏡結(jié)果顯示，在真空和超聲浸漬的胡蘿卜組織中均觀察到桿狀菌體，而在常壓浸漬樣品的組織內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)菌體。3 種浸漬方式下胡蘿卜組織表面均有大量菌體。本研究獲得了較優(yōu)的胡蘿卜中富集植物乳桿菌工藝參數(shù)，為乳酸菌或其他菌通過(guò)真空浸漬富集到果蔬組織中提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為含益生菌功能食品開(kāi)發(fā)提供新思路。

益生菌；胡蘿卜片；真空浸漬；超聲浸漬

益生菌是指當(dāng)攝入充足數(shù)量時(shí)，對(duì)宿主（人體）產(chǎn)生一種或多種經(jīng)過(guò)論證的功能性健康益處的活微生物。乳酸菌是益生菌的一種，除了能改善胃腸道功能[1]外，還具有提高免疫力[2]、抗菌[3]、降膽固醇[4]、預(yù)防糖尿病[5]等功能。目前工業(yè)上的益生菌功能食品主要是乳制品，但其保質(zhì)期有限，也不適合乳糖不耐癥和乳制品過(guò)敏消費(fèi)者[6]，這促使研究者不斷開(kāi)發(fā)新型益生菌產(chǎn)品，如含益生菌香腸[7]益生菌發(fā)酵果蔬汁[8]和富益生菌鮮切果蔬[9]、果蔬脆[10]等。Lapsley等[11]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)果蔬組織的間隙在21～35 nm之間時(shí)，可以將益生菌固定于果蔬細(xì)胞間隙中。胡蘿卜營(yíng)養(yǎng)豐富，價(jià)格低、產(chǎn)量大、耐儲(chǔ)存，具有明目、護(hù)心、養(yǎng)顏、防癌等功能[12]，細(xì)胞體積為0.8×105～4.0×105μm3[13]，推測(cè)細(xì)胞間隙約為1～10 μm，是富集益生菌的理想原料。

在自然狀態(tài)下，溶液中的離子或活性物質(zhì)很難富集到食品內(nèi)部，且耗時(shí)較長(zhǎng)。為了縮短生產(chǎn)周期，提高效率，研究者不斷嘗試新的手段來(lái)加速富集過(guò)程，其中應(yīng)用較廣的為真空浸漬和超聲浸漬。真空浸漬是以一種可控方式使懸浮物質(zhì)直接進(jìn)入到產(chǎn)品的多孔結(jié)構(gòu)中，通過(guò)真空可以將食品細(xì)胞間隙中的氣體和液體抽去，從而使其他物質(zhì)如微生物、礦物質(zhì)或其他生物活性物質(zhì)進(jìn)入到食品組織內(nèi)[14]；超聲浸漬[15]則是利用超聲波的空穴作用擊穿食品內(nèi)細(xì)胞的細(xì)胞膜，從而使外部物質(zhì)浸入到食品內(nèi)部。本研究以胡蘿卜片為富集益生菌的載體，分別采用真空浸漬及超聲浸漬進(jìn)行菌富集處理，以活菌數(shù)為指標(biāo)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化富集工藝，再以常壓浸漬為對(duì)照，比較較優(yōu)條件下真空浸漬和超聲浸漬的富集效果，獲得適宜的益生菌富集方式，以期為胡蘿卜片富集益生菌提供更優(yōu)的條件。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

胡蘿卜購(gòu)于南京孝陵衛(wèi)菜市場(chǎng)；蔗糖購(gòu)于南京蘇果超市；植物乳桿菌SICC 1.376購(gòu)于四川省工業(yè)微生物菌種保藏管理中心，經(jīng)本實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)其具有抗氧化及耐酸耐膽鹽等益生功能。

MRS肉湯培養(yǎng)基 北京陸橋技術(shù)有限公司；瓊脂南京奧多福尼生物科技有限公司；氯化鈉 西隴化工股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；超聲波清洗機(jī) 昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司；SW-CJ-2D型凈化工作臺(tái) 蘇州凈化設(shè)備有限公司；高壓蒸汽滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械制造有限公司；BS224S電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；恒溫恒濕箱 上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；TG16-WS臺(tái)式高速離心機(jī) 湖南長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；HyG-A全溫?fù)u瓶柜 太倉(cāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；LGJ-12冷凍干燥機(jī) 北京松源華興科技發(fā)展有限公司；EVO-LS10掃描電子顯微鏡 德國(guó)蔡司公司。

1.3 方法

1.3.1 浸漬液制備

將4 ℃保藏的菌種活化2～3 代→轉(zhuǎn)接于裝有MRS液體培養(yǎng)基的三角瓶中→37 ℃擴(kuò)大培養(yǎng)12 h→離心（4 800 r/min，10 min）→用10%蔗糖溶液稀釋沉淀菌種制成浸漬液，備用。

1.3.2 植物乳桿菌的富集工藝

工藝流程：挑選材料→清洗→瀝干→去皮→切片→燙漂→浸漬→瀝干→干燥→包裝。

操作要點(diǎn)：1）挑選材料：選取新鮮無(wú)機(jī)械損傷的胡蘿卜；2）切片：將清洗去皮后的胡蘿卜切成3～4 mm厚的薄片；3）燙漂：將胡蘿卜片放入沸水中燙漂90 s，快速取出放入冷水中冷卻；4）浸漬：真空浸漬和超聲浸漬均是將胡蘿卜片置于裝有浸漬液的容器內(nèi)，料液比為1∶2，保持液面沒(méi)過(guò)胡蘿卜片，分別進(jìn)行浸漬富集處理。1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.3.1 真空浸漬單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

真空浸漬溫度：真空浸漬時(shí)間15 min，復(fù)壓浸漬時(shí)間10 min，保持真空壓力0.09 MPa浸漬過(guò)程中的溫度分別為25、30、35、40、45 ℃時(shí)，測(cè)定胡蘿卜片中活菌數(shù)。真空浸漬時(shí)間：真空浸漬溫度30 ℃，復(fù)壓浸漬時(shí)間10 min，保持真空壓力0.09 MPa抽真空時(shí)間分別為5、10、15、20、25 min時(shí)，測(cè)定胡蘿卜片中活菌數(shù)。復(fù)壓浸漬時(shí)間：真空浸漬時(shí)間15 min，真空浸漬溫度30 ℃，抽真空結(jié)束，在常壓下的浸漬時(shí)間分別為5、10、15、20、25 min時(shí)，測(cè)定胡蘿卜片中活菌數(shù)。

1.3.3.2 超聲浸漬單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

超聲浸漬溫度：超聲浸漬功率150 W，超聲浸漬時(shí)間9 min，測(cè)定在超聲浸漬溫度25、30、35、40、45 ℃條件下胡蘿卜片中活菌數(shù)。超聲浸漬功率：超聲浸漬時(shí)間9 min，超聲浸漬溫度30 ℃，測(cè)定在超聲浸漬功率100、125、150、175、200 W條件下胡蘿卜片中活菌數(shù)。超聲浸漬時(shí)間：超聲浸漬功率150 W，超聲浸漬溫度30 ℃，測(cè)定在超聲浸漬時(shí)間3、6、9、12、15 min條件下胡蘿卜片中活菌數(shù)。

1.3.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以單因素試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，真空浸漬中以真空浸漬溫度、真空浸漬時(shí)間、復(fù)壓浸漬時(shí)間為試驗(yàn)因素，以活菌數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1；超聲浸漬中以超聲浸漬溫度、超聲浸漬功率、超聲浸漬時(shí)間為試驗(yàn)因素，以活菌數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表1 真空浸漬正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Table 1 Factors and levels used for orthogonal array design for optimization of vacuum impregnation parameters

1.3.5 常壓浸漬

在常壓環(huán)境40 ℃條件下，將胡蘿卜片浸漬于浸漬液中1.5 h。

1.3.6 乳酸菌數(shù)測(cè)定

參照GB 4789.35—2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 乳酸菌檢驗(yàn)》方法[16]，將富集了益生菌的胡蘿卜樣品經(jīng)真空冷凍干燥后打粉測(cè)定，活菌數(shù)單位為CFU/g干樣。

1.3.7 植物乳桿菌附著情況的觀察

采用掃描電子顯微鏡觀察植物乳桿菌在胡蘿卜表面和內(nèi)部的附著情況[17]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用Origin 8.6進(jìn)行作圖分析，采用SAS V8統(tǒng)計(jì)進(jìn)行方差分析，并應(yīng)用鄧肯多重比較方法進(jìn)行樣品間的顯著性差異分析。P＜0.05表示存在顯著差異。每次實(shí)驗(yàn)做3次重復(fù)，取平均值，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 結(jié)果與分析

2.1 真空浸漬單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 真空浸漬溫度對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響

圖1 真空浸漬溫度對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響Fig. 1 Effect of vacuum impregnation temperature on the number of viable bacteria in carrot

真空浸漬技術(shù)是基于某些食品多孔結(jié)構(gòu)能夠在抽真空后被浸漬液占據(jù)的原理。影響真空浸漬效果的因素主要有注入浸漬液體積、物料浸漬體積變形率和有效空隙率。真空浸漬時(shí)間、壓力、浸漬液組成成分、浸漬溫度、浸漬液濃度等通過(guò)影響上述3 種參數(shù)，影響真空浸漬效果[18]。以浸漬后胡蘿卜片中活菌數(shù)為指標(biāo)，考察浸漬溫度對(duì)浸漬效果的影響。如圖1所示，隨著溫度從25 ℃升高到45 ℃，活菌數(shù)隨呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，35 ℃為拐點(diǎn)，活菌數(shù)為2.45×1010CFU/g。在25～35 ℃內(nèi)，菌數(shù)隨溫度升高而增加，可能原因是溫度升高致使液體黏度下降[19]，流動(dòng)性增加，有利于含菌體的浸漬液滲入胡蘿卜的組織間隙內(nèi)，從而使浸漬液體積升高，進(jìn)而提高浸漬效率。也可能由于溫度升高促使胡蘿卜軟化，細(xì)胞孔隙增大，引起物料浸漬體積變形率和有效空隙率升高，提高了浸漬效率。在40～45 ℃時(shí)，觀察到菌數(shù)下降可能是由于溫度超出菌體的最適溫度，引起蛋白質(zhì)、DNA等生物大分子熱變性，導(dǎo)致菌體失活，菌數(shù)下降[20]。故確定浸漬溫度為35 ℃。

2.1.2 真空浸漬時(shí)間對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響

圖2 真空浸漬時(shí)間對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響Fig. 2 Effect of vacuum impregnation time on the number of viable bacteria in carrot

如圖2所示，植物乳桿菌數(shù)隨抽真空時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的趨勢(shì)。抽真空可以將胡蘿卜組織中的氣體和占據(jù)組織間隙的汁液排出，當(dāng)瞬時(shí)恢復(fù)大氣壓時(shí)菌液趁勢(shì)吸入，進(jìn)入到胡蘿卜組織間隙中。真空浸漬的效率主要由浸漬液占據(jù)物料多孔間隙的效率決定。研究發(fā)現(xiàn)，浸漬時(shí)間顯著影響物料中注入浸漬液體積和有效孔隙率[21-24]。結(jié)果顯示，在抽真空5～15 min內(nèi)，胡蘿卜中活菌數(shù)隨著抽真空時(shí)間延長(zhǎng)而變大，但在15 min后活菌數(shù)并未繼續(xù)增加而是略有下降。這與Krasaekoopt等[22]的研究結(jié)果相似，其在番石榴的真空浸漬益生菌過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，隨著抽真空時(shí)間5～15 min變化，浸漬液體積、有效孔隙率和活菌數(shù)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)?？赡茉?yàn)?，在抽真空初期，胡蘿卜孔隙隨著抽真空時(shí)間延長(zhǎng)而變大，導(dǎo)致被排出的氣體和汁液也增加，因此在恢復(fù)大氣壓時(shí)，被吸入浸漬液增加從而的檢測(cè)到胡蘿卜中活菌數(shù)增加。當(dāng)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，胡蘿卜組織發(fā)生部分變形，無(wú)法繼續(xù)包持浸漬液，從而出現(xiàn)略下降的趨勢(shì)。

2.1.3 復(fù)壓浸漬時(shí)間對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響

根據(jù)Fito[25]的理論，真空浸漬技術(shù)利用了由壓差引起的水動(dòng)力學(xué)機(jī)理和變松弛現(xiàn)象。水動(dòng)力學(xué)機(jī)理是指由于食品細(xì)胞內(nèi)的液體在真空、低溫環(huán)境下容易汽化蒸發(fā)，會(huì)在物料內(nèi)部形成了一些泡孔結(jié)構(gòu)，在壓力差和毛細(xì)管效應(yīng)的共同作用下，浸漬液更容易滲入物料結(jié)構(gòu)內(nèi)部。同時(shí)，被浸漬的物料整體在真空條件下會(huì)產(chǎn)生一定的膨脹，導(dǎo)致細(xì)胞之間的間距增大，這被稱作變形松弛現(xiàn)象，它也有利于浸漬液更快滲入到物料的內(nèi)部。最終在水動(dòng)力學(xué)和物料變形松弛現(xiàn)象的共同作用下，完成浸漬過(guò)程。真空浸漬分為2 個(gè)階段，真空階段和復(fù)壓階段。在真空階段，食品組織內(nèi)部的空氣在水動(dòng)力學(xué)機(jī)理和變松弛現(xiàn)象作用下膨脹并部分流出。在復(fù)壓階段，食品組織內(nèi)部剩余的空氣被壓縮，浸漬液在外壓作用下擠入物料孔隙中。同時(shí)，細(xì)胞之間的間隙雖然所占體積不多，但也可以容納浸漬液。所以復(fù)壓時(shí)間的研究非常重要，對(duì)浸漬效率有顯著影響。

圖3 復(fù)壓浸漬時(shí)間對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響Fig. 3 Effect of restoration time on the number of viable bacteria in carrot

如圖3所示，在5～10 min內(nèi)，活菌數(shù)快速增加。在10～25 min內(nèi)，活菌數(shù)保持相對(duì)穩(wěn)定。此結(jié)果與Hironaka等[26]的研究一致，其在土豆中浸漬鐵元素實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在0～3 h內(nèi)土豆中的鐵元素含量逐漸升高，在3～4 h達(dá)到穩(wěn)定。此文獻(xiàn)中浸漬時(shí)間較長(zhǎng)主要是由于對(duì)整個(gè)土豆進(jìn)行浸漬，其周皮組織不利于水和空氣的滲透。Mujica-Paz等[27]采用13.5～67.4 kPa真空壓力10 min，復(fù)壓10 min，將蔗糖溶解浸漬入芒果、蘋(píng)果和甜瓜切片中。Gras等[28]采用5 kPa真空壓力10 min，復(fù)壓10 min，將蔗糖和乳酸鈣的等滲溶液浸漬入茄子、胡蘿卜和平菇切片中。綜上，確定復(fù)壓浸漬時(shí)間為15 min。

2.2 真空浸漬參數(shù)正交試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 真空浸漬正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表3可知，真空浸漬較優(yōu)工藝參數(shù)為A2B2C3，即當(dāng)真空浸漬溫度35 ℃、真空浸漬時(shí)間15 min、復(fù)壓浸漬時(shí)間20 min時(shí)真空浸漬的胡蘿卜片中富集的植物乳桿菌最多。由表4可知，各因素對(duì)活菌數(shù)影響主次為真空浸漬溫度＞真空浸漬時(shí)間＞復(fù)壓浸漬時(shí)間。

表3 真空浸漬正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal array design with experimental results for optimization of vacuum impregnation parameters

表4 真空浸漬正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析Table 4 Analysis of variance of the orthogonal array design for optimization of vacuum impregnation parameters

2.2.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

對(duì)正交試驗(yàn)優(yōu)選出的真空浸漬最佳工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，按照最佳工藝條件操作的胡蘿卜片中的活菌數(shù)為10.16（lg（CFU/g）），高于表3中每一項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了所選取工藝條件的合理性。

2.3 超聲浸漬單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 超聲浸漬溫度對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響

圖4 超聲浸漬溫度對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響Fig. 4 Effect of ultrasonic impregnation temperature on the number of viable bacteria in carrot

如圖4所示，在一定范圍內(nèi)，隨著超聲浸漬溫度的升高，液體分子運(yùn)動(dòng)加快造成浸漬液黏度變小，有利于植物乳桿菌進(jìn)入到胡蘿卜組織內(nèi)部，溫度繼續(xù)升高，黏度趨于穩(wěn)定，滲入的植物乳桿菌數(shù)也趨于穩(wěn)定。溫度為25 ℃時(shí)，富集的活菌數(shù)遠(yuǎn)低于其他溫度，當(dāng)浸漬溫度為30 ℃時(shí)，胡蘿卜中的活菌數(shù)已達(dá)到最多，比真空浸漬的最適溫度35 ℃低，這可能是因?yàn)樵诔晻r(shí)部分質(zhì)點(diǎn)物質(zhì)吸收超聲波，使超聲波的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而導(dǎo)致浸漬液的溫度升高[26]。因此確定浸漬溫度為30 ℃。

2.3.2 超聲浸漬功率對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響

圖5 超聲浸漬功率對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響Fig. 5 Effect of ultrasonic power on the number of viable bacteria in carrot

如圖5所示，超聲浸漬功率對(duì)植物乳桿菌富集效果有明顯作用，在一定范圍內(nèi)隨功率增大，胡蘿卜片富集的活菌數(shù)快速增多，但當(dāng)功率在150 W后，活菌數(shù)快速減少。這是因?yàn)楹}卜組織中的水分和微小氣泡使得超聲波的空穴作用極易產(chǎn)生，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受到破壞，細(xì)胞通透性增加[29-30]，加大傳質(zhì)速率，導(dǎo)致菌富集效果明顯；另外隨著空穴的不斷形成及消失，形成的旋渦起到攪拌作用，也促進(jìn)了菌的富集。但是隨著功率繼續(xù)增加，空穴作用加劇，溫度升高，導(dǎo)致菌體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷，活菌數(shù)減少。故選擇超聲浸漬功率為150 W。

2.3.3 超聲浸漬時(shí)間對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響

圖6 超聲浸漬時(shí)間對(duì)胡蘿卜中活菌數(shù)的影響Fig. 6 Effect of ultrasonic impregnation time on the number of viable bacteria in carrot

如圖6所示，活菌數(shù)隨著超聲浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先緩慢上升后快速下降的趨勢(shì)。在12 min前，超聲浸漬時(shí)間延長(zhǎng)，活菌數(shù)也隨之增加，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的超聲后，胡蘿卜內(nèi)外環(huán)境之間的物質(zhì)交換會(huì)達(dá)到平衡，使得植物乳桿菌數(shù)不再增加，保持在一定范圍內(nèi)。但是超聲超過(guò)12 min時(shí)活菌數(shù)明顯下降，這可能是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的超聲，破壞了植物乳桿菌的結(jié)構(gòu)，增加菌體死亡數(shù)量。因此確定浸漬時(shí)間為12 min。

2.4 超聲浸漬參數(shù)正交試驗(yàn)結(jié)果

2.4.1 超聲浸漬正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果

由表5可知，超聲浸漬較優(yōu)工藝參數(shù)為A1B1C3，即超聲浸漬溫度30 ℃、超聲浸漬功率125 W、超聲浸漬時(shí)間12 min時(shí)，通過(guò)超聲浸漬胡蘿卜片富集的活菌數(shù)最多。由表6可知，各因素的影響主次為超聲浸漬時(shí)間＞超聲浸漬溫度＞超聲浸漬功率。

表5 超聲浸漬正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Orthogonal array design with experimental results for optimization of ultrasonic impregnation parameters

表6 超聲浸漬正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析Table 6 Analysis of variance of the orthogonal array design for optimization of ultrasonic impregnation parameters

2.4.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

對(duì)正交試驗(yàn)優(yōu)選出的超聲浸漬最佳工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，按照最佳工藝條件操作的胡蘿卜片中的活菌數(shù)為9.93（lg（CFU/g）），高于表5中每一項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了所選取工藝條件的合理性。

2.5 3 種富集方式比較

2.5.1 不同富集方式下胡蘿卜片中活菌數(shù)

圖7 不同富集方式下胡蘿卜中活菌數(shù)Fig. 7 Effect of impregnation methods on the number of viable bacteria in carrot

在較優(yōu)工藝條件下真空浸漬、超聲浸漬以及常壓浸漬胡蘿卜片中的活菌數(shù)如圖7所示，通過(guò)真空浸漬富集的活菌數(shù)明顯多于其他兩種富集方式，達(dá)到1.2×1010CFU/g，而超聲浸漬和常壓浸漬富集的活菌數(shù)相當(dāng)，沒(méi)有明顯差異（P＞0.05）。

2.5.2 不同富集方式下胡蘿卜片中菌的附著情況

經(jīng)真空浸漬、超聲浸漬以及常壓浸漬的富植物乳桿菌胡蘿卜脆片表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖8和圖9。3 種浸漬方式制備的富植物乳桿菌胡蘿卜表面均附著大量菌體。然而，在富植物乳桿菌胡蘿卜組織內(nèi)部只有真空浸漬組和超聲浸漬組有菌體存在，常壓浸漬組未發(fā)現(xiàn)菌體。說(shuō)明通過(guò)這兩種富集方式植物乳桿菌可以滲入并定植到胡蘿卜組織內(nèi)部而常壓浸漬只是將菌體固定于胡蘿卜組織表面。從植物乳桿菌在貯藏過(guò)程中的存活性角度，真空浸漬及超聲浸漬可將菌富集到組織內(nèi)部對(duì)菌應(yīng)該有包埋保護(hù)作用，所以這兩種富集方式優(yōu)于常壓浸漬。

圖8 植物乳桿菌在胡蘿卜表面附著情況Fig. 8 Lactobacillus plantarum adhesion on the surface of carrot cells

圖9 植物乳桿菌在胡蘿卜組織內(nèi)部附著情況Fig. 9 Lactobacillus plantarum adhesion inside carrot cells

3 結(jié) 論

真空浸漬的較優(yōu)工藝為真空浸漬溫度35 ℃、真空浸漬時(shí)間15 min、復(fù)壓浸漬時(shí)間20 min；超聲浸漬較優(yōu)工藝為超聲浸漬溫度30 ℃、超聲浸漬功率125 W、超聲浸漬時(shí)間12 min。以常壓浸漬為對(duì)照，比較優(yōu)化后真空浸漬、超聲浸漬的植物乳桿菌富集效果可知，真空浸漬組活菌數(shù)最多，可達(dá)1.2×1010CFU/g。其他兩種浸漬方式下的活菌數(shù)也都在106CFU/g以上，達(dá)到乳制品功能食品中含菌數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。掃描電子顯微鏡結(jié)果顯示，真空浸漬及超聲浸漬都可將菌體定植于胡蘿卜組織內(nèi)部，而常壓浸漬未進(jìn)入組織內(nèi)部。綜合考慮，真空浸漬可作為較優(yōu)的植物乳桿菌胡蘿卜片的富集方式。

本研究將植物乳桿菌以物理方式富集到果蔬中，形成富植物乳桿菌果蔬產(chǎn)品，其活菌數(shù)能夠保持106CFU/g以上，達(dá)到益生菌乳制品功能食品活菌數(shù)要求，此產(chǎn)品兼具果蔬和益生菌的優(yōu)良品質(zhì)，集營(yíng)養(yǎng)保健于一體，可用于制備含益生菌鮮切果蔬、含益生菌果蔬脆片、含益生菌果蔬粉、益生菌的固定化載體等多種產(chǎn)品，具有廣闊市場(chǎng)前景。同時(shí)比較了3 種浸漬方式富集益生菌的適用性，為真空浸漬在果蔬中應(yīng)用提供新的科學(xué)依據(jù)。

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Optimization of Processing Parameters for Probiotics Enrichment in Impregnated Carrot Slices

CUI Li1, NIU Liying1, HUANG Jiapeng1, LI Dajing1, ZHANG Zhongyuan1, LIU Chunju1, LIU Chunquan1, LIU Yingping2, XIAO Lixia2,*
(1. Institute of Farm Product Processing, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 2. School of Food Science and Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127, China)

This research aimed to develop probiotic foods by fortifying probiotics in carrot using vacuum or ultrasonic impregnation. The vacuum and ultrasonic impregnation conditions were optimized by one-factor-at-a-time and orthogonal array design methods. The results showed that the optimum parameters for vacuum impregnation were obtained as temperature 35 ℃, impregnation time 15 min and restoration time 20 min and the optimum parameters for ultrasonic impregnation were temperature 30 ℃, ultrasonic power 125 W and impregnation time 12 min. The two techniques were compared with atmospheric pressure impregnation in terms of viable bacterial count and the results showed that the number of viable bacteria enriched by vacuum impregnation was the highest, reaching 1010CFU/g. Scanning electron microscopy (SEM) confirmed the presence of rod-shaped bacteria being embedded in the intracellular space of vacuum and ultrasonic impregnated carrot samples, which were not observed within the tissue of samples impregnated at atmospheric pressure. However, there was a large quantity of bacteria observed on the surface of the samples impregnated under all three conditions. Vacuum impregnation can be considered a new approach for fortifying probiotics in carrot. The results of this research may provide new ideas for the development of functional probiotic foods.

probiotics; carrot slices; vacuum impregnation; ultrasonic impregnation

10.7506/spkx1002-6630-201716029

TS255.52

A

1002-6630（2017）16-0183-07

崔莉, 牛麗影, 黃家鵬, 等. 胡蘿卜片中富集植物乳桿菌的工藝優(yōu)化[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(16): 183-189. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201716029. http://www.spkx.net.cn

CUI Li, NIU Liying, HUANG Jiapeng, et al. Optimization of processing parameters for probiotics enrichment in impregnated carrot slices[J]. Food Science, 2017, 38(16): 183-189. (in Chinese with English abstract)

10.7506/ spkx1002-6630-201716029. http://www.spkx.net.cn

2017-01-12

江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（現(xiàn)代農(nóng)業(yè)）重點(diǎn)項(xiàng)目（BE2016363）

崔莉（1978—），女，博士，研究方向?yàn)槭称肺⑸锱c果蔬加工。E-mail：sunnycuili@gmail.com

*通信作者：肖麗霞（1966—），女，教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品貯藏加工。E-mail：lxxiao@yzu.edu.cn