在可持续培养基中培养的Lactiplantibacillus plantarum的流化床干燥优化，用于酿酒应用

《Frontiers in Microbiology》：Optimization of fluidized bed drying of Lactiplantibacillus plantarum grown in sustainable culture media for winemaking application

乳酸菌在酿酒中通过驱动苹果酸-乳酸发酵增强微生物稳定性和降低酒酸，但传统冻干法成本高能耗大。本研究探索了以苹果渣（AP）和乳清渗透物（WP）为培养基，采用45和60℃流体床干燥保存Lactiplantibacillus plantarum UNQLp 11的工艺，评估了干燥时间、pH值及储存条件对菌体存活率和malolactic活性的影响。结果显示，45℃下35分钟干燥能最大限度保留菌体活力（WP培养基达8.3 log CFU/g），并在4℃储存12个月后活力损失仅1 log单位。WP培养基保存效果优于AP培养基，但AP菌体需用MRS培养基复水才能恢复75-100%的malolactic活性。该技术为可持续的大规模LAB保存提供了新思路，但需优化干燥参数和防护剂使用。

　　乳酸菌（LAB）在葡萄酒酿造过程中扮演着关键角色，主要通过乳酸发酵（MLF）提高微生物稳定性并降低酒的酸度。为了实现乳酸菌启动菌种的大规模发展，需要成本效益高且可持续的生物量生产与保存方法。传统保存技术，如冻干，成本高且耗能大。因此，本研究探讨了流化床干燥作为替代方案，用于保存在苹果渣（AP）和乳清渗滤液（WP）为基础的培养基中培养的乳酸片球菌（*Lactiplantibacillus plantarum*）UNQLp 11菌株，并特别关注保存后的乳酸发酵活性。实验中，UNQLp 11菌株在AP和WP培养基中培养后，采用流化床干燥技术在45°C和60°C条件下进行干燥，并通过调整干燥时间和培养基组成来评估其对细胞存活率的影响。干燥后的样品在4°C下储存12个月，以检测其长期稳定性。同时，通过调节水活度（aw）在0.10至0.33之间，观察其对菌株保存效果的影响。在葡萄酒酿造试验中，使用合成葡萄酒和马尔贝克（Malbec）葡萄酒进行测试，均未添加再水合，以评估干燥菌株的乳酸发酵能力。

研究结果显示，流化床干燥导致细胞存活率减少了3至5个对数单位，其存活率受到培养基组成、pH值和干燥时间的影响。在45°C干燥35分钟时，获得最佳保存效果，其中在WP培养基中干燥的菌株最终细胞计数为8.3 log CFU/g，而在AP培养基中干燥的菌株为7.0至7.4 log CFU/g。经过12个月的储存后，细胞存活率的损失仅约为1个对数单位，当水活度维持在0.10至0.33范围内时，菌株的活性和存活率表现较为稳定。在合成葡萄酒的酿造试验中，WP来源的菌株表现出优异的乳酸发酵活性，能够消耗70%至100%的苹果酸，而在马尔贝克葡萄酒中则可达到80%的苹果酸消耗率。相比之下，AP来源的菌株在储存后需要再水合以恢复其性能，其在合成葡萄酒中的苹果酸消耗率为75%至100%，而在马尔贝克葡萄酒中为50%至80%。这些结果表明，流化床干燥是一种可行且节能的替代方案，可以用于保存* L. plantarum* UNQLp 11菌株。然而，AP基础培养基的菌株在干燥后需要再水合以恢复其全部活性，这提示在工业应用中仍需进一步优化干燥参数和保护剂以提高其适用性。

在介绍部分，研究指出，开发高效、低成本和可持续的策略对于保存乳酸发酵启动菌种至关重要。这些菌种对于确保可靠的乳酸发酵过程是必不可少的，它们主要由选育的乳酸菌（如* Oenococcus oeni*和* Lactiplantibacillus plantarum*）组成，具有特定的性能以确保发酵过程的成功和安全。虽然可以使用商业培养基生产乳酸菌生物量，但这些培养基的高成本使得该过程在经济上不可行。因此，开发低成本培养基以实现与商业培养基相似的菌株产量，同时保持其葡萄酒工艺和功能性，对于葡萄酒行业具有重要价值。在这种背景下，食品工业的副产品成为一种优秀的替代品，有助于解决其处置过程中的环境问题。

在材料与方法部分，研究详细描述了实验所使用的菌株、培养基、流化床干燥工艺以及水活度和水分含量的测定方法。* Lactiplantibacillus plantarum* UNQLp 11菌株从阿根廷里奥内格罗省的马尔贝克葡萄酒中分离出来，被保存在?20°C的MRS培养基中，并添加了20%的甘油以保持活性。菌株在AP和WP培养基中生长，通过离心收集生物量，并与木薯淀粉混合以形成湿颗粒。然后，这些颗粒在流化床干燥器中以45°C和60°C进行干燥。水活度的测定使用了AquaLab仪器，而水分含量则通过干燥至恒重计算。为了研究干燥过程中的水分变化，采用了Guggenheim Anderson-de Boer（GAB）模型，该模型描述了水分含量与水活度之间的关系。

研究结果部分显示，流化床干燥的水活度呈指数衰减，且在60°C时干燥速度更快。AP和WP培养基的菌株在不同干燥时间和pH条件下表现出不同的存活率。在45°C干燥35分钟时，WP培养基的菌株存活率最高，而AP培养基的菌株则在45°C和60°C下表现出不同的结果。经过12个月的储存后，菌株的存活率仍然保持在较高水平，尤其在水活度维持在0.10至0.33范围内时，细胞存活率的损失被有效控制。在合成葡萄酒和马尔贝克葡萄酒的酿造试验中，WP来源的菌株在干燥后仍能有效消耗苹果酸，而AP来源的菌株则需要再水合以恢复其功能。这表明，流化床干燥在保存菌株的活性方面具有潜力，但在某些情况下仍需额外的再水合步骤。

在讨论部分，研究分析了流化床干燥对乳酸菌的影响，并探讨了其与传统保存方法（如冻干）的比较。虽然流化床干燥在某些情况下导致细胞存活率的损失较大，但其具有显著的经济优势和环境友好性。研究指出，流化床干燥过程中，细胞受到热、机械、渗透和氧化等压力，因此添加保护剂（如糖类、寡糖、复杂聚合物和淀粉）是减少损伤的关键。此外，研究还提到，AP和WP培养基中的化学成分（如果胶和多酚）可能对菌株的保存起到积极作用，这些成分在工业应用中具有较高的利用价值。然而，研究也指出，当前关于乳酸菌流化床干燥的文献较为有限，且存在方法上的不一致性，因此需要进一步研究以建立标准化的保存流程。

结论部分总结了研究的主要发现，指出流化床干燥是一种可行且可持续的保存乳酸菌的方法，尤其适用于葡萄酒酿造行业。尽管其细胞存活率较冻干有所下降，但菌株仍能保持其技术功能，如在合成葡萄酒和马尔贝克葡萄酒中有效消耗苹果酸。此外，研究强调了再水合的重要性，特别是对于AP培养基来源的菌株，使用MRS培养基进行再水合能够显著提高其活性和功能。研究还指出，流化床干燥在工业应用中具有成本低、操作简单和环境友好等优势，但其应用仍需进一步优化干燥条件和保护剂以提高保存效果。因此，开发高效的保存技术对于推动乳酸菌在食品和葡萄酒行业的可持续应用具有重要意义。