瑞士乳杆菌MB2-1胞外多糖发酵动态结构演变及其对酸奶品质调控机制研究

针对发酵乳制品易乳清析出、质构不稳定的行业难题，南京农业大学团队系统研究了瑞士乳杆菌MB2-1胞外多糖（LHEP）在1-8小时发酵过程中的结构动态变化（FT-IR光谱、Rg/Rh构象参数）及其与酸奶流变/质构特性的关联。发现LHEP分子构象随pH降低发生"收缩-舒展"转变，其粗糙度增加促进溶解性提升，最终使酸奶持水性和黏弹性显著改善，为无添加稳定剂发酵乳开发提供理论支撑。

　　

论文解读

在追求清洁标签食品的今天，发酵乳制品面临着一个尴尬的困境：既要保持顺滑口感，又要避免使用卡拉胶等人工稳定剂。传统发酵乳中，乳酸菌代谢导致的pH下降会使酪蛋白网络收缩，形成容易"渗水"的脆弱凝胶——这种现象专业上称为乳清分离（syneresis），不仅影响产品卖相，更会缩短保质期。有趣的是，某些乳酸菌分泌的黏液胞外多糖（slime exopolysaccharides, s-EPS）就像天然的建筑师，能通过分子间的相互作用加固蛋白网络。然而，不同菌株产生的EPS结构差异巨大，如何精准调控这些"天然稳定剂"的构效关系，成为食品科学家们亟待破解的黑箱。

来自北京农林科学院加工所的Ge Zhiwen团队选择了一株具有工业应用潜力的瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）MB2-1作为研究对象。这株菌的特殊之处在于其分泌的LHEP多糖在前期研究中展现出卓越的增稠能力。研究者们设计了一个精妙的动态监测实验：在8小时发酵过程中，每小时取样分析LHEP的结构变化（包括FT-IR光谱特征、原子力显微镜形貌、回转半径R_g等），同时检测对应时间点酸奶的流变学参数和质构特性。这种"时间轴追踪"策略使他们首次捕捉到LHEP分子在发酵过程中的动态舞蹈。

关键技术方面，研究采用DEAE-52纤维素柱和Sephadex G-100凝胶色谱纯化多糖，通过PMP（3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮）柱前衍生结合HPLC分析单糖组成，借助动态光散射仪测定流体力学半径（R_h），并采用TA.XT Plus质构仪进行酸奶质地剖面分析（TPA）。

研究结果揭示

LHEP产量与基础特性
发酵1-8小时内，LHEP产量从12.3 mg/L持续增至58.6 mg/L，所有样品纯度＞90%。单糖组成始终保持稳定，以葡萄糖和半乳糖为主（占比＞85%），这种组成稳定性暗示MB2-1菌株具有稳健的EPS合成途径。

结构动态演变
FT-IR光谱在1045 cm^-1（吡喃糖环特征峰）和1650 cm^-1（羧基振动）处的强度变化，显示多糖分子间氢键网络随发酵时间重组。原子力显微镜捕捉到惊人转变：初期（1-3h）的LHEP呈现光滑球状（高度约0.8 nm），而后期（6-8h）则演变为高度达3.5 nm的粗糙碎片——这种"自撕裂"现象意外提升了溶解性。

构象参数变化
回转半径（R_g）和流体力学半径（R_h）呈现"V型"曲线：在pH4.5-4.2区间（对应3-5h发酵），分子链因静电收缩使R_g从158 nm降至112 nm；而当pH＜4.0时，羧基质子化导致链舒展，R_g反弹至185 nm。这种pH响应的构象转变被证实与酸奶凝胶强度变化高度同步。

酸奶品质提升
当LHEP积累量＞40 mg/L时（发酵5h后），酸奶表观黏度提升2.3倍，持水力增加37%。特别值得注意的是，后期粗糙化的LHEP碎片能像"分子铆钉"般嵌入酪蛋白网络，使凝胶储能模量（G'）提升至初始值的4.8倍，有效抑制了乳清渗出。

结论与展望
该研究首次阐明了瑞士乳杆菌EPS在发酵过程中的动态构象变化规律及其与酸奶质构的因果关系。LHEP分子独特的pH响应特性使其成为智能型天然稳定剂：在发酵初期（pH较高时）保持溶解性，而在后期（pH下降时）通过构象转变增强网络交联。这一发现不仅为解决发酵乳稳定性难题提供了新思路，更重要的是揭示了通过精准控制发酵参数来定向调控EPS功能特性的可能性。未来研究可进一步解析LHEP的精确分子结构，并探索其在不同食品体系中的通用稳定化机制。论文成果发表于乳品科学领域权威期刊《International Dairy Journal》，为清洁标签发酵乳制品的开发奠定了重要理论基础。