FSAP | 東北農業大學孟祥晨教授等：由產胞外多糖的短雙歧桿菌改善發酵羊乳品質及其機制研究

東北農業大學乳品科學教育部重點實驗室NiuMengmeng、JinQiwen（共同一作）等利用2 株不同分泌胞外多糖（exopolysaccharides，EPS）產量的短雙歧桿菌（

Bifidobacterium breve

H4-2 與 H9-3 ）與常規酸乳發酵劑共同發酵羊乳，探討其對羊乳理化性質、微觀結構及 EPS 與酪蛋白相互作用的影響機制，為通過益生菌提高發酵乳品質提供新的理論依據。

Introduction

發酵乳作為益生菌的重要載體，具有促進乳糖吸收、調節腸道菌群、增強免疫等功能。山羊乳富含免疫球蛋白、脂肪酸、氨基酸及維生素，因其脂肪球更小、結構更易消化，且過敏性低于牛乳，已成為功能性發酵乳的重要原料。然而，山羊乳存在凝固性差、易析乳清的問題，傳統添加食用膠雖可改善質構，但會掩蓋原味，因此尋找天然增稠劑尤為重要。

雙歧桿菌作為常見益生菌，能分泌EPS，這種高分子碳水化合物能顯著影響發酵乳的黏度、流變性與穩定性。例如，產EPS的乳酸菌可通過與酪蛋白形成交聯網絡，改善凝膠結構、提高持水性并減少脫水。

Results

1短雙歧桿菌的基因組與EPS合成能力分析

研究通過基因組測序發現，

B. breve

H4-2 和 H9-3 均具有典型的環狀染色體結構， GC 含量相近，并均包含與EPS合成相關的關鍵基因簇。這些基因包括聚合酶、糖基轉移酶、鏈長調控蛋白及多糖轉運蛋白等。

盡管2 株菌的基因簇組成相似，但H4-2中多糖合成與鏈長調控相關基因的表達水平更高。實時定量聚合酶鏈反應結果顯示，H4-2的EPS合成基因表達量約為H9-3的1.5～1.8 倍，表明H4-2具有更強的EPS合成能力。

A～B. 環狀基因組圖；C～D. EPS合成基因簇分布；E. EPS相關基因相對表達量。

圖1短雙歧桿菌H4-2與H9-3的基因組及EPS合成相關基因表達

2發酵過程中pH值及菌落數量變化

發酵過程中，乳酸的積累會導致pH值下降，從而引起凝膠形成。結果顯示，所有組的pH值均隨時間的延長而降低。與單獨發酵劑組（SC）相比，共發酵組（SCH4-2與SCH9-3）的pH值下降較慢，終點pH值分別為4.24和4.32，高于SC組的4.19，說明共發酵可減輕酸化程度。

菌落數分析表明，H4-2與H9-3單菌發酵組的活菌數相對較低，而共發酵組中Lactobacillus delbrueckii和Streptococcus thermophilus的數量明顯增加，提示EPS可能作為生長促進因子改善菌群共生。

A.發酵終點；B～F. H4-2、H9-3、SC、SCH4-2、SCH9-3組發酵羊乳的pH值和活菌數變化。字母不同表示差異顯著（P＜0.05）。下同。

圖2不同發酵組發酵羊乳的pH值與菌落數變化

3發酵羊乳的微觀結構特征

通過場發射掃描電鏡觀察凝膠結構發現，SC組形成了松散的網絡結構；H4-2與H9-3單菌組孔隙較大且結構不均；而共發酵組（SCH4-2和SCH9-3）呈現致密細膩的三維網絡，蛋白顆粒分布更均勻。特別是SCH4-2組，其凝膠結構厚實且孔隙分布均勻，表明短雙歧桿菌與發酵劑之間存在協同作用，促進蛋白質交聯形成更穩定的凝膠體系。

A. SC；B. H4-2；C. H9-3；D. SCH4-2；E. SCH9-3。

圖3不同發酵組羊乳的微觀結構

4乳酸與EPS含量變化

在貯藏過程中，各組乳酸含量持續上升。共發酵組SCH4-2與SCH9-3的乳酸含量在后期分別為14.62 mg/mL和16.87 mg/mL，低于SC組的18.13 mg/mL，說明共發酵能抑制后酸化。EPS含量隨貯藏時間延長顯著增加。第21天時，SCH4-2與SCH9-3的EPS含量分別達到724.16 mg/L與607.15 mg/L，顯著高于SC組（424.33 mg/L），其中H4-2組產量最高。說明短雙歧桿菌可通過增強EPS合成改善發酵乳品質。

A. 貯藏過程中乳酸含量；B. EPS含量。

圖4不同發酵組的乳酸與EPS含量變化

5持水性（water holding capacity，WHC）與脫水敏感性（shrinkage sensitivity，STS）分析

結果顯示，H4-2和H9-3單菌組的WHC較低，而共發酵組（特別是SCH4-2）WHC顯著提升（P＜0.05）。同時，SCH4-2的STS最低，說明其凝膠結構最穩定，析水率最低。SCH4-2組在整個貯藏期表現出最佳穩定性。

A. WHC；B. STS。

圖5不同發酵組在貯藏期的WHC與STS變化

6發酵羊乳的質構特性

結果表明，共發酵組的4 項指標均高于SC組，其中SCH4-2組的硬度和黏度指數最高，說明EPS促進蛋白交聯并改善凝膠結構的連續性與黏性。貯藏后期，SCH4-2組的黏聚性達到39.6 g，高于對照組的37.7 g，質構特性整體改善顯著。共發酵組整體質構特性優于單菌組與對照組。

A.硬度；B.稠度；C.黏聚性；D.黏度指數。

圖6發酵羊乳的質構變化

7表觀黏度變化

所有發酵樣品的表觀黏度隨剪切速率增加而下降，表現出典型的剪切變稀特性。共發酵組的表觀黏度明顯高于SC組，說明EPS可增強凝膠體系的黏性與結構穩定性。H4-2共發酵組（SCH4-2）黏度最高，與其高EPS產量一致。共發酵組曲線位于最上方，剪切穩定性最佳。

圖7不同發酵組樣品在不同剪切速率下的表觀黏度

8 相關性分析

如圖8所示，EPS含量與WHC、乳酸含量、硬度、稠度呈正相關，與STS、黏性、黏度指數呈負相關。與貯藏第1天的發酵乳相比，貯藏第21天的發酵乳中EPS含量與乳酸含量、硬度和黏聚性之間的正相關關系增強。同時，EPS含量與STS的負相關也增強。結果進一步表明，發酵乳中EPS的含量與發酵乳質構的改善有一定的相關性。

圖8第1天（A）和第21天（B）發酵羊乳理化性質的Spearman分析

9 CEPS與GMSC的交互作用

9.1 GMSC-CEPS復合體系的粒徑與ζ-電位變化

為探討EPS與酪蛋白的相互作用機制，將復合EPS（EPSs separated from starter culture and

B. breve

H4-2 fermented goat milk ， CEPS ）與酪蛋白鈉鹽（ goat milk sodium caseinate ， GMSC ）混合后分析粒徑與 ζ - 電位變化。結果顯示，隨著 CEPS 質量濃度升高（ 0 ～ 0.6 mg/mL ）， 體系粒徑顯著減小，

- 電位絕對值增大，表明 EPS 能通過增強靜電斥力抑制蛋白聚集，提高體系穩定性。此外，隨著CEPS質量濃度的增加，相互作用體系的粒徑明顯減小。

圖9不同CEPS質量濃度下GMSC–CEPS體系的ζ-電位（A）和粒徑（B）的影響

9.2 CEPS對CEPS-GMSC復合體系外觀的影響

不含GMSC的CEPS表現出一種不規則的片狀結構，存在分散和斷裂現象。GMSC（2 mg/mL）呈球形且形狀大小均勻，并在體系中分散或聚集。與GMSC（2 mg/mL）相比，在0.2 mg/mL CEPS-2 mg/mL GMSC體系中，酪蛋白球狀結構的表面變厚。隨著CEPS質量濃度的增加，GMSC-CEPS 體系中的酪蛋白結構逐漸分散，球形GMSC表面的不規則突起更加明顯。當CEPS含量增加到 0.6 mg/mL時，觀察到酪蛋白出現了明顯的融合和聚集。

圖10（A）0.6 mg/mL CEPS、（B）2 mg/mL GMSC、（C）0.2 mg/mL CEPS-2 mg /mL GMSC、（D）0.4 mg/mL CEPS-2 mg/mL GMSC、（E）0.6 mg/mL CEPS- 2 mg /mL GMSC的場發射掃描電子顯微鏡圖

9.3 CEPS對CEPS-GMSC微觀結構的影響

在不含CEPS的2 mg/mL GMSC溶液中可以觀察到大的酪蛋白聚集物。然而，隨著CEPS含量增加，酪蛋白團簇之間的距離減小，其密度增加。結果表明，添加CEPS能夠穩定發酵羊乳的酪蛋白聚集。

圖11 （A）2 mg /mL GMSC、（B）0.2 mg/mL CEPS- 2mg /mL GMSC、（C）0.4 mg/mL CEPS - 2 mg/mL GMSC、（D）0.6 mg/mL CEPS- 2mg/mL GMSC的場發射掃描電子顯微鏡圖

Conclusion

綜上所述，產EPS的短雙歧桿菌H4-2和H9-3菌株能顯著提升發酵羊乳品質，且因H4-2菌株具有更高的EPS產量，其改良效果更為突出。與SC組相比，SCH4-2組和SCH9-3組通過縮短發酵時間、提高EPS和乳酸含量、增強WHC、硬度、稠度、黏聚性與黏度指數，并顯著抑制脫水收縮現象，有效改善了發酵羊乳品質。此外，EPS通過減少羊乳酪蛋白聚集、增強其與酪蛋白間的靜電相互作用，實現了對發酵羊乳體系的穩定作用。

Abstract

Bifidobacterium breve

H4-2 and H9-3 with different EPS production were used as co-fermented probiotics to ferment goat milk in the present study. The physicochemical properties of fermented goat milk and the interaction between goat milk casein and CEPS (EPSs separated from starter culture and

B. breve

H4-2 fermented goat milk) were investigated. Results indicated that both

B. breve

H4-2 and H9-3 have similar gene clusters for EPS synthesis, but

B. breve

H4-2 exhibits a higher ability in EPS productions. Compared to the starter culture group, combining

B. breve

H4-2 or H9-3 with a starter culture significantly increased the levels of EPSs ((724.16 ± 1.54) and (607.15 ± 4.55) mg/L) and lactic acid ((14.62 ± 0.02) and (16.87 ± 0.01) mg/mL) at the late storage period. Co-fermentation also enhanced the water holding capacity, firmness, consistency, cohesion, and viscosity index, reduced dehydration in fermented goat milk. Moreover, the interaction study revealed that CEPS reduced the particle size and increased the

-potential absolute value of the CEPS and casein mixture system. Additionally, CEPS effectively mitigated casein aggregation, thereby enhancing the stability of fermented goat milk. These findings present a novel perspective for the development of a natural starter.

引文格式

Niu M, Jin Q, Guo H, et al. Study on improving the quality of fermented goat milk and its mechanism by exopolysaccharide-producing Bifidobacterium breve. Food Science of Animal Products, 2025, 3(3): 9240121. https://doi.org/10.26599/FSAP.2025.9240121

編輯：王小云、閻一鳴； 責任編輯：劉莉

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