FSAP | 东北农业大学孟祥晨教授等：由产胞外多糖的短双歧杆菌改善发酵羊乳品质及其机制研究

东北农业大学乳品科学教育部重点实验室NiuMengmeng、JinQiwen（共同一作）等利用2 株不同分泌胞外多糖（exopolysaccharides，EPS）产量的短双歧杆菌（

Bifidobacterium breve

H4-2 与 H9-3 ）与常规酸乳发酵剂共同发酵羊乳，探讨其对羊乳理化性质、微观结构及 EPS 与酪蛋白相互作用的影响机制，为通过益生菌提高发酵乳品质提供新的理论依据。

Introduction

发酵乳作为益生菌的重要载体，具有促进乳糖吸收、调节肠道菌群、增强免疫等功能。山羊乳富含免疫球蛋白、脂肪酸、氨基酸及维生素，因其脂肪球更小、结构更易消化，且过敏性低于牛乳，已成为功能性发酵乳的重要原料。然而，山羊乳存在凝固性差、易析乳清的问题，传统添加食用胶虽可改善质构，但会掩盖原味，因此寻找天然增稠剂尤为重要。

双歧杆菌作为常见益生菌，能分泌EPS，这种高分子碳水化合物能显著影响发酵乳的黏度、流变性与稳定性。例如，产EPS的乳酸菌可通过与酪蛋白形成交联网络，改善凝胶结构、提高持水性并减少脱水。

Results

1短双歧杆菌的基因组与EPS合成能力分析

研究通过基因组测序发现，

B. breve

H4-2 和 H9-3 均具有典型的环状染色体结构， GC 含量相近，并均包含与EPS合成相关的关键基因簇。这些基因包括聚合酶、糖基转移酶、链长调控蛋白及多糖转运蛋白等。

尽管2 株菌的基因簇组成相似，但H4-2中多糖合成与链长调控相关基因的表达水平更高。实时定量聚合酶链反应结果显示，H4-2的EPS合成基因表达量约为H9-3的1.5～1.8 倍，表明H4-2具有更强的EPS合成能力。

A～B. 环状基因组图；C～D. EPS合成基因簇分布；E. EPS相关基因相对表达量。

图1短双歧杆菌H4-2与H9-3的基因组及EPS合成相关基因表达

2发酵过程中pH值及菌落数量变化

发酵过程中，乳酸的积累会导致pH值下降，从而引起凝胶形成。结果显示，所有组的pH值均随时间的延长而降低。与单独发酵剂组（SC）相比，共发酵组（SCH4-2与SCH9-3）的pH值下降较慢，终点pH值分别为4.24和4.32，高于SC组的4.19，说明共发酵可减轻酸化程度。

菌落数分析表明，H4-2与H9-3单菌发酵组的活菌数相对较低，而共发酵组中Lactobacillus delbrueckii和Streptococcus thermophilus的数量明显增加，提示EPS可能作为生长促进因子改善菌群共生。

A.发酵终点；B～F. H4-2、H9-3、SC、SCH4-2、SCH9-3组发酵羊乳的pH值和活菌数变化。字母不同表示差异显著（P＜0.05）。下同。

图2不同发酵组发酵羊乳的pH值与菌落数变化

3发酵羊乳的微观结构特征

通过场发射扫描电镜观察凝胶结构发现，SC组形成了松散的网络结构；H4-2与H9-3单菌组孔隙较大且结构不均；而共发酵组（SCH4-2和SCH9-3）呈现致密细腻的三维网络，蛋白颗粒分布更均匀。特别是SCH4-2组，其凝胶结构厚实且孔隙分布均匀，表明短双歧杆菌与发酵剂之间存在协同作用，促进蛋白质交联形成更稳定的凝胶体系。

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

图3不同发酵组羊乳的微观结构

4乳酸与EPS含量变化

在贮藏过程中，各组乳酸含量持续上升。共发酵组SCH4-2与SCH9-3的乳酸含量在后期分别为14.62 mg/mL和16.87 mg/mL，低于SC组的18.13 mg/mL，说明共发酵能抑制后酸化。EPS含量随贮藏时间延长显著增加。第21天时，SCH4-2与SCH9-3的EPS含量分别达到724.16 mg/L与607.15 mg/L，显著高于SC组（424.33 mg/L），其中H4-2组产量最高。说明短双歧杆菌可通过增强EPS合成改善发酵乳品质。

A. 贮藏过程中乳酸含量；B. EPS含量。

图4不同发酵组的乳酸与EPS含量变化

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

结果显示，H4-2和H9-3单菌组的WHC较低，而共发酵组（特别是SCH4-2）WHC显著提升（P＜0.05）。同时，SCH4-2的STS最低，说明其凝胶结构最稳定，析水率最低。SCH4-2组在整个贮藏期表现出最佳稳定性。

A. WHC；B. STS。

图5不同发酵组在贮藏期的WHC与STS变化

6发酵羊乳的质构特性

结果表明，共发酵组的4 项指标均高于SC组，其中SCH4-2组的硬度和黏度指数最高，说明EPS促进蛋白交联并改善凝胶结构的连续性与黏性。贮藏后期，SCH4-2组的黏聚性达到39.6 g，高于对照组的37.7 g，质构特性整体改善显著。共发酵组整体质构特性优于单菌组与对照组。

A.硬度；B.稠度；C.黏聚性；D.黏度指数。

图6发酵羊乳的质构变化

7表观黏度变化

所有发酵样品的表观黏度随剪切速率增加而下降，表现出典型的剪切变稀特性。共发酵组的表观黏度明显高于SC组，说明EPS可增强凝胶体系的黏性与结构稳定性。H4-2共发酵组（SCH4-2）黏度最高，与其高EPS产量一致。共发酵组曲线位于最上方，剪切稳定性最佳。

图7不同发酵组样品在不同剪切速率下的表观黏度

8 相关性分析

如图8所示，EPS含量与WHC、乳酸含量、硬度、稠度呈正相关，与STS、黏性、黏度指数呈负相关。与贮藏第1天的发酵乳相比，贮藏第21天的发酵乳中EPS含量与乳酸含量、硬度和黏聚性之间的正相关关系增强。同时，EPS含量与STS的负相关也增强。结果进一步表明，发酵乳中EPS的含量与发酵乳质构的改善有一定的相关性。

图8第1天（A）和第21天（B）发酵羊乳理化性质的Spearman分析

9 CEPS与GMSC的交互作用

9.1 GMSC-CEPS复合体系的粒径与ζ-电位变化

为探讨EPS与酪蛋白的相互作用机制，将复合EPS（EPSs separated from starter culture and

B. breve

H4-2 fermented goat milk ， CEPS ）与酪蛋白钠盐（ goat milk sodium caseinate ， GMSC ）混合后分析粒径与 ζ - 电位变化。结果显示，随着 CEPS 质量浓度升高（ 0 ～ 0.6 mg/mL ）， 体系粒径显著减小，

- 电位绝对值增大，表明 EPS 能通过增强静电斥力抑制蛋白聚集，提高体系稳定性。此外，随着CEPS质量浓度的增加，相互作用体系的粒径明显减小。

图9不同CEPS质量浓度下GMSC–CEPS体系的ζ-电位（A）和粒径（B）的影响

9.2 CEPS对CEPS-GMSC复合体系外观的影响

不含GMSC的CEPS表现出一种不规则的片状结构，存在分散和断裂现象。GMSC（2 mg/mL）呈球形且形状大小均匀，并在体系中分散或聚集。与GMSC（2 mg/mL）相比，在0.2 mg/mL CEPS-2 mg/mL GMSC体系中，酪蛋白球状结构的表面变厚。随着CEPS质量浓度的增加，GMSC-CEPS 体系中的酪蛋白结构逐渐分散，球形GMSC表面的不规则突起更加明显。当CEPS含量增加到 0.6 mg/mL时，观察到酪蛋白出现了明显的融合和聚集。

图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的场发射扫描电子显微镜图

9.3 CEPS对CEPS-GMSC微观结构的影响

在不含CEPS的2 mg/mL GMSC溶液中可以观察到大的酪蛋白聚集物。然而，随着CEPS含量增加，酪蛋白团簇之间的距离减小，其密度增加。结果表明，添加CEPS能够稳定发酵羊乳的酪蛋白聚集。

图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的场发射扫描电子显微镜图

Conclusion

综上所述，产EPS的短双歧杆菌H4-2和H9-3菌株能显著提升发酵羊乳品质，且因H4-2菌株具有更高的EPS产量，其改良效果更为突出。与SC组相比，SCH4-2组和SCH9-3组通过缩短发酵时间、提高EPS和乳酸含量、增强WHC、硬度、稠度、黏聚性与黏度指数，并显著抑制脱水收缩现象，有效改善了发酵羊乳品质。此外，EPS通过减少羊乳酪蛋白聚集、增强其与酪蛋白间的静电相互作用，实现了对发酵羊乳体系的稳定作用。

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

编辑：王小云、阎一鸣； 责任编辑：刘莉

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