蘆葦納米纖維素對乳酸菌生長及酸奶品質的影響

王 坤 王小茹 魏振林

（德州學院生命科學學院山東德州 253023）

纖維素是植物細胞壁的主要成分，占植物界碳含量的50%以上，是自然界中最寶貴的天然可再生資源。納米級纖維素具有生物可降解性、高比表面積、強吸水性和強機械性能等特性，在生物醫療材料、包裝材料等領域具有巨大的應用潛力。近年來，納米纖維素在食品加工領域的應用逐漸成為熱點，作為功能性天然膳食纖維[1]，具有促進腸胃蠕動及減肥、降血脂的效果[2]，帶來明顯的經濟效益與社會效益。

蘆葦是一種優質的納米纖維素來源植物[3]，但蘆葦納米纖維素作為功能性物質在保健功能酸奶制作中尚不多見。

本文以蘆葦納米纖維素為研究對象，通過測定酸奶的乳酸菌活菌數、酸奶酸度、持水力、脂肪含量、蛋白質含量和還原糖含量，研究了蘆葦納米纖維素對乳酸菌生長及酸奶品質的影響，為蘆葦納米纖維素作為酸奶添加劑提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

自制蘆葦納米纖維素；保加利亞乳桿菌（西安秋禾生物科技有限公司）；MRS 液體培養基（上海廣銳生物科技有限公司）；生鮮牛乳（內蒙古伊利實業集團股份有限公司）。

1.2 儀器與設備

分光光度計UV-6100（上海美譜達儀器有限公司）；恒溫培養箱GHP-9080（上海齊欣科學儀器有限公司）；分析天平PL3030（梅特勒托利多儀器有限公司）；高壓蒸汽滅菌鍋MLS-3020（日本SANYO 公司）；數顯恒溫水浴鍋HH-6（國華電器有限公司）；旋轉蒸發儀R-300（北京中西遠大科技有限公司）；臺式高速離心機TG16B（鹽城市凱特實驗儀器有限公司）；羅茲哥特抽脂瓶PLS-LCP11（南京威美特科學儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 蘆葦納米纖維素的制備方法 以德州減河濕地公園蘆葦為原料，通過粉碎、前處理和硫酸水解法進行制備。反應結束后加入5 倍體積的蒸餾水停止酸解。離心后棄上清液，加入蒸餾水洗滌，重復3 遍以去除殘留的硫酸。用蒸餾水透析至中性，離心后得到沉淀物，干燥后即為蘆葦納米纖維素晶體[4]。

1.3.2 添加不同濃度納米纖維素對乳酸菌生長的影響 向MRS 液體培養基中添加蘆葦納米纖維素，設置0%、0.1%、1%、10%制備濃度梯度，于115 ℃高溫殺菌30 min[5]。取活化后的乳酸菌懸浮液100 μL，分別注入MRS 液體培養基中混勻，于37 ℃厭氧條件下培養24 h[6]。從第4 h 開始每2 h 取1 次細菌溶液，共取11 次。使用分光光度計在波長590 nm 下測定細菌渾濁度，重復3 次，取平均值，繪制乳酸菌生長曲線圖[7]。

1.3.3 酸奶制作 生鮮牛乳→添加0%、0.1%、1%、10%蘆葦納米纖維素→均質→預熱（60~65 ℃）→蔗糖調配→殺菌（90~95 ℃、10 min）→冷卻（43~45 ℃）→接種發酵劑（40 ℃，保加利亞桿菌）→裝瓶→發酵（42~43 ℃）→冷卻→后熟（2~7 ℃）→成品[8]。

1.3.4 酸奶滴定酸度的測定 參照GB5413.34－2010 進行測定。取10 g 酸奶樣品，均勻攪拌后放入250mL錐形瓶中，加入20mL蒸餾水混合，加入0.5mL5 g/L的酚酞指示劑，用濃度為0.1 mol/L 的NaOH 滴定為微紅色，30 s 內顏色不消失。此時所需的氫氧化鈉標準液量乘以10，即酸度滴定，同時做空白試驗[9]。

1.3.5 酸奶持水力的測定 取10 g 酸奶樣品，加入50 mL 離心管，4 ℃條件下 3000 rpm 離心 10 min。去除上清液，稱量離心管及沉淀質量[10]，按公式計算：

持水力（%）=[（w2-w）/（w1-w）]×100%。

式中：w 為空的離心管的質量；w1為所包含酸奶樣品的離心管的精確質量；w2為棄去上清液后離心管與管內沉淀的精確質量。

1.3.6 酸奶蛋白質含量的測定 制備考馬斯亮藍溶液和標準蛋白質溶液，繪制蛋白質標準曲線。酸奶樣品離心，取上清液即為蛋白質提取液。將0.1 mL 的蛋白質提取物與5 mL 的考馬斯亮藍試劑混合，2 min后測定其光吸收值。每個樣品重復3 次，計算平均值代入標準曲線方程得出待測樣品蛋白質濃度[11]。用以下公式計算：

樣品中的蛋白質含量=（樣品中的蛋白質濃度×提取物總體積）/樣品的鮮量。

1.3.7 酸奶粗脂肪的測定 準確稱量酸奶樣品10.0 g于羅茲哥特抽脂瓶中，加1.25 mL 濃氨水，完全混合。在60 ℃的水中加熱5 min，再震蕩2 min，加10 mL 95%的乙醇，完全搖勻。冷水冷卻后加25 mL 乙醚，搖0.5 min，加25 mL 石油醚，再搖0.5 min，放置30 min，直到上部澄清，讀出醚層體積。將醚層溶液放入茄形瓶中，記錄體積。將茄形瓶裝到旋轉蒸發器，在65 ℃的水槽中旋轉，同時抽真空，使醚蒸發3~5 min，取下茄形瓶，在100 ℃干燥2 h 后稱量，繼續干燥0.5 h 后稱量，直到前后2 次的質量差不超過2.0 mg[12]，按下式計算樣品中的脂肪含量：

w=[（m2-m1）/m（V1/V0）]×100%。

式中：w 為脂肪含量；m 為樣品質量；m1為茄形瓶凈重；m2為茄形瓶加脂質量；V1為放出醚層體積；V0為醚層總體積。

1.3.8 還原糖的測定 參照GB/T 5009.7-2008 的方法測定。取過濾后的酸奶樣品，用堿性酒石酸銅溶液滴定，記錄液體樣品的消耗量，平行操作3 次得到平均消耗量。樣品中還原糖的含量按下列公式計算：

X=m1/（mV/250×1000）×100。

式中：X 為試樣中還原糖的含量；m1為堿性酒石酸銅溶液（甲，乙液各半）相當于某種還原糖的質量；m 為試樣質量；V 為測定時平均消耗試樣溶液體積。

1.3.9 數據處理 采用Excel 2010 處理原始數據，IBM SPSS 25.0 軟件進行單因素方差分析，Origin 2018 軟件制作相關圖表。

2 結果與分析

2.1 蘆葦納米纖維素對乳酸菌生長的影響

乳酸菌活菌數是檢驗酸奶品質的一個重要指標[13]。由圖1 可知，第2 h 乳酸菌進入指數生長期，光吸收值為 0.584 ～0.721；第 22 h 光吸收值為1.003～1.163，此時達到菌株生長穩定期，光吸收變化開始趨于平緩。四組乳酸菌生長曲線基本一致，蘆葦納米纖維素的添加對保加利亞乳桿菌生長繁殖并無顯著影響（p>0.05），乳酸菌的生長繁殖取決于菌株本身。

圖1 乳酸菌生長曲線

2.2 蘆葦納米纖維素對酸奶滴定酸度的影響

經組間單因素方差分析，添加蘆葦納米纖維素的酸奶與對照組的滴定酸度差異不顯著（p>0.05），未添加組的滴定酸度為87.33°T，不同濃度添加組的滴定酸度分別為 86°T、87.66°T、87°T。酸奶后熟過程中滴定酸度的變化是影響酸奶保質期的重要因素，由圖2 可知，酸奶樣品滴定酸度均高于80 °T，符合國家規定的酸奶產品中酸度標準（≥70°T）。蘆葦納米纖維素不會促進酸奶產酸，說明蘆葦納米纖維素在一定程度上能夠促進菌種中嗜熱鏈球菌的增長，使嗜熱鏈球菌的數量大于保加利亞乳桿菌的數量，使產酸速度趨于平穩，抑制酸奶的后酸化，對延長產品的貨架期有一定幫助。

圖2 蘆葦納米纖維素對酸奶滴定酸度的影響

2.3 蘆葦納米纖維素對酸奶持水力的影響

持水性是考察酸奶凝膠對水分子結合能力的指標，由圖3 可知，添加蘆葦納米纖維素的酸奶持水力與對照組差異顯著（p＜0.05），未添加組的持水力為62.24%，不同濃度添加組的滴定酸度分別為61.10%、68.87%、65.99%。當添加量為1%時，酸奶持水力達到最大值，這可能是由于蘆葦納米纖維素在乳酸菌發酵過程中與牛奶中的酪蛋白分子相互作用，促進了酪蛋白的聚集作用，從而提高了酸奶固形物質量分數，使酸奶凝膠體系內的大分子對自由水束縛力增強。這說明蘆葦納米纖維素有良好的持水保濕性，它可以防止或減緩含水食品的不良變化，有一定維持食品性質穩定的作用。

圖3 蘆葦納米纖維素對酸奶持水力的影響

2.4 蘆葦納米纖維素對酸奶蛋白質含量的影響

蛋白質是重要的營養成分，與人體健康直接相關，蛋白質含量是評估奶制品質量的重要標準[14]。由圖4 可知，添加蘆葦納米纖維素的酸奶蛋白質含量與對照組差異顯著（p＜0.05），未添加組蛋白質含量為0.055 mg/mL，不同質量濃度添加組的蛋白質含量分別為 0.074 mg/mL、0.076 mg/mL、0.079 mg/mL。添加蘆葦納米纖維素的酸奶蛋白質含量均高于對照組，這可能與蘆葦納米纖維素促進酸奶發酵菌體數量有關，乳酸菌會產生細菌蛋白使蛋白質增加。蛋白質在酸奶中更易于人體吸收，添加蘆葦納米纖維素可增加酸奶營養價值。

圖4 蘆葦納米纖維素對酸奶蛋白質含量的影響

2.5 蘆葦納米纖維素對酸奶脂肪含量的影響

酸奶中的脂肪是脂溶性風味物質的載體，起著穩定體系芳香的作用[15]，在提供能量的同時，還具有一定的生理功能[16]。由圖5 可知，添加蘆葦納米纖維素的酸奶脂肪含量與對照組差異顯著（p＜0.05），未添加組的脂肪含量為0.75%，不同濃度添加組的脂肪含量分別為0.82%、0.86%、0.89%，當添加量為10%時，酸奶脂肪含量達到最大。酸奶中的脂肪含量、脂肪球數量及直徑，直接影響著酸奶的質地、光澤、芳香和持水力，甚至影響蛋白質的穩定性。蘆葦納米纖維素對酸奶脂肪含量的影響是顯著的，添加蘆葦納米纖維素可提高酸奶的粘度、增加酸奶的細膩感和乳香味。

圖5 蘆葦納米纖維素對酸奶脂肪含量的影響

2.6 蘆葦納米纖維素對酸奶還原糖含量的影響

還原糖是人體內重要的結構及能源物質，具有廣泛的生理功能。由圖6 可以看出，添加蘆葦納米纖維素10%的酸奶樣品與其他3 組樣品的還原糖含量差異顯著（p＜0.05），此時還原糖含量為26.7 mg/mL，其他3 組還原糖含量分別為25.2 mg/mL、25.5 mg/mL、25.4 mg/mL。蘆葦納米纖維素能增加酸奶還原糖含量的可能是有機酸促進了蔗糖的水解，還原糖含量增加，也是促進乳酸菌繁殖的有利因素之一。

圖6 蘆葦納米纖維素對酸奶還原糖含量的影響

3 結論與討論

納米纖維素在最初作為膳食纖維的作用之外，已在食品工業中得到了認可和應用；其作為膨化劑已被用于烘焙食品、甜點、冷凍食品等食品體系中，為此類產品提供了更好的口感和其他感官特性[17]。

本實驗中蘆葦納米纖維素對乳酸菌的生長繁殖無抑制作用，對乳酸菌的產酸作用無影響，對酸奶持水力、蛋白質含量、脂肪含量、還原糖含量有顯著促進作用。提高酸奶營養價值將是奶制品發展的趨勢，添加蘆葦納米纖維素能改善酸奶的品質，提高了酸奶營養價值。

蘆葦納米纖維素作為食品添加劑尚未得到廣泛而全面的研究[18]，今后應擴大其研究范圍將其應用到更多的產品之中。