芦苇纳米纤维素对乳酸菌生长及酸奶品质的影响

王 坤 王小茹 魏振林

（德州学院生命科学学院山东德州 253023）

纤维素是植物细胞壁的主要成分，占植物界碳含量的50%以上，是自然界中最宝贵的天然可再生资源。纳米级纤维素具有生物可降解性、高比表面积、强吸水性和强机械性能等特性，在生物医疗材料、包装材料等领域具有巨大的应用潜力。近年来，纳米纤维素在食品加工领域的应用逐渐成为热点，作为功能性天然膳食纤维[1]，具有促进肠胃蠕动及减肥、降血脂的效果[2]，带来明显的经济效益与社会效益。

芦苇是一种优质的纳米纤维素来源植物[3]，但芦苇纳米纤维素作为功能性物质在保健功能酸奶制作中尚不多见。

本文以芦苇纳米纤维素为研究对象，通过测定酸奶的乳酸菌活菌数、酸奶酸度、持水力、脂肪含量、蛋白质含量和还原糖含量，研究了芦苇纳米纤维素对乳酸菌生长及酸奶品质的影响，为芦苇纳米纤维素作为酸奶添加剂提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

自制芦苇纳米纤维素；保加利亚乳杆菌（西安秋禾生物科技有限公司）；MRS 液体培养基（上海广锐生物科技有限公司）；生鲜牛乳（内蒙古伊利实业集团股份有限公司）。

1.2 仪器与设备

分光光度计UV-6100（上海美谱达仪器有限公司）；恒温培养箱GHP-9080（上海齐欣科学仪器有限公司）；分析天平PL3030（梅特勒托利多仪器有限公司）；高压蒸汽灭菌锅MLS-3020（日本SANYO 公司）；数显恒温水浴锅HH-6（国华电器有限公司）；旋转蒸发仪R-300（北京中西远大科技有限公司）；台式高速离心机TG16B（盐城市凯特实验仪器有限公司）；罗兹哥特抽脂瓶PLS-LCP11（南京威美特科学仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 芦苇纳米纤维素的制备方法 以德州减河湿地公园芦苇为原料，通过粉碎、前处理和硫酸水解法进行制备。反应结束后加入5 倍体积的蒸馏水停止酸解。离心后弃上清液，加入蒸馏水洗涤，重复3 遍以去除残留的硫酸。用蒸馏水透析至中性，离心后得到沉淀物，干燥后即为芦苇纳米纤维素晶体[4]。

1.3.2 添加不同浓度纳米纤维素对乳酸菌生长的影响 向MRS 液体培养基中添加芦苇纳米纤维素，设置0%、0.1%、1%、10%制备浓度梯度，于115 ℃高温杀菌30 min[5]。取活化后的乳酸菌悬浮液100 μL，分别注入MRS 液体培养基中混匀，于37 ℃厌氧条件下培养24 h[6]。从第4 h 开始每2 h 取1 次细菌溶液，共取11 次。使用分光光度计在波长590 nm 下测定细菌浑浊度，重复3 次，取平均值，绘制乳酸菌生长曲线图[7]。

1.3.3 酸奶制作 生鲜牛乳→添加0%、0.1%、1%、10%芦苇纳米纤维素→均质→预热（60~65 ℃）→蔗糖调配→杀菌（90~95 ℃、10 min）→冷却（43~45 ℃）→接种发酵剂（40 ℃，保加利亚杆菌）→装瓶→发酵（42~43 ℃）→冷却→后熟（2~7 ℃）→成品[8]。

1.3.4 酸奶滴定酸度的测定 参照GB5413.34－2010 进行测定。取10 g 酸奶样品，均匀搅拌后放入250mL锥形瓶中，加入20mL蒸馏水混合，加入0.5mL5 g/L的酚酞指示剂，用浓度为0.1 mol/L 的NaOH 滴定为微红色，30 s 内颜色不消失。此时所需的氢氧化钠标准液量乘以10，即酸度滴定，同时做空白试验[9]。

1.3.5 酸奶持水力的测定 取10 g 酸奶样品，加入50 mL 离心管，4 ℃条件下 3000 rpm 离心 10 min。去除上清液，称量离心管及沉淀质量[10]，按公式计算：

持水力（%）=[（w2-w）/（w1-w）]×100%。

式中：w 为空的离心管的质量；w1为所包含酸奶样品的离心管的精确质量；w2为弃去上清液后离心管与管内沉淀的精确质量。

1.3.6 酸奶蛋白质含量的测定 制备考马斯亮蓝溶液和标准蛋白质溶液，绘制蛋白质标准曲线。酸奶样品离心，取上清液即为蛋白质提取液。将0.1 mL 的蛋白质提取物与5 mL 的考马斯亮蓝试剂混合，2 min后测定其光吸收值。每个样品重复3 次，计算平均值代入标准曲线方程得出待测样品蛋白质浓度[11]。用以下公式计算：

样品中的蛋白质含量=（样品中的蛋白质浓度×提取物总体积）/样品的鲜量。

1.3.7 酸奶粗脂肪的测定 准确称量酸奶样品10.0 g于罗兹哥特抽脂瓶中，加1.25 mL 浓氨水，完全混合。在60 ℃的水中加热5 min，再震荡2 min，加10 mL 95%的乙醇，完全摇匀。冷水冷却后加25 mL 乙醚，摇0.5 min，加25 mL 石油醚，再摇0.5 min，放置30 min，直到上部澄清，读出醚层体积。将醚层溶液放入茄形瓶中，记录体积。将茄形瓶装到旋转蒸发器，在65 ℃的水槽中旋转，同时抽真空，使醚蒸发3~5 min，取下茄形瓶，在100 ℃干燥2 h 后称量，继续干燥0.5 h 后称量，直到前后2 次的质量差不超过2.0 mg[12]，按下式计算样品中的脂肪含量：

w=[（m2-m1）/m（V1/V0）]×100%。

式中：w 为脂肪含量；m 为样品质量；m1为茄形瓶净重；m2为茄形瓶加脂质量；V1为放出醚层体积；V0为醚层总体积。

1.3.8 还原糖的测定 参照GB/T 5009.7-2008 的方法测定。取过滤后的酸奶样品，用碱性酒石酸铜溶液滴定，记录液体样品的消耗量，平行操作3 次得到平均消耗量。样品中还原糖的含量按下列公式计算：

X=m1/（mV/250×1000）×100。

式中：X 为试样中还原糖的含量；m1为碱性酒石酸铜溶液（甲，乙液各半）相当于某种还原糖的质量；m 为试样质量；V 为测定时平均消耗试样溶液体积。

1.3.9 数据处理 采用Excel 2010 处理原始数据，IBM SPSS 25.0 软件进行单因素方差分析，Origin 2018 软件制作相关图表。

2 结果与分析

2.1 芦苇纳米纤维素对乳酸菌生长的影响

乳酸菌活菌数是检验酸奶品质的一个重要指标[13]。由图1 可知，第2 h 乳酸菌进入指数生长期，光吸收值为 0.584 ～0.721；第 22 h 光吸收值为1.003～1.163，此时达到菌株生长稳定期，光吸收变化开始趋于平缓。四组乳酸菌生长曲线基本一致，芦苇纳米纤维素的添加对保加利亚乳杆菌生长繁殖并无显著影响（p>0.05），乳酸菌的生长繁殖取决于菌株本身。

图1 乳酸菌生长曲线

2.2 芦苇纳米纤维素对酸奶滴定酸度的影响

经组间单因素方差分析，添加芦苇纳米纤维素的酸奶与对照组的滴定酸度差异不显著（p>0.05），未添加组的滴定酸度为87.33°T，不同浓度添加组的滴定酸度分别为 86°T、87.66°T、87°T。酸奶后熟过程中滴定酸度的变化是影响酸奶保质期的重要因素，由图2 可知，酸奶样品滴定酸度均高于80 °T，符合国家规定的酸奶产品中酸度标准（≥70°T）。芦苇纳米纤维素不会促进酸奶产酸，说明芦苇纳米纤维素在一定程度上能够促进菌种中嗜热链球菌的增长，使嗜热链球菌的数量大于保加利亚乳杆菌的数量，使产酸速度趋于平稳，抑制酸奶的后酸化，对延长产品的货架期有一定帮助。

图2 芦苇纳米纤维素对酸奶滴定酸度的影响

2.3 芦苇纳米纤维素对酸奶持水力的影响

持水性是考察酸奶凝胶对水分子结合能力的指标，由图3 可知，添加芦苇纳米纤维素的酸奶持水力与对照组差异显著（p＜0.05），未添加组的持水力为62.24%，不同浓度添加组的滴定酸度分别为61.10%、68.87%、65.99%。当添加量为1%时，酸奶持水力达到最大值，这可能是由于芦苇纳米纤维素在乳酸菌发酵过程中与牛奶中的酪蛋白分子相互作用，促进了酪蛋白的聚集作用，从而提高了酸奶固形物质量分数，使酸奶凝胶体系内的大分子对自由水束缚力增强。这说明芦苇纳米纤维素有良好的持水保湿性，它可以防止或减缓含水食品的不良变化，有一定维持食品性质稳定的作用。

图3 芦苇纳米纤维素对酸奶持水力的影响

2.4 芦苇纳米纤维素对酸奶蛋白质含量的影响

蛋白质是重要的营养成分，与人体健康直接相关，蛋白质含量是评估奶制品质量的重要标准[14]。由图4 可知，添加芦苇纳米纤维素的酸奶蛋白质含量与对照组差异显著（p＜0.05），未添加组蛋白质含量为0.055 mg/mL，不同质量浓度添加组的蛋白质含量分别为 0.074 mg/mL、0.076 mg/mL、0.079 mg/mL。添加芦苇纳米纤维素的酸奶蛋白质含量均高于对照组，这可能与芦苇纳米纤维素促进酸奶发酵菌体数量有关，乳酸菌会产生细菌蛋白使蛋白质增加。蛋白质在酸奶中更易于人体吸收，添加芦苇纳米纤维素可增加酸奶营养价值。

图4 芦苇纳米纤维素对酸奶蛋白质含量的影响

2.5 芦苇纳米纤维素对酸奶脂肪含量的影响

酸奶中的脂肪是脂溶性风味物质的载体，起着稳定体系芳香的作用[15]，在提供能量的同时，还具有一定的生理功能[16]。由图5 可知，添加芦苇纳米纤维素的酸奶脂肪含量与对照组差异显著（p＜0.05），未添加组的脂肪含量为0.75%，不同浓度添加组的脂肪含量分别为0.82%、0.86%、0.89%，当添加量为10%时，酸奶脂肪含量达到最大。酸奶中的脂肪含量、脂肪球数量及直径，直接影响着酸奶的质地、光泽、芳香和持水力，甚至影响蛋白质的稳定性。芦苇纳米纤维素对酸奶脂肪含量的影响是显著的，添加芦苇纳米纤维素可提高酸奶的粘度、增加酸奶的细腻感和乳香味。

图5 芦苇纳米纤维素对酸奶脂肪含量的影响

2.6 芦苇纳米纤维素对酸奶还原糖含量的影响

还原糖是人体内重要的结构及能源物质，具有广泛的生理功能。由图6 可以看出，添加芦苇纳米纤维素10%的酸奶样品与其他3 组样品的还原糖含量差异显著（p＜0.05），此时还原糖含量为26.7 mg/mL，其他3 组还原糖含量分别为25.2 mg/mL、25.5 mg/mL、25.4 mg/mL。芦苇纳米纤维素能增加酸奶还原糖含量的可能是有机酸促进了蔗糖的水解，还原糖含量增加，也是促进乳酸菌繁殖的有利因素之一。

图6 芦苇纳米纤维素对酸奶还原糖含量的影响

3 结论与讨论

纳米纤维素在最初作为膳食纤维的作用之外，已在食品工业中得到了认可和应用；其作为膨化剂已被用于烘焙食品、甜点、冷冻食品等食品体系中，为此类产品提供了更好的口感和其他感官特性[17]。

本实验中芦苇纳米纤维素对乳酸菌的生长繁殖无抑制作用，对乳酸菌的产酸作用无影响，对酸奶持水力、蛋白质含量、脂肪含量、还原糖含量有显著促进作用。提高酸奶营养价值将是奶制品发展的趋势，添加芦苇纳米纤维素能改善酸奶的品质，提高了酸奶营养价值。

芦苇纳米纤维素作为食品添加剂尚未得到广泛而全面的研究[18]，今后应扩大其研究范围将其应用到更多的产品之中。