低热量无麸质饼干的物理化学性质及添加了包封嗜酸乳杆菌的益生菌存活率

《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》：Physicochemical Properties and Probiotic Viability of Low-Calorie Gluten-Free Cookies Enriched With Encapsulated Lactobacillus acidophilus

　　低热量无麸质饼干中微胶囊化乳酸杆菌的封装优化及热稳定性研究。通过逐步替代油和糖，确定最优配方为50%甜菊糖和50%菊粉。采用海藻酸钠-壳聚糖复合封装，封装效率达66.2%，热处理后存活率6.8 Log CFU/g，储存72小时后降至4.5 Log CFU/g，显著高于非封装组。

　　本研究致力于开发一种低热量、无麸质且富含益生菌的饼干，重点解决益生菌在加工过程中的存活率问题。随着健康意识的提升，越来越多的消费者开始关注低糖低脂的食品，尤其是无麸质产品。然而，传统饼干中通常含有大量糖和脂肪，这不仅增加了热量，还可能对健康产生不利影响。因此，研究者尝试通过使用天然替代品来减少糖和脂肪的使用，同时引入益生菌以提升产品的功能性。益生菌如乳酸杆菌酸ophilus（L. acidophilus）具有益生特性，能够在人体肠道中发挥有益作用，包括调节肠道菌群、改善消化功能、降低胆固醇水平以及增强免疫力等。然而，益生菌对高温非常敏感，在烘焙过程中极易失活，因此，如何在保持饼干口感和质地的同时，有效保护益生菌的活性成为研究的关键。

为了提高益生菌的存活率，研究采用了微胶囊技术，这是一种将活性成分包裹在保护性材料中的方法，能够有效隔绝外界不利环境因素，如高温、pH值变化和水分流失等。在本研究中，使用了海藻酸钠和壳聚糖作为微胶囊材料，分别以不同浓度进行配比，以找到最佳的保护方案。通过逐步优化，研究发现使用50%的海藻酸钠和1%的壳聚糖可以达到最高的封装效率和热稳定性，这为后续的饼干配方提供了重要依据。

在饼干的配方优化过程中，研究者首先评估了不同比例的糖替换对饼干物理和感官特性的影响。结果显示，随着糖被甜叶菊替代的比例增加，饼干的硬度显著降低，这可能是因为甜叶菊的溶解性不如蔗糖，导致其在饼干中的分布不均，形成更松软的结构。同时，水活度（water activity）也随之上升，这与甜叶菊对水分的亲和力较低有关。然而，随着甜叶菊替代比例的增加，饼干的颜色逐渐变亮，尤其是当替代比例达到100%时，颜色亮度显著提高。不过，甜叶菊替代比例超过50%后，感官评分有所下降，这可能与甜叶菊的苦味有关。综合考虑硬度、水活度和感官接受度，50%的甜叶菊替代比例被认为是最佳选择。

接下来，研究进一步优化了油的替代比例，使用菊粉作为脂肪替代物。结果显示，随着菊粉替代比例的增加，饼干的硬度也随之上升，这可能是由于菊粉具有较高的吸水性和粘稠性，改变了饼干的结构。同时，水活度显著降低，有助于延长饼干的保质期。颜色方面，随着菊粉替代比例的增加，饼干的亮度下降，而红度和黄度则上升，这与菊粉中的还原糖含量较高有关，这些还原糖在高温下更容易与氨基酸发生美拉德反应，从而导致颜色加深。然而，感官评价显示，50%的菊粉替代比例在颜色、香气、味道和口感方面表现最佳，且储存一个月后仍能保持较高的感官评分。因此，50%的菊粉替代比例被选为最佳方案，用于后续的益生菌封装。

在益生菌的封装过程中，研究采用了海藻酸钠和玉米淀粉的混合物作为基础材料，随后用壳聚糖进行包覆。通过实验发现，随着海藻酸钠浓度的增加，封装效率（Encapsulation Efficiency, EE）显著提高，这可能是由于海藻酸钠的结构更紧密，能够更好地防止益生菌的泄漏。同时，壳聚糖的加入也提高了封装效率，但其影响相对较小。最终，3%海藻酸钠与1%壳聚糖的组合在封装效率和热稳定性方面表现最优，这种组合不仅能够有效保护益生菌，还能在烘焙过程中维持较高的活性。

在实际应用中，封装后的益生菌被加入到优化后的饼干配方中，经过烘焙后，其存活率显著高于未封装的益生菌。新鲜饼干中封装益生菌的存活率达到6.8 Log CFU/g，而在储存72小时后，其存活率仍保持在4.5 Log CFU/g，远高于未封装样品的几乎为零。这表明微胶囊技术在提高益生菌存活率方面具有显著优势，尤其是在高温加工和储存过程中。相比之下，未封装的益生菌在相同条件下几乎无法存活，说明微胶囊的保护作用至关重要。

研究还探讨了不同封装材料对益生菌在模拟胃肠道环境中的影响。结果表明，海藻酸钠与壳聚糖的组合能够有效提高益生菌在高温和酸性环境下的存活率，这为开发功能性食品提供了新的思路。此外，研究者还关注了微胶囊的物理特性，如尺寸和形状，发现较高的海藻酸钠浓度有助于形成更紧密的微胶囊结构，从而减少水分和营养成分的流失，提高益生菌的稳定性。

尽管本研究取得了一定成果，但仍然存在一些局限性。例如，研究主要基于体外实验和短期储存条件，未能评估其在商业包装环境下的长期稳定性。此外，研究仅关注了一种益生菌株，未来还需进一步探索不同菌株在不同封装条件下的表现。同时，由于本研究未进行大规模工业化生产，因此还需要进一步评估其在实际生产中的可行性和消费者接受度。

综上所述，本研究通过优化配方和封装技术，成功开发出一种低热量、无麸质且富含益生菌的饼干。该饼干不仅满足了现代消费者对健康食品的需求，还为功能性食品的开发提供了新的方法。微胶囊技术的应用显著提高了益生菌在加工和储存过程中的存活率，为未来开发更多益生菌相关的健康食品奠定了基础。