箭根薯多孔淀粉包埋乳酸杆菌的工艺优化及其在功能性食品中的应用研究

本研究针对益生菌在加工和储存过程中易受环境胁迫导致存活率低的问题，创新性地采用箭根薯多孔淀粉(PS)联合海藻酸钠作为壁材，通过喷雾干燥技术包埋Lactobacillus acidophilus IFO 13951。研究证实6% PS配方包埋效率达85.39%，-20°C储存30天仍保持8.32 log CFU/mL活菌数，SEM显示0.5-1.8 μm孔隙可有效吸附菌体，为开发耐储存益生菌制剂提供了新策略。

　　

在功能性食品蓬勃发展的今天，益生菌作为"活的生物治疗剂"面临严峻挑战——这些娇弱的微生物既要扛过高温加工的铁砧，又要穿越胃酸熔炉的考验，最后还得在货架期的漫长等待中保持活力。传统包埋材料如海藻酸钠和麦芽糊精虽能提供基础保护，但就像漏雨的茅屋难以抵挡暴风雨，益生菌在加工和消化过程中的存活率仍不尽如人意。更棘手的是，现有包埋技术存在成本高、工艺复杂等瓶颈，严重制约了益生菌产品的普及应用。

针对这一行业痛点，印尼加查马达大学农业技术学院食品与农产品加工技术系的研究团队独辟蹊径，将目光投向当地特色资源箭根薯(Maranta arundinacea)。这种富含40.86%直链淀粉的"淀粉明星"，经过葡萄糖淀粉酶(56.07 U/g)的精细雕琢，能形成深度达1.8 μm的蜂窝状结构，就像为益生菌量身定制的微型防空洞。研究人员采用三因素三水平的实验设计，系统评估了2%-6%多孔淀粉(PS)与1%海藻酸钠的复配效果，通过喷雾干燥(入口温度120°C)制备微胶囊，并创新性地建立了-20°C深冻储存方案。

关键技术路线包含四大支柱：(1)以MRS培养基培养L. acidophilus至10⁸-10⁹ CFU/mL浓度；(2)葡萄糖淀粉酶水解制备多孔淀粉载体；(3)喷雾干燥参数优化(95%吸气速率，25%泵速)；(4)多维度评价体系涵盖包埋效率(EE)、水活性(a_w)、扫描电镜(SEM)形貌分析和28天储存稳定性实验。

3.1 包埋效率(EE)

如同精密的分子筛，6% PS配方展现出85.39%的惊人包埋效率，较传统玉米多孔淀粉提高近40%。这种"量效关系"源于高直链淀粉含量促进的孔隙发育，每个淀粉颗粒可形成约35个吸附位点，完美匹配乳酸杆菌1 μm的体型特征。

3.2 物化特性

所有配方保持7.07%-7.98%的平衡水分，a_w值稳定在0.62-0.67安全区间。色度分析显示L值>92的雪白外观，b值10-11的淡黄底色暗示美拉德反应的存在，但这反而赋予产品自然的乳制品观感。

3.3 微观形貌

SEM图像揭晓了"蜂窝陷阱"的奥秘：葡萄糖淀粉酶刻蚀出的0.5-1.8 μm孔洞(5000倍镜下图1红箭头处)形成立体保护网，而海藻酸钠则像水泥般填补结构缝隙。这种"物理吸附+化学交联"的双重防护机制，有效缓冲了喷雾干燥的热冲击。

3.4 储存稳定性

-20°C的深冻条件展现出"时间冻结"效应：30天后活菌数仅衰减0.98 log，显著优于4°C(2.0 log)和25°C(4.9 log)组。值得注意的是，即便在室温下，包埋组仍保持4.4 log CFU/mL的"生存底线"，满足发酵乳制品10⁶ CFU/mL的行业门槛。

这项研究开创性地证实箭根薯多孔淀粉是益生菌的理想"分子集装箱"，其优势体现在三方面：首先，本土化原料降低30%生产成本；其次，独特的孔隙拓扑结构实现85.39%的包埋效率；最后，-20°C储存方案突破性地将货架期延长至商业适用水平。未来研究可探索PS与乳清蛋白的复合壁材，或结合流化床干燥工艺进一步优化能效比。该成果为热带地区特色淀粉资源的高值化利用提供了典范，论文发表于《Food Chemistry Advances》2025年8月刊。