豆渣强化发酵高粱速食粥对矿物质生物可及性及结构特性的影响研究

《Frontiers in Nutrition》：Okara-enriched fermented sorghum instant porridge: effects on mineral bioaccessibility and structural properties

本研究探讨豆渣添加与发酵处理对高粱基速食粥矿物质生物可及性及结构特性的协同改善作用。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析表明，豆渣强化使铁、锌含量显著提升，发酵工艺进一步促进矿物质溶出（铁生物可及性最高提升194%）。该研究为农业副产物高值化利用及功能性食品开发提供新策略。

　　

引言

微量营养素缺乏被称为"隐性饥饿"，在低收入和中等收入国家尤为突出。高粱作为抗旱谷物是非洲和亚洲地区重要的能量来源，但其矿物质吸收常受植酸盐等抗营养因子限制。豆渣作为大豆加工副产物富含优质蛋白和膳食纤维，本研究通过将豆渣与高粱复合并结合发酵工艺，旨在开发具有高矿物质生物可及性的功能性速食粥。

材料与方法

研究采用尼日利亚本地市场的非单宁红高粱和豆渣为原料，分别制备高粱粉和豆渣粉后按70:30和50:50比例复配。通过体外模拟消化模型评估矿物质生物可及性，并利用扫描电子显微镜观察微观结构，X射线衍射分析结晶特性，傅里叶变换红外光谱表征分子相互作用。

矿物质含量分析

豆渣添加显著提升铁、锌、钙等矿物质含量。发酵豆渣粥的铁含量达19.85±0.20 mg/100g，较纯高粱粥（9.60±0.03 mg/100g）提高一倍以上。发酵过程使50:50复配粥的铁含量从9.18±0.02 mg/100g升至14.09±1.27 mg/100g，这可能与微生物代谢产生的矿物质合成作用及发酵容器矿物质溶出有关。

矿物质生物可及性

发酵工艺显著改善铁、锌的生物可及性。发酵豆渣粥的铁生物可及性达7.51%，较未发酵高粱粥（2.59%）提升近三倍。豆渣中的蛋白质和多肽可作为天然螯合剂，通过组氨酸、半胱氨酸等氨基酸与铁形成可溶性复合物。锌的生物可及性在发酵50:50复配粥中达18.86%，归因于发酵降解植酸盐等锌结合配体。

主成分分析

主成分分析显示前两个主成分累计贡献率达82.0%，清晰区分不同配方样本。发酵样本沿PC1轴聚集，证实发酵对矿物质生物可及性的统一提升作用。豆渣占比增加使样本分布向豆渣特征区域偏移，证实原料组成对矿物质谱的主导影响。

微观结构表征

扫描电子显微镜显示生高粱粉具有规则多边形淀粉颗粒结构，而豆渣粉呈无定形纤维状。煮制后淀粉颗粒凝胶化形成致密基质，发酵样本则呈现多孔疏松结构，表明微生物酶解作用破坏淀粉-蛋白网络。50:50发酵复配粥呈现海绵状无定形结构，提示显著的结构重组。

结晶特性变化

X射线衍射显示生高粱粉在2θ=16.97°和23.15°处呈现A型结晶特征，豆渣粉仅在19.51°处显示宽泛衍射峰。发酵后样本在13°附近出现V型结晶峰，提示淀粉-脂质复合物形成。结晶度降低与淀粉凝胶化及微生物降解作用相关。

分子相互作用

傅里叶变换红外光谱在3,290 cm^?1处显示O-H伸缩振动峰，豆渣样本强度更高反映其蛋白质含量优势。发酵后1,745 cm^?1处酯键C=O峰强度减弱，表明微生物脂解作用。1,642 cm^?1和1,513 cm^?1处酰胺I/II带变化证实蛋白质降解。

结论

豆渣强化与发酵工艺协同提升高粱粥的矿物质生物可及性，其中50:50复配发酵粥表现最优。结构分析证实发酵诱导的淀粉结晶重组和基质疏松化有助于营养释放。该研究为农业副产物高值化利用及营养强化食品开发提供理论依据。