热湿处理和退火改性螺旋藻豆豉粉的功能特性与微生物学性质研究

《Scientific Reports》：Functional and microbiological properties of spirulina soybean tempeh flour modified by heat-moisture treatment and annealing

本研究针对螺旋藻豆豉粉在烘焙应用中存在的体积不稳定和质地问题，通过热湿处理(HMT)和退火两种改性技术，系统评估了其对螺旋藻豆豉粉功能特性、理化性质和微生物学性质的影响。结果表明HMT是最有效的改性方法，显著提高了蛋白质含量(41.40% db)、抗氧化活性(IC50 49.998 ppm)等功能特性，同时保持了微生物安全性(SPC 2.74×104 CFU/g)，为开发营养强化烘焙产品提供了新思路。

　　

在追求健康饮食的今天，富含蛋白质和生物活性化合物的功能性食品原料备受关注。螺旋藻作为一种"超级食品"，其蛋白质含量高达60%-70%，且含有丰富的维生素、矿物质和生物活性色素。而豆豉作为印度尼西亚传统发酵大豆制品，通过根霉属真菌发酵提高了营养物质的生物利用度。将两者结合制成的螺旋藻豆豉粉，理论上是一种极佳的营养强化原料。然而，当这种高蛋白粉体直接用于烘焙产品时，却面临着严峻的技术挑战——面团流变学特性改变、产品体积不稳定、质地受损，以及微生物稳定性问题。

这些技术瓶颈限制了螺旋藻豆豉粉在食品工业中的广泛应用。面对这一难题，印度尼西亚巴查查兰大学的研究团队开展了一项创新性研究，探索通过物理改性方法提升螺旋藻豆豉粉的功能特性。他们比较了热湿处理(Heat-Moisture Treatment, HMT)和退火(annealing)两种改性技术对螺旋藻豆豉粉各项性能的影响，相关研究成果发表在《Scientific Reports》上。

为了系统评估改性效果，研究人员采用了多种分析手段：首先通过扫描电子显微镜(SEM)观察粉体颗粒的形态变化；利用X射线衍射(XRD)分析淀粉结晶结构的变化；采用傅里叶变换红外光谱(FTIR-ATR)检测分子结构特征；同时测定了粉体的功能特性（如水合能力、吸油性、溶胀性等）、化学成分组成以及抗氧化活性；并通过标准平板计数法(SPC)评估微生物安全性。

抗氧化活性的研究发现，豆豉发酵过程显著提高了抗氧化能力，这主要归因于β-葡萄糖苷酶将异黄酮糖苷转化为活性更高的苷元形式。虽然螺旋藻本身含有藻蓝蛋白等抗氧化成分，但在DPPH测定中可能因色素干扰而未能表现出预期的增效作用。经过HMT和退火改性后，样品的抗氧化活性均得到显著提升，HMT改性样品(D)的IC₅₀值为49.998 ppm，表现出强抗氧化活性，这可能是由于热处理促进了酚类物质和藻蓝蛋白的释放，并引发了美拉德反应。

功能性质分析显示，HMT改性显著改变了粉体的功能特性。HMT改性样品(D)的吸油能力(OAC)降低至0.38 g/g db，这归因于颗粒结构更加致密，减少了保留油脂的有效空间。同时，其吸水能力(WAC)也降至1.93 g/g db，原因是HMT促进了双螺旋结构的形成和分子间相互作用，形成了更为紧密的颗粒结构，限制了水合作用。溶胀体积和溶解度的变化也反映了HMT对淀粉颗粒结构的重组效应。

化学组成分析表明，HMT改性样品(D)的蛋白质含量为41.40% db，略低于未改性样品，这可能是由于热处理导致蛋白质变性以及与淀粉、脂质形成复合物所致。淀粉含量为1.903% db，淀粉重组形成了更稳定的双螺旋结构，降低了可提取性。灰分含量为2.35% db，脂肪含量为27.63% db，均处于适宜水平。

颗粒形态的SEM观察显示，HMT改性后的颗粒呈现更加致密和不规则的形状，表面较为光滑但部分区域有破裂，表明发生了形态学改变。这种结构变化与粉体功能特性的变化相一致。

淀粉结晶度的XRD分析表明，所有样品均呈现A型结晶结构。HMT改性没有改变结晶类型，但相对结晶度提高至49.59%，表明处理过程中分子排列更加有序。

傅里叶变换红外光谱分析显示，所有样品的光谱峰位置相似，仅在强度上存在差异，表明改性处理没有引入新的官能团，而是改变了分子间的相互作用。

微生物学特性评估显示，HMT改性样品的标准平板计数(SPC)为2.74×10⁴ CFU/g，符合印度尼西亚国家标准(SNI)要求，表明产品微生物安全性良好。

通过德加莫有效性指数法综合评价，HMT改性样品(D)获得最高评分(0.65)，被确定为最优处理方法。该方法综合考虑了蛋白质、脂肪、灰分、淀粉、直链淀粉、支链淀粉、WAC、OAC、溶胀体积、溶解度、析水率等多个参数的功能和营养相关性。

本研究系统证明了HMT改性可有效提升螺旋藻豆豉粉的功能特性和理化性质，同时保持良好的微生物安全性。改性后的粉体具有高蛋白含量(41.40% db)、适宜的功能特性(WAC 1.93 g/g、OAC 0.38 g/g、溶胀体积4.85 mL/g)和强抗氧化活性(IC₅₀ 49.998 ppm)，以及良好的贮藏稳定性(水分含量4.82% db)，非常适合作为营养强化剂用于烘焙产品中。

然而，研究也存在一些局限性，如未评估感官品质（风味、色泽、质地）和消费者接受度，以及强化产品长期贮藏稳定性的系统研究。未来研究应重点探索螺旋藻豆豉粉在不同烘焙基质中的最佳添加比例，评估消费者接受度，并系统研究其贮藏稳定性。通过这些深入研究，HMT改性螺旋藻豆豉粉有望成为一种可持续的功能性原料，为开发新一代营养强化烘焙产品提供技术支持。

这项研究不仅为解决高蛋白粉体在烘焙应用中遇到的技术难题提供了有效方案，也为微藻类资源在食品工业中的高值化利用开辟了新途径，符合当前食品工业向健康、可持续方向发展的趋势。随着全球对营养健康和环境保护意识的提高，此类研究对于推动食品产业的创新发展和满足消费者对健康产品的需求具有重要意义。