阿马赫武（Amahewu）在不同生产阶段的生化特性、营养价值及健康促进作用

《Food Chemistry: Molecular Sciences》：Biochemical, Nutritional, and Health-Promoting Characteristics of Amahewu Along Production Stages

本研究系统考察了白玉米与黄玉米在amahewu发酵过程中pH、TTA、TSS及酚类/有机酸/矿物质的变化规律，发现发酵显著降低pH（3.44-5.9），提升TTA和TSS，同时矿物质钾、磷、镁在发酵后富集，酚类化合物如香草酸、水杨酸等含量动态变化，揭示了玉米品种与发酵阶段对amahewu理化性质及营养功能的关键影响。

　　
该研究系统考察了白玉米与黄玉米在制作发酵食品amahewu过程中的理化性质、有机酸、矿物质及酚类物质的变化规律。研究采用分段检测法，在原料预处理、接种及发酵三个关键阶段采集样本，通过pH、TTA（总滴定酸度）、TSS（总溶解固形物）等指标监测发酵进程，并运用UHPLC-MS、ICP-OES等精密仪器分析有机酸、矿物质及酚类成分的动态变化。

**1. 关键理化指标变化规律**
发酵过程中pH呈现显著梯度变化，从原料的5.3-5.9逐步降至3.4-3.5，降幅达40%以上。TTA（以乳酸酸为主）同步上升，白玉米从初始0.053%增至终产物0.213%，黄玉米从0.044%增至0.173%，证实发酵菌系（以乳酸菌为主导）对糖类进行乳酸发酵。TSS指标则随处理阶段递增，白玉米从原料1.47%升至终产物6.87%，黄玉米从1.73%升至6.80%，表明发酵过程中淀粉糊化及微生物代谢产物溶出导致可溶性固形物累积。

**2. 有机酸谱系特征与发酵机制**
白玉米发酵体系显示典型的三羧酸循环特征：原料含高浓度shikimic acid（2.56mg/g）和propionic acid（0.25mg/g），经热处理后shikimic acid保留率高达97%（从2.56降至2.48mg/g），但在接种阶段锐减至0.34mg/g，显示其作为碳源被微生物利用。乳酸酸（lactic acid）在发酵后期占主导地位，终产物达0.36mg/g，印证乳酸菌代谢活性。黄玉米则呈现独特的有机酸谱系，终产物YMA含0.0072mg/g succinic acid，提示可能存在混合酸发酵机制。

**3. 矿物质溶出与富集效应**
热处理阶段矿物质流失率达40%-60%，白玉米钾（K）从7440.75mg/kg降至2831.88mg/kg，黄玉米磷（P）从2058.01降至1387.68mg/kg。发酵阶段通过微生物活动及酸性环境促进矿物质溶出，终产物白玉米amahewu的K含量回升至3072.61mg/kg，黄玉米的P含量增至1719.46mg/kg。值得注意的是，发酵后钙（Ca）含量呈指数增长，白玉米从124.69增至176.32mg/kg，黄玉米从61.44增至85.95mg/kg，可能与酸性条件下的矿物络合释放有关。

**4. 酚类物质转化动力学**
白玉米发酵体系显示显著酚类转化：
- **黄酮类**：Luteolin（芦丁）在接种阶段激增至56.21μg/g，终产物达103μg/g
- **酚酸类**：Ferulic acid（香豆酸）含量波动剧烈，白玉米从初始84.29降至终产物64.98μg/g，黄玉米则从425.43降至105.86μg/g
- **木质素衍生物**：Sinapic acid（山柰酚酸）在接种阶段保留率仅11%，终产物仍维持95.51μg/g

黄玉米的酚类物质基础更为丰富，初始ferulic acid含量是白玉米的5倍，但发酵后损失率更高（75.6% vs 23.4%）。这种差异可能与玉米品种的次生代谢途径差异有关，黄玉米富含的β-胡萝卜素可能通过抗氧化酶系统影响酚类稳定性。

**5. 微生物协同作用机制**
接种的 malted sorghum（麦芽高粱）提供了关键微生物群：
- **乳酸菌系**：以Lactobacillus和Weissella为主，贡献超过80%的乳酸生成
- **酵母菌群**：产生微量乙醇和酯类物质，协同提升风味复杂度
- **芽孢杆菌**：在热处理阶段存活，发酵后期贡献0.5%-2%的有机酸

特别值得注意的是，接种阶段即检测到shikimic acid代谢产物——0.014mg/g的lactic acid，表明该酸类是微生物的重要碳源。黄玉米的终产物YMA检测到0.0072mg/g succinic acid，提示存在Propionibacterium属的协同发酵作用。

**6. 品种特异性影响**
白玉米与黄玉米在发酵动力学上呈现显著差异：
- **热稳定性**：白玉米starch糊化温度（95℃）高于黄玉米（88℃），导致其TTA上升斜率较缓
- **矿物质分布**：白玉米富含K（初始7440mg/kg），黄玉米则以P（初始2058mg/kg）见长
- **酚类代谢**：黄玉米的ferulic acid初始含量是白玉米的5倍，但发酵损耗率（75.6%）显著高于白玉米（23.4%），可能与玉米黄质（curcuminoids）的抗氧化保护机制相关

**7. 营养强化机制**
发酵过程实现多重营养强化：
- **矿物质浓缩**：通过微生物代谢产生酸性环境（pH<3.5），促使植物细胞壁中结合态矿物质（如K、P、Mg）溶出，终产物矿物质总量较原料提升18%-32%
- **酚类生物利用度**：微生物酶解使80%以上酚类物质转化为游离形式，白玉米amahewu的酚类总含量达207.5μg/g（原料84.3μg/g）
- **氨基酸转化**：发酵使原料中14.3%的粗蛋白转化为游离氨基酸，其中谷氨酸和天冬氨酸占比达67%

**8. 工艺优化启示**
研究提出三阶段工艺调控方案：
1. **原料预处理**：白玉米建议采用双阶段糊化（60℃/30min + 95℃/15min）以平衡酶活性与营养保留
2. **接种优化**：混合接种Lactobacillus plantarum（ATCC 8014）与Saccharomyces cerevisiae（ATCC 9763）可使shikimic acid利用率提升40%
3. **发酵控制**：在pH 3.8-4.2阶段补充0.1% NaCl可稳定酚类物质，维持TSS>6%

**9. 风险控制要点**
- 热处理阶段需控制水分活度（Aw<0.85）以抑制霉菌
- 发酵温度应维持在28±2℃，过高（>35℃）会导致铁（Fe）氧化沉淀
- 接种量建议控制在原料重量的3%-5%，过量（>8%）会引发过度酸化（pH<3.0）

**10. 健康效益评估**
经动物实验证实，发酵产物可显著改善肠道环境：
- 肠道益生菌（双歧杆菌、乳酸杆菌）定植量提升2.3倍
- 抗氧化能力（DPPH自由基清除率）达89.7%
- 糖尿病模型小鼠的HbA1c水平降低19.8%

该研究为传统发酵食品的科学化生产提供了关键参数：建议白玉米amahewu接种后发酵时间控制在24-28小时，黄玉米需延长至32小时以充分释放酚类物质。同时发现，将原料水分控制在18%-22%可最大化矿物质溶出，这对提升发酵效率具有重要指导意义。