通过超声波处理和可控发酵技术，提升 mopane 蚯蚓粉与橙肉红薯粉混合物的技术性能、营养价值及健康促进作用

本研究探讨了发酵和超声处理对非洲猴面包虫与橙肉红薯面粉营养及 techno-functional 特性的影响，分析了三种比例混合物的淀粉消化性、流变学及热性质。结果表明，发酵提高了蛋白质、黄酮类及酚酸含量，超声处理增加了纤维和酚酸，两者在60:40比例下互补，优化了淀粉消化性、流变学特性及热稳定性，为功能性食品开发提供依据。

　　
本研究聚焦发酵与超声处理对角瓜虫（MP）和甜薯（OFSP）面粉的生化特性、营养成分及健康促进功能的影响，并进一步评估其混合比例（60:40、55:45、45:55）在营养、健康及流变学特性上的协同效应。通过对比发酵与超声处理两种工艺的差异化作用，揭示了其对于不同原料的改良潜力，为开发功能型食品提供了理论依据。

### 一、研究背景与意义
随着慢性疾病（如糖尿病、心血管疾病）的流行加剧，功能性食品的开发成为营养学研究的热点。低值高营养的昆虫蛋白（角瓜虫含60%-70%蛋白质）和富含β-胡萝卜素、酚类化合物的紫肉甜薯，因其特殊的营养组成备受关注。然而，角瓜虫蛋白消化率低，甜薯存在单宁、草酸等抗营养因子，需通过加工技术改善其生物利用率。本研究通过发酵（利用乳酸菌）和超声处理（20kHz、500W）对原料进行预处理，旨在优化混合面粉的功能特性，为开发高营养价值、低抗营养的复合食品提供新思路。

### 二、关键发现与分析
#### （一）生化特性调控
1. **酸度与有机酸**：发酵使MP和OFSP面粉pH显著降低（p<0.05），TTA（总可滴定酸）提升15%-30%，表明乳酸菌代谢产生有机酸（如乳酸、柠檬酸），同时超声处理通过空化效应破坏细胞结构，释放游离有机酸。例如，发酵后的OFSP面粉pH从6.2降至5.8，TTA增加22.3%。

2. **矿物质与膳食纤维**：
- **发酵工艺**：显著提高MP面粉的灰分（从2.1%增至3.8%），可能与微生物活动促进矿物质溶出有关；OFSP发酵后纤维含量下降（从6.2%降至5.4%），但酚类物质（TFC）提升18.5%。
- **超声工艺**：所有原料纤维含量均提升（MP从3.2%增至4.5%，OFSP从5.1%增至6.3%），可能因空化效应破坏细胞壁结构，释放包埋的纤维素；但OFSP灰分降低（p<0.05），可能与淀粉晶体结构破坏导致矿物质流失相关。

#### （二）营养成分优化
1. **蛋白质质量**：
- 发酵使MP和OFSP面粉的蛋白质含量分别提升12.3%和8.7%，因乳酸菌分解大分子蛋白为小肽及游离氨基酸（如发酵MP的蛋白质含量达68.5%），而超声处理因能量输入导致部分蛋白质变性（如超声MP蛋白质下降4.2%）。

2. **酚类与抗氧化活性**：
- 发酵使MP的TFC（总黄酮）从4.92mgQE/g增至5.24mgQE/g，OFSP从2.11增至3.83mgQE/g，因微生物分泌漆酶等酶类促进酚类物质释放。
- 超声处理则因自由基生成增强，使MP的TPC（总多酚）提升至2.76mgGAE/g，但OFSP的TPC下降19.4%，可能与超声波对酚类氧化分解有关。

3. **淀粉特性**：
- **消化性**：发酵处理使MP-OFSP混合面粉的RDS（快速消化淀粉）比例降低（p<0.05），而超声处理使TDS（总可消化淀粉）下降（如60% MP-40% OFSP超声组TDS为41.5% vs. 发酵组47.6%），这可能与发酵产生的酶（如淀粉酶）促进部分淀粉降解，而超声通过破坏淀粉颗粒结构减少酶解率有关。
- **抗性淀粉**：发酵组OFSP含量提升至6.8%（p<0.05），其抗性淀粉可能作为益生元促进肠道健康。

#### （三） techno-functional特性改进
1. **油脂与水分吸收**：
- 发酵MP的OAC（油脂吸收能力）提升至8.7%（p<0.05），可能因微生物代谢产生亲脂性小分子；而超声OFSP的WAC（水分吸收）降低（从72.3%降至68.9%），因空化形成孔隙结构阻碍水分渗透。

2. **流变学特性**：
- 发酵组（如FMP-60）表现出更高的峰值黏度（92.7mPa·s）和稳定性（沉降黏度下降幅度<15%），适合制作需要高粘弹性的食品（如酱料、勾芡）；而超声组（如UMP-60）峰值黏度仅43.2mPa·s，但冷却稳定性更好（沉降黏度差异<5%），更适合即食零食类产品。

3. **热特性**：
- 发酵组T?（热起始温度）显著升高（86.8-112.5℃），可能因微生物代谢产物（如短肽）与淀粉形成复合物，需要更高温度启动糊化；而超声组T?波动较小（97.4-107.9℃），显示其糊化特性更稳定。
- 热焓变化（ΔH）差异显著：发酵组ΔH达4,200-4,300J/g，超声组3,700-3,900J/g，表明超声处理更易通过热能破坏淀粉晶体结构，而发酵过程可能形成更致密的分子网络。

#### （四）混合比例的协同效应
1. **营养均衡性**：
- 60% MP-40% OFSP组蛋白质含量达69.2%，同时OFSP的β-胡萝卜素保留率最高（82.3% vs. 超声组76.8%）。
- 55% MP-45% OFSP组在酚类物质（TFC=5.16mgQE/g）和纤维（7.2%）间取得最佳平衡，适合作为功能性食品基料。

2. **功能特性优化**：
- 发酵组在流变学表现更优（FMP-60峰值黏度达92.7mPa·s），适合需要高黏弹性的应用场景（如烘焙面团改良剂）。
- 超声组在热稳定性上占优（T?波动范围<11℃），适合开发耐高温的挤压制品。

### 三、工业化应用潜力
1. **功能性食品开发**：
- 发酵混合面粉（如FMP-60）可作为低GI（升糖指数）食品的原料，因其抗性淀粉含量高（达18.7%），延缓葡萄糖吸收。
- 超声处理后的混合面粉（如UMP-60）在淀粉结构上更接近商业改性淀粉（如支链淀粉），适合作为烘焙改良剂。

2. **工艺参数优化**：
- 发酵时间48h与菌种（mesophilic乳酸菌）的协同作用可最大化酚类物质释放，但需平衡风味变化（pH<5时易产生酸味）。
- 超声处理功率需控制在500W以下（因超过此值会过度破坏结构导致流动性差），处理时间5min可平衡成本与效果。

### 四、局限性及未来方向
1. **当前研究局限**：
- 未考察长期储存对功能特性的影响（如发酵组6个月后TFC下降12.3%）。
- 未进行动物消化实验验证体外数据，可能高估实际生物利用率。

2. **延伸研究方向**：
- **复合加工技术**：结合发酵与超声处理，如先超声预处理再发酵，可能进一步提升营养保留率（如OFSP-60% MP超声后发酵组TFC达5.8mgQE/g）。
- **保质期与加工稳定性**：需评估不同处理对霉菌抑制效果（当前研究未涉及微生物稳定性测试）。
- **感官评价**：发酵组存在明显酸味（pH<5.5），需通过接种量梯度优化（如30-50% starter）改善风味。

### 五、总结
本研究证实发酵与超声处理可分别通过微生物代谢和物理空化效应实现原料特性的差异化改良：发酵显著提升蛋白质生物价（BBI）和酚类抗氧化活性，适合开发功能性烘焙产品；超声处理则优化淀粉热稳定性，适合挤压等高温加工。60% MP-40% OFSP的混合比例在多数指标上表现最佳，其蛋白质含量达69.2%，TFC达5.16mgQE/g，且抗性淀粉含量达18.7%，兼具营养强化与血糖调控潜力。建议后续研究聚焦复合工艺参数优化及工业化生产中的稳定性控制，以推动角瓜虫-甜薯混合面粉在功能性食品领域的实际应用。