《Applied Food Research》：Effect of pearl millet and cowpea pre-treatments on rheology, digestible starch, and molar mass distribution of soluble starch fragments in composite porridge
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本研究针对莫桑比克等低收入国家营养不良儿童常食用高粘度粥类导致能量摄入不足的问题，系统探究了浸泡、发芽和发酵等预处理方式对珍珠粟与豇豆复合粥的流变特性、淀粉消化性及可溶性淀粉片段分子特性的影响。结果表明，含发芽珍珠粟的复合粥表现出最低的表观粘度和最终粘度，所有配方均被归类为快速消化淀粉(RDS)，在20分钟内水解度达60–62%。发酵珍珠粟与发酵豇豆的组合配方显示出更高的特性粘度和降解淀粉片段浓度。该研究为开发营养密度高、易于吞咽的儿童营养粥提供了分子水平依据，对改善低收入地区儿童营养不良具有重要实践意义。
在莫桑比克等低收入国家，儿童营养不良是一个严峻的公共卫生挑战。传统上，孩子们常被喂食以高粘度、高淀粉含量的粥类。然而，这些粥往往过于浓稠，导致儿童难以摄入足够的量以满足其生长发育所需的能量和营养。更为棘手的是，如果为了降低粘度而加水稀释，又会进一步降低粥的能量密度，形成“能量不足”的恶性循环。因此，开发一种既能保持适当粘度易于吞咽，又能提供高能量密度和易消化营养的复合粥配方，成为解决儿童营养不良问题的关键。
正是在这一背景下，发表在《Applied Food Research》上的研究论文《Effect of pearl millet and cowpea pre-treatments on rheology, digestible starch, and molar mass distribution of soluble starch fragments in composite porridge》应运而生。该研究由瑞典农业科学大学的Sunera Zulficar Nurmomade等人完成，他们着眼于当地广泛种植且具有气候韧性的珍珠粟（Pearl millet）和豇豆（Cowpea），探究了浸泡（Soaking）、发芽（Germination）和发酵（Fermentation）这三种简单、低成本的预处理方法，如何从分子层面改变复合粥的特性，从而为解决上述难题提供科学依据。
研究人员开展此项研究，核心目的是阐明预处理如何影响复合粥中淀粉的分子结构（例如可溶性淀粉片段的摩尔质量分布），以及这些分子层面的变化如何进一步决定粥的宏观功能性质，如流变行为（粘稠度、弹性等）和淀粉消化速率。他们假设，预处理（尤其是发芽和发酵）过程中激活的酶会分解淀粉大分子，产生更多小分子片段，这不仅会降低粥的粘度，使其更易吞咽，还可能增加淀粉酶的攻击位点，使其更容易被消化吸收，快速为营养不良的儿童提供能量。
为了验证这一假设，研究团队采用了多种关键技术方法。他们首先对珍珠粟和豇豆种子进行了浸泡、发芽和自然发酵预处理，并制备成面粉。随后，利用快速粘度分析仪（RVA）模拟传统烹饪过程并测量粥的糊化特性。采用旋转流变仪在40°C（模拟食用温度）下系统分析了复合粥的流变性质，包括表观粘度随剪切速率的变化（流动曲线）和粘弹性（应变扫描和频率扫描）。通过体外模拟消化实验，量化了快速消化淀粉（RDS）、缓慢消化淀粉（SDS）和总消化淀粉（TDS）的含量。最关键的是，他们运用高效尺寸排阻色谱（HPSEC）联同多角度激光光散射、示差折光检测器，精确测定了从粥中提取的可溶性淀粉片段的摩尔质量分布和特性粘度。最后，利用主成分分析（PCA）进行多变量统计分析，以可视化不同配方间的差异并探索各变量间的内在联系。
3.1. 糊化特性
通过快速粘度分析仪（RVA）分析发现，不同预处理配方复合粥的糊化曲线存在显著差异。含有发酵珍珠粟和浸泡豇豆（FMSP）的配方表现出最高的粘度峰值，而含有发酵兼发芽珍珠粟与发酵豇豆（FGMFP）的配方粘度最低。研究指出，发芽珍珠粟的加入是导致粥粘度降低的关键因素，这归因于发芽过程中激活的内源酶（如α-淀粉酶）对淀粉颗粒的降解作用，这与前期扫描电镜观察到的淀粉颗粒破损结果一致。降低粘度意味着可以在不改变粥体适口性的前提下增加固体含量，从而提高能量密度，这对于解决儿童能量摄入不足问题至关重要。
3.2. 流变学
3.2.1. 流动特性
所有复合粥在40°C下均表现出典型的剪切稀化行为，即表观粘度随剪切速率增加而降低。在模拟口腔处理的剪切速率（10 s-1）下，含有发芽珍珠粟的配方（FGMFP和FGMSP）粘度显著低于其他配方。这种低粘度特性有利于儿童吞咽，并允许配方中含有更高的固形物，从而提升能量摄入。
3.2.2. 应变扫描
应变扫描结果显示，所有粥样在2.5%应变下损耗因子（tan δ）均小于1，表现为粘弹性固体特性。含有发芽珍珠粟的配方（FGMSP和FGMFP）的tan δ值相对较高，表明其更具液体样行为。频率扫描进一步证实，发酵珍珠粟和浸泡豇豆配方（FMSP）结构最坚实（相位角最低），而含有发芽和发酵成分的配方（FGMFP）结构较软，这与其淀粉网络因预处理而弱化相符。
3.3. 可消化淀粉
体外消化实验显示，所有复合粥配方在消化开始20分钟内，干物质（DM）水解率即达到60-62%，且在240分钟的消化过程中变化甚微，表明所有配方均以快速消化淀粉（RDS）为主。这种高RDS特性与预处理（特别是发芽和发酵）破坏淀粉-蛋白质基质、增加淀粉溶胀和酶可及性密切相关，能快速为营养不良儿童提供能量。
3.4. 摩尔质量分布
高效尺寸排阻色谱（HPSEC）分析揭示了可溶性淀粉片段的分子特征。色谱图中呈现出三个不同分子量范围的峰。含有发芽珍珠粟的配方（FGMFP和FGMSP）在第一个峰（高分子量部分）表现出更高的多分散性（Mw/Mn），表明淀粉发生了更广泛的酶解，产生了更异质的聚合物群体。相比之下，含有发芽豇豆的配方（FMFGP和FMSGP）则显示出较窄的分子量分布。含有发酵成分的配方（如FMFP, FGMFP）的色谱图常出现肩峰，提示存在次级大分子群体。这些分子层面的差异直接解释了流变学和消化特性的变化：更小、更分散的淀粉片段减弱了形成粘稠凝胶网络的能力，同时增加了酶解敏感性。
3.5. 主成分分析（PCA）
主成分分析（PCA）将90.3%的总体变异浓缩在前两个主成分中。分析清晰地显示，含有发芽珍珠粟的配方聚集在PC1的正向端，与更高的可溶性淀粉片段浓度、相位角等变量相关联；而表观粘度、最终粘度等变量则位于PC1的负向端。PC2则进一步将配方按豇豆的预处理方式（发酵或浸泡）分离。PCA结果强有力地证明了发芽和发酵预处理通过改变淀粉的分子特性，系统地影响了复合粥的功能性质。
归纳研究结论和讨论部分，本研究的重要发现在于，低成本预处理（尤其是发芽和发酵）能有效调控复合粥的功能特性。其核心机制在于预处理诱导的淀粉分子降解：淀粉大分子被水解成更小、更可溶的片段，这直接导致粥的粘度降低（利于吞咽和增加固形物），并使其更容易被酶解（表现为高RDS，利于快速供能）。含有发芽珍珠粟或发酵珍珠粟与发酵豇豆组合的配方（如FGMFP, FMFP），在低粘度和高能量可利用性方面表现出色，显示出作为改善营养不良儿童膳食的巨大潜力。
该研究的重大意义在于，首次将复合粥的宏观功能性质（流变性、消化性）与其微观分子基础（可溶性淀粉片段的摩尔质量分布）进行了系统关联，为理性设计针对特定人群（如营养不良儿童）的食品提供了坚实的科学依据。它证明，无需复杂昂贵的设备，利用当地传统知识和作物资源，通过简单的预处理技术即可实现食品功能的显著提升。这为在莫桑比克等低收入国家开发和推广营养充足、文化可接受的辅助食品提供了切实可行的技术路径，对改善全球儿童营养不良状况具有重要的启示意义。
