热处理预处理与自发发酵时长对Okara粉品质特性、豆腥味强度及功能特性的交互影响

《Food Science & Nutrition》：Effects of Thermal Pretreatment and Spontaneous Fermentation on the Quality Characteristics of Okara Flour

　　

Okara是一种营养丰富的大豆加工副产物，其食品应用受到不良豆腥味（beany-flavor）和可变功能特性（functional properties）的限制。研究人员考察了热处理预处理（thermal pretreatment）与自发发酵（spontaneous fermentation）持续时间对Okara粉感官（sensory）、理化（physicochemical）、组成（compositional）、植物化学（phytochemical）和功能性（functional）特征的单独及交互影响。湿Okara或不处理，或在90°C–100°C加热5 min，随后在25°C ± 3°C下自发发酵0、12、24、36或48 h，采用随机2 × 5析因设计，并设三个独立加工重复。数据通过区组双因素方差分析（blocked two-factor analysis of variance, ANOVA）及Tukey's HSD检验分析。发酵持续时间影响豆腥味强度（p < 0.001），而热处理预处理及交互作用不显著。经热处理预处理并发酵12 h的Okara记录到最低豆腥味强度（2.24 ± 1.10），而24–48 h后评分超过6.6。感官颜色和质地未受显著影响（p > 0.05）。pH、滴定酸度（titratable acidity, TTA）和吸水能力（water absorption capacity, WAC）出现显著的热处理预处理 × 发酵持续时间交互作用（p < 0.001）。粗蛋白（crude protein）范围为24.54至29.84 g/100 g，并受热处理预处理（p = 0.049）和发酵持续时间（p < 0.001）影响。发酵持续时间还影响总酚（total phenolics）、植酸（phytate）和单宁（tannins）（p < 0.001），而Hausner比（Hausner ratio）和Carr指数（Carr's index）保持不变。在评价的处理组合中，经热处理预处理的12 h样品具有最低的观测豆腥味强度，同时保留了所评估的更广泛组成和功能特征。该处理水平观察结果应作描述性解释，因为豆腥味强度的热处理预处理 × 发酵持续时间交互作用不显著。

Okara（豆渣）是豆奶和豆腐生产中产生的不溶性残渣，干Okara约含50%膳食纤维、25%蛋白质和10%脂质，是潜在食品原料。但其新鲜状态易腐败，存在不良豆腥味（beany-flavor）和纤维或颗粒口感，且功能特性多变，大量Okara未充分利用或用作动物饲料和肥料。发酵可通过微生物和酶转化改善这些特性。已有研究显示Bacillus subtilis WX-17固态发酵提高总氨基酸、脂肪酸和抗氧化活性；酵母发酵降低己醛和反-2-己烯醛等主要异味化合物并生成香气活性化合物。热历史也可能影响后续发酵。Oh et al. 观察到热加工和冷加工豆渣在发酵酸化和活菌群方面的差异；Lee et al. 报道热处理豆渣经Bacillus firmus NA-1发酵产生更多肽和纤溶酶；Mok et al. 用热处理Okara进行B. subtilis WX-17发酵，但缺少非热处理发酵对照，无法分离热预处理的特定效应。多数研究使用选定起始培养，关注微生物生长、酶或肽、代谢物或抗氧化，较少了解确定短时热预处理如何在同一析因实验中改变Okara对随时间自发发酵的响应。因此研究人员假设热预处理和发酵时长独立改变Okara粉部分性质，且热预处理会修饰发酵响应，产生交互。研究意义在于为Okara粉食品化选择短时热预处理和自发发酵窗口提供依据，同时明确感官强度而非消费者喜好，并提示微生物安全未验证。

研究人员开展随机2 × 5析因试验，湿Okara未处理或90°C–100°C加热5 min，再25°C ± 3°C自发发酵0、12、24、36、48 h，三个独立加工重复。数据用区组双因素ANOVA、Tukey HSD和主成分分析（principal component analysis, PCA）分析。结论：发酵时长是豆腥味强度的主要影响因素，热主效应和交互不显著；24–48 h豆腥味评分升高。热预处理改变若干发酵响应，但有利功能或组成条件不总与最低豆腥味一致。在评价条件下，90°C–100°C 5 min后约12 h自发发酵是最有利于维持低豆腥味并保留所评估较广品质特征的加工条件，但不意味着统计优越性或普遍最优。感官为属性强度非喜好，不能建立消费者接受度；植酸下降不证明矿物质生物利用度改善；微生物安全未验证。

关键技术方法概括：样本来源于加纳北部Tolon District、Nyankpala Campus大学附近两个手工豆腐和豆奶加工者的新鲜湿Okara；每次从两家收集，食品级聚乙烯袋运输，4°C保存，混合成均匀批样。采用随机2 × 5析因设计，两个热处理条件（未热处理0HT和热处理HT）与五个自发发酵时长（0、12、24、36、48 h），三个独立加工重复，共30个样品。热处理为90°C–100°C 5 min，无加水；随后25°C ± 3°C自发发酵，无起始培养；发酵后太阳干燥约4–5 h（35°C–38°C）。分析包括感官强度评价、pH和TTA、仪器色泽、近似组成、植物化学（总酚total phenolic content, TPC、植酸phytate、单宁tannins）、功能与流动性（吸水能力water absorption capacity, WAC、吸油能力oil absorption capacity, OAC、膨胀力swelling power, SP、密度、Hausner比Hausner ratio, HR、Carr指数Carr's index, CI）；统计用区组双因素ANOVA、Tukey HSD、PCA。

3.1 预处理Okara粉的感官属性：通过25名半训练评价员对30个样品进行豆腥味、颜色和质地强度评分。发酵时长显著影响豆腥味强度（F = 197.887，p < 0.001，partial η² = 0.978），热预处理（p = 0.733）和交互（p = 0.416）不显著。0–12 h豆腥味低，24–48 h评分超过6.6；热处理12 h样品观测值最低（2.24 ± 1.10），但因交互不显著仅作描述。颜色和质地均无显著影响（p > 0.05）。结论：发酵时长主导感官，短时发酵与低豆腥味相关，且未明显恶化感知粗糙度。

3.2 pH与滴定酸度（TTA）变化：通过pH计和滴定分析。pH受热预处理（p = 0.004）、发酵时长（p < 0.001）及交互（p < 0.001）显著影响；TTA同样受三者显著影响（均p < 0.001）。两者呈非线性：0–12 h酸化，24 h pH反弹至6.52–6.74，48 h下降；TTA轨迹处理依赖。原文认为24 h反弹可能与微生物群变化、蛋白水解或碱性氮代谢物有关，但未测定，不能确定机制；微生物安全性未验证。

3.3 预处理Okara粉的仪器色泽属性：通过CIE L^*a^*b^*测定。发酵时长显著影响L^*、a^*、b^*、C^*和白度指数；热主效应均不显著；交互对a^*、b^*、C^*和白度指数显著。L^*先降后48 h恢复，b^*正值显示黄色主导，仪器色泽变化未转化为感官颜色显著差异。结论：发酵时长是仪器色泽变异主因，短时热预处理未造成显著仪器褪色。

3.4 Okara粉的近似组成：通过AOAC方法。发酵时长显著影响粗蛋白、灰分、水分、碳水化合物、粗脂肪和能量；热预处理显著影响蛋白（p = 0.049）和能量（p = 0.020）；交互显著影响灰分、脂肪和能量。粗蛋白24.54–29.84 g/100 g，前12 h增加后约25–29 g/100 g。灰分、碳水、水分、脂肪和能量变化被解释为组分比例重排或提取性变化，而非净合成；能量增加与粗脂肪较高一致。结论：发酵时长主导近似组成，热预处理选择性改变灰分和脂肪轨迹。

3.5 Okara粉的植物化学组成：测定TPC、植酸和单宁。发酵时长显著影响三者（p < 0.001）；TPC和单宁有显著热 × 发酵交互，热主效应不显著。TPC在早期至中期增加，24 h后分叉，48 h可降低；植酸非线性，24 h较高，48 h最低，热预处理未显著改变总体植酸响应；单宁时间响应受热预处理修饰。解释为可提取性或转化变化，不证明酚类合成、矿物生物利用度改善或具体生化途径。

3.6 Okara粉的功能与流动性特征：测定堆积密度、振实堆积密度、WAC、OAC、SP、HR和CI。堆积密度受发酵时长影响；振实堆积密度受热、发酵和交互影响；WAC受发酵和交互影响；OAC受发酵影响；SP受热、发酵和交互影响；HR和CI无显著变化。WAC 3.75–5.02 g/g，热处理24 h最高；热处理12 h样品WAC 4.16 ± 0.03 g/g、OAC 3.59 ± 0.07 g/g、SP 2.87 ± 0.06 g/g。功能最佳条件不总与低豆腥味一致。

3.7 主要品质属性间的多变量关系：PCA纳入10个处理概貌和8个变量，PC1、PC2、PC3分别解释43.56%、22.82%、14.72%，累计81.10%。PC1正负载植酸、pH和TPC，负负载SP和L^*；PC2正负载粗蛋白，负负载WAC；PC3主要代表豆腥味。0和12 h处理位于PC3负侧，24–48 h转向正侧，与析因感官结果一致。PCA仅作探索性描述，不替代统计推断。

讨论指出，发酵时长是感官变化的主因；24–48 h豆腥味评分升高可能反映发酵产生气味物而非豆腥味本身增强，但未表征微生物和挥发物。热处理可能通过抑制脂氧合酶介导的挥发物形成影响豆腥味，但本研究中90°C–100°C 5 min未产生显著总体豆腥味降低。pH和TTA非线性变化提示发酵化学与感知风味同步变化，但pH/TTA不能确定碱性发酵或安全性。近似组成变化应视为测量比例变化，植物化学变化为可提取性或转化。功能特性受热预处理和发酵时长交互影响。原文强调未验证微生物安全，不能将pH/TTA模式视为安全证据。

研究结论翻译：热处理预处理和自发发酵影响了Okara粉的若干品质特征，但响应幅度和方向因属性而异。发酵持续时间是影响豆腥味强度的主要因素，而热处理主效应和热处理预处理 × 发酵持续时间交互作用不显著。豆腥味强度在发酵早期最低，观测均值最低记录于经热处理预处理的12 h样品，而感官颜色和质地相对稳定，尽管仪器色泽发生处理相关变化。热处理预处理改变了若干发酵响应，但产生有利功能或组成值的条件并不总是与最低豆腥味强度一致。在评价的条件下，90°C–100°C热处理5 min，随后约12 h自发发酵，是在保持低豆腥味强度同时保留所评估较广品质特征的最有利加工条件。所选处理是实验条件内的实际多响应选择，并不意味着统计优越性或普遍最优处理。感官结果反映属性强度而非消费者喜好，因此不能建立消费者接受度。同样，植酸降低并不证明矿物质生物利用度改善。自发发酵Okara的微生物安全性未经验证，在实际食品应用前需要此类验证，尤其考虑到24 h pH反弹以及使用未表征的天然微生物群且无起始培养。进一步工作应表征与自发发酵相关的微生物、代谢物和风味化合物，并通过微生物安全评估、矿物质生物可及性、蛋白质消化率和配制食品中的消费者测试评价所选加工条件。