豇豆与花生粉强化Solanum aethiopicum汤粉：2×6析因设计下营养增强、铁锌总含量-RNI贡献与感官可接受性的比较评价

《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》：Cowpea and Groundnut Flour Enrichment of Solanum aethiopicum Soup Powder: Nutritional Characterisation, Comparative Evaluation and Sensory Assessment

　　

微量营养素缺乏（micronutrient deficiencies），尤其是铁（Fe）和锌（Zn）不足，仍是撒哈拉以南非洲一项重大公共卫生挑战；在当地，以植物为基础的膳食常常不能满足铁和锌需求。用豆类粉强化传统消费的蔬菜基汤粉，是一种低成本、文化上可接受、无需改变饮食行为即可改善膳食微量营养素摄入的策略。本研究在2×6析因设计（factorial design）中，评估了用豇豆（Vigna unguiculata L. Walp.）和花生（Arachis hypogaea L.）粉强化的花园蛋（Solanum aethiopicum Lam.）汤粉的营养组成、功能特性和感官可接受性，并以未强化花园蛋汤粉为对照（T0；100%花园蛋粉），设置三个替代水平（每种豆类10%、20%和30%）和两个干燥温度（60°C和70°C）。豇豆粉替代水平为10%（CP10）、20%（CP20）和30%（CP30），花生粉替代水平为10%（GN10）、20%（GN20）和30%（GN30），均以相对于100%花园蛋粉（T0）的重量比（w/w）计。评估了复水汤的近似组成（proximate composition）、矿物质含量（包括铁和锌）、水吸收能力（water absorption capacity，WAC）和油吸收能力（oil absorption capacity，OAC）以及感官可接受性。由于本研究为初步调查，采用每个处理单一加工批次的分析三重重复，结果被解释为描述性和指示性而非确定性。配方是营养变异的主要来源（大多数参数η² > 0.88）。30%豇豆强化且在60°C干燥（CP30）相对于T0在粗蛋白（+46.0%）、铁（+61.7%）和锌（+67.5%）方面产生最大改善；以总含量计，每100 g份量约提供成年女性铁和锌推荐营养素摄入量（recommended nutrient intake，RNI）的49%和52%；由于植酸盐-矿物质螯合（phytate-mineral chelation），生物可及部分（bioaccessible fractions）将显著更低。30%花生强化（GN30）达到最高脂肪含量（16.57%）和油吸收能力（2.23 g/g）。豇豆强化的花园蛋汤粉，尤其是20%–30%替代水平且60°C干燥，显示出作为营养改善且感官可接受产品以应对撒哈拉以南非洲铁和锌缺乏的潜力。需要独立加工重复、生物可及性测定（bioaccessibility assays）和储存评价。

研究背景：微量营养素缺乏（micronutrient deficiencies），尤其铁（Fe）和锌（Zn）不足，是撒哈拉以南非洲重大公共卫生问题；植物性膳食常不能满足Fe、Zn需求。加纳2022年人口与健康调查显示，5岁以下儿童贫血约66%、育龄妇女44%，铁缺乏是最大贡献因素；Zn缺乏影响免疫、生长和认知。用当地豆类粉强化广泛消费的传统食品，是低成本、文化可接受、无需大幅改变饮食行为的策略。花园蛋（garden egg，Solanum aethiopicum Lam.）是西非常见蔬菜，可作汤基、酱或干粉，但本身蛋白和矿物质不足。豇豆（cowpea，Vigna unguiculata L. Walp.）和花生（groundnut，Arachis hypogaea L.）富含蛋白、纤维、B族维生素和Fe、Zn、磷（P）；豇豆粗蛋白22%–30%，花生脂质约45%–55%。现有关于Solanum基蔬菜粉豆类强化的研究有限，缺乏匹配替代水平下两种豆类剂量-反应比较，且少用多变量统计和效应量；豇豆植酸可降低Fe、Zn生物可及性（bioaccessibility）。因此，研究人员开展2×6析因研究，比较营养、功能、感官，识别最佳配方-温度组合。

研究人员以加纳Bono Region Sunyani Central Market的新鲜花园蛋、当地市场豇豆和去壳花生为原料；豇豆和花生经清洗、烫漂、干燥、粉碎，花园蛋烫漂、干燥、粉碎，过250 μm筛。关键技术方法为：采用2×6析因设计，配方T0–T6，豆类替代10%、20%、30%，干燥60°C和70°C，每处理分析三重重复共42观测；依AOAC测定近似组成，干灰化后以原子吸收光谱（atomic absorption spectrophotometry，AAS）测Fe、Zn、钙（Ca）、镁（Mg），火焰光度测钠（Na）、钾（K），分光法测P；测WAC和OAC；用双因素ANOVA、Tukey HSD、偏eta平方（partial eta-squared，η²）、Pearson相关、主成分分析（principal component analysis，PCA）和Ward聚类；30人半训练小组9点嗜好量表评价复水汤。

研究结果：
3.1 强化花园蛋汤粉的近似组成与矿物质含量：通过近似分析和矿物测定，CP30在60°C具有最高粗蛋白16.41%、Fe 88.83 mg/kg和Zn 41.92 mg/kg；GN30在60°C脂肪最高16.57%；对照水分最高，所有水分5.50%–8.99%符合微生物稳定粉体范围；CP20在70°C灰分异常偏低，原文提示可能为混合微异质性或分析假象；NFE随替代水平升高而下降。
3.2 配方和干燥温度对营养组成的影响：双因素ANOVA显示配方是主导变异来源，13个参数均呈大效应（η² > 0.14），多数η² > 0.88；K对温度敏感（η² = 0.446），P温度效应中等至大（η² = 0.145）；11/13参数存在显著配方×温度交互，Ca交互最强（η² = 0.486）。
3.3 相对未强化对照的营养增强：通过T0百分比变化分析，CP30使粗蛋白、Fe、Zn分别增加46.0%、61.7%、67.5%；GN30使脂肪增加354.2%，NFE下降25.7%，说明豇豆偏向蛋白-矿物强化，花生偏向能量-脂质强化。
3.4 微量营养素意义与公共卫生相关性：CP30在60°C每100 g提供约49% Fe和52% Zn的成年女性推荐营养素摄入量（recommended nutrient intake，RNI）；GN30在60°C提供39.5% Fe和48.3% Zn；Ca、P贡献低，讨论集中于Fe、Zn。
3.5 WAC和OAC：CP30 WAC最高2.69 g/g，GN30 OAC最高2.23 g/g；说明豇豆强化利于增稠和持水，花生强化利于持油。
3.6 Pearson相关分析：13个营养参数中7个强相关（|r| ≥ 0.80）；蛋白-Zn r = 0.947，Fe-Zn r = 0.897，蛋白-Fe r = 0.892，纤维-Zn r = 0.877，纤维-蛋白 r = 0.835，纤维-Fe r = 0.809，脂肪-NFE r = ?0.842，反映豇豆来源共富集和花生脂质替代碳水化物。
3.7 主成分分析：PCA前五个主成分解释90.5%方差；PC1解释43.0%，为蛋白-微量营养素富集轴；PC2解释21.2%，区分花生脂肪富集与豇豆矿物富集。
3.8 层次聚类分析：Ward最小方差聚类对14个处理-温度组均值给出三簇：对照/低替代簇、豇豆富集簇、花生主导簇；T2_70°C归入花生主导簇，提示温度×配方交互影响多维营养轮廓。
3.9 抗营养因子与基于总含量的RNI估计局限：植酸和多酚可螯合二价矿物，降低Fe、Zn生物可及性；Abizari et al.的稳定同位素研究显示加纳年轻女性食用cowpea-based tubani时Fe生物利用度仅0.89%–1.7%，植酸/Fe摩尔比3.0–3.3；Coelho et al.报告加工豇豆Zn体外生物可及性50.1%、生物利用度44.2%，提示CP30的Zn可能对应约23%–26% RNI/100 g，Fe更受限。
3.10 复水花园蛋汤的感官评价：30人半训练小组9点嗜好量表显示所有配方均高于7.0；CP20总体8.5最高，CP30为8.3，GN30最低7.3；花生替代增加使总体、味道、颜色评分下降，与脂肪升高和偏黄颜色有关。
3.11 加工意义：干燥温度影响：60°C下CP30的Fe、Zn保留略优；K对温度敏感；60°C更节能，适合资源受限小规模加工。
3.12 分析精度：9/13参数CV低于2%，Na的CV为6.24%，表明实验室分析重复性总体良好。
3.13 研究局限：未评估货架稳定性、成本、Fe/Zn生物可及性、独立加工重复；豇豆和花生为潜在过敏原，产品需过敏原声明。

讨论部分总结：配方而非干燥温度是营养组成变异的主要来源；CP30在测试范围内营养最优，CP20感官最可接受，GN30适合能量密集和富油体系；PCA、聚类和Pearson相关一致显示对照样、豇豆富集型和花生主导型三类营养分化；但总矿物含量RNI高估实际吸收，Fe受植酸限制尤其明显。未来需独立加工重复、体外消化生物可及性、目标消费者接受性和储存稳定性研究。

研究结论翻译：这项初步研究表明，通过加入豇豆粉和花生粉可改善Solanum aethiopicum汤粉的营养轮廓，配方占数据集内组成变异的最大部分（大多数参数η² > 0.88；这些效应量来自单一批次处理内分析三重重复的ANOVA，描述观察到的组成分化，而非确认的生产水平效应）。在测试替代范围内，30%豇豆粉替代且在60°C干燥（CP30）是最佳表现配方，使粗蛋白、Fe和Zn相对于未强化对照分别增加46.0%、61.7%和67.5%，每100 g份量约提供成年女性Fe和Zn RNI的49%和52%。这些数值反映总矿物质含量；如讨论所述，由于植酸盐-矿物质螯合，生物可及Fe将显著更低，这一区分对准确评估营养影响至关重要。复水汤感官评价确定60°C下CP20为最可接受配方（总体8.5/9），在蛋白、Fe和Zn方面提供有营养意义的改善，同时获得最高消费者评分，是家庭采用最具可部署性的配方。这些发现将豇豆强化花园蛋汤粉定位为有前景、低成本和文化可接受的功能性食品，对应对加纳妇女和儿童Fe、Zn缺乏具有有意义潜力。30%花生粉强化达到最高能量密度和OAC（2.23 g/g），支持其用于富油汤配方或能量密集食品体系；豇豆强化配方显示更优WAC（CP30高达2.69 g/g），有助于复水产品理想稠度和口感。来自PCA、层次聚类和Pearson相关建模的汇聚证据，作为探索性模式描述，确认该样本水平数据集内部一致性，并表明对照样、豇豆富集型和花生主导型之间存在连贯的三向营养分化；需要独立加工重复以确认这些模式为可泛化配方效应。未来研究应使用体外消化模型（in vitro digestion models）研究这些配方的Fe、Zn生物可及性，评估目标人群消费者接受性，并考察与西非家庭和小企业使用相关的不同储存条件下强化粉的货架稳定性。