预煮未熟大蕉(Musa paradisiaca L.)与甘薯(Ipomoea batatas)面粉的物化、功能、糊化及热特性与消化性互补评价

《Foods》：Physicochemical, Functional, Pasting, and Thermal Properties and Digestibility of Precooked Unripe Plantain (Musa paradisiaca L.) and Sweet Potato (Ipomoea batatas) Flours

　　

本研究评估了预煮未熟大蕉（Musa paradisiaca L. cv. Hartón）与甘薯（Ipomoea batatas cv. Agrosavia Aurora）面粉的理化、功能、糊化及热特性与消化性。研究人员将两种原料分别经蒸汽蒸煮4分钟，随后于60 ℃干燥并研磨至粒径小于150 μm。甘薯面粉表现出较高的蛋白质（3.82%）、脂肪（0.22%）、粗纤维（2.92%）、灰分（3.40%）、总酚含量（180.45 mg GAE/100 g）、抗氧化活性（58.22% DPPH抑制率）、β-胡萝卜素（3.85 mg/100 g）以及水和油吸收能力。相比之下，未熟大蕉面粉表现出更高的碳水化合物含量（94.30%）、淀粉含量（76%），在较高温度下具有更大的膨胀势，并具有更高的峰值、崩解值和最终黏度。与未加工原料相比，预煮处理降低了两种面粉的糊化温度并改变了其黏度特征，拓展了其技术应用灵活性。FTIR分析确认了典型淀粉、脂质、蛋白质及酚类振动带的存在，其中甘薯面粉呈现β-胡萝卜素相关吸收峰。粉末流动性分析表明，甘薯面粉较之大蕉面粉具有更高的内聚性和更低的流动性。这些结果表明，两种预煮面粉具有互补的营养与功能特性，支持其作为无麸质配料应用于功能性食品开发，并有助于热带易腐农产品的工业增值。

近年来，块根块茎类及热带水果的增值加工与采后减损日益受到关注，促使研究者开发以这些原料为基础的面粉并系统评价其食品工业应用潜力。大蕉和甘薯均为高易腐原料：大蕉属呼吸跃变型水果，甘薯因含水量高（约70%）在储运中易受损，二者均造成显著生产损失。大蕉富含维生素A和C、磷、钾及少量铁、锌和B族维生素，未熟大蕉中的抗性淀粉、膳食纤维与抗氧化物质赋予其降低血糖指数、调节肠道功能等健康效应。甘薯则为世界第六大粮食作物，含有丰富的蛋白质、矿物质、酚类和类胡萝卜素，特别是橙肉品种中的β-胡萝卜素具有维生素A原活性和抗氧化功能。尽管二者均为天然无麸质来源，但传统消费方式以鲜食或简单蒸煮为主，限制了其在非收获季节的可得性与工业应用。干燥制粉是延长货架期并拓展用途的有效途径，而蒸汽预煮可钝化多酚氧化酶，并在冷却回生过程中促进抗性淀粉形成，同时避免挤压和高压灭菌导致的过度淀粉降解。然而，有关预煮大蕉与甘薯面粉的物化、功能、糊化、热特性和消化性信息仍然有限。为此，研究人员提出假设：蒸汽蒸煮通过诱导部分淀粉糊化及冷却回生，可提高抗性淀粉含量并改变面粉的糊化和热特性。本研究旨在系统表征预煮大蕉和甘薯面粉的理化、功能、糊化、热、生物活性及消化特性，为其在无麸质和功能性食品中的应用提供理论依据。

研究人员以产自哥伦比亚科尔多瓦省塞雷特地区的出口级橙肉甘薯（Ipomoea batatas cv. Agrosavia Aurora）和一级成熟度青香蕉（Musa paradisiaca L. cv. Hartón）为原料。原料经清洗消毒、去皮、切为1 cm厚片并以0.3%抗坏血酸溶液护色后，蒸汽蒸煮4分钟，冷却至室温约60分钟以促进淀粉回生，再于60 ℃干燥约6小时至含水量约8%（干基），粉碎过100目筛得到预煮面粉。研究采用AOAC标准方法测定化学组成，以Kjeldahl法和Soxhlet法分别测定蛋白质和脂肪，采用原子吸收光谱和电感耦合等离子体发射光谱法测定矿物质谱，使用超高效液相色谱测定氨基酸组成，采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量，以DPPH法评价抗氧化活性，用分光光度法测定β-胡萝卜素和总淀粉，同时采用改良Englyst法测定体外淀粉消化率。结构表征方面，使用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）分析短程有序结构，使用X射线衍射（XRD）评估晶体结构及相对结晶度。糊化特性采用旋转流变仪测定，热特性使用差示扫描量热法（DSC）测定。功能性能指标包括水/油吸收能力、松密度、Carr指数、Hausner比值、膨胀势和溶解度。微生物分析按照ISO标准进行。所有数据均进行三重复测定并采用单因素或双因素方差分析（ANOVA）结合Tukey HSD检验（p ≤ 0.05）。

在物理化学特性方面，颜色测定显示，甘薯面粉的a^*和b^*值显著高于大蕉面粉，与其β-胡萝卜素含量（3.85 ± 0.03 mg/100 g，大蕉面粉为0.97 ± 0.03 mg/100 g）一致，表明颜色参数可作为类胡萝卜素含量的间接指标。化学组成上，甘薯面粉的蛋白质、粗脂肪、粗纤维和灰分含量均显著高于大蕉面粉，而大蕉面粉碳水化合物（94.30%）和淀粉（76%）含量更高。钾是两种面粉中含量最丰富的矿物质，且二者Na/K摩尔比均较低，有利于高血压人群；但Ca/P比均低于1，提示需要与其他富钙配料复配以优化营养。氨基酸谱分析发现，两种面粉均以支链氨基酸和芳香族氨基酸为主，异亮氨酸+亮氨酸含量最高，且未检出天冬酰胺、半胱氨酸、谷氨酰胺和色氨酸，说明蒸煮过程对不同氨基酸的保留具有选择性。

在淀粉消化性方面，显著差异存在于快速消化淀粉（RDS）、慢速消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）三个组分中。两种面粉中RS均为主要组分，大蕉面粉的RS和RDS显著高于甘薯面粉，而甘薯面粉SDS显著更高。RS可到达结肠并被微生物发酵产生短链脂肪酸，SDS则可延缓餐后血糖应答，因此两种面粉均具有开发功能性食品的潜力。与未加工原料相比，预煮处理降低了RS含量，这归因于糊化作用增加了消化酶对颗粒结构的可及性；但预煮-冷却循环促进了淀粉回生，形成酶抗性晶体结构，使两种预煮面粉的RS含量高于其他热处理面粉的报道值。

pH和水分活度结果方面，两种面粉呈微酸性（pH 5.63和5.85），水分活度分别低至0.4338和0.4991，低于多数微生物生长所需的水分活度阈值，有利于储运稳定性。总酚和抗氧化性方面，甘薯面粉的总酚含量（180.45 ± 4.73 mg GAE/100 g）和DPPH自由基清除率（58.22 ± 2.63%）均显著高于大蕉面粉（33.60 ± 0.43 mg GAE/100 g和14.37 ± 1.24%），这可能与蒸汽蒸煮减少酚类物质浸出，以及甘薯中β-胡萝卜素与酚类协同抗氧化有关。

ATR-FTIR分析显示，两种面粉在3400–3200 cm^-1具有淀粉及多酚的O-H伸缩振动宽峰，在2930–2850 cm^-1存在C-H伸缩振动峰，在1550–1700 cm^-1出现酰胺I和酰胺II蛋白特征带，指纹区（800–1200 cm^-1）则以淀粉糖苷键的C-O-C和C-O-H振动为主，甘薯面粉显示类胡萝卜素相关吸收特征。XRD分析表明，两种面粉的衍射图均以17–19°附近的弥散非晶晕为主，相对结晶度分别仅为大蕉面粉5.9%和甘薯面粉4.6%，说明预煮处理几乎完全破坏了淀粉的天然结晶结构；大蕉面粉保留微弱C型衍射峰（15.1°、17.1°和22.6°），甘薯面粉则显示微弱C_A型残余峰及21°附近的V型峰（淀粉-脂质复合物）。

在功能特性方面，糊化特性测定显示，预煮处理使两种面粉的糊化温度显著降低（大蕉面粉61.1 ℃，甘薯面粉65.4 ℃），低于未预煮对应面粉的报道值（80 ℃和76–85 ℃），表明预糊化赋予了面粉在较低温度下形成黏度的能力。甘薯面粉的崩解值显著低于大蕉面粉，表明其糊对热和剪切稳定性更好；大蕉面粉回升值更高，凝胶在冷却时更易重排，适合焙烤制品。松密度和流动性方面，大蕉面粉表现出更高的孔隙率（42.0%）和较低的休止角（37.50°），流动性可接受；甘薯面粉的Hausner比（1.26）和Carr指数（20.78%）较高，休止角为46.44°，显示中等可流动性和内聚倾向，提示其存储时对相对湿度较敏感，易发生颗粒结块。水/油吸收能力方面，甘薯面粉的WAC和OAC（3.94 g/g和0.97 g/g）略高于大蕉面粉（3.55 g/g和0.96 g/g），与其较高蛋白质和纤维含量相关。膨胀势和溶解度结果表明，甘薯面粉在30–50 ℃间膨胀势更高，大蕉面粉在60 ℃以上表现出更大的膨胀势并在90 ℃达最高，而甘薯面粉的溶解度在整个温度区间均显著高于大蕉面粉，这与其较高的可溶性糖和纤维含量有关。

热特性方面，DSC分析显示两种面粉均呈现约35–113 ℃的宽吸热过渡，过渡宽度为77.7–80.2 ℃，远宽于天然淀粉的65–72 ℃窄吸热峰，反映了预煮面粉中残余晶体的异质性熔融；峰值温度接近原生淀粉糊化温度（62–68 ℃），提示存在少量部分糊化淀粉。微生物分析表明，经三个月储藏后，两种面粉的总大肠菌群低于10 CFU/g，未检出蜡样芽胞杆菌、凝固酶阳性金黄色葡萄球菌和沙门氏菌；甘薯和大蕉面粉的霉菌酵母计数分别为1.5 × 10³ CFU/g和2.3 × 10² CFU/g，符合哥伦比亚卫生部的微生物标准，表明低水分活度、微酸性pH与气密包装有效保障了产品微生物安全。

综上，预煮甘薯面粉凭借其更高的蛋白质、粗纤维、矿物质、酚类、β-胡萝卜素、抗氧化能力及较好的水油吸收能力，适合作为营养强化配料；预煮大蕉面粉则以更高淀粉含量、强膨胀性和高糊黏度，适用于焙烤和淀粉基产品。预煮工艺使两种面粉的糊化温度和黏度特性得到调节，扩大了其技术应用范围。XRD结果证实预煮几乎消除了天然淀粉的晶体有序结构，仅保留少量C型或C_A型残余结晶和甘薯中初生的V型淀粉-脂质复合物结晶。未来研究应聚焦于优化加工条件，并在无麸质面食、烘焙制品（大蕉面粉）、香肠和即食奶油（甘薯面粉）等具体食品体系中验证两种面粉的应用性能。