《Frontiers in Sustainable Food Systems》：Effects of microwave pretreatment combined with fermentation and cooking on protein digestibility, mineral bioavailability, and functional properties of sorghum flour
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本研究的目的是探究微波加热（500 W）在不同施加时间（15、30和45 s）下对高粱籽粒进行处理，随后进行发酵和烹饪，对抗营养因子（单宁含量和多酚）、Fe和Zn生物利用度、体外蛋白质消化率（IVPD）以及面粉特性的影响。结果表明，单独微波处理或与发酵和烹饪联
本研究的目的是探究微波加热（500 W）在不同施加时间（15、30和45 s）下对高粱籽粒进行处理，随后进行发酵和烹饪，对抗营养因子（单宁含量和多酚）、Fe和Zn生物利用度、体外蛋白质消化率（IVPD）以及面粉特性的影响。结果表明，单独微波处理或与发酵和烹饪联合处理均显著改变了高粱粉的流变学特性和营养品质。加工后，高粱的IVPD得到改善，单宁和多酚含量显著降低（p < 0.05）。单独微波处理或后续加工导致Zn可用性发生显著变化，但Fe可用性未观察到变化。微波加热（单独或后续加工）后，高粱粉的峰值粘度、低谷粘度、回生值和最终粘度均显著增加（p < 0.05）。微波处理，尤其是与发酵和烹饪联合处理，还影响了高粱粉的质构特性和膨胀力。偏最小二乘（PLS）验证模型揭示，45 s微波加热后联合加工最有希望改善高粱样品的营养和功能特性。因此，该方法可进一步在家庭食品加工方法中探索应用。
**论文解读：微波预处理联合发酵和烹饪对高粱粉营养与功能特性的影响**
**研究背景与问题**
高粱（*Sorghum bicolor* L.）是一种富含膳食纤维、抗性淀粉及酚酸、黄酮类生物活性化合物的无麸质谷物，尤其在干旱和气候挑战地区具有可持续食品来源的潜力。然而，高粱粉在食品制造中的应用受到其致密结构、较差的面团形成能力以及抗营养因子（如单宁和植酸）的限制，这些因子降低了矿物质生物利用度。为克服这些局限性，研究人员探索了多种创新加工技术。微波处理通过电磁波相互作用实现快速均匀加热，可改善淀粉糊化、蛋白质变性及功能特性，但微波对发酵和烹饪的协同效应在谷物粉产品中的研究仍不充分。发酵作为传统方法，能通过乳酸菌（LAB）和酵母分解碳水化合物和蛋白质，降低抗营养因子，但微波预处理对发酵过程的促进作用主要集中于液体发酵产品。因此，本研究旨在评估微波能量与发酵及烹饪联合处理对高粱粉营养和功能属性的综合影响，为家庭食品加工方法提供依据。该研究发表于《Frontiers in Sustainable Food Systems》。
**主要关键技术方法**
研究人员采用高粱AG8品种籽粒作为样本来源。关键技术包括：微波预处理（500 W，2.45 GHz，分别处理15、30和45 s，板转速10 rpm，表面温度升至45.8–72.6°C）；自然发酵（将全高粱粉与10%前发酵面团混合，37°C孵育12 h至pH降至4.0）；烹饪（沸水浴搅拌20 min形成浆液，干燥后研磨过0.4 mm筛）。评估指标涉及抗营养因子（单宁采用改良香草醛–HCl法，总多酚采用普鲁士蓝分光光度法）、体外蛋白质消化率（IVPD，胃蛋白酶消化法）、矿物质HCl可提取性（模拟生物利用度，0.03 M HCl提取）、糊化特性（快速粘度分析仪RVA）、质构特性（质地分析仪，两次穿透循环至10 mm深度）和膨胀力（70°C水浴25 min离心）。统计分析采用双因素方差分析（ANOVA）和LSD检验，多变量分析包括主成分分析（PCA）和偏最小二乘（PLS）回归。
**研究结果**
**3.1 微波加热联合家庭加工对高粱单宁含量和总多酚的影响**
单宁含量：生籽粒中为12.8 mg/g，微波处理15、30、45 s后分别降至5.4、3.1、3.1 mg/g（p < 0.05），加工（发酵+烹饪）处理使对照样品降至8.4 mg/g，微波45 s后联合加工进一步降至1.7 mg/g。总多酚：生样为9.64 mg/g，微波处理15–45 s后逐渐降至8.3–4.7 mg/g，加工后多酚进一步降低，微波30和45 s联合加工达到最低值3.4和3.6 mg/g。降低归因于微波和发酵过程中过氧化物酶激活及抗营养因子基质解构。
**3.2 微波加热联合家庭加工对高粱体外蛋白质消化率（IVPD）的影响**
生样IVPD为16.7%，微波30 s后升至17.7%（p < 0.001），但45 s后降至16.7%。加工生样使IVPD提高至20.1%，而微波15和30 s联合加工反而降低至18.1%和16.7%，但微波45 s联合加工显著提高至20.2%（p < 0.05）。IVPD改善归因于微波破坏二硫键和氢键增强蛋白水解，而过度暴露（45 s）导致蛋白质变性降低消化率；加工后IVPD提升与抗营养因子（尤其是单宁）降解有关。
**3.3 微波加热联合家庭加工对高粱Fe和Zn可用性的影响**
Zn可用性：生样为19.7%，微波15 s后显著升至21.6%（p < 0.01），但30和45 s后降至18.5%和18.9%；加工生样升至19.8%，但微波联合加工使Zn可用性降低，尤其微波15 s后降至17.4%。Fe可用性：生样为55.6%，微波处理及联合加工均未引起显著变化（p > 0.05）。Zn和Fe可用性降低可能与加工过程中矿物质浸出及微波加热导致水分损失有关，同时微波可能增加植酸与矿物质的相互作用形成不溶性复合物。
**3.4 微波加热联合家庭加工对高粱流变学特性的影响**
糊化特性：微波处理（15–45 s）及联合加工显著提高峰值粘度、低谷粘度、回生值和最终粘度（p < 0.05），其中微波30 s处理生样达到最高值（峰值951.3 cp，低谷951.3 cp，回生635.3 cp，最终粘度1778 cp，回生值1145 cp）；联合加工后，微波30 s处理样品的峰值粘度（780.7 cp）和最终粘度（1286.3 cp）最高。质构特性：微波15和30 s降低硬度（至36.3和34.0 N），但45 s后升至49.7 N；联合加工后硬度显著增加（49.3–57.7 N），同时内聚性、弹性和粘附性在微波30和45 s联合加工后最高。膨胀力：微波处理生样变化轻微（2.41–2.44 g/g），但加工后膨胀力显著增加（2.63–2.93 g/g），微波45 s联合加工达到最高值2.93 g/g，归因于发酵酶解改变淀粉可及性。
**3.5 多变量统计**
PCA分析显示PC1和PC2解释总变异的71.19%，生样与抗营养因子（单宁、多酚）正相关，而微波联合加工样品分散于第三、四象限，与IVPD和多数流变特性（膨胀力、硬度、内聚性、弹性、粘附性、峰值粘度等）正相关。微波30和45 s联合加工样品与峰值时间、回生值、最终粘度及Zn、Fe生物利用度呈正相关。PLS验证模型确认，微波45 s联合发酵或烹饪是最有前景的改善营养和功能特性的方法。
**结论翻译**
总之，在500 W功率下短时间（15、30和45 s）施以微波加热，单独或联合发酵或烹饪过程，均能对高粱的营养和特定流变学品质产生理想改变。例如，这些加工方法提高了蛋白质消化率，并自然降低了抗营养因子如单宁和多酚。此外，与这些处理联合的微波加热改善了高粱粉的流变学特性。根据研究结果的多变量分析，PCA和PLS验证模型表明，联合这些方法（尤其是微波暴露30和45 s）可增强营养和流变学属性，并可能对未来食品加工方法有利。然而，建议进一步研究评估验证条件下微波加工对宏量元素、植物化学物质、抗营养因子（植酸和胰蛋白酶抑制剂）的生物可及性以及最终产品感官和风味特性的影响。
