指状小米提取物粉作为谷物食品增强发酵与功能品质的可持续路径

《Sustainable Food Technology》：Finger millet extract powder as a sustainable route to enhanced fermentation and functional quality in cereal foodOpen Access

　　

指状小米（Eleusine coracana）作为一种气候韧性谷物，为发酵食品提供了可持续底物。研究人员探究将指状小米提取物（FME）粉作为面糊发酵中的增值策略。指状小米-黑吉豆以及FME粉与黑吉豆混合物按3∶1比例分别自然发酵12小时。为理解FME掺入对发酵性能与产品品质的影响，研究人员比较了发酵指状小米（FM）面糊与FME面糊的理化、生化、微生物及流变学特征。FME掺入加速发酵，表现为堆积密度更陡下降（0.92至0.52 g cm?3）、pH降低（pH 6.62 ± 0.01至4.07 ± 0.03）及可滴定酸度升高（0.12 ± 0.02至0.58 ± 0.01%）。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）确认生物聚合物重排增强，气相色谱-质谱（GC-MS）分析揭示生物活性与挥发性代谢物形成增强。整个发酵过程中乳酸菌（LAB）持续占优，促进有效酸化。动态流变测量显示结构发展与保气性改善，发酵8小时后面糊感官品质提升。总体而言，FME整合入面糊配方显著改善发酵效率与营养功能性，为增强发酵谷物食品的功能基料提供可持续技术路径。

研究背景方面，在印度及多数发展中国家，谷物与小米发酵是主要食物组成与传统保存手段，指状小米具优于稻麦的矿物与微量营养素，但小米存在质地粗糙、加工设备缺乏、便利食品应用有限等短板；传统idli以稻米与黑吉豆制成，以全小米粉替代会带来质地粗粝问题。为此，研究人员以脱壳黑吉豆（Vigna mungo）与商品化FME粉（水提后干燥粉体，非全粉）按3∶1（w/w）配制面糊，在27 ± 2 °C自然发酵12小时，以市售全指状小米粉（FM）同比例黑吉豆面糊为对照，考察FME对发酵效率与功能品质的改良机制，论文发表于《Sustainable Food Technology》。

关键技术方法上，研究人员采用对照实验设计，样本为印度泰米尔纳德邦采购的认证FME粉与脱壳黑吉豆商用批次；通过每2小时取样测定pH、可滴定酸度（TA）、体积、CO₂释放（生物燃气分析仪）、DPPH自由基清除率；以磷酸盐/醋酸缓冲液提取测定淀粉酶、蛋白酶、植酸酶活力；MRS与PDA平板计数LAB与酵母；Anton Paar MCR 302e流变仪测动态应变/频率扫描获取储能模量（G′）与损耗模量（G″）；Hunter色差仪测Lab*；FESEM-EDX观测微观结构与元素；FTIR与micro-FTIR解析官能团；GC-MS（DB-5MS柱）鉴定挥发性与脂质代谢物；AOAC法做近似分析；20人半训练面板9点享乐量表感官评价。

研究结果各节结论如下。3.1 pH与酸度：FME面糊12小时pH降至4.07、TA升至0.58%，酸化快于对照（4.25%、0.53%），反映可发酵底物可用性提升。3.2 堆积密度：FME面糊从0.92降至0.52 g cm^?3，对照仅至0.64，证明保气性更优。3.3 体积与黏度：FME面糊体积增50%（对照40%），幂律模型n<1呈剪切稀化，发酵后表观黏度降幅更大（1 s^?1下2905.1 mPa·s），利于气泡扩张。3.4 CO₂：8小时FME释37.6%（对照27.6%），12小时44.8%（对照39.4%）。3.5 DPPH：FME未发酵58.47%、发酵8小时50.12%；对照由48.12%升至52.00%，FME初始抗氧化更高，发酵后略降但高于对照未发酵态，源于结合酚释放与抗氧化肽生成。3.6 酶活：淀粉酶峰值FME 4.6 U g^?1、蛋白酶4.8 U g^?1、植酸酶8小时达4.8 U g^?1，均高于FM组，提示淀粉蛋白分解与植酸降解增强。3.7 微生物：发酵12小时FME的LAB 9.64 log₁₀ CFU g^?1、酵母6.76 log₁₀ CFU g^?1，显著高于FM的8.42与5.32。3.8 流变学：FME面糊1小时即G′ 35–40 Pa，8小时峰值G′ 120–130 Pa、G″ 95–105 Pa，高于FM（G′ 90–100 Pa），弹性网络更强、线性黏弹区更宽。3.9 感官：FME idli外观8.42、滋味8.02、总接受度8.10，显著高于对照（7.12、7.52、7.90），风味无差异，孔隙更细匀。3.10 FTIR：3280.92 cm^?1处-OH、2912.16 cm^?1烷烃C-H及醛、芳香胺、卤化物峰证实多糖、有机酸、蛋白降解物共存；micro-FTIR显示水分分布异质。3.11 GC-MS：油酸占30.70%、棕榈酸12.56%、1-十九烯8.39%、硬脂酸3.12%，2,4-二叔丁基酚具抗氧化性，印证脂质转化与生物活性富集。3.12 近似分析：FME idli蛋白8.21 g/100 g、脂肪1.59 g/100 g、钙372.04 mg/100 g、铁14.28 mg/100 g，均高于对照，碳水略低。3.13 色泽：FME idli L* 72.45、a* 0.97、b* 9.41，较对照更亮偏黄，因去壳减暗色酚色素。3.14 FESEM-EDX与印痕：FME idli单位面积孔数更多且分布匀，EDX见C/O为主及K信号，证实发酵松网、保气佳。

讨论与结论部分，研究人员指出FME通过提供更细胶体淀粉-蛋白颗粒、可溶性纤维与肽类，使未发酵态即具较高黏度与较弱凝胶雏形，发酵中LAB与酵母协同产酸产气更快，G′提升更早，8小时达结构峰值，从而缩短达标发酵时长、改善idli松软度与色泽，同时植酸酶与LAB降解植酸单宁，提升矿物生物可及性，避免化学强化。结论为：将指状小米水提物转化为FME粉掺入3∶1黑吉豆面糊，可在12小时室温自然发酵内显著加快酸化（pH 4.07、TA 0.58%）、提高CO₂滞留与体积膨胀50%、强化G′至120–130 Pa、使LAB达9.64 log₁₀ CFU g^?1，最终idli蛋白增至8.21 g/100 g、钙372.04 mg/100 g、铁14.28 mg/100 g且感官总接受度8.10，该路径以低投入耐旱作物替代部分精制谷物的同时升级传统发酵食品，契合SDG 3与SDG 12，为气候韧性谷物高值化与发酵谷物基料标准化提供可量化工艺依据。