南非本土籽实粉体的营养表征及其对面包烘焙性能的影响

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Nutritional Characterization of Selected South African Indigenous Seed Flours and Their Impact on Bread Baking Performance

　　

以精制谷物主食为主的膳食模式与优质蛋白质及必需微量营养素摄入不足密切相关。研究人员评估了五种未被充分利用的南非本土籽实粉体——Lowveld chestnut（Sterculia murex）、marula（Sclerocarya birrea）、forest mahogany（Trichilia dregeana）、Natal mahogany（Trichilia emetica）与stamvrug（Englerophytum magalismontanum）——作为复合面包的功能性配料，替代水平为10%–20%（w/w）。分析内容包括近似组成（proximate composition）、氨基酸与矿物谱、酚类含量、微生物质量、面团流变学（Mixolab）以及采用C-Cell与质构分析的面包烘焙性能。各粉体呈现差异化组成特征：marula以高蛋白与高脂含量为特征，Lowveld chestnut提供有利的必要氨基酸构成。掺入小麦面团后降低了面团强度，尤其在富脂配方中表现明显，而stamvrug增加了面团刚度。这些流变差异亦反映于面包芯结构与贮藏期硬度发展。marula与mahogany面包呈现更开放芯体结构与减缓的硬化，stamvrug则产生致密芯体与加速硬化。烘焙降低了微生物负荷；然而贮藏期变化强调了对原料及焙后处理适当控制的必要。在所评籽实粉体中，marula与Lowveld chestnut在营养改善与烘焙性能间提供了最有利平衡，证明了未被充分利用的本土籽实粉体作为高价值功能性配料的潜力。

研究背景方面，全球尽管粮食生产进步，饥饿与营养不良仍是持续挑战，非洲及南非地区隐性饥饿与超重肥胖并存，居民高度依赖廉价精制主食（如玉米粉与市售面包），导致优质蛋白、健康脂肪及微量营养素摄入不足。南非拥有丰富但未充分利用的本土植物资源，其中多种籽实具高营养密度却未进入正规食品开发。面包作为普及主食，是营养强化的理想载体。为此，研究人员假设以五种本土籽实粉体部分替代小麦粉可改善面包营养轮廓并引起可测量的面团流变与烘焙性能变化，进而选取Lowveld chestnut、marula、forest mahogany、Natal mahogany与stamvrug，于2021年采自南非Mpumalanga省ARC-TSC杂果园，经风干、40℃烘箱干化、粉碎过250 μm筛，按10%、15%、20%替代小麦粉制备复合粉体，开展营养、微生物、流变及烘焙系统评价。

主要关键技术方法包括：籽实样本于ARC-TSC orchard采集并标准化制备复合粉体；微生物采用平板计数（TVC按AOAC 990.12，酵母霉菌按ISO 21527-1）与ITS区PCR-NGS鉴定；营养组成经凯氏定氮（AOAC 954.01）、索氏石油醚抽脂、灰分550℃灼烧、酸/碱水解氨基酸HPLC定量及AAS评分、湿法消解-FAAS矿物测定；酚类经正己烷/石油醚脱脂后多极性溶剂提取+Folin–Ciocalteu法；面团流变采用Chopin Mixolab（AACC 54-60.01，Chopin+协议，60%水合，14%湿基）；烘焙按500 g粉体系配方，45 min 40℃ 85% RH醒发、230℃焙28 min；品质评价含CIELAB色度（Lovibond LC100）、烘焙失重、TA-XTPlus质构（AACC 74-09.01，20 mm探头的硬度）、C-Cell芯体成像（AACC 10-18.01）；统计为三重重复ANOVA与Fisher LSD（p<0.05，Genstat 22.1）。

研究结果部分，3.1节微生物表征显示生粉TPC达10¹³–10¹⁴ CFU/g，stamvrug酵母霉菌>10¹⁴ CFU/g，marula仅约10⁷ CFU/g，优势属为Candida、Aspergillus、Penicillium、Rhizopus，无沙门菌等致病菌，说明生粉受收后环境严重污染。3.2节面包微生物质量表明焙烤使Day1几乎不可检出，Day5对照小麦面包TPC回弹至~10⁷–10⁸ CFU/g，而复合面包多维持10²–10⁵ CFU/g，forest mahogany随替代升高而抑制更明显，提示籽实内源酚类等信息分子具抑菌性，但Bacillus孢子与后期污染仍需管控。3.3节营养组成中，marula蛋白26.8%、脂34.5%；forest/Natal mahogany脂41.8%/40.8%而蛋白仅8.6%/13.9%；Lowveld chestnut蛋白13.2%且赖氨酸7.0 g/100 g蛋白（AAS限值为亮氨酸0.74），stamvrug蛋白5.5%最低；矿物以Lowveld chestnut锌44.50 mg/kg最高，marula磷镁显著高；酚类以水提Natal mahogany 2649.4 μg GAE/g居首，marula最低（水提280.5 μg GAE/g）。3.5节Mixolab流变显示替代普遍降C1（gluten网络弱化），marula 20% C1降至0.43 Nm、C5降至1.14 Nm（回生潜力低），stamvrug反升C1至1.78 Nm且C5达3.23 Nm（刚度大、回生强），mahogany类C3→C4骤降提示热期淀粉-蛋白矩阵崩解与内源α-淀粉酶可能参与。3.6节烘焙性能中，marula 10%焙失18.9%最高但15%–20%芯体面积扩至5910–6086 mm²、孔体积增至约102 mm³、硬化减缓；stamvrug 20%焙失12.8%最低但芯体致密（面积3260 mm²、壁厚0.387 mm）、L*降至52.4、ΔE达24.9、Day5硬化加速；Lowveld chestnut在10%–15%兼顾稳定面团与赖氨酸补足。

讨论与结论部分，研究人员指出精制主食营养缺口需借文化可接受载体弥补，五种籽实中marula与Lowveld chestnut在营养增益（蛋白、必需氨基酸、锌、酚类抗氧化）与加工容忍度（10%–15%替代下Mixolab稳定、芯体开放、硬化延缓）间取得最优平衡；富脂mahogany虽营养高但严重削弱gluten扭矩且芯体不稳；stamvrug非蛋白多糖增稠却致致密与速老。生粉超高微生物负荷经焙烤可灭活营养期细胞，但贮藏期真菌与Bacillus孢子污染风险要求原料干燥、脱壳及焙后冷链或包装干预。该文发表于《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》，结论为：partial substitution of wheat flour with marula and Lowveld chestnut at 10%–15% delivers the most favorable balance between nutritional improvement and baking performance among the evaluated indigenous seed flours, demonstrating the potential of underutilized South African indigenous seed flours as high-value functional ingredients in composite bread systems.