发芽预处理对荞麦乳理化性质及体外消化性的影响

《Journal of the Science of Food and Agriculture》：Impact of sprouting pretreatment on physicochemical properties and in vitro digestibility of buckwheat milk

　　

摘要 背景：荞麦因其无麸质特性和丰富的生物活性成分，是植物基乳制品生产的重要战略原料。然而，抗营养因子和淀粉结构限制了此类饮品的营养品质和工艺特性。本研究旨在探讨发芽预处理（0、24、48和72小时）对荞麦乳理化性质、流变行为、植酸含量以及蛋白质/酚类化合物体外消化率的影响。 结果：随着发芽时间的延长，由于淀粉和蛋白质的酶解作用，荞麦乳的黏度从31.42 mPa·s降至15.42 mPa·s（72小时时）。流变学分析显示，所有样品均表现出弱凝胶行为。颜色分析显示，随着发芽的进行，亮度（L）降低，而红度（a）和黄度（b*）值显著增加。结果表明，发芽显著降低了植酸含量，在72小时时达到最低值。体外蛋白质消化率在发芽24小时时最高，之后由于蛋白质-多酚复合物的形成和代谢性氨基酸的利用而出现相对下降。此外，经体外消化后测得的总酚含量、总黄酮含量和抗氧化能力在发芽样品中显著高于对照组，尤其是在48小时和72小时时。 结论：研究结果表明，48小时的发芽时长代表了荞麦乳物理稳定性和营养强化之间的最佳平衡。在此阶段，在维持稳定胶体结构的同时，实现了可生物利用酚类物质的显著增加。? 2026作者。《食品与农业科学杂志》由John Wiley & Sons Ltd代表化学工业学会出版。

发芽预处理对荞麦乳理化性质及体外消化性的影响——论文解读

一、研究背景与意义

随着全球可持续食品体系的转型以及乳糖不耐受、牛奶过敏和素食饮食偏好的日益普遍，植物基乳制品已成为现代食品工业中最具活力的细分领域之一。荞麦（Fagopyrum esculentum Moench）作为蓼科（Polygonaceae）植物，是一种古老的伪谷物，因其天然无麸质特性和优越的营养组成而受到广泛关注，成为乳糜泻患者及追求健康食品人群的重要膳食替代选择。荞麦富含优质蛋白质、均衡的氨基酸组成以及丰富的生物活性化合物，包括铁、锌、镁等矿物质和膳食纤维。尤为重要的是，荞麦富含芦丁（rutin）和槲皮素（quercetin）等黄酮类化合物，这些成分已被广泛证实具有抗炎、抗糖尿病和抗氧化活性。

然而，荞麦乳的生产面临若干技术瓶颈。抗营养因子（antinutritional factors, ANFs）如植酸（phytic acid）和单宁的存在限制了矿物质的生物可及性，淀粉结构则制约了饮品的营养品质和工艺特性。如何在保持植物基基质理化稳定性的同时，降低抗营养因子含量以提高矿物质生物可及性，并优化感官可接受性，是当前亟待解决的关键问题。过度生物加工可能损害饮品的胶体完整性和感官属性——虽然发芽能增强生物可及性，但同时会降低黏度，若结构蛋白-淀粉基质被过度降解，可能导致相分离。因此，明确生物可利用营养强化最大化而不损害技术功能完整性和胶体稳定性的最佳平衡点，对于植物基饮料配方的规模化生产至关重要。

二、研究目的与技术方法

本研究旨在系统考察不同发芽时长（0、24、48和72小时）对荞麦乳理化性质、生物活性成分保留以及淀粉和蛋白质体外消化率的影响，通过优化发芽工艺，为生产高品质、高消化性的功能性植物基饮料提供技术依据。研究人员采用的主要关键技术方法包括：荞麦种子在20°C、80%相对湿度条件下分别发芽24、48和72小时，干燥粉碎后按1:9（w/v）比例分散于蒸馏水中，经α-淀粉酶液化、高剪切均质、过滤和巴氏杀菌制备荞麦乳；采用凯氏定氮法（Kjeldahl method）测定蛋白质含量，索氏提取法（Soxhlet extraction）测定粗脂肪含量；使用色差仪测定颜色参数（L、a、b*）；采用应力控制流变仪（MCR102）表征稳态剪切流变行为和动态黏弹特性，数据拟合至幂律模型（Power Law model）；采用Folin-Ciocalteu法和氯化铝比色法分别测定总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）；使用酶法植酸检测试剂盒测定植酸含量；采用标准化静态体外消化方案（Minekus等建立的口腔-胃-肠道三阶段模型）评估蛋白质和酚类化合物的体外消化率，蛋白质消化率通过邻苯二甲醛（OPA）法测定。所有实验均进行三次重复，数据采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey多重比较检验（P < 0.05）。

三、主要研究结果

荞麦乳的近似组成：发芽过程系统性地改变了最终产品的营养基质。干物质含量从对照组的106.4 ± 5.2 g/L略微下降至72小时样品的102.7 ± 1.4 g/L（P > 0.05），总碳水化合物含量从89.8 ± 5.5 g/L降至84.9 ± 2.3 g/L，这归因于发芽过程中内源淀粉酶将淀粉水解为简单糖类以供种子呼吸代谢。蛋白质含量在24小时时从12.7 ± 0.9 g/L增加至13.7 ± 1.7 g/L，随后稳定在12.9 ± 1.0 g/L，初期增加可归因于内源酶（如蛋白酶）的合成和储存蛋白向更可溶形式的动员。粗脂肪含量从对照组的1.9 ± 0.4 g/L显著增加至72小时样品的2.8 ± 0.3 g/L（P < 0.05），这可能源于其他干物质组分（碳水化合物）损失引起的浓缩效应，或谷物基质分解过程中结构脂质的释放。灰分含量在所有样品中保持稳定（2.0–2.2 g/L），表明发芽和后续乳品生产过程未导致矿物质显著损失。

荞麦乳的颜色特征：发芽显著影响了饮品的视觉特性。亮度L值从对照组的54.10 ± 0.31降至72小时样品的51.03 ± 1.03，表明随着发芽时间延长，乳品逐渐变暗，这归因于内源酶激活导致的酶促褐变反应以及酚类色素从谷物基质向液体介质中的逐步释放。红度a值从0.59 ± 0.03显著增加至1.99 ± 0.02，这归因于发芽激活苯丙烷代谢途径（phenylpropanoid pathway），促进黄酮类和多酚类化合物的从头合成与积累，同时内源水解酶对细胞壁基质的酶促降解释放了此前结合的酚类色素。黄度b*值从3.48 ± 0.14上升至6.20 ± 0.32，与发芽过程中黄酮类等生物活性化合物的释放或合成一致。彩度值从3.53 ± 0.14增加至6.51 ± 0.31，色调角从80.38° ± 0.64°降至72.21° ± 0.76°，确认颜色从黄色轴向红橙色光谱偏移。

酸度和pH值：随着发芽时间的延长，pH值呈渐进性下降，可滴定酸度相应升高，两者呈明确的负相关关系。这一趋势主要归因于发芽期间荞麦种子代谢活动增强——内源蛋白酶和脂肪酶的激活释放了游离氨基酸、有机酸和脂肪酸，导致介质酸化。

流变学参数：所有荞麦乳样品均表现出剪切变稀的假塑性行为。在50 s?1剪切速率下的稳态黏度随发芽时间显著下降，从对照组的31.42 mPa·s降至72小时样品的15.42 mPa·s（P < 0.05）。发芽过程中内源α-淀粉酶和β-淀粉酶被激活，催化荞麦淀粉水解为更小的糊精和可发酵糖，由于淀粉是荞麦乳的主要增稠剂，其分解降低了流动的内部阻力，使饮品呈现更流体的质地。幂律模型拟合显示，稠度系数K从对照组的0.3296 Pa·s?显著下降至72小时样品的0.0204 Pa·s?，流动行为指数n从0.7863增加至0.9329，表明延长发芽使结构化的弱凝胶网络转变为更接近牛顿流体的体系。动态频率扫描显示，所有样品均表现出弱凝胶行为，G′值在频率范围内始终高于G″值。48小时样品表现出最低的G′值，证实发芽软化了凝胶基质；72小时时G′值的部分恢复可能源于新合成结构蛋白的交联或可溶性纤维与肽段之间的相互作用。所有样品的tan δ值均低于1，确认弹性性质占主导。

起泡能力和相分离：起泡能力在发芽前48小时内显著增加并达到最大值，这与储存蛋白部分水解为表面活性肽有关——与完整蛋白相比，这些肽具有更大的分子灵活性，能更快速地迁移至气-水界面形成 cohesive 膜以有效捕获气泡。然而，72小时时起泡能力显著下降，表明过度蛋白水解可能将肽段过度降解为游离氨基酸，后者稳定气-水界面的能力不如较大的肽段片段。相分离分析显示，48和72小时样品虽然起泡性能优异，但过度蛋白水解可能破坏维持颗粒悬浮的结构网络，从而增加沉降速率。

总酚、总黄酮含量及抗氧化活性：随着发芽时间从对照组延长至72小时，TPC和TFC均持续增加。发芽过程中细胞壁降解酶（如纤维素酶和半纤维素酶）的激活促进了原本结合于谷物基质中的酚类化合物的释放，同时苯丙烷途径在幼苗发育早期阶段的激活促进了黄酮类（特别是芦丁）的从头合成。ABTS和FRAP法测定的抗氧化能力与酚类含量同步增加，发芽荞麦乳中升高的黄酮类化合物作为活性氧（ROS）的有效清除剂发挥作用。

植酸含量：发芽显著降低了荞麦乳中的植酸含量，在72小时时达到最低值。这一下降主要归因于发芽期间内源植酸酶（phytase）的激活——发芽触发代谢途径，将植酸盐水解为肌醇和游离无机磷酸盐以支持幼苗发育。植酸是强效螯合剂，能与铁（Fe2?）、锌（Zn2?）和钙（Ca2?）等多价阳离子结合。通过72小时发芽降低这一抗营养因子浓度，可最小化其对矿物质吸收的抑制作用，直接改善荞麦中天然存在矿物质的生物可及性。

蛋白质和酚类化合物的体外消化率：体外胃肠消化后测得的TPC和TFC较未消化样品显著增加，这归因于荞麦中结合态酚类化合物的存在——这些化合物通常与细胞壁多糖和蛋白质发生酯化或复合，胃相酸性条件（pH 2.0）结合胃蛋白酶和胰酶的作用促进这些复合物的水解，有效释放被包埋的抗氧化剂。72小时发芽样品表现出最高的消化后回收率，表明发芽期间的酶促软化作用充当了预消化步骤，使酚类化合物在人体消化过程中更易释放。消化后ABTS和FRAP值保持强劲，表明释放的黄酮类（如芦丁和槲皮素）在生理pH下保持结构完整性和自由基清除效率。蛋白质体外消化率在24小时发芽时达到峰值，归因于内源蛋白酶活性的高峰期；48和72小时时出现的相对下降可能源于发芽苗对游离氨基酸的代谢利用以及黄酮浓度达到最大值时难消化蛋白质-多酚复合物的形成。

四、研究结论

本研究系统证明了发芽对荞麦乳工艺、营养和生物活性性质的影响。结果表明，随着发芽进行至72小时，淀粉和蛋白质的酶解作用使黏度从31.42 mPa·s显著降至15.42 mPa·s，并降解了植酸含量。虽然72小时处理使可生物利用抗氧化能力和消化后酚类回收率最大化，但也导致起泡能力下降以及因过度蛋白水解引起的胶体基质潜在结构弱化。综合而言，48小时是荞麦用于乳品生产的最佳发芽时长。在此阶段，生物活性化合物的生物可及性得到增强，同时未出现与过度发芽相关的物理稳定性和起泡性能的有害影响。这些发现为可持续、营养密集且高度可消化的功能性植物基饮料的工业化开发提供了坚实的科学和技术基础。该论文发表于《Journal of the Science of Food and Agriculture》。