《Food Science & Nutrition》：Production of Shelf-Stable Fermented Maize Starch Flour for Akpan: Effects of Fermentation and Drying Conditions on Flour Characteristics and Final Product Quality
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Akpan是一种贝宁传统的类酸奶产品，其品质和可用性取决于发酵玉米淀粉（fermented maize starch, FMS）——一种传统方式生产的底物，其特点是品质不稳定且货架期有限。本研究旨在优化玉米淀粉的发酵和干燥条件，以生产稳定的FMS面粉，并使其能
Akpan是一种贝宁传统的类酸奶产品，其品质和可用性取决于发酵玉米淀粉（fermented maize starch, FMS）——一种传统方式生产的底物，其特点是品质不稳定且货架期有限。本研究旨在优化玉米淀粉的发酵和干燥条件，以生产稳定的FMS面粉，并使其能够制备出与商业Akpan品质相当的成品。采用Box–Behnken响应面设计，评估了发酵时长（24–72 h）、干燥温度（45°C–65°C）和干燥时长（4–6 h）对面粉理化和糊化特性以及Akpan质构特性的影响。以两个商业Akpan样品作为基准进行分析。发酵时长主要影响粘度，而干燥温度显著影响淀粉回生和脱水收缩。可滴定酸度随发酵时长和干燥温度的升高而增加，而pH和乳酸含量保持相对稳定。优化条件（60–72 h发酵及约55°C干燥）所制备的FMS面粉制得的Akpan，其可滴定酸度（0.25–0.34 g/100 g）、硬度（约14 g）和脱水收缩率（<18%）均与商业产品相当。值得注意的是，FMS面粉的糊化特性并不能预测Akpan的粘度，这凸显了部分糊化条件的重要性。这些发现为Akpan生产的标准化及其可扩展性和市场潜力的提升奠定了基础。
**一、研究背景与问题提出**
传统乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）发酵谷物食品在非洲城乡作为街头食品广泛流通，因其价格亲民、营养可及，对保障粮食安全和膳食多样化具有重要意义。发酵被证实能显著改善谷物食品的营养、感官品质及货架期，因而在针对儿童、育龄妇女和老年人等脆弱群体的营养干预中具有潜在的整合价值，有助于实现联合国可持续发展目标3（SDG 3）。然而，传统发酵工艺以自然发酵为主，过程控制不足，增加了有害微生物污染的风险，可能引发腹泻等食源性疾病，甚至造成更严重的健康危害。
Akpan是贝宁广泛消费的类酸奶发酵食品，由发酵玉米淀粉（fermented maize starch, FMS）经部分糊化制备，常添加糖、甜牛奶和冰食用。已有研究证实Akpan具有益生元效应，被视为潜在的功能食品。然而，FMS以传统小规模方式生产，导致品质波动大、货架期短，严重制约了Akpan的质量一致性、规模化生产和市场供应。在储存和流通过程中，Akpan持续酸化，LAB和霉菌数量可能增加，粘度下降，进一步缩短产品寿命。因此，实现FMS工艺的标准化对于提升Akpan品质和稳定性至关重要。
干燥FMS使其可长期储存、随时复水制备Akpan，是解决上述问题的可行策略。烘箱干燥作为FMS的保存方法，在合适参数下能维持产品品质和功能性。但LAB发酵会改变谷物基质的组成和酸度，进而影响后续热处理过程中美拉德反应产物的形成，需谨慎控制干燥条件以避免不良热诱导反应。本研究旨在优化玉米淀粉浆料（maize starch slurry, MSS）的发酵和烘箱干燥条件，制备能产出理化和质构特性媲美商业Akpan的发酵玉米淀粉面粉，同时提升面粉的稳定性和工艺标准化水平。
**二、研究内容与结论概述**
研究人员采用Box–Behnken响应面法（response surface methodology, RSM）设计实验，考察了MSS发酵时长（24–72 h）、干燥温度（45°C–65°C）和干燥时长（4–6 h）三个因素对FMS面粉理化特性、糊化特性及所得Akpan质构特性的影响，并以两份商业Akpan样品为基准进行对比。结果表明：发酵时长主要影响面粉的峰值粘度和最终粘度；干燥温度显著影响淀粉回生（setback）和Akpan的脱水收缩（syneresis）；可滴定酸度随发酵时长和干燥温度增加而升高，而pH和乳酸含量相对稳定。通过响应面优化，确定60–72 h发酵结合约55°C干燥为最佳条件，此条件下制备的FMS面粉可产出可滴定酸度（0.25–0.34 g/100 g）、硬度（约14 g）和脱水收缩率（<18%）均与商业产品相当的Akpan。值得注意的是，FMS面粉的糊化特性不能预测Akpan的即时表观粘度，表明部分糊化过程中的加工变量对终产品流动性起主导作用。该研究为Akpan生产的标准化和规模化提供了科学依据。
**三、主要关键技术方法**
本研究采用的主要技术方法包括：（1）Box–Behnken响应面实验设计，通过Statistica软件建立二阶多项式模型分析三因素（发酵时长、干燥温度、干燥时长）及其交互作用对面粉和Akpan品质的影响；（2）理化特性分析，包括干燥法测定干物质含量、热湿计测定水分活度、色差计测定色泽参数、pH计和NaOH滴定法分别测定pH和可滴定酸度、高效液相色谱法（HPLC）测定乳酸含量；（3）流变学测定，采用HAAKE Viscotester iQ Air流变仪测定FMS面粉的峰值粘度、最终粘度和回生值（单位：Poise, p），以及Akpan的即时表观粘度（单位：cP）；（4）质构分析，使用TA-XT plus质构仪通过穿透实验测定Akpan的硬度（g）；（5）离心法测定Akpan的脱水收缩率。样品来源方面，白玉米（Zea mays L.）购自贝宁南部Dantokpa市场，两份商业Akpan样品采集自Abomey-Calavi市场。
**四、研究结果与讨论**
**4.1 MSS发酵过程中干物质、色泽和酸度的变化**
MSS发酵（24–72 h）导致干物质含量显著降低（从35.2%降至31.9%），可能与发酵微生物的代谢活动有关。白度指数、pH和可滴定酸度无显著变化，部分归因于玉米基质中可溶性蛋白的缓冲能力。发酵过程中pH值稳定在3.15–3.35范围内，与已有报道一致。
**4.2 FMS面粉的理化特性**
加工条件对FMS面粉的白度指数、pH和乳酸含量无显著影响。干物质含量随干燥温度升高显著增加，均高于90%；水分活度与干燥时长和干燥温度呈负相关，最大值约为0.6。在干物质>90%且水分活度<0.6的条件下，所制备的FMS面粉可在环境温度下实现数月的货架稳定。可滴定酸度受发酵时长和干燥温度的独立正向影响，临界条件约为48 h发酵和55°C干燥，低于此阈值时酸度低于0.25 g/100 g。干燥过程中乳酸的部分损失可能掩盖了发酵时长对乳酸含量的影响。
**4.3 发酵和干燥条件对FMS面粉糊化特性的影响**
糊化参数由线性和/或二次模型充分描述（R2>0.8）。峰值粘度和最终粘度受发酵时长的线性负效应及干燥温度的二次负效应共同影响。发酵时长低于30 h时，干燥温度对粘度影响不显著；超过该阈值后，55°C成为临界温度点，高于或低于该温度均导致粘度上升。回生值仅受干燥温度的正向线性影响，干燥温度超过55°C时回生值显著增加，表明高温促进淀粉回生和凝胶网络形成。发酵时长与干燥温度间的显著交互作用表明：30 h发酵结合约55°C干燥可获得高粘度且回生受限的FMS面粉，适于需低温储存稳定性的Akpan生产。
**4.4 商业Akpan的理化和质构特性**
市售Akpan的干物质含量约15%，即时表观粘度为113 cP，pH为3.1，平均可滴定酸度为0.27 g/100 g，硬度约14 g，冷藏后脱水收缩率平均约16%。与既有报道相比粘度差异归因于测量方法的不同（流变仪与快速粘度分析仪）。这是首次记录Akpan的硬度和脱水收缩数据，脱水收缩率低的产品品质更稳定、消费者接受度更高。
**4.5 FMS面粉加工条件对Akpan理化和质构特性的影响**
Akpan的干物质含量（17.5%–18.2%）和pH不受FMS面粉加工条件显著影响，其中pH与面粉pH呈强正相关（r = 0.86）。可滴定酸度与发酵时长和干燥温度呈正线性关系，发酵超过60 h且干燥温度高于55°C时，制得的Akpan酸度与商业产品相当。Akpan的即时表观粘度不受发酵时长和干燥温度影响，与FMS面粉的峰值粘度（r = 0.15）和最终粘度（r = 0.01）无显著相关，表明部分糊化过程中的水粉比、混合强度和温度曲线等加工变量主导了终产品粘度，面粉的固有糊化特性不能预测Akpan的口感流动性。脱水收缩率主要由干燥温度决定，与回生值强正相关（r = 0.84），55°C是临界干燥温度，超过后脱水收缩显著增加。硬度由发酵时长的正二次模型描述，约72 h发酵时硬度达到最大值，与延长发酵增强酸奶类产品硬度的报道一致。
**4.6 制备商业品质Akpan的FMS面粉最优加工条件**
综合各指标，最优加工条件为发酵时长超过60 h，结合约55°C干燥温度。该条件使Akpan的可滴定酸度、脱水收缩率和硬度均与商业产品相当，同时避免过高温度导致的过度脱水收缩。短时发酵（<48 h）虽能保持面粉高粘度和低回生，但导致Akpan酸化不足；过高干燥温度虽增加回生和硬度，但损害产品持水性和视觉品质。因此，60–72 h发酵与约55°C干燥为FMS面粉生产的最佳工艺窗口。
**五、讨论与结论**
本研究系统揭示了发酵时长和干燥温度对FMS面粉及其制得Akpan品质的决定性作用。延长发酵增加可滴定酸度，干燥温度调控酸度、回生和脱水收缩，而pH和乳酸含量对各处理相对不敏感。60–72 h发酵结合约55°C干燥可制备货架稳定的FMS面粉，产出的Akpan在可滴定酸度、脱水收缩和硬度方面与商业产品相当。研究结果不仅阐明了FMS面粉糊化特性与Akpan流变行为间缺乏直接关联的机制性原因——部分糊化过程的加工参数对终产品粘度起主导作用——也为Akpan生产标准化、提高可扩展性和市场潜力奠定了科学基础。该研究首次系统记录了Akpan的硬度和脱水收缩数据，为类酸奶产品的品质评价提供了新的参考维度。
