维生素D3强化植物基功能型蛋奶糊：工艺特性、营养评价与骨组织再生机制研究

《Foods》：Plant-Based Functional Custard Enriched with Vitamin D3: Insight into Technological Properties, Nutrition and Bone Tissue Regeneration

　　

摘要：植物基饮食或纯素饮食被认为是最重要的膳食模式之一，通常出于宗教或健康原因而遵循。此类饮食应包含蛋白质、铁、锌、钙、维生素D等关键营养素。本研究旨在开发一种高营养价值的植物基食品（纯素蛋奶糊，vegan custard, VC），并对其进行维生素D3强化（纯素蛋奶糊+D3, VC+D3）。研究选取35只平均体重为160±5g的雌性白化大鼠，随机均分为五组（每组7只）：阴性对照组（饲喂正常钙饲料）、阳性对照组（饲喂低钙饲料）、第I组（低钙饲料补充10%市售蛋奶糊）、第II组（低钙饲料补充10%纯素蛋奶糊）、第III组（低钙饲料补充10%维生素D3强化纯素蛋奶糊）。研究人员比较了各蛋奶糊样品的品质、营养价值及钙生物可及性（calcium bioaccessibility），评估了饲喂不同蛋奶糊对大鼠体质量变化及血清生化指标（包括钙、甲状旁腺激素（parathyroid hormone, PTH）、降钙素（calcitonin）、抗酒石酸酸性磷酸酶（tartrate-resistant acid phosphatase, TRACP）和碱性磷酸酶（alkaline phosphatase, ALP））的影响，并对股骨钙含量及骨组织改善情况进行了组织学检查。结果表明，创新纯素蛋奶糊样品（VC和VC+D3）在消费者适口性、营养价值和加工特性方面得分最高。值得注意的是，维生素D3强化纯素蛋奶糊将钙生物可及性提高至85.3%，每约100g产品可提供每日维生素D需求量的333.3%。同时，根据年龄特异性需求，每100g产品可提供推荐每日钙摄入量（recommended daily calcium intake）的3.12%–4.40%。此外，组织学检查和形态计量学评估显示股骨骨组织显著改善。最后，建议每日食用由30g维生素D3强化蛋奶糊粉制备的纯素蛋奶糊，以满足维生素D需求。

研究背景与科学问题

蛋奶糊粉是一种在发展中国家广泛用作早餐谷物或断奶食品的方便干制食品，主要由玉米淀粉加工并添加风味剂及强化必需矿物质和维生素制成。近年来，植物基或纯素饮食因对人类健康、动物福利和环境可持续性的关注而在全球范围内日益流行，大量研究证实其具有降低慢性病风险（如2型糖尿病、高血压及特定癌症）、降低血胆固醇水平等多重健康益处。然而，纯素食者需确保充足摄入蛋白质、锌、铁、钙、维生素D、维生素B₁₂和Omega-3脂肪酸等关键营养素，其中维生素D和钙因在骨代谢中的核心作用及天然植物性食物来源的匮乏而尤为值得关注。

维生素D作为一种脂溶性维生素，在钙平衡和骨生理中发挥关键作用，并参与免疫功能调节和葡萄糖稳态维持。尽管内源性产生的维生素D₃可能因衰老、地理位置、肤色及防晒行为等因素而无法满足机体需求，且已有研究证实维生素D强化食品的有效性，但目前市场上功能性纯素蛋奶糊产品仍十分有限，尤其是针对改善钙摄入并强化维生素D₃的产品存在明显空白。因此，本研究旨在利用珍珠粟、猴面包树粉和香蕉粉等高营养和功能性价值的植物基原料，开发一种天然富含钙并经维生素D₃强化的新型纯素蛋奶糊产品，为素食者、乳制品过敏或不耐受人群以及微量营养素缺乏高风险群体提供适宜的功能性食品选择。

研究方法概述

研究人员首先配制了纯素蛋奶糊（VC）配方（含玉米淀粉、猴面包树粉、粟米粉、香蕉粉、香草粉和柠檬黄色素），并在VC基础上按25μg/50g浓度添加维生素D₃粉末制备强化产品（VC+D₃）。随后对三种蛋奶糊样品（市售对照、VC、VC+D₃）进行全面的品质与营养评价，包括颜色参数（CIE Lab*色空间）、感官评价（九点享乐标度法）、溶解度、堆积密度、分散性和质地剖面分析（texture profile analysis, TPA）。营养分析涵盖水分、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、可利用碳水化合物、能量值、矿物质（钙和磷）、维生素D和维生素C含量，并测定抗氧化活性（DPPH法）和总酚含量。钙生物可及性采用体外酶消化法评估。动物实验选用35只雌性Wistar白化大鼠（体重160±5g），适应一周后随机分为五组（每组7只），分别饲喂正常钙饲料（阴性对照）、低钙饲料（阳性对照）、低钙饲料+10%市售蛋奶糊（第I组）、低钙饲料+10%VC（第II组）和低钙饲料+10%VC+D₃（第III组），为期30天。实验期间记录采食量和体质量，计算体质量增长率（body weight gain percentage, BWG%）和饲料效率比（feed efficiency ratio, FER）。实验结束后采集血液进行血清生化检测（钙、甲状旁腺激素PTH、降钙素、抗酒石酸酸性磷酸酶TRACP和碱性磷酸酶ALP），取左侧股骨测定钙含量并进行组织学检查（苏木精-伊红染色）和组织形态计量学定量分析（成骨细胞计数osteoblastic count, OC和皮质骨厚度cortical bone thickness, CBT）。

研究结果

颜色参数：市售蛋奶糊粉呈近白色（L=99.59）的黄绿色调，而VC因加入香蕉、猴面包树和粟米面粉导致亮度下降（L=89.77），红度（a=4.03）和黄度（b=12.71）增加，色相角转向橙黄色（72.43°）。维生素D₃添加未明显影响亮度和黄度，但使红度进一步升高（a*=4.85）。蒸煮后所有样品亮度显著降低，纯素蛋奶糊样品的黄度和色彩饱和度大幅增加。

感官评价：VC和VC+D₃在风味、口感、味道和总体接受度方面均显著优于市售蛋奶糊，这归因于香蕉粉中含有的挥发性芳香化合物增强了消费者接受度。

分散性、堆积密度和溶解度：分散性范围为63.27%–69.07%，VC+D₃最低（63.27%），表明结块倾向增加。堆积密度以VC+D₃最低（0.45g/mL），有利于包装运输。溶解度随温度升高而增加，纯素配方因较高的蛋白质含量而表现出更高的溶解度百分比。

质地剖面分析：市售蛋奶糊硬度最低（9.17N），VC和VC+D₃硬度较高（分别为10.07N和10.95N）。VC+D₃的内聚性最高（0.56），表明形成了更稳定的凝胶网络。市售蛋奶糊弹性显著高于纯素样品，而VC+D₃的胶粘性最高（6.30）。

营养价值和抗氧化特性：VC和VC+D₃的水分、脂肪、蛋白质、纤维、能量、钙和磷含量显著高于市售产品，可利用碳水化合物含量则较低。纯素配方含有维生素C、总酚类物质和DPPH自由基清除活性，而市售产品中这些成分缺失。维生素D仅在VC+D₃中检出。每100g维生素D₃强化蛋奶糊粉可提供每日推荐摄入量（RDA）的333.3%的维生素D，钙贡献率根据年龄段为3.12%–4.40%。

钙生物可及性：体外消化后，VC+D₃的钙生物可及性最高（85.3%），其次为VC（71.3%），市售蛋奶糊最低（12.3%）。这种改善归因于纯素配方较高的钙含量、维生素C的存在以及有利于钙释放的食物基质特性。

动物实验：饲喂纯素蛋奶糊配方（第II组和第III组）的大鼠在体质量增长率、采食量、饲料效率比和股骨重量方面显著高于阳性对照组和第I组，这与高营养含量及香蕉粉增强适口性有关。第III组的维生素D₃摄入量显著高于其他各组。

血清生化与骨组织改善：低钙饲料单独饲喂或补充市售蛋奶糊导致血清钙、降钙素和股骨钙含量显著降低，同时甲状旁腺激素、碱性磷酸酶和抗酒石酸酸性磷酸酶水平显著升高。组织学检查显示，阳性对照组和第I组呈现明显的皮质骨变薄伴裂纹和裂隙、骨小梁变细及骨髓腔扩张等病理改变。第II组显示中度改善，部分切片接近正常皮质骨结构。第III组（VC+D₃）表现出最显著的改善，呈现近乎正常的皮质骨伴随成骨细胞增殖。组织形态计量学分析证实，阳性对照组和第I组成骨细胞计数和皮质骨厚度显著降低，而第III组这两项指标较第I组显著改善。这些发现表明维生素D₃强化通过促进成骨细胞分化与活性、维持骨形成与骨吸收的动态平衡，从而改善骨修复和矿化。

讨论与结论

讨论部分指出，维生素D在骨代谢中通过调节骨基质蛋白合成、促进成骨细胞分化和活性、调控骨保护素/核因子κB受体活化因子配体（OPG/RANKL）信号通路以及维持骨形成与骨吸收平衡等方面发挥核心作用。本研究中VC+D₃组血清甲状旁腺激素、碱性磷酸酶和抗酒石酸酸性磷酸酶水平降低，而降钙素、血清钙和股骨钙水平升高，结合组织学观察到的增厚骨小梁和改善的骨修复，共同证实了维生素D₃强化在低钙实验条件下改善骨生理和钙代谢的潜在作用。

结论：创新的纯素蛋奶糊产品，特别是维生素D₃强化纯素蛋奶糊，在优化制备条件下展现出高营养价值、高钙生物可及性和优良的工艺品质。该类产品含有高比例的推荐膳食供给量，可作为乳制品过敏者、乳糖不耐受者及其他特殊膳食需求人群的功能性食品。每100g维生素D₃强化纯素蛋奶糊粉可提供维生素D推荐膳食供给量的333.3%。基于产品维生素D含量，30g份量即可显著满足日常维生素D需求。此外，饲喂两种创新纯素蛋奶糊配方（尤其是维生素D₃强化品种）对低钙饮食诱导的异常状态产生显著的积极影响，表现为体质量改善、特定血清生化标志物（钙、甲状旁腺激素、降钙素、抗酒石酸酸性磷酸酶和碱性磷酸酶）的优化，以及股骨钙含量、组织学和形态计量学定量分析所显示的股骨骨修复显著改善。