NutriCubes：乳酸发酵燕麦-扁豆、鹰嘴豆和豌豆基烘焙立方零食的营养、生物活性与感官品质研究

《Foods》：NutriCubes: Nutritional and Sensory Quality of Fermented Cereal-Legume Snacks

　　

NutriCubes是一种新型烘焙、立方体形状零食，由燕麦-豆类面粉混合物（70:30）配制，并掺入乳酸发酵的扁豆（O-L）、鹰嘴豆（O-C）或豌豆（O-P）粉，旨在弥合植物基零食市场中营养质量与便利性之间的差距。使用混合乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）发酵剂（Lactiplantibacillus plantarum、Lacticaseibacillus casei 和 Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus；10⁸ CFU/g；30 °C；24 h）发酵，使扁豆、鹰嘴豆和豌豆粉中的植酸分别降低53.3%、45.3%和26.5%，单宁分别降低38.5%、45.8%和37.5%。三种NutriCubes配方分别提供19.12–19.66 g蛋白质/100 g鲜重（fresh weight，FW）和10.72–12.60 g膳食纤维/100 g FW。谷物-豆类互补性反映在有利的氨基酸平衡中，估计蛋白质效率比（Protein Efficiency Ratio，PER）范围为1.510（O-C）至1.989（O-L）。O-L显示最高总多酚含量（6.28 ± 0.13 mg没食子酸当量/g干物质（dry matter，DM））和抗氧化活性（72.9 ± 1.22% DPPH抑制）。享乐小组评价（n = 107）确认所有配方接受度高（7.48–8.12/9），O-L在味道（8.36 ± 0.70）、颜色（8.76 ± 0.44）和总体喜爱度方面得分最高。燕麦-扁豆配方成为营养密度最高且感官最受欢迎变体，确立NutriCubes作为一种具有功能潜力的可行零食替代品。

研究背景：现代饮食行为中，零食消费已成为突出特征，间餐摄入在发达和发展中国家均占每日能量摄入的相当比例。但市场主导的饼干、薯片、膨化谷物等零食往往能量密集、富含精制淀粉和饱和脂肪，而蛋白质、膳食纤维和微量营养素不足。观察性研究和叙述性综述提示，频繁摄入超加工零食与2型糖尿病和心血管疾病风险增加相关。消费者对不牺牲便利性的营养替代品产生需求。谷物和豆类组合具有前景：豆类如扁豆、鹰嘴豆和豌豆富含赖氨酸和膳食纤维，但含硫氨基酸有限；燕麦等谷物提供甲硫氨酸和半胱氨酸，但赖氨酸有限。两者复配可改善必需氨基酸谱。燕麦还含β-葡聚糖，与血糖反应和血胆固醇有关。然而，豆类含植酸、单宁、胰蛋白酶抑制剂等抗营养因子，可结合矿物质、降低蛋白质消化率并引起胃肠不适。乳酸发酵作为前处理可降低底物pH，激活内源植酸酶，破坏蛋白质-抗营养因子复合物，并通过单宁酶等作用降低单宁，同时促进植酸-矿物质-蛋白质复合物溶解并减少豆腥味；但效果受菌株、底物和条件影响。已有豆类富集零食研究多采用挤出或油炸，并通常固定豆类种类、改变替代比例。研究人员旨在研究烘烤、几何定义零食形式，并在同一产品概念中系统比较三种豆类经相同乳酸发酵前处理后的营养、生物活性和感官结果，开发NutriCubes。

研究人员以燕麦-豆类粉70:30配制三种烘烤立方零食，豆类粉先经混合乳酸菌（LAB）发酵。研究测定了发酵前后豆粉及成品NutriCubes的抗营养因子、体外蛋白质消化率（in vitro protein digestibility，IVPD）、近似组成、氨基酸谱、蛋白质效率比（PER）、总多酚含量（total polyphenol content，TPC）、DPPH自由基清除活性和感官特性。结果表明，乳酸发酵可有效降低植酸和单宁并改善IVPD；三种成品均具有较高蛋白质和膳食纤维；燕麦-扁豆配方O-L在生物活性和感官接受性上最优，燕麦-豌豆O-P为可接受替代，燕麦-鹰嘴豆O-C受豆腥味限制。该研究的意义在于证明NutriCubes是一种营养合理且技术上可行的低温干燥植物基零食形式，并显示发酵前处理与豆类多样性对成品营养、生物活性和感官品质的综合影响。

关键方法概括：研究人员使用摩尔多瓦Chi?in?u商业供应商提供的燕麦粉、扁豆粉、鹰嘴豆粉和豌豆粉；豆粉经实验室研磨并过250 μm筛。采用混合LAB发酵剂（Lactiplantibacillus plantarum、Lacticaseibacillus casei、Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus；10⁸ CFU/g；30 °C）发酵豆粉，至设定pH终点。以70:30燕麦:豆类粉制备三种配方，用85–90 °C热水诱导淀粉糊化，切成立方体后50 °C干燥。关键评价包括植酸、单宁、IVPD、近似组成、氨基酸与PER、TPC、DPPH抗氧化活性；感官评价由107名摩尔多瓦技术大学食品与营养系学生和学术人员参与，年龄18–60岁，63%女性、37%男性，采用9点享乐标度和20个描述词的全选适用（Check-All-That-Apply，CATA）测试。统计采用单因素方差分析（analysis of variance，ANOVA）、Tukey’s HSD、重复测量ANOVA、Cochran’s Q检验、对应分析（correspondence analysis，CA）等。

研究结果：

3.1 乳酸发酵前后原料面粉的近似组成。研究人员比较未发酵和发酵豆粉的近似组成，发现发酵后三种豆粉干物质基础蛋白质升高，其中鹰嘴豆和扁豆增幅较明显；脂质、总碳水化合物和膳食纤维降低。豌豆粉发酵后仍保持最高膳食纤维含量，高于鹰嘴豆粉和燕麦粉。研究指出，LAB消耗可溶性碳水化合物使蛋白质相对浓缩，蛋白酶活性可释放氮-containing compounds，脂肪酶和糖苷酶参与脂质和纤维变化；但低聚糖和可溶性/不可溶性纤维未单独测定。

3.2 发酵对抗营养因子和体外蛋白质消化率的影响。通过比较发酵前后豆粉，研究人员发现植酸降幅为扁豆53.3%、鹰嘴豆45.3%、豌豆26.5%；单宁降幅为扁豆38.5%、鹰嘴豆45.8%、豌豆37.5%；IVPD在三种豆类中均提高。研究认为，混合发酵剂植酸酶活性、35 °C调温激活内源植酸酶、单宁酶活性和低pH共同促成这些结果；同时指出同一方案下比较三种豆类，所观察到的差异可归因于豆类生物学特性而非加工差异。

3.3 NutriCubes配方的近似组成。研究人员测定成品配方，发现水分低（1.98–2.45 g/100 g FW），水活度（water activity，a_w）为0.17–0.25，支持微生物稳定性和酥脆质构。蛋白质为O-L 19.66、O-C 19.58、O-P 19.12 g/100 g FW；脂质为8.08–9.34 g/100 g FW；碳水化合物为62.66–63.94 g/100 g FW；膳食纤维排序为O-P 12.60 > O-L 11.24 > O-C 10.72 g/100 g FW。研究人员将这些值置于文献报道的谷物-豆类零食范围内，指出蛋白质和膳食纤维位于较高端。

3.4 NutriCubes配方的氨基酸谱。通过氨基酸分析，研究人员发现总氨基酸为14.76–15.79 g/100 g FW，必需氨基酸占总氨基酸35.4–36.5%。赖氨酸为0.799–0.856 g/100 g FW，高于燕麦粉单独报道值，但在O-L和O-C中仍为第一限制氨基酸；在O-P中赖氨酸低于参考模式，但缬氨酸和异亮氨酸的氨基酸评分（amino acid score，AAS）更低。Met+Cys的AAS为129.1–139.5%，说明含硫氨基酸未限制。亮氨酸为最丰富的必需氨基酸，谷氨酸为非必需氨基酸中最高。研究人员指出，发酵可能增加游离氨基酸池，但总氨基酸分析无法直接推断该效应。

3.5 NutriCubes配方的蛋白质效率比（PER）。研究人员基于氨基酸组成用三种互补回归方程估算PER，发现排序为O-L 1.989 ± 0.293 > O-P 1.754 ± 0.298 > O-C 1.510 ± 0.276；单个PER₁–PER₃方程中三种配方无显著差异。研究指出该排序主要反映亮氨酸含量差异，PER₃因纳入甲硫氨酸而最低；这些为预测PER，未通过动物饲养试验验证。

3.6 NutriCubes配方的总多酚含量和抗氧化活性。研究人员通过甲醇提取测定TPC和DPPH自由基清除活性，发现O-L最高，为6.28 ± 0.13 mg GAE/g DM和72.9 ± 1.22% DPPH抑制；O-P为5.16 ± 0.09 mg GAE/g DM和51.9 ± 2.43%；O-C为4.32 ± 0.16 mg GAE/g DM和44.6 ± 1.31%。TPC与DPPH排序高度一致，Pearson相关系数为r = 0.976，p < 0.0001，n = 9。研究人员指出燕麦蒽酰胺等燕麦特有酚类未被TPC单独反映，未来可用ABTS或ORAC等补充评价。

3.7 感官评价。3.7.1 享乐评价：107名评价员对三种配方进行9点享乐评价，总体接受度为7.48–8.12，均高于“轻微喜欢”阈值；O-L最高8.12，O-C最低7.48，O-P中间。味道O-L最高8.36 ± 0.70，O-P 7.52 ± 0.92，O-C 6.40 ± 0.87；质地在配方间无显著差异；颜色差异最大，O-L 8.76 ± 0.44、O-P 7.92 ± 0.64、O-C 7.40 ± 0.87。气味O-L 8.24 ± 0.83、O-P 7.17 ± 0.56、O-C 6.60 ± 1.12。研究人员认为O-C较低评分与鹰嘴豆豆腥味和脂氧合酶衍生挥发性化合物有关。3.7.2 CATA感官表征：通过20个描述词CATA测试和Cochran’s Q检验，10个属性在配方间有显著差异。对应分析两个维度解释100%总惯量，F1占78.19%，F2占21.81%。O-C与Beany（0.757）和Hard（0.243）关联，O-L和O-P与Crunchy（均1.000）、Aromatic和Toasted关联。F2区分O-P与O-L，O-P与Nutty（0.360）关联，O-L与Golden colour（0.680）和Attractive（0.920）关联。研究人员认为CATA揭示了享乐评分无法显示的接受或拒绝驱动属性，O-C的主要障碍为Beany和Hard。

讨论部分总结：研究人员讨论认为，乳酸发酵有效降低植酸和单宁，并伴随IVPD提高，可能改善矿物质生物可及性；成品NutriCubes蛋白质和膳食纤维高于传统谷物零食典型范围，氨基酸互补，PER与营养可接受的植物基产品一致。O-L在TPC、DPPH、感官总体接受度及颜色、味道等属性上最优；O-P为营养和感官可行替代；O-C虽营养有价值，但持续豆腥味限制其商业化。方法学限制包括：组成、抗营养因子、氨基酸、PER和生物活性分析虽为分析三重复，但每配方仅一个生产批次，即生物学n = 1，因此ANOVA/Tukey HSD反映分析重复而非生物学重复，统计差异需谨慎解释；PER为预测值，未经体内验证；未测定血糖指数、DIAAS、矿物质生物利用度和长期安全性。未来研究需关注规模放大、不同包装条件下货架期、血糖指数、DIAAS、矿物质生物利用度、长期安全评估以及法规定位。

研究结论翻译：本研究证明，乳酸发酵是零食生产中豆类面粉的有效前处理。使用混合LAB发酵剂在30 °C发酵，使扁豆、鹰嘴豆和豌豆粉中的植酸降低26.5–53.3%，单宁降低37.5–45.8%。这些降幅落在LAB发酵文献报道范围内，部分处于上限，并与蛋白质消化率提高和矿物质生物可及性可能改善相关。这些结果直接转化为成品NutriCubes的营养特征：蛋白质19.12–19.66 g/100 g FW，膳食纤维10.72–12.60 g/100 g FW，使三种配方均高于传统谷物零食典型范围，并具有互补的氨基酸平衡和与营养可接受植物基产品一致的PER。从生物活性看，O-L在各参数中领先（6.28 mg GAE/g DM；72.9% DPPH抑制），与燕麦和扁豆已知酚类特征一致，包括燕麦蒽酰胺和黄酮类，其可提取性受发酵增强。消费者评价确认该营养优势延伸至感官表现：O-L总体可接受度最高（8.12/9），O-P为持续接受良好的替代；O-C尽管有营养价值，但受持续豆腥异味限制，商业化前需针对性缓解。这些发现确立NutriCubes为营养合理且技术可行的低温干燥零食形式，其中燕麦-扁豆变体在营养、生物活性和感官维度上最有前景。未来工作应解决规模放大可行性、不同包装条件下货架期、血糖指数、DIAAS、矿物质生物利用度、长期安全评估，以及NutriCubes相对于现有蛋白质和纤维标签阈值的法规定位。本研究关键方法学限制是组成、抗营养因子、氨基酸、PER和生物活性分析基于每配方单一批次的分析三重复（生物学n = 1），因此ANOVA/Tukey HSD比较反映分析重复而非生物学重复，所报告统计差异应谨慎解释；未来研究应使用独立生物学重复以确认观察差异的可重复性。