在体外胃肠道模型中，燕麦酸面团发酵提高了全麦燕麦面包中β-葡聚糖的粘度和提取率

《Food Hydrocolloids》：Oat sourdough fermentation enhanced β-glucan viscosity and extractability from wholegrain oat bread in an in vitro gastrointestinal model

酸面团发酵调控燕麦β-葡聚糖功能特性研究，通过发芽燕麦和大麦芽制作两种酸面团，评估其对全麦燕麦面包β-葡聚糖可提取性及黏度的影响，体外消化显示发芽燕麦组β-葡聚糖保留率更高，生理功能更优，证实发酵可优化燕麦食品营养特性。

　　

西尔维娅·塞拉（Silvia Cera）| 马伊雅·奥贾宁（Maija Ojanen）| 艾米·桑塔帕卡（Emmi Santapakka）| 米卡·莱蒂宁（Miikka Laitinen）| 宋成邦（Seongbong Song）| 亨·苏尔（Sungwon Hur）| 卡蒂·卡蒂娜（Kati Katina）| 尼德格瓦·H·马伊纳（Ndegwa H. Maina）| 诺拉·麦凯拉-萨尔米（Noora M?kel?-Salmi）| 罗萨娜·科达（Rossana Coda）

芬兰赫尔辛基大学食品与营养系，邮政信箱66（Agnes Sj?bergin街2号），FI-00014

摘要

研究表明，酸面团发酵可以改善基于小麦和黑麦的面包的质地、感官特性和营养价值。然而，其在全麦燕麦面包中的应用尚不为人所熟知，尤其是其对β-葡聚糖生理功能的影响。本研究旨在通过使用两种具有不同β-葡聚糖酶活性的发芽燕麦，设计出适合全麦燕麦面包的发酵条件，以增强β-葡聚糖的功能性。研究制备了两种酸面团：一种由Lactiplantibacillus plantarum和Fructilactobacillus sanfranciscensis菌株共同发酵而成，另一种则使用发芽燕麦颗粒发酵。酸面团占面团总重量的30%（面粉重量的61%）。通过体外胃肠道模拟模型评估了面包中β-葡聚糖的生理功能。结果表明，使用发芽燕麦材料后，β-葡聚糖的降解程度有所不同（使用发芽燕麦材料的面包中β-葡聚糖浓度从1,060.3×10³ g/mol降至681.7×10³ g/mol，而使用燕麦麦芽的面包中则降至117.4×10³ g/mol）。添加酸面团后，面包变得更加柔软且体积增大。体外消化后提取的样品显示出较高的粘度值和最高的β-葡聚糖提取率，表明β-葡聚糖的生理功能得到了提升。本研究证明了酸面团发酵在调节β-葡聚糖降解和改善燕麦面包生理功能方面的潜力。

引言

食品行业越来越关注燕麦，因为燕麦具有多种已证实的健康益处（Rasane等人，2015年），并且对于未受其他谷物污染的乳糜泻患者来说也是适宜的选择（Aaltonen等人，2017年）。燕麦（Avena sativa）的营养成分包括大量的可溶性纤维（如β-葡聚糖）、优质蛋白质、不饱和脂肪酸、生物活性化合物、酚类化合物、维生素和矿物质（Joyce等人，2019年；Rasane等人，2015年）。燕麦β-葡聚糖是一种可溶性纤维，已被证明能有效降低低密度脂蛋白胆固醇并调节餐后血糖反应。由于有强有力的科学证据支持这些效果，欧盟食品安全局（EFSA）和美国食品药品监督管理局（FDA）等监管机构已经批准了关于β-葡聚糖促进人类健康的健康声明（EFSA膳食产品小组，2010年，2011年；FDA，1997年）。

β-葡聚糖是一种线性多糖，主要存在于燕麦籽粒的内胚层细胞壁中，由D-葡萄糖单元通过β-(1→4)和β-(1→3)键连接而成。燕麦β-葡聚糖的结构特征是β-(1→4)-连接的细胞三糖基（DP3）和细胞四糖基（DP4）单元，其比例取决于燕麦品种和生长条件，从而影响其溶解度和粘度。燕麦β-葡聚糖的DP3:DP4比例通常在1.5-2.3之间，分子量约为1,000-2,000×10³ g/mol，这是所有谷物中最高的（Lazaridou & Biliaderis，2007年；Wood，2011年）。这种多糖的生理功能主要体现在能够增加水溶液的粘度。然而，这种能力受到β-葡聚糖多种特性的影响，例如提取率和溶液中的浓度以及分子量。

含有聚合物的溶液粘度主要由其浓度、分子大小和分子量分布决定（Flory，1953年）。对于β-葡聚糖而言，分子量和浓度是决定溶液粘度的关键因素，进而影响其对餐后血糖反应的生理效应。研究表明，摄入高分子量的β-葡聚糖时，餐后血糖反应和血糖指数的降低更为显著（Wood等人，1994年），这种现象归因于β-葡聚糖增加了溶液的粘度，从而减缓了葡萄糖的吸收和胃排空速度。然而，也有研究显示β-葡聚糖的浓度和分子量变化与血糖反应的变化之间存在显著相关性（Wood等人，2000年）。β-葡聚糖降低燕麦食品血糖反应的能力与其分子量和溶解度有关（Tosh等人，2008年）。高粘度的β-葡聚糖团块会阻碍消化酶对其他可利用多糖（如淀粉）的作用，导致葡萄糖吸收减少且速度变慢（Regand等人，2011年）。最近的研究发现，β-葡聚糖的分子量比粘度对降低血糖反应更为重要（Tan等人，2024年）。尽管多项研究探讨了β-葡聚糖对降低血糖峰值的积极作用，但尚未确定最佳分子量范围，因为剂量、提取条件和可能的降解过程也会产生影响（Henrion等人，2019年）。摄入β-葡聚糖还可以影响总胆固醇和低密度脂蛋白（LDL）胆固醇的水平（Whitehead等人，2014年）。有证据表明，小肠中形成的粘性层会阻碍胆固醇的吸收和胆汁酸的再吸收（Othman等人，2011年；Wolever等人，2010年；Wood，2011年）。中分子量（530×10³ g/mol）和高分子量（2,210×10³ g/mol）的β-葡聚糖能显著降低LDL胆固醇，而低分子量（210×10³ g/mol）的β-葡聚糖则没有这种效果（Wolever等人，2010年）。不过，中等分子量（200-500×10³ g/mol）的β-葡聚糖仍具有与高分子量相似的好处（Rosa-Sibakov等人，2020年）。

β-葡聚糖的提取率会因食品基质的不同而显著变化。例如，在不同类型的燕麦产品（如面包和勺状食品）中，体外胃肠道模拟后的β-葡聚糖性质存在显著差异（M?kel?等人，2020年）。先前的研究表明，β-葡聚糖的物理化学性质（如分子结构、溶解度、粘度和生理功能）会受到物理、机械和生物加工处理的影响（Jurkaninová等人，2024年；Tosh等人，2010年）。研究发现，在含有小麦、大麦、黑麦和燕麦的复合面包中，谷物面粉中的内源性酶（β-葡聚糖酶）在混合、发酵和醒发过程中会促使β-葡聚糖降解，而热处理或烘焙过程不会影响β-葡聚糖的分子量（A. A. M. Andersson等人，2004年；R. Andersson等人，2009年；Gamel等人，2015年；Maina等人，2021年；Mejía等人，2020年；Moriartey等人，2010年；Rieder等人，2012年，2015年）。此外，发酵还能改善富含大麦β-葡聚糖的复合面包的质地（Rieder等人，2012年）。在燕麦酸面团中，β-葡聚糖分子量的降低反而提高了其溶解度（Lu等人，2019年）。尽管有这些发现，但发酵对谷物中β-葡聚糖含量的影响仍不明确，不同研究结果存在矛盾（Djorgbenoo等人，2023年；Jurkaninová等人，2024年；Maina等人，2021年）。此外，关于燕麦酸面团的研究仍然有限。通常，为了延长燕麦成分的保质期，需要对燕麦进行烘烤处理，这会使内源性酶（包括β-葡聚糖酶）失活（Blontrock等人，2025年）。因此，在全麦燕麦配方中，加工过程中的内源性酶活性不应显著影响β-葡聚糖的含量和分子结构。最近，人们对了解天然或部分水解的β-葡聚糖的摩尔质量对无麸质面包质地的影响产生了兴趣（Bieniek & Buksa，2024年）。

迄今为止，尚无研究探讨酸面团发酵对面包中β-葡聚糖状态的影响，以及这种影响对其生理功能的作用。本研究探讨了燕麦酸面团发酵对全麦燕麦面包中β-葡聚糖功能性的影响。我们设计了两种酸面团，分别由两种典型的乳酸菌共同发酵，并使用了具有不同β-葡聚糖酶活性的发芽燕麦颗粒。目的是诱导不同程度的β-葡聚糖降解，从而获得两种β-葡聚糖摩尔质量显著不同的酸面团。在发酵前后测定了从酸面团中提取的β-葡聚糖的摩尔质量。含有这些酸面团的面包经过了模拟人体上部消化的体外胃肠道消化模拟实验。观察了β-葡聚糖的提取率和提取物的粘度，并将其与实际β-葡聚糖浓度进行了比较。提取率和粘度均作为β-葡聚糖生理功能的指标。

部分内容摘录

原材料

用于制备酸面团的原材料是经过热处理的全麦燕麦粉（WOF，芬兰赫尔辛基Mylly Oy公司，J?rvenp??），其中添加了发芽燕麦颗粒（SPO，Puratos Estonia Oü公司，Estonia的常用品种，含水量48%）或燕麦麦芽颗粒（OM，含水量最高7%，Viking malt Oy公司，芬兰Lahti）。每100克WOF的营养成分包括13克蛋白质、6.9克脂肪和59克碳水化合物。

发芽燕麦颗粒中的β-葡聚糖酶活性

发芽燕麦颗粒提取物与β-葡聚糖底物孵育后的粘度降低表明底物中存在β-葡聚糖酶活性。使用Na-柠檬酸缓冲液（对照组）、SPO提取物和OM提取物孵育后的β-葡聚糖底物粘度分别为：49.8 ± 0.6 mPa×s、44.4 ± 1.2 mPa×s和2.2 ± 0.1 mPa×s。OM与其他样品（对照组和SPO）之间存在显著差异。

微生物计数

在WOF中未检测到乳酸菌、酵母、Enterobacteriaceae菌属和B.

讨论

燕麦具有较高的脂肪酶活性和脂肪含量，因此通常需要经过热处理以失活分解脂肪的酶，从而延长食品的保质期并改善风味（Jaksics等人，2023年；Lehtinen等人，2003年）。然而，热处理也会使其他酶（如蛋白酶和淀粉酶）失活，而这些酶在发酵过程中对于调节谷物底物以支持乳酸菌代谢至关重要（Blontrock等人，2025年；Hammes等人，2005年）。初步测试表明...

结论

研究结果表明，可以通过设计发酵过程来实现适度的β-葡聚糖降解和提取率的提高，从而改善面包的质地并可能增强β-葡聚糖的生理功能。这项研究有助于开发具有增强营养价值的小麦基食品，从而有益于公众健康。然而，为了验证观察到的健康益处，还需要进行体内研究。

资助

本研究得到了SPC集团（韩国首尔）资助的“北欧风格面包中的SPC酸面团及其对面包营养价值的影响”项目的支持。

CRediT作者贡献声明

亨·苏尔（Sungwon Hur）：撰写、审稿与编辑、概念构思。诺拉·麦凯拉-萨尔米（Noora M?kel?-Salmi）：撰写、审稿与编辑、监督、方法学、概念构思。罗萨娜·科达（Rossana Coda）：撰写、审稿与编辑、验证、监督、项目管理、方法学、资金筹集、概念构思。卡蒂·卡蒂娜（Kati Katina）：撰写、审稿与编辑、概念构思。尼德格瓦·H·马伊纳（Ndegwa H. Maina）：监督、方法学。马伊雅·奥贾宁（Maija Ojanen）：研究。艾米·桑塔帕卡（Emmi Santapakka）：研究。西尔维娅·塞拉（Silvia Cera）：撰写、审稿与...

未引用的参考文献

欧盟食品安全局膳食产品小组（EFSA Panel on Dietetic Products），2010年；欧盟食品安全局膳食产品小组（EFSA Panel on Dietetic Products），2011年；美国食品药品监督管理局（FDA），1997年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢Daniele Santangelo和Maruf M. Raihan提供的技术支持。