水化和热处理对高粱-小米混合奶的物理化学性质及稳定性的影响

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》:Effect of hydration and thermal pre-treatments on physicochemical properties and stability of sorghum-millet blended milk

【字体: 时间:2026年03月08日 来源:Innovative Food Science & Emerging Technologies 6.8

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  本研究探究了 hydration 和 thermal 处理协同预处理对 sorghum 和 millet 混合奶产量、营养保留及功能品质的影响。通过比较三种 hydration 方法(常规浸泡、碱性浸泡、超声 hydration)和两种 thermal 处理(微波加热、巴氏杀菌),发现碱性浸泡结合微波加热能显著提升总固形物、蛋白质含量及粘度,但植酸含量仍较高,需进一步优化加工工艺。

  
Nagarajan Meena | Harini Ravi | N.U. Sruthi | Pramesh Dhungana | Hayder Al-Ali | P. Srinivasa Rao | Rewati Raman Bhattarai
印度西孟加拉邦卡拉格普尔印度理工学院农业与食品工程系

摘要

本研究探讨了一种协同的预处理方法,结合了水化和热处理技术,以提高高粱和小米混合奶(高粱:珍珠粟:黍=1:1:1)的产量、营养成分保留率和功能性质量。评估了三种水化方法:传统浸泡、碱性浸泡(0.05%碳酸氢钠,NaHCO?)和超声波水化(20 kHz,26分钟)。随后,将这些最佳水化的谷物分别进行热处理,如微波加热(750 W,2.5分钟)和焯水(90°C,5分钟)。碱性浸泡显著提高了总固体含量、蛋白质含量(0.47 ± 0.01 g/100 mL)和粘度,同时降低了高粱-小米混合奶的滴定酸度和植酸含量。超声波水化处理使颗粒变得更细小,ζ-电位增大,表明胶体稳定性提高,但营养成分回收率较低。在碱性浸泡后的热处理方法中,微波加热使牛奶产量增加了4.7%,蛋白质含量增加了73.7%;而焯水则导致淀粉过度糊化、聚集,并降低了稳定性(CSR=31.8%)。总体而言,碱性浸泡后进行微波加热是提高产量和营养成分回收率的最有效方法。然而,仍需进一步加工和配方优化以提升营养价值和稳定性;本研究为开发富含营养的高粱-小米混合奶提供了重要基础。

引言

近年来,植物基乳制品(PBMAs)作为可持续、有益健康的替代品,逐渐受到关注。它们天然不含乳糖和胆固醇,富含生物活性植物化学物质,并符合人们对环境可持续性、动物福利和饮食健康的日益关注(Wang et al., 2023; Zhang et al., 2024)。由谷物(如燕麦、大米)、豆类(如大豆)和坚果(如椰子、腰果、花生)制成的PBMAs已实现商业化生产并广泛消费,成为全球功能性饮料市场中的快速增长部分。然而,由于营养和过敏因素的限制(尤其是谷物中的麸质以及大豆和坚果中的致敏蛋白),这些产品的普及程度仍有限(Karimi et al., 2025; Karoui & Bouaicha, 2024),因此迫切需要开发营养丰富且低过敏性的替代品。
小米天然富含蛋白质和膳食纤维,血糖生成指数低,且不含麸质、低过敏性(Jacob et al., 2024)。它们还含有大量B族维生素(B3、B6、B9)和矿物质(如钙、锌、铁、钾和镁,Saini et al., 2021),使其成为制作营养密集型、低热量食品的理想原料。然而,不同小米品种的营养成分存在显著差异,这取决于其种类、基因型、农业气候条件及产后加工方式(Anitha et al., 2024; Mohanan et al., 2025)。常见的小米中,高粱(Sorghum bicolor L.)碳水化合物和酚类化合物含量较高(Xiong et al., 2019),珍珠粟(Pennisetum glaucum)蛋白质和铁含量丰富(Jacob et al., 2024),而黍(Panicum miliaceum)则提供丰富的蛋白质和膳食纤维,且消化性能良好(Hassan et al., 2021)。将这些谷物混合使用可以整合各自的营养优势;但这种复合系统也会引入淀粉-蛋白质-纤维相互作用,从而影响加工过程中的提取效率和胶体稳定性(Meena et al., 2025)。因此,本研究以1:1:1的比例混合高粱、珍珠粟和黍作为基础配方,以分离处理对复合体系的影响,同时避免任何单一谷物的主导作用。
通常,PBMAs的加工包括一系列连续的操作步骤,如浸泡、用水研磨原料、过滤、酶水解、均质化、添加添加剂、二次均质化和杀菌(Zhang et al., 2024)。其中,浸泡是提高营养成分生物利用率的初步步骤,通过减少抗营养物质来实现(Mahajan et al., 2024; Subasshini & Thilagavathi, 2021)。研究表明,碱性浸泡可提高产量和蛋白质提取率,并减少芝麻奶中的豆腥味(Ahmadian-Kouchaksaraei et al., 2014),同时增加豆浆的粘度(Aydar et al., 2020)。超声波水化也能破坏淀粉颗粒,提高指形小米奶中抗性淀粉的利用率(Yadav et al., 2023)。然而,除非与发芽结合使用,否则其减少抗营养物质的效果有限,发芽可使抗营养物质含量降低约23%(Saxena et al., 2023)。除了水化处理外,热处理如焯水和微波加热也被广泛用于植物基乳制品加工中,以灭活内源性酶并软化植物组织,从而提高提取效率(Aydar et al., 2020; Cui et al., 2024; Meena et al., 2025)。鉴于小米颗粒特性的差异,适当的预处理策略对于开发基于小米的乳制品至关重要。尽管传统的水化和热处理方法在植物基乳制品加工中广泛应用,但其效果很大程度上取决于原材料成分和加工顺序,因此需要优化以实现高效提取和稳定的产品质量。然而,关于复合小米基乳制品系统中水化策略与后续热处理的系统评估仍较为有限。填补这一空白对于将传统操作转化为标准化、可重复的过程,从而开发出稳定、营养丰富的小米奶替代品至关重要。
本研究考察了水化和热处理对高粱-小米混合奶提取效率、成分和稳定性的影响。评估了三种水化方法(传统浸泡、碱性浸泡和超声波水化),以确定最佳处理方案,随后对其进行了微波加热和焯水处理。通过综合分析评估了物理化学性质(产量、pH值、滴定酸度、总固体、粘度)、稳定性指标(离心沉降率、颗粒大小、ζ-电位)以及营养成分(碳水化合物、蛋白质、脂肪、灰分、总酚类和植酸)。此外,还利用相关性和主成分分析研究了各变量之间的相互关系及其对高粱-小米混合奶质量的影响。

原材料和化学品

选择高粱、珍珠粟和黍作为研究材料,这些品种在蛋白质、钙、铁、磷、锌和维生素B含量方面排名前三,并具有较高的商业价值(补充表S1和S2)。去壳后的谷物来自印度Aachi Foods公司,于2024年收获季进口,并在西澳大利亚珀斯的当地超市购买。

结果与讨论

表1展示了高粱、珍珠粟和黍的营养成分。高粱的碳水化合物含量最高(75.20 g/100 g),黍的蛋白质含量最高(12.50 g/100 g),珍珠粟的脂肪含量最高(6.07 g/100 g)。粗纤维含量在2.10至3.41 g/100 g之间,珍珠粟的灰分含量相对较高(1.10 g/100 g)。高粱的植酸含量(14.87 mg/g)明显高于珍珠粟(2.89 mg/g)和黍。

结论

本研究评估了不同水化和热处理对高粱-小米混合奶提取效率、成分和稳定性的影响。结果表明,碱性浸泡后进行微波加热处理可提高混合奶的总固体含量、蛋白质含量和粘度。微波加热通过快速体积加热和部分大分子展开增强了提取效率和营养成分的溶解性。

作者贡献声明

Nagarajan Meena:撰写初稿、数据可视化、验证、方法论设计、数据分析、概念构思。 Harini Ravi:撰写与编辑、数据可视化、数据管理。 N.U. Sruthi:撰写与编辑、数据可视化、监督。 Pramesh Dhungana:撰写与编辑、监督。 Hayder Al-Ali:撰写与编辑、监督。 P. Srinivasa Rao:撰写与编辑、监督、资源协调、方法论设计、概念构思。

未引用的参考文献

Balkrishna and Visvanathan, 2019 Hossain, Islam, Rahman, Mostofa and Khan, 2022 Maitra et al., 2023 Panda and Shrivastava, 2019 Sharma, Sharma, Dar and Singh, 2021

利益冲突声明

作者声明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

作者感谢印度理工学院卡拉格普尔分校科廷大学支持这项合作博士项目。作者(Nagarajan Meena)衷心感谢科廷大学通过合作博士研究奖学金提供的财政支持。
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