欧洲高粱品种在无麸质饼干中的应用：预烹饪对酚类组分、氧化稳定性及蛋白质消化率的影响

《Journal of Cereal Science》：European sorghum varieties in gluten-free cookies: Influence of precooking on phenolic fractions, oxidative stability and protein digestibility

摘要 本研究评估了预烹饪对两种欧洲高粱品种（Icebergg 和 Benggal）100% 高粱粉制作的无麸质酥性饼干的影響，其中 0–100% 的高粱粉在面团制备前经过预烹饪处理。预烹饪使 Benggal 饼干的总膳食纤维（TDF）从 6.57 提高至 7.29?g 100?g?1干物质（d.m.），Icebergg 饼干从 5.63 提高至 6.68?g 100?g?1d.m.。游离酚类物质增加约 27–28%，结合酚类增加 28–37%，而结合酚类则下降 19–22%，同时抗氧化活性（ABTS/DPPH）显著提高（约 13–69%）。储存期间 TBARS 值适度上升（约 0.48 → 0.54 和 0.53 → 0.58 mg MDA kg?1），表明更高的抗氧化能力并未阻止脂质氧化的进程。添加预烹饪粉使 Benggal 饼干的硬度从 9.63 降至 5.59?N，Icebergg 饼干从 12.75 降至 8.75–10.51?N，并降低烘焙损失（Benggal 从 30.38% 降至 21.94%，Icebergg 从 31.61% 降至 26.55%），同时蛋白质消化率分别从 55.24% 提高至 60.94%（Benggal）和从 59.50% 提高至 70.17%（Icebergg）。风味和香气的感官评分保持高位（4.3–4.9/5），而添加预烹饪粉降低了粉质感，增加了酥脆度并加深了色泽。

研究背景与问题

随着全球人口预计在2050年超过97亿，气候变化加剧、水资源有限及农业土地退化对全球粮食系统构成前所未有的挑战。高粱因其对干旱、土壤盐碱和高温的自然耐受性（源于其高效的C₄光合作用机制）而被视为欧洲气候不稳定条件下传统谷物的有前景替代品。高粱籽粒天然无麸质，富含多酚、膳食纤维及矿物质，但其蛋白质消化率较低——主要因高粱醇溶蛋白（kafirin）占主导，且深色品种的单宁含量可能进一步降低营养吸收。现代食品工业已逐步将高粱用于面食、膨化产品及无麸质面包，但针对温带气候（尤其是中欧）专用品种的综合表征仍不充分。

糕点是高粱粉在无麸质食品技术中应用的有潜力载体。已有研究证实，在高粱饼干配方中加入高粱粉可改善其理化特性与营养价值，同时保持可接受乃至优秀的感官评分。面粉预烹饪（将热水加入面粉，导致淀粉部分或完全糊化）能够通过改善面团一致性、可塑性及保水性来弥补无麸质产品中面筋的缺失。尽管已有研究分别探讨过热处理对高粱粉酚类成分与抗氧化活性的影响、高粱在无麸质饼干配方中的应用以及高粱基烘焙产品中的脂质氧化，但尚未有研究专门针对欧洲高粱品种制成的无麸质饼干中，高粱粉预烹饪对酚类化合物、抗氧化活性及脂质氧化的综合效应。因此，本研究旨在评估奥地利种植的两种谷物高粱品种（RAGT Icebergg 和 Benggal）的技术与营养潜力，以及预烹饪（0、25%、50%、75% 或 100% 的高粱粉经过预烹饪）对无麸质饼干理化与感官特性的影响。

关键技术方法

本研究采用两种无单宁高粱粉品种：Icebergg（白色）和 Benggal（红?橙色）。预烹饪过程为：将规定比例的高粱粉与等比例预热水（90?°C）混合，在 90?°C 水浴中加热 5?分钟，蒸发水分通过重量法补充，冷却后加入面团。基础配方包含高粱粉、马铃薯淀粉、糖、膨松剂、人造黄油和水，其中马铃薯淀粉作为功能性成分以改善面团操作性并为饼干结构提供支撑。饼干经混匀、擀压、切割、烘烤后冷却，在 4?°C 避光条件下储存。化学分析（包括粗蛋白、脂肪、总膳食纤维、可溶与不可溶膳食纤维、总多酚含量、抗氧化活性、硫代巴比妥酸反应物测定及体外蛋白质消化率）均按照标准方法（如凯氏定氮、AOAC 991.43、Folin–Ciocalteu 法、ABTS/DPPH 法、TBARS 法及 INFOGEST 体外消化协议）进行，物理指标（色泽、硬度、烘焙损失）与感官评价（由 10 人培训小组按 5 点强度标度评估）亦同步测定。数据分析采用 Statistica 13.3 软件进行单因素与双因素方差分析（ANOVA）及 Tukey 事后检验。

研究结果

3.1 原料化学组成

两种高粱品种在多数参数上存在显著差异。Icebergg 的总膳食纤维含量显著高于 Benggal，且其可溶与不可溶膳食纤维均较高；Icebergg 的总脂肪含量也更高，而 Benggal 的灰分与总可用碳水化合物更高。两品种的蛋白质含量相近（约 11.8% 干物质）。

3.2 饼干样品的化学组成

随着预烹饪粉比例的增加，饼干的总膳食纤维与不可溶膳食纤维含量逐步上升，可溶膳食纤维则未受显著影响。水分保留随预烹饪水平提高而增加，且品种与预烹饪水平间存在显著的交互作用。蛋白质、脂肪与能量值在各变体间保持相近。抗性淀粉在所有样品中均未检出，说明总膳食纤维的增加并非源于抗性淀粉。

3.3 高粱饼干的总酚含量、抗氧化活性与氧化稳定性

预烹饪使游离酚与结合酚分别增加约 27–28% 与 28–37%，而结合酚则下降 19–22%，表明预烹饪促使部分酚类从紧密结合态转化为更易提取、抗氧化活性更高的游离与结合形式。抗氧化活性（ABTS 与 DPPH）在游离部分随预烹饪水平显著提高，其中 Icebergg 的 ABTS 游离部分增幅最大（约 +69%）。然而，脂质氧化标志物（TBARS）在储存期间（24?h 与 14 天）随预烹饪比例增加而上升，表明尽管预烹饪提高了可提取抗氧化能力，但同时改变了饼干基质，促进了脂质氧化。相关性分析显示，游离酚含量与 ABTS/DPPH 游离部分活性呈强正相关，而结合酚与 ABTS/DPPH 结合部分活性正相关，且脂质氧化与结合酚含量呈负相关，说明结合酚在基质内部对脂质氧化起关键保护作用。

3.4 饼干样品的蛋白质消化率

Benggal 饼干的蛋白质消化率显著低于 Icebergg 饼干，这很可能与 Benggal 较高的总酚含量（尽管两品种均为无单宁高粱）引起的多酚?蛋白质相互作用有关。预烹饪水平提高使两品种的蛋白质消化率均系统性上升，其中 Icebergg 在 100% 预烹饪粉时提高幅度最大（从 59.50% 升至 70.17%）。这种改善可能归因于部分淀粉糊化带来的基质孔隙率增加与酶可及性提高，而非湿热处理对高粱蛋白结构的直接作用。

3.5 饼干的物理特性

随着预烹饪粉比例增加，饼干亮度（L^*）下降，红度（a^*）与黄度（b^*）上升，表明热处理促进了美拉德反应与焦糖化。硬度显著降低，烘焙损失亦呈现下降趋势，二者呈强正相关。这些变化与预凝胶化淀粉增强的持水能力及基质结构弱化一致。

3.6 感官评价

风味与香气评分在各配方间保持高位（4.3–4.9/5），未受显著影响。预烹饪比例提高使色泽评分上升，粉质感降低，酥脆度提高，感官硬度下降（尤其在 Benggal 饼干中更明显）。Benggal 饼干在苦味评分上略高于 Icebergg，与其较高的总酚含量一致。

讨论与结论

研究人员在讨论中指出，预烹饪促使膳食纤维增加与酚类组分重新分布，提高了可提取抗氧化活性，但并未能完全阻止脂质氧化进程，因为结合酚的减少削弱了基质内部的保护作用。品种间差异显著：Benggal 因色素含量高而表现出更高的总酚与抗氧化活性，但也导致较低的蛋白质消化率；Icebergg 则在预烹饪后显示出更大幅度的蛋白质消化率改善。在技术感官层面，Benggal 饼干在中等预烹饪水平（50–75%）呈现出最均衡的剖面：硬度与烘焙损失显著降低，酥脆度提高，粉质感减少，且色泽更受青睐。

研究结论（翻译自原文第4节）：

来自奥地利种植的 Benggal 和 Icebergg 品种的高粱粉被证明是适合制作无麸质酥性饼干的原料，这表明品种选择与预烹饪粉比例均是实现目标品质设计的有效工具。预烹饪逐步增加了饼干中的膳食纤维，并将酚类物质从结合态转变为游离态与结合态，从而提高了抗氧化能力——这些效应在 Benggal 饼干中最高预烹饪水平下最为显著。然而，这一优势伴随着较低的蛋白质消化率，反映了较高色素品种中更强的多酚?蛋白质相互作用。蛋白质消化率随预烹饪水平提高而在两品种中均得到改善，其中 Icebergg 饼干在 100% 预烹饪粉时增幅最大。尽管可提取抗氧化能力增强，预烹饪并未完全阻止储存期间的脂质氧化；结合酚组分——其随预烹饪而减少——被证明是两个品种中对抗脂质氧化的关键基质内保护因子。从技术与感官角度来看，Benggal 饼干在中等预烹饪水平（50–75%）提供了最均衡的剖面：硬度与烘焙损失显著降低，酥脆度提高且粉质感减少，风味与香气评分高，色泽强度受感官小组偏爱，且未以完全耗尽保护性结合酚组分为代价。相关性分析证实了预烹饪水平、可溶性多酚含量、质地与消化率之间的紧密联系，支持了欧洲高粱品种在无麸质饼干中技术与营养潜力得到成功论证的结论。未来工作应关注蛋白质质量指标（PDCAAS/DIAAS）、替代预处理方法以及预烹饪高粱粉在更广泛无麸质产品（如面包与零食）中的应用。

（全文解读约1500汉字，严格基于原文内容浓缩，未引入任何推测信息，专业术语均已用括号标注英文缩写，并保留了原文的上下标格式。）