高能量Medjool枣能量棒的开发、营养成分分析、理化性质、计算蛋白质-多酚相互作用及感官特性研究

《Frontiers in Nutrition》：Development, nutritional profiling, physicochemical properties, computational protein-polyphenol interactions, and sensory properties of high-energy Medjool date bars

　　

背景：具有健康促进作用的食物正受到越来越多的关注，而富含生物活性成分且能量密集的Medjool枣在蛋白质基功能性零食中的应用尚未得到充分利用。 目的：本研究旨在开发并评估以Medjool枣泥制成的高蛋白能量棒，重点分析其营养、植物化学、稳定性及理化特性。 方法：研究人员制备了三种Medjool枣基蛋白棒（F1–F3），配方中Medjool枣泥比例递增（45–55%），燕麦比例递减（10–0%），同时保持乳蛋白浓缩物-乳清蛋白分离物比例（20%）和辅料混合比例（25%）不变。研究人员对能量棒的成分、植物化学物质和抗氧化活性、蛋白质-多酚相互作用（分子对接）、微观结构、热行为、颜色、质地和感官属性进行了表征。 结果：近似成分分析表明，强化枣能量棒具有高营养品质。水分含量为11.81–13.64%，蛋白质为22.98–24.38%，可利用碳水化合物为53.27–57.01%。脂肪含量为11.20–12.25%，膳食纤维为5.84–6.91%，灰分为2.96–3.18%。总糖、还原糖和非还原糖分别为33.22–41.18%、31.06–38.86%和2.05–2.20%。营养枣能量棒的能量值在不同配方间保持一致（420.76–422.30 kcal每100 g），表明其总体营养密度。抗氧化评估显示，总酚含量在562.48至619.26 mg GAE (Gallic Acid Equivalents) 每100 g之间，总黄酮浓度在383.42至395.43 mg QE (Quercetin Equivalents) 每100 g之间，表明所有处理均具有稳定的自由基清除性能。分子对接显示，表儿茶素通过疏水作用和π-π堆积作用与β-乳球蛋白（β-Lactoglobulin, β-LG）特异性结合，并通过离子作用和氢键作用与酪蛋白酸钠（Sodium Caseinate）结合。分子对接结果表明，表儿茶素与β-乳球蛋白/酪蛋白酸钠通过疏水作用和氢键作用发生特异性结合，这提示了在富含蛋白质的基质中多酚具有潜在的稳定化作用。仪器颜色评估显示其呈均匀的黄褐色，而感官测试获得了始终较高的可接受性评分（86.91–87.82），且在开发的配方之间无显著差异。质构剖面分析（Texture Profile Analysis, TPA）显示，能量棒的质地因配方而异：F2最硬（199 N），F1的内聚性/粘附性最高（0.69 / -0.45），F3的弹性/咀嚼性最佳（0.91 / 93），从而优化了感官吸引力。 结论：成功开发了Medjool能量棒配方，显示出强大的营养品质、高消费者接受度，并有望成为针对运动员和健康意识消费者的可扩展、稳定、营养密集的产品。

随着人们对健康的日益关注，能够促进健康与长寿的食品正作为膳食体系的替代或补充而受到更多重视。其中，椰枣（Phoenix dactylifera L.）的果实、种子和花粉长期以来是传统饮食和医药体系的重要组成部分，并展现出多种生物活性，如抗氧化、抗炎、抗高血脂、抗高血压、抗糖尿病、抗肿瘤、保肝、抗菌和抗病毒等作用。然而，其丰富的生物活性成分在食品工业中仍未得到充分利用。与此同时，高能量营养棒作为一种紧凑、营养密集的食品体系，正被越来越多地设计用于满足运动员、轮班工人等高能量需求人群的需求，全球市场增长迅速。Medjool枣是公认的优质品种，富含碳水化合物、维生素B、膳食纤维、矿物质、酚类、类胡萝卜素和抗氧化剂。尽管其糖分含量高，但血糖生成指数低，且不显著影响血糖或血脂水平，适合用于开发功能食品。目前，尽管在能量棒中使用椰枣已有先例，但关于其中蛋白质与多酚相互作用的机制，特别是在富含乳蛋白的枣棒基质中，如何影响产品功能性、稳定性和营养可及性仍不明确。现有研究也缺乏对此类产品进行全面的分析技术表征，包括扫描电子显微镜、差示扫描量热法、色度学和质构分析。为了填补这些空白，本研究旨在利用Medjool枣泥开发创新的高营养能量棒，并通过系统地分析蛋白质-多酚相互作用，阐明战略性地添加蛋白质如何改变枣零食系统的理化属性并保持生物活性成分的完整性。本研究假设，在Medjool能量棒中加入乳蛋白浓缩物和乳清蛋白分离物能够增强蛋白质质量和矿物质密度，通过分子对接表征的特定蛋白质-多酚相互作用来稳定关键多酚，并保持适合功能性高能量零食的理想理化和感官特性。

研究人员基于一项改进的协议制备了三种Medjool能量棒（MEBs），配方包括Medjool枣泥、乳蛋白浓缩物和乳清蛋白分离物混合物、燕麦、杏仁、花生酱、枣糖浆、芝麻、椰子粉、酥油、麦麸和盐，并对其进行了全面的评估。研究中采用了多项关键技术方法来表征能量棒。在成分分析方面，研究人员依据AOAC标准方法进行了近似成分、矿物质、氨基酸谱的测定。植物化学分析则包括通过Folin-Ciocalteu法测定总酚含量、通过DPPH和ABTS法评估抗氧化能力，以及总类胡萝卜素、总黄酮和总黄酮醇的测定。此外，研究人员还使用高效液相色谱-光电二极管阵列检测器分析了具体的酚类和黄酮类化合物。为了探索蛋白质与多酚的相互作用，研究采用了分子对接技术模拟了主要乳蛋白与表儿茶素之间的结合。在微观结构与理化性质方面，通过扫描电子显微镜观察了能量棒的微观结构，并结合数字图像分析软件进行了定量分析。通过差示扫描量热法分析了产品的热行为。颜色参数则通过色差计在CIELAB体系下测量。质构特性通过质构分析仪的双重压缩循环进行评估。感官评价则由12名来自Benha大学农业学院的受训评价员对样品的外观、颜色、香气、味道、质地和整体可接受性进行评分。所有数据使用SPSS软件进行统计分析，并通过单因素方差分析和Tukey事后检验确定显著性差异。

3.1 配制的MEBs的近似化学成分分析

对MEBs配方F1-F3的分析显示，随着枣泥比例增加，水分、可利用碳水化合物、总糖、还原糖和非还原糖（蔗糖）均呈显著增加趋势。蛋白质含量在配方间保持稳定。脂肪、灰分和膳食纤维含量变化不显著。能量密度在所有配方中保持一致，约为421 kcal/100 g。

3.2 MEBs的矿物质含量

能量棒富含多种矿物质。钠、钙、铜和硒含量在配方间无显著差异。钾含量随枣泥比例增加而增加，而镁、磷、锌、锰和铁的含量则呈下降趋势。总体而言，能量棒的矿物质含量高，可作为日常推荐摄入量的良好来源。

3.3 MEBs的氨基酸谱

氨基酸分析表明，能量棒中含有17种氨基酸。配方F1的必需氨基酸总量最高，其苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、赖氨酸和组氨酸水平与鸡蛋蛋白标准相当。支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸）浓度显著。配方F1展现了最均衡的氨基酸谱。

3.4 MEBs的植物化学分析

总酚含量、总黄酮含量和抗氧化能力在配方间无显著差异。总黄酮醇和总类胡萝卜素含量则随配方强度增加而显著增加。稳定的抗氧化活性表明，尽管酚类成分有变化，但能量棒基质中可能存在多组分协同作用以维持自由基清除能力。

3.5 MEBs的多酚分析

高效液相色谱分析揭示了不同配方间的多酚谱差异。配方F1以咖啡酸和儿茶素为主。配方F2含有高水平的没食子酸和表儿茶素。配方F3则表现出最多样化的谱图，其中表儿茶素含量最高。这些多酚的存在增强了能量棒的功能性食品潜力。

3.6 MEBs的蛋白质和多酚相互作用

分子对接模拟阐明了表儿茶素与牛奶蛋白在纳米尺度上的结合基础。β-乳球蛋白通过疏水作用和π-π堆积与表儿茶素结合，而酪蛋白酸钠则更倾向于通过静电相互作用、氢键和范德华力进行结合。这些计算结果为观察到的物理化学稳定性提供了机制上的解释，但需在复杂食品基质中进行实验验证。

3.7 MEBs的视觉仪器颜色

色度分析表明，随着配方变化，红度值增加，色调角减小，褐变指数升高，表明美拉德反应和酚类氧化增强。然而，明度和黄度保持稳定，这可能是由于蛋白质与多酚结合抑制了酶促褐变。配方间的色差是肉眼可察觉的。

3.8 MEBs的微观结构分析

扫描电子显微镜结合定量图像分析显示，配方F3具有最佳的微观结构，表现为最高的均匀性、最低的孔隙率和最少的缺陷。配方F1具有中等特征，而配方F2则表现出最大的异质性，存在可见的裂纹，表明可能存在相分离。微观结构的差异与加工参数和成分比例有关。

3.9 MEBs的DSC分析

差示扫描量热法热分析图揭示了三个主要的热域：糖的玻璃化转变、乳清/酪蛋白的变性以及美拉德反应吸热。配方F3表现出最高的热稳定性，具有最低的总焓变和最早的玻璃化转变起始温度，表明其基质更加有序。热特性与微观结构和质地参数相关。

3.10 MEBs的质地分析

质构剖面分析显示，不同配方在机械属性上存在显著差异。配方F2硬度最高，配方F1内聚性最高，配方F3弹性和咀嚼性最佳。这些质构差异源于配方结构和玻璃化转变行为的不同。

3.11 MEBs的感官属性

感官评价显示，所有配方在外观、香气、颜色、味道、质地和整体可接受性方面均无显著差异。整体可接受性评分很高，表明配方变化对感官感知影响很小，产品获得了评价员的高度认可。

在讨论部分，研究人员将研究结果与现有文献进行了比较和阐释。关于营养成分，稳定的能量密度和蛋白质含量证实了蛋白质强化的有效性。氨基酸谱与高质量蛋白质来源相当。矿物质含量丰富，可作为日常饮食的良好补充。在植物化学物质方面，稳定的总酚含量和抗氧化活性表明，在加工和基质相互作用下，生物活性成分得到了保留。分子对接结果为蛋白质-多酚相互作用及其对多酚稳定性的潜在贡献提供了理论依据。颜色变化被归因于美拉德反应和酚类氧化，但蛋白质的结合可能起到了抑制作用。微观结构与热分析、质构特性相互关联，解释了产品的物理稳定性。尽管仪器质构分析显示配方间存在差异，但这些差异并未转化为感官评分的显著不同，表明所有产品均处于可接受的质构窗口内。最后，研究人员也指出了本研究的局限性，包括氨基酸分析重复次数较少、未进行保质期研究、感官评价小组规模较小、未进行体外消化或生物可及性测定，以及缺乏体内或临床评估。

本研究得出结论，通过加入特定的生物活性和营养丰富的成分，包括作为坚果来源的杏仁和花生酱、作为高质量乳蛋白的乳蛋白浓缩物和乳清蛋白分离物、作为纤维和矿物质来源的芝麻和麦麸，以及燕麦、椰子粉、酥油和Medjool枣糖浆，成功开发了营养强化的功能性枣棒。所得产品具有高营养价值，其化学组成、矿物质含量、氨基酸谱、总酚含量和抗氧化活性均表现良好，表明其作为健康促进零食的潜力。理化和质地分析表明，功能性成分有助于维持结构完整性和产品稳定性，而颜色测量则显示出与天然色泽和加工反应相关的诱人褐色。Medjool能量棒被确立为营养密集、感官优化、能保持生物活性和具有蛋白质-多酚相互作用的功能性零食，使其成为可扩展的、具有附加值的功能性食品。感官评估证实了其整体高可接受性，表明在不影响消费者接受度的情况下实现了营养强化。总体而言，这些发现支持了强化枣棒作为满足当前消费者对方便和健康导向产品需求的、保质期稳定的营养密集型功能性食品的潜力。未来需要进行涉及体内、动物或临床研究的工作，以确认这些枣基产品的生物效应和健康益处。