近红外光谱技术在富含黑孜然籽油的功能性鹰嘴豆泥品质评估中的应用

《Applied Sciences》：Application of Near-Infrared Spectroscopy for Quality Assessment of Functional Hummus Enriched with Black Cumin Seed Oil

　　

本研究调查了富含黑孜然籽油（Nigella sativa）的功能性鹰嘴豆泥的开发，并评估了其在21天冷藏储存期间的理化性质和氧化稳定性。此外，研究人员还考察了近红外光谱（NIR）作为一种快速、非破坏性分析工具用于鹰嘴豆泥品质评估的适用性。研究人员通过部分替代橄榄油制备了黑孜然籽油添加量分别为4%、6%、8%和12%（v/v）的鹰嘴豆泥样品。随时间监测了化学成分、过氧化值和水活度，同时使用多元统计方法（主成分分析和偏最小二乘回归）将NIR光谱数据与参考测量值相关联。结果表明，黑孜然籽油的添加并未显著影响总体宏量营养素组成，但通过增加多不饱和脂肪酸含量改变了脂肪酸谱。储存期间观察到氧化变化，过氧化值在第7天后升高，而黑孜然籽油含量较高的样品在后期表现出改善的氧化稳定性。所有配方的水活度保持恒定。NIR光谱对脂肪、蛋白质、碳水化合物和膳食纤维含量表现出高预测精度（R2 > 0.99），而对水活度和干物质的预测性能较低。研究结果证实了NIR光谱在功能性植物基酱料快速品质监测中的潜力。本研究强调了开发富含黑孜然籽油的功能性鹰嘴豆泥的可行性，并支持NIR光谱作为监测储存期间组成和氧化变化的高效工具的应用。

**论文解读：近红外光谱技术用于富含黑孜然籽油的功能性鹰嘴豆泥品质评估**

**1. 研究背景与问题**

鹰嘴豆泥（Hummus）是以鹰嘴豆为基础的传统植物基涂抹酱，富含植物蛋白、膳食纤维和不饱和脂肪酸，具有改善饮食质量和血糖控制等健康益处。然而，鹰嘴豆泥作为一种高水活度、营养丰富的乳浊液产品，极易发生微生物腐败和物理化学不稳定性。其中，不饱和脂质的氧化降解是导致其储存期间感官品质和营养价值下降的主要挑战。因此，如何在保持产品质量的同时提高氧化稳定性，成为鹰嘴豆泥生产中的关键问题。

黑孜然籽油（Black Cumin Seed Oil, BSO）富含百里醌、酚类化合物和必需脂肪酸，具有抗氧化和抗菌特性。其多不饱和脂肪酸（特别是亚油酸）比例高，有益于心血管健康，但也增加了氧化敏感性。冷压工艺保留了天然抗氧化成分，有助于改善食品体系的氧化稳定性。消费者对清洁标签和植物基功能性食品的需求不断增加，而鹰嘴豆泥因其传统配方和无合成添加剂的特性，被广泛视为天然健康产品。然而，其短保质期和高水活度仍是技术难点。同时，需要快速、可靠的分析技术来评估产品质量。近红外光谱（NIR）是一种基于C–H、O–H、N–H键吸收的非破坏性方法，可快速预测脂肪、蛋白质和水分等参数，但在富含生物活性油的复杂植物基酱料中的应用尚未充分探索。

因此，本研究旨在开发富含黑孜然籽油的功能性鹰嘴豆泥，评估其储存期间的理化性质和氧化稳定性，并考察NIR光谱用于快速、非破坏性品质评估的可行性。论文发表在《Applied Sciences》。

**2. 主要关键技术与方法**

研究人员采用半工业批量生产的方式制备了五组鹰嘴豆泥配方：对照组（HC）仅含橄榄油；实验组（HBSO4、HBSO6、HBSO8、HBSO12）分别用4%、6%、8%、12%（v/v）的黑孜然籽油部分替代橄榄油（总油含量固定为6.8%）。所有样品经过63–65℃、30分钟巴氏杀菌后，在4±1℃下冷藏储存21天。关键技术方法包括：使用GC-FID分析脂肪酸甲酯（FAMEs）以测定脂肪酸组成；采用韦勒法（Wheeler method）测定过氧化值（Peroxide Value, PV）；经酶-重量法（AOAC 991.43）测定总膳食纤维（TDF）。光谱分析使用台式NIR设备（AvaSpec-NIR256-2.5-HSC-EVO，波长范围1000–2500 nm）采集光谱，并应用主成分分析（PCA）和偏最小二乘回归（PLS）进行多元统计建模。样本队列来源为实验室半工业制备，未注明外部队列。

**3. 研究结果**

**3.1. 基础理化性质与脂肪酸组成**

通过因子方差分析（Factorial ANOVA）发现，黑孜然籽油的添加未显著影响鹰嘴豆泥的宏量营养素组成（脂肪、蛋白质、碳水化合物），表明乳浊液体系结构稳定。脂肪酸谱显示，随着BSO比例增加，单不饱和脂肪酸（MUFA）降低，多不饱和脂肪酸（PUFA）升高（亚油酸增加约65%），饱和脂肪酸（SFA）变化微小。干物质含量波动范围窄（37.1%–40.16%），证实即使添加高达12%的BSO，乳浊液仍保持稳定。

**3.2. 过氧化值与水活度变化**

所有样品的过氧化值（PN）在第7天后显著升高，表明初级脂质氧化启动。然而，HBSO8和HBSO12样品在第21天时PN较第14天出现稳定或轻微下降，提示BSO中的抗氧化成分（如百里醌）可能延缓氧化进程或促进初级氧化产物向次级产物转化。水活度（a_w）在整个储存期维持在0.971–0.976的极窄范围内，表明体系未出现脱水收缩（syneresis），有利于微生物安全。

**3.3. 主成分分析（PCA）**

PCA（解释总变异的57.56%）结果显示，第一主成分（F1，30.20%）主要与储存时间相关，区分了初期（第1天在负半轴）和后期（第14、21天在正半轴）样品，解释变量包括过氧化值、干物质、脂肪和膳食纤维的正载荷，以及水活度和碳水化合物的负载荷。第二主成分（F2，27.36%）反映BSO浓度引起的配方差异，HBSO4、HBSO8、HBSO12样品在聚类中呈现分化，表明BSO添加量贡献了次级组成分化。

**3.4. 线性混合模型（LMM）**

LMM分析显示，储存时间与BSO添加量的交互作用（Day*Added BSO）对所有观测变量均具有高度显著性（p < 0.0001），其中对干物质（F = 244.68）和碳水化合物（F = 113.51）的影响最大，表明BSO改变了储存期间的降解动力学和稳定性谱。

**3.5. PLS回归模型性能**

基于NIR光谱的PLS回归模型显示，对脂肪、蛋白质、碳水化合物和膳食纤维的预测具有高准确性（R2 = 0.994–0.997），RPD在2.0–2.3之间，表明模型适用于质量控制。过氧化值的预测能力良好（RPD = 3.4，RER = 10.7），可用于监测氧化变化。BSO替代比例和储存天数（1–21天）的预测精度中等（R2 = 0.768–0.895）。水活度（a_w）和干物质的预测性能最差（R2 < 0.5，RPD分别为0.1和1.1），这是由于NIR对水活度的间接估计受光谱重叠和基体效应影响，且干物质变化范围窄。

**4. 讨论总结与结论翻译**

讨论部分确认了BSO部分替代橄榄油不会破坏鹰嘴豆泥的乳浊液结构，且脂肪酸谱的优化（PUFA增加）具有营养益处，但PUFA比例升高也增加了氧化敏感性。第7天后的过氧化值升高是典型现象，而高BSO样品后期的稳定化表明抗氧化活性。水活度稳定说明配方和加工条件足以维持产品一致性。PCA和LMM进一步揭示了储存时间和BSO组成是变化的主要驱动因素。PLS模型对具有强光谱特征的参数（脂肪、蛋白质、纤维）表现优异，但对水活度和干物质预测能力有限，这与其热力学和间接测量性质有关。研究局限性包括：数据集变异范围窄导致R2偏高，缺乏独立外部验证，半控制条件限制了向工业规模转化的直接性。

结论翻译：最佳配方应在所研究的范围内结合感官评估结果进行解释。本研究结果表明，用黑孜然籽油部分替代橄榄油可以开发出一种功能性鹰嘴豆泥，其脂肪酸谱得到改善，表现为多不饱和脂肪酸比例增加。重要的是，在21天冷藏储存期间，黑孜然籽油的添加并未导致测得的理化指标出现明显恶化。尽管脂质氧化随时间推移而进行，但富含黑孜然籽油的样品在储存后期表现出了改善的氧化稳定性。在本研究中，稳定性是通过储存期间理化参数的变化程度来评估的，基于观察到的波动范围和21天内的变化趋势。近红外光谱被证明是一种可靠且高效的工具，可快速预测脂肪、蛋白质、碳水化合物和膳食纤维等关键组成参数，但其对水活度和干物质的适用性仍然有限。总体而言，功能性配方与基于NIR监测相结合，代表了创新植物基食品开发和质量控制的一种有前景的方法。未来的研究应扩大样本集、提高校准稳健性，并在工业条件下验证模型。