椰枣副产物（Phoenix dactylifera L.）在蛋糕强化中的应用：营养强化、抗氧化剂保留与保质期延长

《Food Chemistry: X》：Valorization of date palm by-products (Phoenix dactylifera L.) in cake fortification: Nutritional enrichment, antioxidant retention, and shelf-life extension

本研究针对椰枣加工副产物（DPC与DPSO）利用率低的问题，系统评估了其作为多功能可持续配料在蛋糕中的应用。结果表明，DPC（12.5–50%）显著提升了蛋糕的多酚（TP≈548 mg GAE/100 g）、黄酮（TF≈87 mg QE/100 g）和矿物质含量，LC–MS证实烘焙后儿茶素、绿原酸和槲皮素等活性成分得以保留，DPPH自由基清除率高达94.6%，优于BHT；DPSO（25–100%）富含油酸（115.22 μg/g），使丙二醛（MDA）降低94%。二者协同将21天微生物数量降低30–35%，感官评价支持12.5% DPC及全剂量DPSO的接受度。该研究为清洁标签烘焙产品开发提供了理论与实践依据。

　　

在全球范围内，椰枣（Phoenix dactylifera L.）作为干旱和半干旱地区的重要经济作物，年产量超过1000万吨。其工业化加工（如果浆、果汁、糖浆生产）会产生大量副产物，主要包括富含纤维的椰枣压榨饼（Date Press Cake, DPC）和富含脂质的椰枣籽油（Date Seed Oil, DPSO）。尽管这些副产物含有丰富的膳食纤维、酚类化合物、矿物质以及不饱和脂肪酸和脂溶性抗氧化剂，但它们在食品工业中的应用价值长期以来被低估，大多被用作动物饲料或废弃，不仅造成资源浪费，也带来环境压力。现有研究虽已初步揭示了椰枣果实及其衍生物的酚类成分（如儿茶素、绿原酸、槲皮素）及其体外和体内的抗氧化活性，但在实际食品应用，特别是热加工食品体系中，这些生物活性成分在烘焙过程中的热稳定性、在复杂食品基质中的功能保持性、对产品微生物货架期的综合影响，以及其对矿物质膳食摄入量的贡献与安全性评估等方面，仍存在显著的研究空白。缺乏这些关键证据，使得DPC和DPSO在清洁标签（clean-label）烘焙产品中的规模化应用前景充满不确定性。

为了系统解决上述问题，一项发表在《Food Chemistry: X》上的研究应运而生。该研究由沙特阿拉伯费萨尔大学的Abdelrahman R. Ahmed、Khaled M.A. Ramadan、Haiam O. Elkatry、Nashi K. Alqahtani、Eslam S.A. Bendary、Mahmoud M. Ghuniem和Mohamed A.A. Mahmoud共同完成，旨在全面评估将DPC和DPSO纳入蛋糕配方后，对产品营养品质、抗氧化特性、货架期稳定性和感官接受度的多维影响。

研究人员开展了一项综合性研究，关键技术方法包括：制备不同DPC（替代糖，12.5%-50%）和DPSO（替代棕榈油，25%-100%）水平的蛋糕样品；采用标准方法（AOAC）进行近似成分分析（水分、灰分、粗纤维、粗脂肪、粗蛋白、总碳水化合物、还原糖）；利用微波辅助消解结合电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）定量蛋糕中的常量及微量元素（Ca, K, Mg, Na, Fe, Mn, Zn, Cu, Cr），并基于欧洲平均蛋糕消费量（47 g/天）和70 kg标准成人体重计算估计临时每日耐受摄入量（EPTDI），以评估营养充足性和安全性；通过溶剂提取结合改良Folin-Ciocalteu法和氯化铝比色法分别测定总酚（TP）和总黄酮（TF）含量；采用DPPH和ABTS自由基清除实验评估抗氧化活性；运用超高效液相色谱-质谱联用（UPLC-MS）对DPC原料及烘焙后蛋糕中的酚类化合物进行非靶向定性分析；通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析DPSO的脂肪酸组成（FAMEs）；测定蛋糕的物理特性（重量、体积、比容、密度、颜色参数）；在21天环境温度储存期间，通过硫代巴比妥酸反应物（TBARS）法监测脂质氧化（以丙二醛MDA为指标），并通过平板计数法评估微生物（总需氧菌、霉菌和酵母菌）稳定性；最后，由10名训练有素的感官评价员对蛋糕的外观、色泽、质地、风味、气味和总体可接受度进行感官评价（10点享乐标度）。所有数据均采用单因素方差分析（ANOVA）和主成分分析（PCA）进行统计处理，以揭示配方变量与品质、安全性和感官结果之间的多变量关系。

3.1. 近似成分

研究首先分析了原料的基本组成。DPC富含碳水化合物（61.65%），其中粗纤维含量高达14.35%，证实其作为膳食纤维来源的潜力；同时含有中等水平的蛋白质（10.55%）和灰分（2.76%），但脂肪含量较低（4.00%）。DPSO则以多不饱和脂肪酸（PUFAs, 56.86%）为主，其中亚油酸（C18:2, 269.47 μg/g）和油酸（C18:1, 115.22 μg/g）是主要成分。将DPC加入蛋糕后，产品的灰分和粗纤维含量呈剂量依赖性增加，例如DPC-50蛋糕的灰分和粗纤维分别达到0.78%和2.57%，显著高于对照组（0.56%和0.99%），体现了DPC的矿物质和纤维强化作用。由于DPC本身脂肪含量低，其替代糖分导致蛋糕总脂肪略有稀释。DPSO替代棕榈油则显著降低了蛋糕的脂肪含量（约7.64%-7.67% vs 对照组19.67%）。DPC的加入还轻微提高了蛋白质含量，并降低了可利用碳水化合物和还原糖含量，这可能有助于降低产品的血糖生成指数。

3.2. 矿物质含量与营养安全性评估

ICP-OES分析显示，DPC本身富含钾（190.35 mg/kg）、铁（15.30 mg/kg）和锰（10.43 mg/kg）等矿物质。将其加入蛋糕后，这些矿物质的含量也随之升高，例如DPC-50蛋糕中的铁和锰含量分别达到2.52 mg/kg和1.58 mg/kg，显著高于对照组（1.00 mg/kg和0.47 mg/kg）。安全性评估显示，基于每日摄入47 g蛋糕计算，所有强化蛋糕样品的EPTDI值均远低于可耐受最高摄入量（UL），表明即使在最高强化水平下，也不会造成矿物质过量摄入的风险。相反，DPC-25和DPC-50配方对铁、锰和锌的贡献超过了推荐膳食供给量（RDA），但仍在安全范围内，证实了其营养强化价值且安全性可控。DPSO对矿物质强化的贡献微乎其微。

3.3. 总酚和黄酮含量

DPC原料表现出极高的总酚（1340.30 mg GAE/100 g）和总黄酮（1204.68 mg QE/100 g）含量。将其加入蛋糕后，蛋糕的TP和TF含量显著提升，且呈浓度依赖性。DPC-50蛋糕的TP和TF分别达到548.31 mg GAE/100 g和87.00 mg QE/100 g，而对照组仅为7.06 mg GAE/100 g和未检出。值得注意的是，在低DPC添加量（12.5%）时，酚类物质的回收率相对较低，表明在低浓度下，酚类物质可能与蛋糕基质（淀粉、蛋白质）发生更强的相互作用（如络合），影响其提取和检测。随着DPC添加量增加，基质的结合能力趋于饱和，回收率提高。相比之下，DPSO强化蛋糕的TP和TF含量极低，与对照组无显著差异，说明DPSO并非亲水性酚类物质的主要来源。

3.4. 烘焙后DPC强化蛋糕中的残留酚类化合物

UPLC-MS分析证实，DPC中含有丰富的酚类物质，包括儿茶素（2129.09 μg/g）、槲皮素（1658.15 μg/g）、木犀草素（1550.32 μg/g）及其糖苷、绿原酸（781.15 μg/g）、香草酸（885.02 μg/g）等。烘焙后，这些关键酚类化合物在蛋糕中得以保留。例如，在DPC-50蛋糕中，检测到儿茶素（474.93 μg/g）、表儿茶素（474.93 μg/g）、绿原酸（283.78 μg/g）、芦丁（330.23 μg/g）等。这表明DPC中的酚类物质具有良好的热稳定性，能够在烘焙过程中存活下来，从而为终产品提供持续的抗氧化潜力。

3.5. 抗氧化活性

抗氧化实验结果表明，DPC原料本身具有强大的DPPH（94.6%抑制率）和ABTS（88.7%抑制率）自由基清除能力，与维生素C相当。DPC强化蛋糕的抗氧化活性随添加量增加而增强，DPC-50蛋糕的DPPH和ABTS抑制率分别达到53.7%和41.6%，显著高于对照组。这证实了烘焙后保留的酚类物质仍具有功能性。而DPSO强化蛋糕在DPPH和ABTS测定中表现出极低的活性，这与该两种方法主要针对亲水性抗氧化剂有关，未能有效反映DPSO中脂溶性抗氧化剂（如生育酚）的贡献。

3.6. 蛋糕品质参数

DPC的添加对蛋糕的物理特性产生了影响。高剂量DPC（25%-50%）导致蛋糕高度降低、体积减小、比容下降、密度增加，质地变得更为密实，这与其高纤维含量增加面糊粘度、影响充气和淀粉凝胶化有关。DPC-12.5的物理特性与对照组相近。DPSO替代棕榈油则较好地保持了蛋糕的体积和结构，即使在100%替代下，其物理特性变化也相对较小。颜色分析显示，DPC的加入导致蛋糕表皮和内部色泽显著变深（L值降低），红色调（a值）增强，这与DPC富含的还原糖和酚类物质促进美拉德反应和氧化褐变有关。DPSO对蛋糕颜色的影响很小。感官评价表明，DPC-12.5在各项感官属性（外观、色泽、质地、风味、总体可接受度）上均与对照组无显著差异，具有较好的接受度。但当DPC添加量增至25%和50%时，感官评分显著下降，主要归因于质地变硬、颜色过深以及可能产生的轻微苦涩味。所有DPSO强化水平（25%-100%）的蛋糕感官接受度均较高，表明DPSO作为油脂替代品具有良好的相容性。

3.7. 货架期稳定性

在21天的储存期内，DPC和DPSO均表现出延长蛋糕货架期的能力。脂质氧化方面，对照组蛋糕的MDA含量在21天后升至2.990 mg/kg，而DPC-50和DPSO-100蛋糕的MDA含量分别仅为0.964 mg/kg和0.172 mg/kg，相当于比对照组降低了68%和94%。DPSO-100的效果甚至优于添加了合成抗氧化剂BHT的阳性对照组。微生物方面，储存21天后，对照组的细菌和霉菌/酵母菌总数分别达到3.88 log CFU/g和3.19 log CFU/g。DPC和DPSO强化均能显著抑制微生物生长，DPC-50和DPSO-100的效果最为显著，使细菌和真菌数量降低了约30%-35%。DPC的抗菌作用主要归因于其酚类成分（如儿茶素、槲皮素）对微生物细胞膜的破坏和酶活性的抑制。DPSO的抗菌机制可能与其脂肪酸组成（如月桂酸、油酸）和生育酚对微生物膜的干扰以及其疏水性限制水分和氧气扩散有关。

3.8. 样品的整体评估

主成分分析（PCA）整合了所有变量，清晰展示了DPC和DPSO的互补作用。DPC强化样品（尤其是DPC-12.5和DPC-25）与总酚、总黄酮、抗氧化活性、膳食纤维和矿物质含量等变量紧密关联，突出了其在营养强化和抗氧化方面的优势。DPSO强化样品则与感官品质、物理特性（如比容）和脂质稳定性相关，表明其在维持产品感官接受度和抑制脂质氧化方面的作用。高剂量DPC（DPC-50）虽然强化效果最显著，但与较差的感官属性（如高密度、深颜色）相关联。分析结果支持将中等剂量的DPC（如12.5%）与DPSO结合使用，以实现营养、功能和感官的最佳平衡。

本研究得出结论，椰枣加工副产物DPC和DPSO是用于蛋糕强化的有前途的多功能、可持续成分。DPC主要贡献于膳食纤维、矿物质和亲水性酚类抗氧化剂的强化，显著提升了产品的营养价值和氧化稳定性（水相），并具有一定的抗菌作用，但其添加量需控制在12.5%左右以保持感官可接受度。DPSO则主要作为优质的油脂替代品，通过其脂溶性抗氧化剂（如生育酚）和特定的脂肪酸组成（高油酸）有效抑制脂质氧化，延长脂质稳定性，同时对蛋糕的感官品质和物理特性影响较小，且全剂量添加（100%）仍能被接受。两者在延长产品微生物货架期方面表现出协同效应。该研究不仅为椰枣副产物的高值化利用提供了科学依据，也为开发具有改善营养特性、增强抗氧化能力、延长货架期且符合清洁标签趋势的烘焙产品提供了具体的技术方案，对推动食品工业的循环经济发展和可持续性具有积极意义。未来的研究可进一步探索其在其他烘焙体系中的应用，并评估其在人体消化过程中的生物可利用度。