啤酒花（Humulus lupulus L.）副产品在蛋糕配方中的价值利用

《ACS Food Science & Technology》：Valorization of Humulus lupulus L. Byproducts in Cake Formulations

啤酒花叶和茎的化学成分及作为烘焙原料的潜力分析。研究发现，叶粉和茎粉富含膳食纤维（叶粉4.7%、茎粉8.4%）、抗氧化物质（DPPH 46.4 mg/100g、ABTS 21.1 mg/100g）及矿物质，通过Box-Behnken设计优化替代小麦面粉比例至10%（w/w）时，可提升蛋糕营养价值并维持可接受质地。该成果支持SDGs 2的可持续农业和减少食物浪费目标。

　　本研究探讨了啤酒花（Humulus lupulus）生产过程中产生的副产品——叶和茎的化学与近似组成，并研究了它们在15种蛋糕配方中的应用。通过使用Box-Behnken实验设计方法，研究人员优化了这些副产品在蛋糕中的最佳添加比例，同时评估了蛋糕的近似化学、物理和微生物特性。研究的主要目标是开发一种营养更高、抗氧化能力更强的烘焙食品，同时保持良好的感官接受度。这一研究不仅有助于提高食品的营养价值，还为减少农业废弃物提供了新的思路。

### 农业废弃物与可持续发展目标

随着全球农业生产的规模不断扩大，农业废弃物的产生量也在逐年上升。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的数据，每年大约有13亿吨的农业残留物被浪费。这些废弃物中，包括啤酒花的叶和茎，通常被当作无价值的副产品处理，导致资源浪费和环境压力。然而，这些副产品实际上具有较高的营养和生物活性成分，如纤维、酚类化合物和矿物质，因此，它们在食品工业中的再利用潜力巨大。

通过将农业废弃物转化为高价值的食品原料，不仅可以减少环境负担，还能促进可持续发展。这与联合国的可持续发展目标（SDGs）相契合，特别是SDG 2（零饥饿）、SDG 3（良好健康与福祉）以及SDG 12（负责任的消费和生产）。研究指出，将啤酒花叶和茎用于烘焙食品的制作，可以有效提高产品的营养价值，同时满足消费者对健康食品的需求。

### 啤酒花副产品的营养潜力

啤酒花的叶和茎作为主要的副产品，通常在啤酒生产中被忽视。然而，它们富含多种营养成分，包括纤维、矿物质和生物活性物质。叶和茎中的纤维含量分别为4.7%和8.4%（干基），显著高于普通蛋糕中的纤维含量。这些纤维不仅有助于促进肠道健康，还能增强食品的饱腹感，从而对健康有益。

此外，叶和茎中还含有较高的酚类化合物，这些化合物具有显著的抗氧化活性。研究中通过DPPH和ABTS方法测定的抗氧化活性分别为46.4和21.1 mg/100 g，而总酚类含量分别为78.4和41.8 mg/100 g。这些结果表明，啤酒花叶和茎具有良好的抗氧化能力，有助于预防氧化应激，减少自由基对细胞的损伤。

在矿物质方面，叶和茎中的钾、钙、铁、镁、锰和锌含量显著高于普通蛋糕。特别是叶中的铁、锰和镁含量，分别达到了1715.5 mg/100 g、11198.1 mg/100 g和9149.2 mg/100 g，显示出这些副产品在补充人体必需矿物质方面的潜力。这些矿物质在人体中发挥着多种重要作用，如调节血压、促进骨骼发育、参与能量代谢和抗氧化反应。

### 实验设计与结果分析

为了优化叶和茎在蛋糕中的添加比例，研究人员采用了Box-Behnken实验设计方法，这是一种常用的响应面法（RSM）技术，用于评估多变量之间的相互作用。实验共设计了15种不同的配方，其中包含不同比例的叶、茎和混合叶茎面粉。通过这种方法，研究者能够找到最佳的添加比例，以确保蛋糕的质地、口感和营养成分之间的平衡。

实验结果显示，叶和茎的添加显著影响了蛋糕的物理特性，如硬度、弹性、凝聚性、回弹性、咀嚼性和粘弹性。其中，叶的添加导致蛋糕硬度和咀嚼性增加，而茎的添加则对弹性、回弹性和粘弹性产生影响。这些变化表明，叶和茎的添加会改变蛋糕的内部结构，从而影响其口感和外观。

值得注意的是，叶和茎的添加比例在10%（干基）时，对蛋糕的感官特性影响最小，且能够显著提高其营养和抗氧化能力。因此，10%的添加比例被认为是最佳选择。这一结果与文献中关于其他农业副产品（如葡萄渣、胡萝卜渣和橄榄渣）在烘焙食品中的应用一致，表明通过合理利用农业副产品，可以有效提升食品的营养价值。

### 食品工业中的应用前景

在食品工业中，烘焙食品如蛋糕、饼干和面包通常缺乏足够的矿物质和生物活性成分，且其高血糖指数可能对健康产生不利影响。因此，越来越多的研究致力于在这些食品中添加功能性成分，以改善其营养结构。啤酒花叶和茎的高纤维含量和丰富的酚类化合物使其成为一种理想的添加剂。

然而，将这些副产品添加到食品中可能会对感官特性产生影响。例如，叶和茎的添加可能导致蛋糕的口感变硬，或者增加其苦味。因此，未来的研究需要进一步评估这些副产品在不同添加比例下的感官接受度，并探索如何通过调整配方或加工工艺来改善其口感。

此外，研究还发现，叶和茎的添加对蛋糕的微生物安全性没有显著影响，所有样品均符合巴西食品法规中的微生物标准。这一结果表明，这些副产品可以安全地用于食品生产，而不会对消费者的健康构成威胁。

### 未来研究方向

尽管本研究取得了积极的成果，但仍有一些问题需要进一步探讨。首先，叶和茎的添加可能会导致感官上的挑战，如苦味和质地变化。因此，未来的研究应关注如何优化配方，以减少这些负面因素，同时保持产品的营养和抗氧化特性。

其次，农业副产品的季节性和品种差异可能会影响其营养成分。因此，未来的研究需要考虑不同生长条件下的叶和茎的化学组成，并寻找标准化的方法，以确保其在食品中的稳定性。

此外，虽然本研究通过实验设计和文本分析评估了叶和茎的添加对蛋糕的影响，但长期稳定性仍需进一步研究。这包括评估这些副产品在储存和运输过程中的营养损失以及感官变化。只有确保这些成分在食品中的稳定性，才能实现其在食品工业中的广泛应用。

最后，为了推动这些研究成果的实际应用，还需要进行消费者感官评价。文本分析虽然可以提供客观的数据，但无法完全预测消费者的接受度。因此，未来的研究应结合消费者调查，以评估这些新型烘焙食品的市场潜力。

综上所述，本研究展示了啤酒花叶和茎作为农业副产品在食品工业中的巨大潜力。通过合理利用这些资源，不仅可以提高食品的营养价值，还能减少农业废弃物，促进可持续发展。然而，为了实现这一目标，还需要进一步的研究和开发，以解决感官和稳定性方面的挑战。