《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》：Dynamic Rheological Properties of Wheat Flour Doughs Enhanced With Cashew Pomace: A Frequency Sweep Analysis
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本研究旨在探究腰果苹果渣（cashew apple pomace, CAP）以0%、5%、10%和15%（w/w）的替代水平掺入对小麦粉面团动态流变特性的影响。研究在25°C下进行了小振幅振荡频率扫描测量（0.1–100 rad/s）。储能模量（G′）在15%
本研究旨在探究腰果苹果渣（cashew apple pomace, CAP）以0%、5%、10%和15%（w/w）的替代水平掺入对小麦粉面团动态流变特性的影响。研究在25°C下进行了小振幅振荡频率扫描测量（0.1–100 rad/s）。储能模量（G′）在15% CAP替代水平下增加了143%（在1 rad/s下从279.7 Pa增至680.3 Pa），表明粘弹网络逐步增强。损耗正切（tan δ = G″/G′，即粘性模量与弹性模量之比）降低了77%（在1 rad/s下从0.367降至0.085），反映出向更具弹性、类固体行为的转变。复粘度在最高替代水平下降低了44%，与剪切稀化行为的增强相一致。这些变化归因于CAP的高膳食纤维含量（42.8%），其将吸水能力从62.3%提升至68.7%，从而改变了面筋网络的水合状态和结构。尽管存在这些组成变化，所有配方仍保持类凝胶粘弹特性，幂律频率指数（n′ = 0.08–0.12）与弱凝胶行为一致，证实了这一点。CAP浓度与关键流变参数之间存在强线性相关性（r > 0.89, p < 0.001），为理性配方设计提供了定量基础。这些发现证明了将腰果加工副产物作为功能性成分用于小麦基食品体系的技术可行性。
加纳作为全球第三大生腰果出口国，其腰果苹果（cashew apple）却大量废弃。这种占植株生长量约90%的肉质鲜艳果实多在田间腐烂，造成环境问题的同时浪费了其丰富的营养价值。腰果苹果含有膳食纤维、矿物质、维生素C和酚类化合物，将其转化为功能性食品配料可减少浪费、提升营养并促进农村经济发展。在此背景下，将腰果苹果渣（CAP）掺入小麦粉体系具有实际意义，但食品流变学（food rheology，即材料在应力下的变形与流动特性）研究对于配方改良至关重要。膳食纤维影响水合特性、面筋网络形成及淀粉加热行为，可通过改变水分分布、面筋网络连通性和面团基体对振荡变形的机械响应来调控面团粘弹行为。尽管CAP的营养价值已有研究，但将其掺入小麦粉体系的流变学影响尚不明晰。
研究人员以0%、5%、10%和15%（w/w）的替代水平将CAP掺入小麦粉，采用小振幅振荡频率扫描测量，系统表征储能模量（G′）、损耗模量（G″）、复粘度（|η* |）和损耗正切（tan δ）在0.1–100 rad/s频率范围内的变化，旨在为腰果苹果加工副产物的价值化利用提供定量依据。该研究发表于《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》。
研究采用的主要关键技术方法包括：原料经标准化的CAP制备工艺（包括太阳能脱水、锤式粉碎至0.5 mm筛网）后，进行近似分析以确定总膳食纤维含量（42.8±1.9%）和蛋白质等成分；复合面粉采用带状混合器制备，通过AACC 56-30法（粉质仪法）测定吸水能力；面团按标准化配方混合并经10 min平衡后，使用Anton Paar MCR 302流变仪（50 mm平行板几何，Peltier温控）进行流变测量；先通过0.01%–10%应变振幅扫描确定线性粘弹区（linear viscoelastic region, LVR），再于0.1%应变（LVR内）下进行0.1–100 rad/s的频率扫描；数据采用幂律模型拟合，并通过R软件进行单因素方差分析（ANOVA）、Tukey HSD事后检验和Pearson相关性分析。
研究结果部分按照原文结构，各小标题下的核心发现如下：
CAP及复合面粉的组成特性与功能特性：CAP的总膳食纤维含量达42.8±1.9%，粗蛋白8.1±0.4%，水分7.2±0.3%。随着CAP替代水平增加，复合面粉吸水能力系统升高，从对照的62.3±1.2%增至15%替代的68.7±1.8%，这源于膳食纤维的吸湿性，特别是果胶和半纤维素等可溶性纤维组分通过羟基与水分子形成氢键，以及不溶性纤维素形成的毛细管网对水的物理截留。
线性粘弹区（LVR）：应变振幅扫描证实所有配方在0.01%–1.0%应变范围内呈线性粘弹行为，但临界应变值从对照的0.8%降至15% CAP的0.6%，表明纤维添加增强了结构组织化程度并提高了对变形的敏感性。这种增强的网络结构可能源于纤维颗粒与面筋蛋白之间的物理缠结，形成了更刚性的基体；同时，面筋稀释效应也可能在较高替代水平下发挥作用。
储能模量（G′）：弹性行为：G′值随CAP浓度显著增加，在1 rad/s下从对照的279.7±60.5 Pa增至15%替代的680.3±147.1 Pa，增幅达143%。这种弹性模量的增强源于多重机制，包括纤维颗粒作为增强体、吸水能力提高形成的更结构化基体，以及纤维羟基与面筋蛋白之间潜在的氢键作用。幂律拟合的频率指数n′为0.08–0.12，表明所有配方均保持弱凝胶特性；较高CAP浓度下频率依赖性略降，暗示更强的网络形成。
损耗模量（G″）：粘性行为：G″值随CAP浓度增加而降低，在1 rad/s下从107.3±45.6 Pa降至60.4±25.6 Pa，降幅44%。这表明纤维添加创造了更有组织的结构，分子流动性和内摩擦降低，纤维网络限制了连续相的粘性流动。
复粘度与流动行为：所有配方均表现出明显的剪切稀化行为，复粘度在0.1 rad/s至100 rad/s范围内下降约三个数量级。CAP添加导致复粘度系统降低，在1 rad/s下5%、10%和15%替代分别降低12%、28%和44%。这种低剪切下增强的剪切稀化行为有利于工业加工中的混合和压延操作，但需与高弹性可能带来的延展性降低相权衡。
损耗因子与粘弹特性变化：损耗正切（tan δ）对CAP添加响应最为显著，在1 rad/s下从0.367±0.079降至0.085±0.018，降幅77%，表明体系从偏液状向更具固体特性转变。15% CAP的tan δ值低于0.1，接近弹性凝胶特征。所有频率下均未观察到G′=G″的交叉点，确认弹性主导行为得以保持。
统计分析：方差分析显示CAP浓度对所有流变参数均有极显著影响（p < 0.001），成对比较均达显著差异。CAP浓度与G′（r = +0.892）、tan δ（r = ?0.918）、G″（r = ?0.756）及|η* |（r = ?0.642）均存在强线性相关。偏eta平方（η2p）显示浓度效应量为：G′（0.97）、tan δ（0.98）、|η* |（0.78）和G″（0.69），均属大效应量。
幂律模型与频率响应：幂律模型对频率依赖数据拟合优良（R2 > 0.95）。储能模量一致性指数K′随CAP浓度从279.7增至680.3 Pa·s?′，而频率指数n′从0.098微降至0.073，表明更高替代水平下网络频率依赖性略降，更具凝胶特征。复粘度一致性指数Kη从2983降至1673，频率指数nη从?0.805变为?0.827，确认剪切稀化增强。
机制解释与意义：流变变化可归因于三种协同机制：纤维增强（不溶性纤维颗粒形成复合结构）、水分重分布（纤维竞争性吸水改变面筋蛋白水合状态）以及纤维羟基与面筋蛋白间可能的氢键交联。工业应用上，增强的弹性有利于发酵产品持气，降低的复粘度可减少混合能耗；但tan δ的显著降低警示可能存在的延展性限制。研究也指出酵母活性对测量的潜在影响作为局限。
研究结论：CAP的掺入显著改变了小麦粉面团的动态流变特性，表现为储能模量增加、损耗正切降低和复粘度下降，这些变化与CAP的高膳食纤维含量及其引起的吸水能力增加密切相关。浓度与关键流变参数间的强相关性（r > 0.89）为理性配方设计提供了定量框架。5%–10%的替代水平可实现显著的粘弹强化而不致过度刚性，兼具降低混合能耗的加工优势。该研究为腰果加工废弃物的价值化利用奠定了技术基础，支持西非食品系统中的可持续发展目标。未来研究需考察发酵行为、烘焙性能及感官可接受性，以完成从流变学表征到商业应用的转化。
