应用超高压处理（High-Pressure Processing, HPP）改善南瓜粉特性及其在无麸质面包中的应用研究

《Food Innovation and Advances》：The application of high-pressure processing to improve pumpkin flour's characteristics and utilization in gluten-free bread

　　

本研究评估了超高压处理（High-Pressure Processing, HPP；100、300及600 MPa）对用于制备南瓜粉（Pumpkin Flour, PF）的新鲜印度南瓜（Cucurbita moschata）的影响，以及PF添加量（2.5%和5%）对无麸质（Gluten-Free, GF）面包品质的影响。分析了面包在储存3天期间的理化性质、技术功能性质及抗氧化性质。经300和600 MPa处理的PF中粒径<300 μm的颗粒占比更高，其水分含量、水活度（aw）及淀粉—果胶含量均高于未处理（UNTR）及100 MPa处理组。300 MPa处理组的水吸收指数（Water Absorption Index, WAI）最高，而UNTR及100 MPa处理组的吸水溶指数（Water Solubility Index, WSI）较高。HPP显著影响了PF的所有国际照明委员会（Commission Internationale de l'Eclairage, CIE）L、a、b*颜色参数。因淀粉与果胶变化，300和600 MPa处理PF悬浮液表观黏度升高。添加5% PF时，UNTR及100 MPa处理PF所制面包比含600 MPa处理PF及2.5% PF的面包比容更大；600 MPa处理组面包色泽强度最低且在储存3天后进一步降低。第0天和第3天测定中，600 MPa处理组面包芯硬度均较高。孔隙频率在600 MPa PF面包中以10 mm2面积区间最高，以0.2 mm2面积区间最低。添加5% PF时300 MPa处理组总抗氧化能力最低，2.5% PF添加时各组无差异。综上，添加经100或300 MPa预处理的5% PF可在技术上赋予无麸质面包较满意的品质平衡。

高压处理改善南瓜粉特性及其在无麸质面包中应用的研究解读

本研究发表于《Food Innovation and Advances》。乳糜泻（Celiac Disease）患者需严格回避含麸质（Gluten）食品，目前市售无麸质面包（Gluten-Free Bread, GFB）普遍存在营养密度低（缺乏膳食纤维、微量元素）、感官品质差及老化快等问题。南瓜粉（Pumpkin Flour, PF）因富含类胡萝卜素、多酚、果胶及淀粉被视为潜在营养强化剂，但未处理PF中淀粉预糊化程度低，在无麸质体系中应用受限。超高压处理（High-Pressure Processing, HPP）作为非热加工技术可诱导淀粉冷糊化（Cold Gelatinization）及细胞壁组分改变，有望改善植物基粉体的技术功能性。目前尚无关于先对新鲜南瓜进行HPP再制粉、并将该PF用于GFB的报道。研究人员以意大利市售成熟印度南瓜（Cucurbita moschata）为材料，设未处理对照（UNTR）及100、300、600 MPa（20 ℃, 3 min）HPP处理组制粉，筛取＜300 μm组分进行理化—流变学表征，并以2.5%和5%（w/w，替代无麸质预混粉）比例制作GFB，评价其体积、色度、质构、气孔分布、水分及抗氧化能力并于室温储存3天追踪变化，筛选出最适HPP条件。

主要关键技术方法：

研究人员采集成熟Cucurbita moschata去皮去籽后擦丝，分装真空密封，于Avure垂直HPP设备中以100、300、600 MPa（20 ℃, 保压3 min）处理，未处理组为UNTR；处理后与UNTR同条件（50 ℃, 24 h）烘干、粉碎、过筛取＜300 μm PF。PF表征包括：筛分法粒径分布、常压干燥法测水分（Moisture Content, MC）、AQUALAB测水活度（a_w）、离心法测水吸收指数（Water Absorption Index, WAI）与吸水溶指数（Water Solubility Index, WSI）、湿磨法提取淀粉与酸法提取果胶并称重计算含量、Konica Minolta色差仪测CIE Lab*参数及总色差ΔE、ARES流变仪测剪切黏度（幂律模型拟合一致性系数k与流动行为指数n）。GFB制作采用商用玉米—马铃薯淀粉—大米—高粱无麸质预混粉，以PF替代2.5%或5%，加水、酵母、盐、糖、油揉制后用面包机快速程序（醒发80 min, 210 ℃焙烤55 min）。成品测定：菜籽置换法（AACCI 10-05.01）测比容（Specific Volume）、TA.XT2i质地分析仪双压缩（TPA）测芯硬度（Hardness）、凝聚性（Cohesiveness）、回复性（Resilience）、咀嚼性（Chewiness）及穿刺法测 crust 硬度、扫描成像经Image-Pro Plus分析气孔（Pore）面积频率分布、储存3天测 crust/crumb 水分及色度、甲醇提取—DPPH法测总抗氧化能力（Trolox Equivalent Antioxidant Capacity, TEAC），数据以ANOVA及Tukey检验（p＜0.05）处理。

研究结果

Physicochemical characterization of PF — Particle size distribution of PF

经300与600 MPa HPP处理的PF中＜300 μm细颗粒比例显著高于UNTR与100 MPa组（约45%–75%），源于HPP破坏细胞完整性致干燥后易研磨细化，研究选取＜300 μm PF进行后续试验。

Physicochemical characterization of PF — Moisture content, a_w, WAI, and WSI of PF

300 MPa组MC最高（7.87 g/100 g），600 MPa组a_w最高（0.288）；300 MPa组WAI显著最高（7.69 g/g），600 MPa次之（5.81 g/g），UNTR最低（4.11 g/g），归因于适中压力促进淀粉部分糊化及暴露亲水基团；UNTR与100 MPa组WSI较高（33.4%、31.0%），300与600 MPa组较低（19.8%、23.3%），因高压促使淀粉改性、果胶溶出及表面能降低。

Physicochemical characterization of PF — Starch and pectin content of PF

随压力升高提取淀粉含量由UNTR的3.26 g/100 g增至600 MPa组的6.86 g/100 g，提取果胶由5.94 g/100 g增至8.11 g/100 g；HPP破坏淀粉结晶（冷糊化）及细胞壁非共价键使更多淀粉与果胶可被提取。

Physicochemical characterization of PF — Instrumental color of PF

L值UNTR最高（80.66），300与600 MPa组显著降低（≈75.3–75.8），a与b*值HPP组均高于UNTR（释放游离类胡萝卜素），总色差ΔE以600 MPa组最小（6.94）。

Physicochemical characterization of PF — Rheological properties of PF

300 MPa组PF悬浮液表观黏度最高，600 MPa组略降但仍高于UNTR与100 MPa组；与WAI趋势一致，表明300 MPa促进淀粉吸水膨胀形成弱凝胶网络，过高压力致淀粉过度崩解黏度回落。

Physicochemical characterization of PF — Total antioxidant capacity of PF

100 MPa组PF TEAC值略高（2.02 mmol Trolox/100 g），其余组相近（≈1.99 mmol Trolox/100 g），热风干燥可能抵消HPP对酚类物质的增溶效果。

Quality analyses of GFB supplemented with PF — Specific volume of bread

对照组比容3.25 mL/g；添加5% PF时UNTR与100 MPa组比容高于300与600 MPa组，600 MPa组5% PF面包储存后比容下降；300 MPa组5% PF面包新鲜与储存比容无显著差异；高WAI与低WSI限制面团膨胀致高压力PF面包体积偏小。

Quality analyses of GFB supplemented with PF — Instrumental color of the bread

PF赋予面包黄—橙色调；600 MPa处理PF尤在5%添加时crust L最低（色泽较深），a升高；储存3天后ΔE减小，与色素降解及水分迁移有关。

Quality analyses of GFB supplemented with PF — Moisture content of bread

PF添加使crust第0天水分略降（尤其300/600 MPa组2.5% PF），储存3天crust水分回升（内部向crust迁移），crumb水分保持稳定。

Quality analyses of GFB supplemented with PF — Texture attributes of bread

600 MPa组crumb硬度第0天最高（2.5% PF: 10.4 N; 5% PF: 10.7 N），储存3天进一步升高（最高达19.4 N）；UNTR组较软（Day 0: 1.8 N, 2.7 N），HPP引起淀粉—果胶结构改变使crumb致密化；crust穿刺力5% UNTR组最高，600 MPa组较低。

Quality analyses of GFB supplemented with PF — Crumbs' pore distribution as determined by image analysis

600 MPa PF面包在1–10 mm²大孔区孔隙频率最高，＜0.2 mm²微孔区最低；UNTR与100 MPa组微孔较多，反映不同PF流变性影响气泡捕获与合并。

Quality analyses of GFB supplemented with PF — Total antioxidant capacity of GF bread

2.5% PF添加各组TEAC无差异；5% PF添加时UNTR（5.17）、100 MPa（5.19）、600 MPa（5.05）高于300 MPa组（4.86 mmol Trolox/100 g），总体随PF用量增加抗氧化能力增强。

讨论与结论翻译（Conclusions）：

对新鲜南瓜施以HPP（100、300、600 MPa, 3 min, 20 ℃）可制得具改善技术功能特性的南瓜粉（PF）。PF中＜300 μm组分被选作分析对象。HPP显著影响PF组成与特性：较高压力（300与600 MPa）使水分、水活度（a_w）、可提取淀粉与果胶含量增加，并改变水吸收指数（WAI）与吸水溶指数（WSI）；压力处理亦大幅影响PF黏度与颜色。添加5% PF制无麸质面包（Gluten-Free Bread, GFB）较2.5% PF组比容降低、crumb硬度升高，但总抗氧化能力在高PF添加量下提升。结果表明，100与300 MPa是预处理用于GFB中PF的最适HPP条件，可在技术与营养品质间提供满意平衡。本研究凸显了PF——尤经HPP预处理者——作为GFB功能性成分之潜力；未来应探索PF在其他产品中应用以同步提升营养并维持或改善技术—理化品质，为开发更健康、营养密集产品提供新契机。