洋蓟苞片作为脂肪和小麦粉同时替代品在饼干中的增值利用

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Valorization of Artichoke Bracts as a Simultaneous Fat and Wheat Flour Substitute in Cookies

　　

食品加工副产物的增值利用对于可持续食品生产已变得日益重要。洋蓟加工会产生大量废弃物，特别是苞片形式的废弃物，其富含生物活性化合物和膳食纤维。研究人员研究了洋蓟苞片作为饼干配方中脂肪和小麦粉同时替代品的潜力，并采用响应面法（RSM）优化了替代水平。最优配方包含14.26%的洋蓟苞片作为脂肪替代品和23.74%作为小麦粉替代品。优化后的饼干表现出显著更高的水分含量、硬度、脆性、总酚含量和抗氧化活性（p < 0.05）。总膳食纤维含量也显著增加，达到10.14 g/100 g，使得该产品可被归类为高纤维食品。相比之下，烘焙损耗、延展比和颜色参数（L^*、a^*、b^*）随替代水平增加而下降。感官评价表明，在最优条件下，颜色、质地、风味和总体可接受性均得到改善。研究结果表明，洋蓟苞片可有效用作脂肪和小麦粉的部分替代品，在保持感官特性的同时提高饼干的营养品质。该方法为食品废弃物增值利用和功能性烘焙产品的开发提供了一种有前景的策略。
实际应用：洋蓟苞片可用作饼干配方中脂肪和小麦粉的替代品，从而能够生产富含纤维和抗氧化剂的烘焙产品，且不损害感官品质。该方法为食品行业提供了一种减少加工废弃物的实用解决方案，同时支持可持续和高附加值功能食品的开发。

## 论文解读：洋蓟苞片在饼干中同时替代脂肪和小麦粉的增值利用

### 研究背景与目的
食品加工副产物的增值利用对于实现可持续食品生产至关重要。洋蓟（*Cynara scolymus* L.）加工过程中产生大量固体废弃物，其中苞片占主要部分，这些苞片富含酚类化合物（如绿原酸、洋蓟素、木犀草素等）和膳食纤维（主要为不溶性纤维）。然而，饼干作为高消费烘焙产品，传统配方中高脂肪和高小麦粉含量导致高热量密度和潜在健康风险，如肥胖。当前研究已探索了洋蓟副产物在面包、饼干等产品中的单独应用，但尚未有研究将其同时作为脂肪和小麦粉的替代品。因此，该研究旨在利用响应面法（RSM，一种通过模型优化多变量条件的实验设计方法）评估洋蓟苞片在饼干中同时替代脂肪和小麦粉的潜力，并优化其添加比例，以提升饼干的营养品质并保持感官特性。该论文发表在《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》。

### 关键技术方法
研究人员采用响应面法（RSM）结合面心中心复合设计（FCCCD）进行实验设计，以脂肪替代水平（0%～30%）和小麦粉替代水平（0%～30%）为自变量，评估了14个响应变量（包括水分、烘焙损耗、延展比、硬度、脆性、颜色参数L^*、a^*、b^*、总酚含量、抗氧化活性、感官属性）。主要技术方法包括：物理性质测定（水分含量按AOAC 925.10法、烘焙损耗按重量差、延展比按AACC 2000法、质地分析使用TA.XT Plus质构仪进行三点弯曲测试、颜色使用CR-300色差计测定L^*a^*b^*值）、化学分析（总酚含量采用Folin-Ciocalteu法，抗氧化活性采用DPPH自由基清除法）、感官评价采用9点喜好量表，由63名年龄18～57岁的评价者评估颜色、质地、风味和总体可接受性。所有数据通过Design-Expert v.13.0软件进行回归分析和优化。

### 研究结果
#### 3.1 模型描述
通过ANOVA分析，所有响应变量的二次或线性模型均显著（p < 0.01），且失拟项不显著（p > 0.05），表明模型拟合良好。R²和调整R²均大于0.9571，变异系数（CV）低于5%，信号噪声比（Adeq Precision）远高于4，证实了模型的高预测精度和可重复性。

#### 3.2 洋蓟苞片对饼干物理性质的影响
通过水分、烘焙损耗和延展比的测定发现，随着脂肪和小麦粉替代水平的增加，饼干水分含量显著升高（从对照的9.40%升至13.09%），这归因于洋蓟苞片的高水结合能力。烘焙损耗随替代水平增加而降低（从14.57%降至10.24%），与水分含量呈负相关。延展比从对照的2.56降至1.61，表明替代降低了面团延展性，可能与纤维成分干扰面筋网络有关。

#### 3.3 洋蓟苞片对饼干质构特性的影响
质地分析结果显示，硬度和脆性均随替代水平增加而显著增加。硬度从29.03 N升至45.01 N，脆性从47.43 mm升至55.29 mm。该现象源于纤维颗粒与面筋蛋白的相互作用限制了连续弹性基质的形成，同时纤维的高水结合能力减少了面筋水合，导致更致密、更易断裂的结构。

#### 3.4 洋蓟苞片对饼干颜色特性的影响
颜色测定表明，L^*（亮度）和b^*（黄度）随替代水平增加而显著降低，a^*（红度）则下降。L^*从82.15降至44.68，a^*从7.36降至2.95，b^*从35.38降至18.56。这主要由于洋蓟苞片粉末的天然暗色以及烘焙过程中美拉德反应和酚类氧化产物的形成。

#### 3.5 洋蓟苞片对饼干总酚含量和抗氧化活性的影响
化学分析结果显示，总酚含量从对照的0.22 mg GAE/g显著增加至1.27 mg GAE/g，抗氧化活性（DPPH法）从0.58 μmol TE/g升至5.03 μmol TE/g，均与替代水平呈正相关。这直接反映了洋蓟苞片中丰富酚类化合物的贡献，与已有研究结果一致。

#### 3.6 洋蓟苞片对饼干感官特性的影响
63名评价者的感官评价表明，颜色、质地、风味和总体可接受性均受替代水平显著影响。颜色评分从6.15升至8.49，质地评分在15%替代水平时最高（7.49），风味和总体可接受性在15%脂肪和15%小麦粉替代时达到峰值（分别为8.23和8.23）。研究表明，适度替代（15%左右）可改善感官品质，但过高替代（30%）导致质地评分下降。

#### 3.7 优化与验证
通过数值优化（期望函数法），确定最优配方为脂肪替代14.26%、小麦粉替代23.74%。验证实验（5次重复）显示，所有响应变量的预测值与实验值无显著差异（p > 0.05），误差率低于5%，证实了模型的可靠性。

#### 3.8 最优饼干与对照饼干的比较
成分分析表明，最优饼干的水分（13.25 g/100 g）、灰分（1.88 g/100 g）和总膳食纤维（10.14 g/100 g）显著高于对照（9.40、0.82、1.73 g/100 g），脂肪含量从26.96 g/100 g降至22.65 g/100 g，蛋白质含量无显著差异。根据欧盟法规（EC）No 1924/2006，膳食纤维≥6 g/100 g可称为高纤维食品，因此最优饼干符合高纤维产品标准。

### 讨论与结论
讨论部分指出，各项结果与先前研究（如洋蓟苞片在面包、面包棒中的应用）一致，验证了纤维成分对水分、质构和颜色的影响机制。研究结论：洋蓟苞片可作为饼干中脂肪和小麦粉的有效部分替代品，最优配方（14.26%脂肪替代，23.74%小麦粉替代）显著提升了饼干的营养品质（总膳食纤维增至10.14 g/100 g，总酚和抗氧化活性大幅提高）和感官可接受性，同时保持了可接受的技术特性。该研究为食品加工副产物的增值利用提供了可持续方案，并促进了功能性烘焙产品的发展。