《Applied Food Research》：Comparative Effects of Electron Beam and Gamma Irradiation on Properties of Okara Powder and Its Utilization in Bread Production
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豆渣是一种营养丰富的食品副产物，但由于其功能特性所限，在食品中的应用仍然有限。研究人员比较了电子束辐照（EBI）和伽马辐照（GI）在2.5–7.5 kGy剂量下对干燥豆渣粉（OP）功能特性、抗氧化性、结构特性和热特性的影响，随后进行了面包应用研究。辐照使持水力
豆渣是一种营养丰富的食品副产物，但由于其功能特性所限，在食品中的应用仍然有限。研究人员比较了电子束辐照（EBI）和伽马辐照（GI）在2.5–7.5 kGy剂量下对干燥豆渣粉（OP）功能特性、抗氧化性、结构特性和热特性的影响，随后进行了面包应用研究。辐照使持水力从5.52 g/g分别降至4.89 g/g（EBI）和4.66 g/g（GI），而持油力则从1.66 g/g分别提高至1.92 g/g和1.78 g/g。总酚含量在5.0 kGy时达到最高值（EBI和GI分别为74.22和71.08 mg GAE/100 g），在7.5 kGy时下降，表明中等剂量下酚类物质可提取性提高，但较高剂量下发生部分降解。FTIR、DSC和SEM分析显示，辐照后蛋白质结构发生变化、热稳定性降低，并形成更多孔 microstructure。随后选择5.0 kGy处理进行面包应用研究。添加5%辐照豆渣粉的面包其面包瓤结构可与对照相媲美，且具有更高的酚含量和抗氧化活性，而7.5–10%替代水平则导致更致密的面包瓤和更高的面包瓤硬度。EBI处理的豆渣粉表现出略高于GI处理的抗氧化活性和持油力，而两种辐照方法在面包特性方面产生的结果相当。
**论文解读：电子束与伽马辐照对豆渣粉性质及其面包应用的影响**
**一、研究背景与问题提出**
豆渣（Okara）是豆腐和豆浆生产过程中的主要副产物。随着消费者对健康、可持续大豆制品需求的增长，豆渣作为一种潜在的增值配料受到关注（Feng et al., 2021）。然而，尽管豆渣具有较高的营养价值，其在实际应用中仍面临诸多限制。在工业加工中，豆渣可占原料投入的10.9%，代表着可观的物料损失和经济浪费（Guimar?es et al., 2018）。豆渣在人类食品中的应用受限主要归因于以下几个因素：易腐败变质、与不饱和脂质相关的豆腥味或坚果味不良风味，以及高不溶性纤维含量导致的粗糙口感（Feng et al., 2021; Asghar et al., 2023）。
从营养角度来看，干燥豆渣粉（OP）仍具有重要价值，约含30%碳水化合物、10%蛋白质、10%脂肪和50%以上膳食纤维，其中纤维部分由不溶性纤维素和半纤维素组成（Colletti et al., 2020）。面包作为全球消费量最大的小麦基食品之一，是营养强化的实用载体。精制小麦粉虽然广泛用于面包生产，但膳食纤维和必需微量营养素含量较低，这促使研究人员探索植物基改良方案以提升营养品质（Makokha et al., 2023）。
已有大量研究探索了豆渣强化面包配方，但随着替代水平的升高，品质缺陷往往增加。豆渣强化面包常表现出更高的硬度、较低的比容和更致密的面包瓤结构，降低消费者接受度（Ibadullah et al., 2024; Ramli et al., 2025）。豆渣会影响醒发过程中的膨发行为和气体保留能力，这一效应与面筋稀释和面团粘弹性变化有关（Rossella et al., 2025）。
为改善豆渣功能性，已有多种改性方法被探索，包括高压处理、欧姆加热、酶水解以及机械-酶联合处理等（Mateos-Aparicio et al., 2010; Cao et al., 2025; Yoshida et al., 2020）。这些方法可增加可溶性膳食纤维含量并增强持水力和持油力，但大规模实施常受湿度敏感性、工艺均匀性和成本限制的制约。因此，能够以最低加工复杂性实现豆渣结构改性的非热技术受到食品制造业关注，其中电离辐照技术尤为引人注目（Kuan et al., 2013）。
从工业角度看，配料改性技术的选择不仅要考虑其对配料功能性的影响，还要考虑加工的实际方面。因此，关于不同辐照技术的比较性信息对于评估其潜在应用具有重要价值（Ashraf et al., 2019; Li et al., 2025）。尽管辐照已被用于改性植物基粉末的功能特性，但在等效剂量下对豆渣粉进行电子束和伽马辐照比较的研究信息仍然有限，辐照豆渣粉（I-OP）对面包品质（包括面包瓤结构和质构特性）的影响也尚不明确。
**二、研究目的**
本研究旨在考察不同剂量电子束辐照（EBI）和伽马辐照（GI）对豆渣粉理化、结构和功能特性的影响，并评估选定辐照豆渣粉在小麦面包配方中的应用效果。
**三、主要技术方法**
研究人员从泰国巴吞他尼府Green Spot有限公司获取新鲜豆渣，经托盘干燥（55°C，8–10 h）至水活度（aw）0.35–0.40，粉碎过80目筛制得豆渣粉（OP）。辐照处理在泰国核技术研究所辐照中心完成，分别采用电子束加速器（Mevex Corporation Ltd., Canada）和钴-60（Cobalt-60）源在2.5、5.0和7.5 kGy剂量下进行。采用完全随机设计（CRD），每个处理三次独立重复，数据通过单因素方差分析（ANOVA）和邓肯新复极差检验（DMRT）进行统计分析。功能性质测定包括持水力（WHC）和持油力（OHC）；抗氧化相关性质通过总酚含量（TPC）、DPPH自由基清除活性和ABTS自由基清除活性进行评估；结构和热特性采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和差示扫描量热法（DSC）表征；选定样品通过扫描电子显微镜（SEM）观察；面包品质从外观、细胞密度（ImageJ图像分析）、质构剖面分析（TPA）和抗氧化特性等方面评价。
**四、主要研究结果**
**4.1 豆渣粉的功能性质**
辐照降低了豆渣粉的持水力（WHC），从未辐照样品的5.52 g/g降至7.5 kGy EBI处理后的4.89 g/g和GI处理后的4.66 g/g；持油力（OHC）则从1.66 g/g分别提高至1.92 g/g（EBI）和1.78 g/g（GI）。WHC的降低可能因辐照破坏了蛋白质-纤维基质内的分子间相互作用，削弱了参与氢键结合和毛细管持水的连续网络。虽然颗粒破碎可增加暴露表面积，但致密基质的破坏降低了其固定水分的能力。OHC的增加则因蛋白质结构变化暴露了更易与油脂相互作用的疏水区域，同时颗粒破碎和更粗糙多孔的表面为油脂吸附和物理截留提供了更多位点。研究表明，在这两种辐照方法的比较中，吸收剂量对OP功能性质的影响大于辐照源类型。
**4.2 酚类物质含量与抗氧化活性**
总酚含量（TPC）呈剂量依赖性响应，两种辐照方法均在5.0 kGy时达到最高值（EBI-OP为74.22 mg GAE/100 g，GI-OP为71.08 mg GAE/100 g），较未辐照样品分别增加约34%和28%，在7.5 kGy时有所下降但仍显著高于对照。DPPH和ABTS自由基清除活性与TPC趋势一致，均在5.0 kGy达到最高。DPPH从未辐照的8.24 mg TE/100 g增至EBI和GI后的16.63和16.10 mg TE/100 g，ABTS从391.62增至495.17和492.68 mg TE/100 g。中等剂量辐照可增加结合态酚类化合物的可提取性，而过量辐照可能导致酚类降解或氧化。
**4.3 FTIR和蛋白质二级结构**
IR分析显示辐照后主要吸收带保持完整，未出现新峰，说明2.5–7.5 kGy辐照未引入可检测的新官能团。最明显的谱图变化出现在酰胺区域（1700–1200 cm
-1），带强度随辐照剂量增加而变化，表明蛋白质功能基团的分子环境发生改变。二级结构定量分析显示，辐照改变了α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲的相对比例，且5.0 kGy时两种辐照方法的响应存在差异，表明蛋白质构象变化不仅受辐照剂量影响，也受辐照技术影响。
**4.4 热特性**
DSC分析显示两个热转变峰对辐照的响应存在差异。峰I（蛋白质相关转变）的焓变（ΔH）在EBI处理后从151.11 J/g递减至125.85、55.43和12.54 J/g（对应2.5、5.0、7.5 kGy），GI处理的降幅较小（132.99、76.96和71.15 J/g）。峰II的转变温度变化较小，但两种辐照处理均使ΔH降低，GI产生的ΔH低于EBI。辐照后ΔH降低表明热转变过程中吸收的能量减少，反映了豆渣基质分子组织和蛋白质结构组织的变化。
**4.5 SEM微观结构**
选定5.0 kGy样品进行SEM观察。未辐照豆渣粉（NI-OP）呈致密层状结构，而EBI-OP和GI-OP均显示破碎颗粒、更粗糙的表面和更明显的孔隙。这些微观结构特征为辐照后持水力降低提供了形态学证据，与较不致密的蛋白质-纤维基质一致。
**4.6 面包品质**
在5%替代水平下，含辐照豆渣粉的面包在外观和面包瓤结构上与对照在视觉上相似。定量图像分析显示，随着替代水平提高，气孔数量减少、平均孔面积减小，细胞密度增加，在GI-OP 10%时达到最高。质构分析显示，硬度和咀嚼性随OP替代水平提高而增加，弹性略有下降，内聚性未受显著影响。10%替代水平下硬度从对照的516.14 g增至683.49 g（EBI-OP）和663.91 g（GI-OP）。
含I-OP的面包在所有替代水平下均表现出比对照和5% NI-OP更高的TPC、DPPH和ABTS值，且随替代水平增加而升高。EBI-OP面包的抗氧化值始终略高于GI-OP面包。
**五、讨论总结**
辐照影响豆渣粉中蛋白质-纤维基质而非其主要化学结构。辐照剂量对功能性质的影响大于辐照技术类型。EBI与GI在配料层面的差异在面包制作后被部分掩盖，表明配料特性表征不能完全代表最终食品中的表现。含5%辐照豆渣粉的面包在保持与对照相当的面包瓤结构的同时提供了更高的酚含量和抗氧化活性，而高于5%的替代水平虽进一步增强抗氧化特性但导致更致密的面包瓤和更高硬度。从工业角度看，EBI在加工效率和过程控制方面具有优势，而GI为散装材料提供更大的穿透深度但需额外的监管和安全管控。
**六、研究结论翻译**
EBI和GI改变了OP的结构，导致水油结合能力变化，同时改善了酚类可提取性和抗氧化活性。结构表征表明，这些功能响应与OP基质的改性有关。在所评价的辐照剂量中，5 kGy通过改善功能性质同时保持面包品质，为面包应用提供了最适宜的处理条件。将辐照豆渣粉掺入面包后，两种辐照方法均提高了最终产品的抗氧化特性。虽然EBI在配料水平上产生了比GI更高的OHC和抗氧化活性，但面包制作后这些差异变小。GI处理的OP产生较低硬度的面包，而其余品质属性在两种辐照方法之间仅存在微小差异。含5% I-OP的面包保持了与对照相当的面包瓤特性，同时提供了更高的酚含量和抗氧化活性。将替代水平提高至5%以上进一步增强了抗氧化特性，但导致面包瓤结构更致密和面包瓤硬度增加。研究结果表明，辐照技术的评价应同时考虑配料功能性和最终食品中的表现。在本研究条件下，5 kGy辐照在改善OP功能性和面包品质之间提供了最合适的平衡。后续研究应包括面团流变学、酚类物质谱分析、贮藏稳定性和感官评价，以支持I-OP的工业应用。
