咖啡银皮作为功能性成分在海绵蛋糕中的应用：对营养品质、抗氧化特性和体外消化率的影响

《Food Chemistry Advances》：Coffee silver skin as a functional ingredient in sponge cake: Effects on nutritional quality, antioxidant properties and in vitro digestibility

　　

在本研究中，研究人员将咖啡银皮（CSS）——咖啡豆烘焙过程中的副产物——部分替代小麦粉用于海绵蛋糕配方。海绵蛋糕配方中CSS比例的增加显著提高了产品的膳食纤维和酚类含量及其抗氧化活性。当CSS水平从0%增加到25%时，海绵蛋糕的预测血糖指数（pGI）从71.8降至45.0；在小肠阶段释放的总酚含量从11.47增至25.25 mg GAE/100 g，在结肠阶段从5.87增至11.07 mg GAE/100 g。然而，较高的CSS添加量改变了海绵蛋糕的物理性质，导致比容降低、硬度略微减小以及颜色变暗。因此，CSS粉可被视为一种可持续的功能性成分用于海绵蛋糕制作，有助于改善最终产品的健康促进特性。

**论文解读：咖啡银皮作为功能性成分在海绵蛋糕中的应用——对营养品质、抗氧化特性和体外消化率的影响**

**研究背景**
咖啡是全球广泛消费的饮品，其大规模生产导致大量加工副产物产生。咖啡银皮（coffee silver skin, CSS）是咖啡豆在烘焙过程中因热和摩擦作用从豆表面分离的副产物，每公斤咖啡豆约产生0.04 kg CSS。这一副产物通常被视为废弃物，给咖啡行业带来环境和经济挑战。CSS富含膳食纤维、蛋白质、矿物质以及多种生物活性化合物，尤其是酚类物质和生物碱，主要酚类成分包括绿原酸、儿茶素和 flavonols，主要生物碱为咖啡因，这些化合物具有显著的抗氧化潜力。此外，CSS中的酚类和生物碱化合物还表现出抗炎、抗菌活性，以及调节糖脂代谢、心血管保护和预防氧化应激相关慢性疾病的潜力。近年来，农业和食品加工副产物被越来越多地研究用于转化为高附加值产品，以符合可持续发展和循环经济战略。CSS已被用于提取生物活性化合物，并添加到烘焙产品中以提高膳食纤维和抗氧化水平。海绵蛋糕是一种广泛消费的烘焙产品，通常由小麦粉、鸡蛋和糖制成，碳水化合物和能量高，但膳食纤维和生物活性化合物含量低。为改善其潜在健康益处，许多研究致力于开发富含膳食纤维和具有抗氧化活性的酚类化合物的海绵蛋糕配方。然而，CSS的添加对淀粉消化率、预测血糖指数（pGI）以及模拟胃肠道消化后抗氧化生物可及性的影响尚未见报道。因此，本研究旨在综合评估不同CSS比例对海绵蛋糕营养组成、理化性质、感官特性、pGI及模拟胃肠道消化后抗氧化生物可及性的影响。

**研究内容与结论**
研究人员将CSS粉以0%、10%、15%、20%和25%的比例部分替代小麦粉制备海绵蛋糕，并分析了产品的营养组成、理化性质、感官质量、抗氧化特性以及体外消化特性。结果表明，CSS的添加显著提高了产品的膳食纤维、酚类化合物含量和抗氧化活性。当CSS比例从0%增至25%时，海绵蛋糕的pGI从71.8降至45.0，降低了37%；在小肠阶段释放的总酚含量从11.47增至25.25 mg GAE/100 g，在结肠阶段从5.87增至11.07 mg GAE/100 g。然而，较高的CSS添加量导致蛋糕比容降低、硬度略微减小、颜色变暗，感官评分下降，但所有配方均保持在可接受水平（平均喜好评分>5.9）。15% CSS添加量的产品符合高纤维食品标准，并保持了可接受的感官质量。该研究发表在《Food Chemistry Advances》上。

**关键技术与方法**
本研究主要采用以下关键技术方法：
1. 原料特性分析：包括CSS粉和小麦粉的化学成分（水分、脂肪、蛋白质、淀粉、灰分、膳食纤维）、功能特性（水吸收容量WAC、油吸收容量OAC、颜色参数L*/a*/b*、密度、粒径分布）以及抗氧化化合物谱（总酚TPC、总黄酮TFC、HPLC分析单个酚类及咖啡因）和抗氧化活性（DPPH和FRAP法）。
2. 海绵蛋糕制备：使用CSS粉部分替代小麦粉（0%–25%），以异麦芽酮糖醇为甜味剂，采用标准烘焙工艺。
3. 体外模拟消化：采用INFOGEST静态消化模型模拟胃和小肠阶段，随后用纤维素酶和半纤维素酶模拟结肠发酵。
4. 预测血糖指数（pGI）测定：基于体外淀粉消化动力学，计算水解曲线下面积（AUC）和pGI。
5. 感官评价：由60名未经训练的感官评价员（20–45岁）采用9点喜好量表评估总体可接受性。
样本来源：CSS粉来自越南Intimex Coffee Joint Stock Company（Buon Ma Thuot, Vietnam）。

**研究结果**
**3.1 咖啡银皮粉与小麦粉的特性**
CSS粉与小麦粉在化学组成和功能特性上存在显著差异。CSS粉含有更高的脂肪、蛋白质、灰分和膳食纤维（总膳食纤维61.38 g/100 g d.m.，主要为不溶性纤维），而小麦粉淀粉含量高（84.08 g/100 g d.m.）。CSS粉的水吸收容量（WAC）和油吸收容量（OAC）均显著高于小麦粉，颜色更暗（L*值低），a*和b*值高，表明更红和更黄。CSS粉的粒径较大（D[4,3]=64.95 μm），但粒度分布更窄（span值小）。CSS粉的抗氧化化合物谱更丰富，TPC约为小麦粉的6倍，TFC约为7倍，主要酚类为没食子酸、绿原酸、鞣花酸和儿茶素，咖啡因含量高（6323.81 μg/100 g d.m.），而小麦粉中未检测到这些化合物。CSS粉的DPPH和FRAP抗氧化活性均显著高于小麦粉。

**3.2 咖啡银皮添加对海绵蛋糕营养成分的影响**
随着CSS比例增加，海绵蛋糕的水分含量逐渐降低，蛋白质和脂肪含量增加，淀粉含量减少，总膳食纤维含量从0.73增至10.57 g/100 g d.m.（鲜重基计从0.48增至7.67 g/100 g）。10%和15% CSS蛋糕符合“纤维来源”声称，20%和25%符合“高纤维”声称。不溶性/可溶性纤维比值为3.44–3.73，接近推荐的3:1。灰分含量增加约1.8倍。

**3.3 咖啡银皮添加对海绵蛋糕物理性质的影响**
随着CSS比例增加，蛋糕体积、比容和弹性显著降低，烘烤损失增加，密度增加。硬度略有降低，但弹性降低显著。颜色L*、a*、b*值均下降，ΔE值超过视觉阈值（>3.5），蛋糕颜色变暗、变褐。

**3.4 咖啡银皮添加对海绵蛋糕感官质量的影响**
感官总体可接受性评分随CSS比例增加而下降，但所有配方均高于5.9分（9点量表），仍可接受。15% CSS蛋糕评分6.73，属于“稍喜欢到中等喜欢”。高比例CSS（≥15%）带来明显苦味，但部分消费者偏好咖啡风味。

**3.5 咖啡银皮添加对海绵蛋糕抗氧化化合物和活性的影响**
TPC和TFC随CSS比例增加而增加，25% CSS蛋糕TPC和TFC分别增加2.3和2.6倍。HPLC分析显示，绿原酸和儿茶素是主要酚类，咖啡因含量呈剂量依赖性增加（最高537.11 μg/100 g d.m.），但摄入量可忽略不计。DPPH和FRAP抗氧化活性均显著增加，且FRAP值高于DPPH。

**3.6 咖啡银皮添加对海绵蛋糕体外血糖指数和消化系统中抗氧化剂释放的影响**
pGI从71.8降至45.0（25% CSS），降幅37%，大于淀粉含量减少的24%，提示膳食纤维和酚类共同作用。在模拟小肠阶段，TPC、TFC和抗氧化活性随CSS比例增加而增加。在结肠阶段，未消化残渣中继续释放TPC、TFC和抗氧化活性，表明纤维结合的酚类在结肠发酵中释放。

**讨论与结论**
研究人员在讨论中指出，CSS的添加在改善营养和抗氧化特性的同时，对物理和感官质量有负面影响，需要在纤维含量和可接受性之间平衡。15% CSS添加量在保持可接受质量的同时实现了高纤维性质。pGI的降低归因于淀粉稀释、膳食纤维的物理屏障作用以及酚类对淀粉酶的抑制。模拟消化结果表明，酚类化合物在小肠和结肠阶段均能释放，膳食纤维作为载体保护酚类免受早期降解，并在结肠释放。但结肠模型不能完全模拟微生物发酵，需进一步体内研究。
**结论部分翻译**：咖啡银皮（CSS）被证明具有作为富含纤维和酚类的成分用于海绵蛋糕制作的显著潜力。在海绵蛋糕配方中使用CSS粉部分替代小麦粉，显著增加了产品的纤维和抗氧化物质含量，同时降低了预测血糖指数。体外消化结果表明，在小肠和结肠阶段酚类化合物的释放均随CSS水平增加而增加。然而，高添加量对海绵蛋糕的质地产生不利影响，导致比容、硬度和感官可接受性降低。在15% CSS水平时，产品符合高纤维食品标准，同时保持了可接受的工艺和感官质量。需要进一步使用体内模型的研究来阐明CSS强化海绵蛋糕中膳食纤维和抗氧化化合物的潜在健康益处。