《Food Chemistry Advances》：Effects of Carboxymethyl Cellulose on the Techno-Functional Properties and
In Vitro Digestibility of
Wolffia globosa-Enriched Gluten-Free Crackers
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摘要
研究人员评估了羧甲基纤维素（CMC）对添加15%浮萍（Wolffia globosa）粉末的无麸质薄脆饼干的影响。薄脆饼干中含有0、0.25%、0.50%、0.75%或1.00%的CMC（以面粉重量计）。增加CMC显著改变了物理及水分相关特性（p < 0
摘要
研究人员评估了羧甲基纤维素（CMC）对添加15%浮萍（Wolffia globosa）粉末的无麸质薄脆饼干的影响。薄脆饼干中含有0、0.25%、0.50%、0.75%或1.00%的CMC（以面粉重量计）。增加CMC显著改变了物理及水分相关特性（p < 0.05），增加了厚度和水分含量，同时降低了延展比、烘烤损失和容积密度。水分含量从0% CMC时的4.23 g/100 g增加至1.00% CMC时的5.49 g/100 g。中等浓度（0.50%–0.75%）提供了良好的质构和感官接受度。总酚含量从208.64 mg GAE/100 g增加至233.46 mg GAE/100 g，而类胡萝卜素含量保持不变。体外DPPH、ABTS、FRAP和ORAC响应通常在0.50%–0.75% CMC时最高。在0.75% CMC条件下，体外蛋白质消化率从78.43%增加至84.09%，同时伴随快速消化淀粉降低以及慢速消化淀粉和抗性淀粉组分增加。膳食纤维从7.56 g/100 g增加至8.67 g/100 g，而有效碳水化合物从55.24 g/100 g降至53.01 g/100 g。总体而言，0.50%–0.75%的CMC在质构、感官、组成、抗氧化活性及体外消化率响应方面提供了最有利的综合效果。
**《Food Chemistry Advances》论文解读：羧甲基纤维素对浮萍强化无麸质薄脆饼干品质特性的影响**
**一、研究背景与问题**
过去十年，全球无麸质食品需求快速增长，主要源于乳糜泻及麸质相关疾病患者对安全食品的需求。据Grand View Research预测，全球无麸质产品市场2025年估值约85亿美元，2033年预计达183亿美元，复合年增长率约10.1%。烘焙产品是无麸质品类中最大细分市场之一，薄脆饼干等方便食品消费广泛。然而，麸质的缺失导致无麸质面团缺乏弹性、内聚性和结构稳定性，常表现出操作性差、水分保持不足、质构不佳和消费者接受度低等问题。对薄脆饼干而言，理想技术品质通常与可控延展、较低厚度、低残余水分和酥脆质地相关。仅靠淀粉基配方难以弥补麸质缺失，且蛋白质和膳食纤维含量有限。因此需寻找可持续植物原料进行营养强化，同时平衡工艺性能与营养功能。
浮萍属植物Wolffia globosa是全球最小的开花植物，具有生长迅速、环境足迹小和营养特性优异等特点。冻干W. globosa含优质氨基酸谱蛋白质、膳食纤维、类胡萝卜素、叶绿素、酚类化合物、维生素和矿物质。将高蛋白植物粉末加入无麸质面团常扰乱水分分布、淀粉糊化、面团流变学和质构形成，产生限制产品质量的技术挑战。亲水胶体因其水分结合和粘度调节特性被广泛用于改善无麸质烘焙产品工艺性能。羧甲基纤维素（CMC）是应用最广的纤维素衍生物之一，具有高持水能力、增粘特性和热稳定性。尽管CMC在其他无麸质烘焙系统中已有研究，但在含较高比例W. globosa粉末的低水分脆性薄脆饼干中，其浓度如何影响产品几何特性、断裂行为、水分相关特性、组成、可提取生物活性化合物、体外抗氧化活性、体外蛋白质和淀粉消化率及感官接受度，尚未系统表征。本研究旨在确定不同CMC浓度是否显著影响含15%冻干W. globosa粉末的无麸质薄脆饼干的可测量特性。
**二、主要技术方法**
研究人员采用了多种分析手段。原料方面，新鲜W. globosa购自泰国红统府商业种植农场，米粉、木薯淀粉等购自大城府超市，CMC购自Sigma-Aldrich。冻干W. globosa粉末制备采用实验室冻干机，研磨过60目筛。薄脆饼干配方含固定15%冻干W. globosa粉末，CMC以0、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%替代等量米粉。主要检测方法包括：AOAC方法测定近似组成；色差仪测定表面颜色；质构仪三点弯曲装置测定硬度、脆性和酥脆度；数字游标卡尺测量厚度和直径；油菜籽置换法测定容积密度；水分活度仪测定aw；Anderson法测定水吸收指数（WAI）和水溶性指数（WSI）；Folin–Ciocalteu法测定总酚含量（TPC）；分光光度法测定总类胡萝卜素；DPPH、ABTS、FRAP和ORAC四种方法评估抗氧化活性；INFOGEST静态胃肠道消化方案测定体外蛋白质消化率（IVPD）；Englyst法测定快速消化淀粉（RDS）、慢速消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）；50名未经培训小组成员（20–45岁，来自帕那空 Si 阿瑜陀耶 Rajabhat 大学师生）进行9点 hedonic 感官评价。每个配方制备三个独立批次作为实验重复。
**三、研究结果**
**3.1 近似组成**：CMC显著影响水分、膳食纤维、有效碳水化合物和计算能量值（p < 0.05），而蛋白质、脂肪和灰分无显著变化。水分含量从对照的4.23 g/100 g逐步增至1.00% CMC的5.49 g/100 g。膳食纤维从7.56 g/100 g增至8.67 g/100 g，有效碳水化合物从55.24 g/100 g降至53.01 g/100 g，能量值从399.03 kcal/100 g降至394.57 kcal/100 g。变化主要归因于CMC部分替代米粉。
**3.2 颜色和质构特性**：增加CMC浓度使L*和b*降低，a*向负方向增大（更绿），ΔE增大。硬度和脆性随CMC增加显著降低，而酥脆度（断裂峰数）在0.50%–0.75% CMC时达到最大值。当CMC超过0.75%后质构无进一步改善，表明存在浓度依赖响应，中等浓度（0.50%–0.75%）提供最佳质构特性。
**3.3 物理特性和水分相关特性**：随CMC浓度增加，薄脆饼干厚度从4.12 mm增至4.46 mm，直径从48.63 mm降至47.02 mm，延展比从11.80降至10.54，烘烤损失从10.82%降至8.56%，容积密度从0.562降至0.529 g/cm3。水分含量、aw和WAI增加，WSI降低。残余水分和aw绝对值仍处低位，符合薄脆饼干低水分特性。研究人员指出水分保持增加不应独立视为品质改善，需结合质构响应综合判断。
**3.4 生物活性化合物与抗氧化活性**：TPC从208.64 mg GAE/100 g增至233.46 mg GAE/100 g，最高值出现在0.75%–1.00% CMC，且两者间无显著差异。总类胡萝卜素含量在各配方间无显著变化。DPPH、ABTS、FRAP和ORAC值最高通常出现在0.50%–0.75% CMC。研究人员谨慎指出，因未测定烘烤前混合粉的对应指标，无法确定差异来自酚类保留、可提取性改变或热加工转化。类胡萝卜素无显著变化说明CMC在所测范围内未对其产生可测的保留效应。
**3.5 体外蛋白质消化率和淀粉消化率**：体外蛋白质消化率从对照的78.43%增至0.75% CMC时的84.09%。淀粉消化呈现不同响应：RDS从46.28%降至39.82%，SDS从28.42%增至31.83%，RS从25.30%增至28.35%。蛋白质和淀粉消化为独立测定的结果，不应解读为单一结构机制同时增加蛋白质水解并降低淀粉水解。两种大分子在不同酶和不同测定条件下分别评估，其不同响应可能源于各自理化性质和消化途径差异。
**3.6 感官评价**：CMC显著影响外观、酥脆度、风味和总体接受度（p < 0.05），颜色评分无显著差异。含0.50%和0.75% CMC的薄脆饼干在各项感官属性中得分最高（总体接受度8.07–8.13），对照配方接受度最低（7.04）。1.00% CMC未提供额外感官改善。感官酥脆度评分与质构仪测定的酥脆度变化趋势一致。
**四、讨论与结论**
研究存在若干局限性。首先，仅评估新鲜制备薄脆饼干的品质特性，未考察储存稳定性。其次，未进行流变学、微观结构和分子层面分析，无法直接证明淀粉–蛋白质–CMC相互作用或网络形成等结构机制。蛋白质和淀粉消化率采用体外方法，不能直接外推至体内消化代谢反应。感官评价采用当地便利样本，结果普遍性受限。未来研究应纳入流变学测量、显微镜观察、分子或热特性表征、体内验证、储存试验和更大规模多样化的消费者测试。
本研究结论表明，CMC浓度显著影响含15% W. globosa粉末的无麸质薄脆饼干的技术、组成、抗氧化、体外消化和感官特性。CMC添加改变了薄脆饼干的几何形状和水分相关特性，中等浓度（0.50%–0.75%）提供最有利的质构特性，表现为较低硬度和脆性及较高酥脆度，同时获得最高总体接受度。增加CMC浓度还提高了膳食纤维含量并降低有效碳水化合物，蛋白质、脂肪和灰分不受显著影响。含CMC薄脆饼干表现出较高的可提取酚类含量和体外抗氧化活性，体外消化显示蛋白质消化率增加及淀粉组分从RDS向SDS和RS的转变。在所测浓度范围内，0.50%–0.75% CMC在技术、组成、体外消化和感官特性方面提供了最佳综合平衡。研究结果支持中等剂量CMC掺入可作为改善W. globosa强化无麸质薄脆饼干品质特性的适宜配方策略。论文发表于《Food Chemistry Advances》。
