《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Use of Hazelnut Shells Subjected to Instant Controlled Pressure Drop (DIC) Treatment in Cakes: Physicochemical, Nutritional, Textural Properties, and Pore Structure Using Thresholding Algorithms
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榛子壳是一种丰富的农工副产物，具有作为功能性食品成分的潜力。本研究调查了经瞬时受控压降（Instant Controlled Pressure Drop，DIC）处理的榛子壳在蛋糕生产中的应用，并评估了其对蛋糕理化、营养、质构和结构特性的影响。DIC处理显著提
榛子壳是一种丰富的农工副产物，具有作为功能性食品成分的潜力。本研究调查了经瞬时受控压降（Instant Controlled Pressure Drop，DIC）处理的榛子壳在蛋糕生产中的应用，并评估了其对蛋糕理化、营养、质构和结构特性的影响。DIC处理显著提高了榛子壳的抗氧化潜力，使蛋糕比使用未处理壳制成的蛋糕具有更高的酚类含量和抗氧化能力。用DIC处理的榛子壳制备的蛋糕表现出降低的淀粉消化率和较低的血糖指数（Glycemic Index，GI），表明具有潜在的抗糖尿病作用。虽然添加未处理的榛子壳软化了蛋糕质地，但DIC处理的壳保持了更接近对照样品的质地特性。使用四种阈值算法（Huang、Intermodes、IsoData和Otsu）分析了蛋糕的孔隙结构——包括细胞数量、总面积、平均细胞大小、细胞周长和分形分布。Huang和Otsu算法在检测小孔隙方面更有效，而Intermodes算法在识别较大孔隙方面更有效。此外，DIC处理改善了蛋糕表面粗糙度。研究结果表明，DIC处理是增强榛子壳功能特性并将其用作功能性烘焙产品增值成分的有效方法。
**研究背景与意义**
蛋糕是广泛食用的烘焙产品，消费者对富含膳食纤维的蛋糕兴趣日益增加。榛子（*Corylus avellana* L.）壳是榛子加工的主要副产物，占坚果总重量的50%以上，富含木质纤维素，并含有酚类化合物，具有抗氧化活性。然而，这些壳目前大多未被充分利用。瞬时受控压降（Instant Controlled Pressure Drop，DIC）是一种热机械处理技术，通过高压饱和蒸汽短时处理随后突然减压至真空，使材料内部水分瞬时自蒸发，导致细胞壁破裂、结构膨胀和多孔化，从而增强传质和生物活性物质的可提取性。本研究旨在探究DIC处理作为预处理方法改善榛子壳的功能、营养和生物活性，并评估其作为增值成分在蛋糕中的应用效果。
**研究内容与关键技术方法**
研究人员将未经处理和DIC处理（压力分别为200 kPa和500 kPa，保压时间分别为60 s和120 s）的榛子壳以10%替代小麦粉制作蛋糕，并评估蛋糕的理化、营养、质构和孔隙结构特性。样本来源为土耳其特拉布宗当地榛子加工厂提供的榛子壳。主要关键技术方法包括：化学组成与膳食纤维测定、总酚和总黄酮含量测定、抗氧化能力评估（DPPH、ABTS和FRAP法）、体外淀粉消化率与预估血糖指数（eGI）测定、α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制试验、颜色分析、质构剖面分析（Texture Profile Analysis，TPA）以及图像处理技术（使用Huang、Intermodes、IsoData和Otsu四种阈值算法分析蛋糕切面图像）。
**研究结果**
**3.1 化学组成**
DIC处理显著改变了榛子壳的灰分和脂肪含量，但蛋白质和总碳水化合物变化不显著。膳食纤维分析表明，DIC处理增加了可溶性膳食纤维（Soluble Dietary Fiber，SDF），最高增幅为5 bar、120 s条件下的35.2%，同时降低了不溶性膳食纤维（Insoluble Dietary Fiber，IDF），但总膳食纤维（Total Dietary Fiber，TDF）无显著变化。在蛋糕样品中，添加榛子壳提高了SDF和TDF含量，尤其是长时处理组的SDF增加更为明显。
**3.2 总酚、总黄酮和抗氧化能力**
随着处理压力升高，特别是5 bar条件下，榛子壳的总酚含量（Total Phenolic Content，TPC）和总黄酮含量（Total Flavonoid Content，TFC）显著增加。抗氧化能力方面，5 bar、120 s处理的样品具有最高的DPPH自由基清除活性，而5 bar、60 s处理的样品在ABTS和FRAP测定中表现最佳。添加这些处理后的榛子壳的蛋糕也显示出更高的TPC、TFC和抗氧化能力，其中5 bar处理组效果最显著。
**3.3 体外淀粉消化率、血糖指数和抗糖尿病分析**
与对照蛋糕相比，所有添加榛子壳的蛋糕的快速可利用葡萄糖（Rapidly Available Glucose，RAG）和快速消化淀粉（Rapidly Digestible Starch，RDS）含量均降低，慢速消化淀粉（Slowly Digestible Starch，SDS）含量升高。水解指数（Hydrolysis Index，HI）和血糖指数（Glycemic Index，GI）也显著降低，其中采用5 bar处理壳的蛋糕GI值最低（64.0）。α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性显著增强，最高抑制率分别为75.23%和73.96%，表明具有潜在抗糖尿病作用。
**3.4 颜色分析**
DIC处理压力比时间对壳颜色影响更大，5 bar处理的壳L\*值显著降低，发生明显褐变。蛋糕色泽方面，添加壳后L\*和b\*值降低，a\*值升高，总色差（ΔE）和褐变指数（Browning Index，BI）变化显著；未处理壳蛋糕的颜色最深，而DIC处理壳蛋糕的颜色略浅，更接近对照。
**3.5 质构剖面分析**
对照蛋糕具有最高的硬度、弹性、胶粘性和咀嚼性，未处理壳蛋糕最低。DIC处理壳蛋糕的质构参数显著高于未处理壳蛋糕，且与对照无显著差异，表明DIC处理能更好地保持蛋糕的质构特性。
**3.6 图像处理方法**
利用四种阈值算法分析蛋糕孔隙结构，结果显示Huang算法检测到的孔隙数量最多，Intermodes算法最少；Huang和Otsu算法对小于0.017 mm2的小孔隙更敏感，而Intermodes算法对大于11.260 mm2的大孔隙更有效。随着处理压力升高，蛋糕的平均孔隙面积增大，总孔面积和细胞周长也发生变化。分形维数分析表明，DIC处理改善了蛋糕表面的粗糙度。
**讨论与结论**
讨论部分指出，DIC处理通过破坏细胞壁和释放结合态酚类物质，从而提高了榛子壳的抗氧化能力；可溶性膳食纤维的增加有助于降低淀粉消化率，延缓葡萄糖释放，并通过抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性发挥抗糖尿病作用。质构和颜色的变化主要与壳本身的深色和纤维结构有关，而非处理导致的劣变。图像分析验证了DIC对孔隙结构的改善作用。
研究结论表明：DIC处理能有效增强榛子壳的功能和营养特性，虽然添加壳使蛋白质含量略有下降，但水分、灰分和脂肪含量基本不受影响。DIC处理显著提高了SDF、TPC、TFC和抗氧化能力，尤其在较高压力下。将榛子壳加入蛋糕配方后，增加了膳食纤维和抗氧化活性，DIC处理进一步增强了这些益处。总体而言，较高的处理压力（特别是5 bar）通常带来更有利的功能和质构改善。因此，DIC处理是提升榛子壳生物活性和功能品质的有效预处理方法，使其成为开发增值功能烘焙产品的有前景的原料。由于用这些壳制成的蛋糕表现出抗糖尿病特性，它们可被归类为提供多种健康益处的功能食品。该研究发表于《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》。
