西瓜（Citrullus lanatus）皮粉的技术功能特性、糊化特性与微观结构及其在无麸质面包中的应用

《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》：Technofunctional, Pasting, and Microstructural Properties of Watermelon (Citrullus lanatus) Peel Powder and Its Application in Gluten-Free Bread

　　

随着全球食物浪费持续增加，将农业食品副产物转化为功能性成分已成为改善食品系统可持续性的关键。本研究探讨了将西瓜皮——一种未充分利用的加工副产物——转化为功能性粉末（WPP），并评估了其技术功能、糊化和微观结构特性，以及在以木薯为基础的无麸质面包中的表现，该面包分别添加0%（0WPP）、3%（3WPP）和6%（6WPP）的WPP。WPP表现出比0WPP更高的水吸收能力（WHC）（2.65 g/g）和溶解度（23.86%），而溶胀力较低（1.23 g/g），这反映了其低淀粉含量和刚性细胞壁多糖的存在。在无麸质复合体系中，WPP在整个糊化周期中表现出可忽略的扭矩发展，并显著降低了峰值（4.0 cmg）、谷值（2.7 cmg）、崩解值（1.2 cmg）和最终黏度（7.6 cmg），同时6WPP样品的糊化温度不明显。这些效应与6WPP面包更致密的面包屑结构和降低的比容一致。0WPP面包的硬度适中，为1250.543 ± 90.401 g，反映了木薯粉典型的糊化淀粉基质。然而，3WPP面包的硬度下降至1189.786 ± 87.54 g，而6WPP面包则增加至1436.754 ± 43.52 g。仪器味觉分析显示，苦味、涩味、鲜味和咸味呈剂量依赖性增加，可能归因于WPP提供的膳食纤维、酚类化合物和矿物质，而酸味基本不受影响。总体而言，这些发现表明，在中等添加水平下，WPP的掺入是无麸质焙烤应用的一种功能性和可持续性方法，并支持西瓜皮作为食物废弃物增值策略的作用。

随着全球食品废弃物持续增加，农产品副产物（by-products）的高值化利用成为提升食品系统可持续性的关键。水果和蔬菜在供应链中占食品废弃物总量的25%–50%。西瓜（Citrullus lanatus）广泛消费，其果皮约占果实总质量的三分之一，但多被丢弃。西瓜皮富含膳食纤维、矿物质和酚类化合物，然而其结构和技术功能特性研究不足，在无麸质食品中的应用亦鲜有报道。无麸质面包因缺乏面筋蛋白，常存在比容低、面包屑结构差、老化快等问题。研究人员因此将西瓜皮制备成粉（WPP），系统表征其组成、技术功能、糊化和微观结构性质，并评估其在木薯基无麸质面包中3%（3WPP）和6%（6WPP）替代水平下的应用效果。研究假设WPP的组成决定其水合能力，进而影响面包结构与品质。该研究为食品废弃物增值和开发可持续无麸质焙烤产品提供了新见解。

研究人员从英国Gillingham Pier的ASDA超市获取新鲜西瓜，经清洗、切块、55 °C烘干、粉碎、过筛制得WPP。以木薯粉为基础，设置0WPP、3WPP、6WPP三个配方，使用面包机制作无麸质面包。分析方法包括：AOAC法测水分和脂肪，Bradford法测蛋白质，酶-重量法测膳食纤维，酶法测淀粉；采用离心法测水/油吸收能力和溶胀力、溶解度；测定松装密度、振实密度、Carr指数（CI）、Hausner比（HR）和安息角以评价流动性；用色差仪测CIELAB颜色参数；用Brabender ViscoQuick测定糊化特性；用菜籽置换法测比容；用质构仪（TPA）测面包屑质地；用电子舌测味觉；用扫描电镜（SEM）观察微观结构；用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析官能团。所有数据用单因素方差分析和Tukey HSD检验（p < 0.05）。

研究结果如下：

3.1 WPP与木薯-WPP混合粉的近似组成：WPP的灰分（7.56 g/100 g）、蛋白质（5.80 g/100 g）和总膳食纤维（TDF，13.03 g/100 g）显著高于0WPP，而淀粉含量仅3.48 g/100 g；随WPP添加量增加，复合粉中灰分、蛋白质、可溶性和不溶性膳食纤维增加，淀粉降低。这表明WPP可增强营养性，特别是纤维含量。

3.2 技术功能特性：
3.2.1 水合与溶胀特性：WPP的水吸收能力（WHC）为2.65 g/g，油吸收能力（OHC）为2.42 g/g，均显著高于0WPP（1.45和0.97 g/g），而溶胀力（1.23 g/g）远低于0WPP（8.93 g/g），溶解度（23.86%）高于0WPP（12.06%）。随WPP增加，复合粉WHC、OHC和溶解度上升，溶胀力下降，表明WPP通过纤维-水相互作用吸水而非淀粉溶胀。
3.2.2 密度与流动特性：WPP的松装密度（0.32 g/cm³）和振实密度（0.43 g/cm³）低于0WPP，CI和HR分别从9.62%和1.12增至25.56%和1.34，安息角从29.5°升至43.2°，流动性降低但仍可常规干混。
3.2.3 颜色特性：WPP呈黄棕色，L^*较低（70.46），b^*较高（29.71），复合粉的ΔE和褐变指数随WPP增加而升高，表明外观变化可被消费者感知。

3.3 糊化特性：0WPP呈典型淀粉糊化曲线，峰值黏度38.4 cmg；3WPP的峰值黏度降至15.1 cmg，6WPP进一步降至4.0 cmg，谷值、崩解值和最终黏度均显著下降，且6WPP糊化温度不明显。WPP本身扭矩可忽略。回生值从36.7 cmg降至4.9 cmg（6WPP），表明WPP通过稀释淀粉