《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Peanut Shell Valorization: Effects of Particle Size on Techno-Functional Attributes, Mineral Profile, Starch Digestibility, and Bioactive Properties of Cookies
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花生是全球产量最高的坚果之一，产生的壳残渣量高于其他坚果副产品，因此是木质纤维素纤维和酚类化合物的高度丰富来源。本研究考察了不同粒径（212、500和800 μm）的花生壳研磨物对曲奇饼干的物理、化学、技术功能和质构特性的影响。随着粒径减小，面团的硬度增加，而
花生是全球产量最高的坚果之一，产生的壳残渣量高于其他坚果副产品，因此是木质纤维素纤维和酚类化合物的高度丰富来源。本研究考察了不同粒径（212、500和800 μm）的花生壳研磨物对曲奇饼干的物理、化学、技术功能和质构特性的影响。随着粒径减小，面团的硬度增加，而粘性和强度降低（p < 0.05）。与对照样品相比，在曲奇饼干中添加花生壳导致粗纤维含量增加约100倍，总酚含量（TPC）增加约1.8倍，抗氧化活性（AA）增加约2.4倍（p < 0.05）。此外，随着花生壳粒径从800 μm减小到212 μm，曲奇饼干中的淀粉消化率下降，矿物质含量增加（p < 0.05）。与对照曲奇饼干相比，将花生壳粉掺入曲奇饼干中使其厚度降低8%–15%，但铺展比增加18%–33%（p < 0.05）。随着花生壳粉粒径的增加，曲奇饼干的硬度和脆性分别降低了约27%–47%和1%–5%（p < 0.05）。这些发现表明，花生壳可作为功能性曲奇饼干生产中纤维和酚类化合物的重要来源。
### 研究背景与问题
花生（*Arachis hypogaea* L.）是全球产量最高的坚果之一，2023年全球产量约达5400万吨。其加工副产物中，花生壳（peanut shell，亦称hull）约占花生重量的20%，是一种典型的木质纤维素（lignocellulosic）废弃物，含有约45%纤维素、6%半纤维素和36%木质素。此外，花生壳富含酚类化合物，具有抗氧化和抗菌活性，其总酚含量（TPC）和抗氧化活性（AA）在多种坚果壳中处于较高水平。然而，目前花生壳大多被直接丢弃或简单用作燃料，未能充分开发利用。与此同时，食品工业对天然、低成本的功能性膳食纤维（dietary fiber）和抗氧化剂的需求日益增长。此前虽已有将花生皮（peanut skin）或其提取物用于谷物制品（如面条、曲奇）的研究，但尚未有研究将花生壳直接作为谷物基产品的配料进行评价。因此，研究人员开展本研究，旨在探究不同粒径的花生壳粉（PSP）对曲奇饼干的理化、技术功能及质构特性的影响，为花生壳的资源化利用提供科学依据。该论文发表在《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》。
### 研究结论与意义
研究表明，添加15%花生壳粉可显著提升曲奇饼干的粗纤维含量（约100倍）、总酚含量（约1.8倍）和抗氧化活性（约2.4倍），同时降低淀粉消化率（快速消化淀粉RDS和总消化淀粉TDS显著下降），并增加矿物质（如钙、铁、钾、镁等）含量。较小粒径（212 μm）的花生壳粉在提升TPC、AA、矿物质含量和降低淀粉消化率方面效果最显著，但较大粒径（800 μm）的饼干铺展比更高、硬度更低。总体而言，花生壳作为一种来源丰富、成本低廉的副产物，可作为功能性曲奇饼干中膳食纤维和酚类化合物的重要来源，为清洁标签产品开发和可持续食品加工提供新思路。
### 关键方法概述
花生壳原料由土耳其Osmaniye当地花生加工厂提供。研究人员采用筛分法将花生壳粉分为212、500和800 μm三个粒径级（分别标记为PSP2、PSP5、PSP8），以15%比例替代小麦粉制作曲奇。关键分析方法包括：使用Mixolab（Choppin Technologies，法国）测定面团热机械特性（如面团形成时间、稳定性、蛋白质弱化C2、淀粉糊化C3、热凝胶稳定性C4、淀粉回生C5）；采用AOAC法测定基本成分及粗纤维（crude fiber）；利用Ankom纤维分析仪测定中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）和酸性洗涤木质素（ADL），进而计算纤维素和半纤维素含量；采用电感耦合等离子体-光学发射光谱法（ICP-OES，Vista系列）测定矿物质含量；用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量（TPC，以mg GAE/g干重表示）；用DPPH自由基清除法测定抗氧化活性（AA，以mg TE/g干重表示）；用酶法试剂盒（K-DSTRS，Megazyme）测定体外淀粉消化率，区分快速消化淀粉（RDS）、缓慢消化淀粉（SDS）、总消化淀粉（TDS）和抗性淀粉（RS）；用质构仪（TA.XT Plus）测定面团硬度、粘性和强度，以及饼干硬度和脆性；用色差计测定颜色参数（L
*，a
*，b
*，ΔE）。所有实验至少进行两次重复，采用单因素方差分析（ANOVA）和Duncan多重比较检验（p < 0.05）进行统计分析。
### 研究结果
**3.1 花生壳粉（PSP）和小麦粉（WF）的性质**
- **基本组成**：随着粒径减小，PSP的蛋白质、脂肪和灰分含量增加，粗纤维含量降低。小麦粉（WF）的蛋白质、脂肪和灰分含量显著低于PSP，但粗纤维极低。
- **纤维分析**：PSP5（500 μm）的中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）和酸性洗涤木质素（ADL）含量最高；PSP2（212 μm）的纤维素和半纤维素含量低于PSP5和PSP8。
- **矿物质含量**：所有PSP的必需矿物质（Ca、Fe、K、Mg、Mn、Cu）含量均显著高于WF，PSP2含量最高，说明减小粒径可提高矿物质浓度。
- **总酚含量（TPC）和抗氧化活性（AA）**：PSP2的TPC（约27.6 mg GAE/g）和AA（约44.6 mg TE/g）最高，分别是WF的40倍和200倍以上；PSP8的AA显著高于PSP5（p < 0.05）。
**3.2 热机械特性（Mixolab）**
WF-PSP混合物的面团形成时间延长，稳定性降低，蛋白质网络弱化（C2）下降。较大粒径（PSP8、PSP5）的形成时间长于PSP2，归因于大颗粒吸水慢。淀粉糊化（C3）不受粒径显著影响，但PSP添加导致回生值（C5）和回生指数（C5-C4）降低，说明纤维稀释淀粉并阻碍淀粉链重排。
**3.3 面团质构分析**
PSP添加降低了面团硬度，提高了粘性和强度；随着粒径增大，硬度和强度降低，粘性增加。PSP2面团最硬，粘性和强度最低（p < 0.05）。
**3.4 饼干性质**
- **基本组成**：CS2（含PSP2的饼干）水分最高；所有PSP饼干粗纤维含量比对照高86～100倍，CS8最高；蛋白含量降低，灰分增加。
- **矿物质**：CS2中Ca、Fe、K、Mg、Mn含量最高，随粒径增大呈下降趋势。
- **物理特性**：PSP饼干厚度降低8%–15%，直径增大，铺展比增加18%–33%，较大粒径铺展比更高。
- **质构**：饼干硬度和脆性随粒径增大而降低（27%–47%和1%–5%），CS8和CS5硬度低于CS2。
- **颜色**：PSP饼干L
*和b
*值降低，a
*值升高，ΔE无显著差异。
- **TPC和AA**：CS2的TPC和AA最高，CS8与CS2的AA无显著差异。
- **淀粉消化率**：PSP2显著降低RDS、SDS、TDS，并增加RS（从对照0.88%降至0.73%），说明细纤维颗粒抑制淀粉糊化和酶解。
### 讨论与结论
讨论部分指出，花生壳粉的添加通过稀释面筋蛋白、竞争水分及破坏面筋网络，影响面团流变学和饼干质构。较小粒径因表面积大、细胞壁破坏程度高，更利于酚类化合物和矿物质的释放，但同时也使饼干偏硬。较大粒径导致饼干铺展比增加、硬度降低，可能与水分分布不均和面筋发育受限有关。淀粉消化率的降低归因于高持水能力的纤维竞争水分、抑制淀粉糊化和酶接触。结论部分翻译如下：
本研究旨在对富含功能性和生物活性化合物的食品废弃物——花生壳粉进行资源化利用，并将其用于曲奇饼干生产，同时探究其粒径对面粉、面团和饼干特性的影响。粒径显著影响了饼干的物理、化学和质构特性，其中以212～500 μm筛分粒径得到的结果较优。总体而言，本研究证明花生壳粉可作为开发增值食品的潜在配料，尤其在纤维含量和抗氧化活性方面具有优势。本研究未涉及各种预处理或提取步骤，也未开展安全性评估（包括潜在污染物、致敏性及加工贮藏过程中生物活性化合物的稳定性），同时未进行矿物质和抗氧化活性的生物可及性或生物利用度研究，这些是本研究的局限性。未来的研究应聚焦不同热和非热加工技术对该原料的影响，以进一步改善其功能和技术特性；同时，毒理学评价和货架期稳定性分析对验证花生壳粉的可能用途也至关重要；此外，应在更多食品基质中评估花生壳粉的适用性和商业潜力。从加工角度看，在放大研究中，研磨、筛分、干燥和混合操作可能面临额外挑战，因为工业水平对能耗和过程效率的要求通常更高。然而，由于花生壳是丰富的农业工业废弃物，其原料成本预计较低，这可能在部分程度上抵消工业规模应用带来的额外加工和能源成本。
