O picolé desenvolvido visa atender consumidores que buscam produtos que agreguem benefícios a saúde e atendam as expectativas sensoriais. O objetivo do estudo foi avaliar a aceitação sensorial e determinar os compostos bioativos de picolés de soro de leite e suco de melancia concentrado a vácuo em diferentes temperaturas (45ºC, 55ºC e 65ºC). Os sucos foram reconstituídos para o preparo dos picolés (74,8% de suco, 20% de soro de leite, 5% de sacarose e 0,2% de carboximetilcelulose) e as formulações foram identificadas como F1(suco in natura); F2 (suco concentrado a 45ºC); F3 (suco concentrado a 55ºC); e F4 (suco concentrado a 65ºC). O teste de aceitação foi realizado para os atributos sabor, aroma, aparência, cor, textura, maciez e avaliação global utilizando escala hedônica estruturada em 9 pontos variando do desgostei muitíssimo (1) ao gostei muitíssimo (9). Foram quantificados os teores de licopeno, compostos fenólicos, citrulina e ácido ascórbico. A capacidade antixidante foi determinada pelo potencial de redução do radical livre DPPH•(2,2-difenil-1-picrilhidrazila). A análise sensorial indicou preferência pelo picolé in natura, diferindo do picolé A apenas pela aceitação inferior do atributo aroma. F4 foi a formulação que obteve maior capacidade antioxidante (6,31%), seguida por F1 (5,50%), F3 (2,27%) e F2 (1,43%), todas diferindo significativamente (p<0,05) entre si. O maior teor de compostos fenólicos (13,18 mg EAG/100g) e licopeno (3,37 mg/100g) estava presente em F1, que diferiu significativamente (p<0,05) das demais formulações. A quantificação de citrulina também foi maior em F1 (123,84 mg/100g), porém, esta diferiu significativamente (p<0,05) apenas de F4 (102,02 mg/100g). O teor de ácido ascórbico não apresentou diferença significativa entre as formulações. Com isso, a aceitação e a composição funcional dos picolés de melancia e soro de leite reforça a possibilidade de que esta sobremesa láctea e seus ingredientes possam ser veiculadores de compostos bioativos promotores da saúde.