酶辅助超高压与超声技术用于洋蓟副产物中生物活性物质的可持续回收

时间:2026年5月19日
来源:Food Bioscience

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洋蓟副产物富含生物活性物质,可通过环境友好型技术实现回收。本研究评估了超高压(HHP)与超声辅助提取(UAE)技术在有无酶辅助条件下的应用效果,将其作为绿色策略以提升洋蓟副产物中生物活性物质的回收率。样品首先进行表征,随后接受HHP处理(100–600 MPa

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洋蓟副产物富含生物活性物质,可通过环境友好型技术实现回收。本研究评估了超高压(HHP)与超声辅助提取(UAE)技术在有无酶辅助条件下的应用效果,将其作为绿色策略以提升洋蓟副产物中生物活性物质的回收率。样品首先进行表征,随后接受HHP处理(100–600 MPa,5–10 min),处理方式包括单独处理或与食品级酶(Ultimase®、Pectinex® Ultra Clear及Viscozyme®)联用。UAE在受控条件(60 Hz,10 min)下实施,包括单独使用及与Viscozyme®联用。两种非热技术均促进了水溶性碳水化合物的释放:UAE联合Viscozyme®提升了果聚糖回收率,而HHP更有利于菊粉提取。相比之下,高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(HPLC-QTOF)分析显示,与水性对照组相比,处理后单个多酚水平有所下降,而分光光度法(福林-酚法与FRAP法)的结果趋势与HPLC-QTOF存在差异。无酶UAE处理所得福林-酚法总酚含量最高,且其抗氧化能力显著高于对照组(p < 0.001);HHP处理则因分析方法不同呈现出不同的总酚值。对于HHP而言,无酶处理或与Ultimase®联用的多酚提取效率更高。总体而言,酶辅助处理(HHP与UAE)在碳水化合物回收方面的效率高于多酚提取,凸显了其作为洋蓟副产物选择性增值可持续技术的潜力,同时也表明需要进一步优化工艺以提升多酚保存率。
研究背景方面,减少粮食损失与浪费是提升粮食系统效率、保障粮食安全及推动环境可持续发展的核心举措。食品副产物作为功能性成分的重要来源,其增值利用已成为研究热点。洋蓟加工过程中产生的外部苞片与茎秆占全株60%–80%,地中海地区年产量超46万吨,传统处置方式造成资源浪费。现有提取技术多聚焦于单一目标物回收,针对HHP与酶协同处理洋蓟副产物的研究尚属空白,且非热技术在兼顾碳水化合物与多酚同步高效回收方面存在局限性。因此,研究人员旨在解析酶辅助非热技术对洋蓟副产物中生物活性物质的差异化回收效应,为食品工业副产物高值化利用提供理论支撑。该研究发表于《Food Bioscience》。
关键技术方法方面,研究人员采用西班牙马德里康普顿斯大学提供的图德拉白洋蓟(Cynara scolymus L.)外部苞片与茎秆副产物,经冷冻干燥、粉碎后获得均质粉末。通过酶辅助超高压(HHP)处理(100–600 MPa,5–10 min,联用Ultimase®、Pectinex® Ultra Clear及Viscozyme®)与酶辅助超声辅助提取(UAE,60 Hz,10 min,联用Viscozyme®)开展对比实验。采用高效液相色谱-示差折光检测器(HPLC-RID)定量水溶性碳水化合物组成,通过福林-酚法、铁离子还原抗氧化力(FRAP)法及HPLC-四极杆飞行时间质谱(HPLC-QTOF)评估多酚含量与抗氧化活性,所有数据经统计学分析验证显著性差异。
研究结果部分,3.1节副产物基本组成与理化特性显示,洋蓟副产物水分4.95±0.48 g/100g、灰分7.22±0.16 g/100g、蛋白质18.32±0.19 g/100g、脂肪1.51±0.21 g/100g、可利用碳水化合物15.60±1.43 g/100g,总膳食纤维(TDF)达52.96±2.62 g/100g(其中不溶性膳食纤维IDF 44.52±5.63 g/100g,可溶性膳食纤维SDF 10.84±1.30 g/100g)。理化特性方面,堆积密度0.52±0.04 g/mL、膨胀力4.30±0.26 mL/g、持水力14.53±0.90 g/g、持油力2.00±0.21 g/g,其营养组成与功能特性符合食品配料开发要求。3.2节水溶性碳水化合物HPLC-RID表征结果表明,HHP处理显著提升菊粉回收率,400 MPa联合Viscozyme®处理5 min时菊粉含量达995.30±122.35 mg/g;UAE联合Viscozyme®处理的总果聚糖含量最高(553.58±98.66 mg/g),且低分子量碳水化合物占比更高。不同聚合度寡糖的释放呈现压力依赖性:聚合度7的寡糖在400 MPa无酶处理5 min时达峰值(53.04±3.01 mg/g),聚合度6的寡糖仅在600 MPa联合Ultimase®处理时检出(91.07±1.61 mg/g)。单糖含量以UAE联合Viscozyme®处理最高(94.96±4.22 mg/g),显著高于HHP组。3.3节多酚HPLC-QTOF与抗氧化评价结果显示,水性对照组总多酚含量(1007.86±71.93 μg/g)显著高于所有处理组,其中奎宁酸为主要流失组分,咖啡酸在所有处理组中几乎完全消失。福林-酚法测得的无酶UAE处理总酚含量(5.85±0.24 mg GAE/g dw)显著高于对照组,但其HPLC-QTOF检测的多酚总量仅为对照组的9.3%,表明还原糖对福林-酚法存在正干扰。FRAP法显示无酶UAE处理的抗氧化能力(20.76±1.31 μmol TE/g dw)最高,HHP处理的多酚回收率以无酶或联合Ultimase®组更优。
讨论与结论部分,研究证实洋蓟副产物具备高膳食纤维与优质理化特性,适合作为食品工业原料。酶辅助非热技术对碳水化合物的回收效果显著优于多酚:UAE联合Viscozyme®是果聚糖回收的最优方案,HHP在400 MPa联合Viscozyme®(5 min)或Pectinex® Ultra Clear(10 min)时菊粉提取效率最高。然而,两类技术均导致单个多酚(尤其是奎宁酸与咖啡酸)显著降解,推测与超声空化效应及高压诱导的酚类异构化、分解反应相关。福林-酚法与HPLC-QTOF结果的不一致性提示,碳水化合物可能干扰总酚测定,需结合多种方法综合评估抗氧化活性。该研究明确了酶辅助HHP与UAE技术在洋蓟副产物选择性增值中的应用潜力,为食品副产物绿色回收工艺优化提供了关键数据,未来需进一步调控处理参数以实现多酚的高效保留与多组分协同回收。

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