《Journal of Food Engineering》：Moisture adsorption characteristics of freeze-dried royal jelly: thermodynamic properties, modeling, and assessing microstructural changes
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royal jelly的吸湿特性及其与湿度、温度的相互作用，通过静态称重法测定不同温度（30、40、50°C）和水活度（0.05-0.90）下的吸湿等温线，发现呈Type II sigmoidal型，Enderby模型拟合最佳。结合克劳修斯-克拉佩龙方程分析热力学性质，确定4-5%（干基）水分含量及0.15-0.23水活度为最佳储存条件，延长保质期并保持活性成分稳定性。扫描电镜显示颗粒状聚集结构，热分析表明主要降解温度＞246°C。
Rachida Ouaabou|Lahcen Hssaini|Abderrahim Alahyane|Abdessamad Lahrach|Nadia Massaoudi|Jalal Isaad|E.L.amine Ajal|aadil Bajoub|Said Ennahli
ERCI2A，FSTH，Abdelmalek Essaadi大学，Tetouan 93000，摩洛哥
摘要
本研究旨在探讨蜂王浆（RJ）的吸附特性，以更好地理解其在不同条件下的水分相互作用。我们采用了重量法静态技术来生成吸附等温线，并使用化学盐精确控制水分活度（aw），范围在0.05到0.90之间。实验在30°C、40°C和50°C三种不同温度下进行。为了进一步深入了解，我们应用了Clausius-Clapeyron方程来计算在恒定扩散压力下RJ水系统的积分热力学性质。我们的目标是确定最佳的储存条件，以保持蜂王浆粉的质量并延长其保质期。
结果表明，蜂王浆的吸附等温线呈现II型S形曲线，即随着水分活度的增加，水分含量也随之增加。在我们测试的模型中，Enderby模型对实验数据的拟合度最高。此外，积分熵的分析显示，在水分含量为4-5%（干基）且相对湿度在0.15-0.23之间时，熵值达到最小。这些特定条件被认为是延长蜂王浆保质期和保持其质量的理想条件。扫描电子显微镜观察到了聚集结构，热分析显示了多阶段降解过程，主要的质量损失发生在246°C以上。总体而言，这项对蜂王浆吸附特性的全面研究，包括对其热力学行为的详细评估，为优化其储存和保存提供了宝贵的见解。
引言
蜂王浆（RJ）是由工蜂（Apis mellifera）分泌的一种营养丰富的物质，主要用于喂养发育中的幼虫和蜂王。蜂王浆富含蛋白质、脂质、维生素和多种生物活性化合物，在制药和化妆品行业中因其潜在的健康益处而受到广泛关注，包括抗氧化、抗炎和抗菌作用（Ramadan和Al-Ghamdi，2012；Melliou等人，2014；Fratini等人，2016；Chen等人，2023）。
作为一种商业产品，蜂王浆通常有液态（冷藏或冷冻）、胶囊剂或粉末剂（冻干）形式。粉末剂特别适合长期储存、剂量标准化以及与其他产品的结合，如片剂、功能性食品和营养补充剂。从监管角度来看，蜂王浆在许多国家被归类为膳食补充剂，在美国被广泛认为在其指定用途上是安全的（GRAS）。在欧盟，该物质作为食品受到监管，并在某些情况下受新型食品法规的约束。相反，在日本和澳大利亚等其他地区，它已被批准用于健康补充剂和处方药（Ramadan和Al-Ghamdi，2012；Khazaei等人，2018）。
充分利用蜂王浆益处的关键在于理解其吸湿性质及其与水分的相互作用。这种理解对于优化保存技术（如冻干）至关重要，这对于延长蜂王浆的保质期和保持其储存期间的质量属性非常重要。这包括保护生物活性化合物（例如10-HDA和主要蜂王浆蛋白）、感官特性（例如风味、颜色、香气）和物理结构，因为所有这些都极易受到水分吸收的影响而降解（Ramanathan等人，2018）。
在食品科学中，吸附等温线起着关键作用，描述了给定温度下水分含量与水分活度之间的关系。这些等温线有助于预测蜂王浆在不同湿度条件下的行为（Ouaabou等人，2022，2021；Tagnamas等人，2024）。分析这些模式还可以提供关于蜂王浆热力学性质的见解，例如吸附等焓、差分熵和扩散压力因子，这些对于确定蜂王浆在各种环境中的稳定性和性能至关重要（Aviara和Igbeka，2016；Hssaini等人，2022）。
冻干或称冷冻干燥是一种广泛用于保存蜂王浆的方法。该过程包括先将蜂王浆冷冻，然后降低周围压力，使冻结的水直接升华成气体，从而保持蜂王浆的结构完整性和生物活性，同时最小化微生物生长和酶促降解的风险（Ratti，2001）。为了评估冻干的效果，有必要检查蜂王浆在过程中发生的微观结构变化及其后续储存情况。
已经提出了几种模型来描述食品产品的吸附行为，包括Guggenheim-Anderson-de Boer（GAB）、Halsey和Smith模型。这些模型对于预测不同水分活度下的水分含量至关重要，进而有助于设计适当的包装和储存方案（Ouaabou等人，2022；Tagnamas等人，2024）。
冻干蜂王浆的微观结构也会影响其吸湿行为。扫描电子显微镜（SEM）和热重-差热分析（TGA-DTA）等技术可以可视化这些结构变化，使我们能够将其与水分吸收模式联系起来。
先前的研究强调了水分吸附性质在保持蜂王浆稳定性和保质期方面的重要性。（Moraga等人，2012；Ornelas-Paz和Yahia，2014；Jung等人，2018）指出，控制水分含量对于保持冻干产品的生物活性化合物和整体质量至关重要。这一见解对于开发延长蜂王浆效力和效果的包装和储存系统至关重要。然而，尽管认识到水分控制的重要性，但在蜂王浆与水分相互作用的基本理解方面仍存在重大空白。蜂王浆的广泛生物活性已有充分记录，但将其基本吸湿性和热力学性质与其实际储存稳定性联系起来的系统研究尚缺乏。
本研究提供了首次对冻干蜂王浆的全面热力学和微观结构分析，我们通过分析其在不同温度下的吸附等温线来研究冻干蜂王浆的吸湿性质。通过将数据拟合到不同的模型中，我们试图确定最准确的预测蜂王浆水分吸附行为的模型。此外，我们还将研究其热力学性质和微观结构变化，以更好地了解如何保持这种宝贵物质的品质和稳定性。
部分摘录
材料
蜂王浆（RJ）样本来自摩洛哥Meknes地区的一位养蜂人。将250克新鲜蜂王浆放入实验室冷冻柜中，在-20°C下冷冻24小时后，转移到冻干机（Alpha1-4LD plus）中。冻干过程包括一个初级干燥阶段，压力为4.5Pa，温度为-55°C，以升华冻结的水分；随后是一个二级干燥阶段，温度升高到30°C，在减压条件下脱附剩余的水分
吸附等温线
图1显示了蜂王浆（RJ）在30°C、40°C和50°C下的水分吸附等温线，表明平衡水分含量（Xeq）与水分活度（aw）之间存在正相关关系。随着水分活度的增加，蜂王浆吸收了更多的水分，证实蜂王浆内的蒸汽压升高受到周围环境较高蒸汽压的影响。这一观察结果与先前的研究结果一致（Hssaini等人，2022；Ouaabou等人，2021；
结论与展望
本研究表明，蜂王浆（RJ）的平衡水分含量（Xeq）随水分活度（aw）的增加而增加，而在恒定水分活度下，蜂王浆的吸湿性随温度的降低而降低。根据Brunauer的分类，吸附等温线被确定为II型，这是具有显著介孔结构的食品材料的典型特征。使用GAB模型测定的单层水分含量（X0）在30°C时为6.27%，在
CRediT作者贡献声明
Lahcen Hssaini： 形式分析。Rachida OUAABOU： 方法论、研究、资金获取。said ennahli： 验证。aadil Bajhoub： 软件。EL amine Ajal： 数据整理。Jalal Isaad： 监督。Nadia Massaoudi： 形式分析。Abdessamad Lahrach： 概念构思。Abderrahim Alahyane： 概念构思
未引用的参考文献
Melliou, 2014; Mutlu等人，2020a; Mutlu等人，2020b; Ouaabou等人，2021a; Pascual-Pineda等人，2021; Ramadan和Al-Ghamdi，2012a; Ramadan和Al-Ghamdi，2012b.
资助
本工作得到了PRIMA-2022计划（TECHONEY）的支持，并在摩洛哥由高等教育、科学研究与创新部（MESRSI）（协议1733）资助。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
