《Food Chemistry》：High-pressure homogenization enhances the physicochemical properties and extraction of broccoli leave bioactives
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本研究评估了高压均质化（HPH，90MPa）对西兰花叶子的物理化学和植物化学特性的影响，并与传统搅拌法对比。结果显示，HPH处理样品颗粒更小、颜色更绿，血清中氨基酸和单糖含量更高，甲醇提取物中总酚类、黄酮类及硫苷含量显著增加，代谢组学分析确认HPH独特检测到22种化合物，抗氧化活性提升超过一倍。研究表明HPH有效改善西兰花叶子的加工性能和生物活性成分提取效率。
Raquel Carvalho | Nick Stamatiou | Anwar Sunna | Alfonso E. Garcia-Bennett
澳大利亚研究委员会工业转型培训中心，专注于促进澳大利亚生物活性物质的开发，地址：新南威尔士州悉尼2109
摘要
尽管西兰花叶子含有丰富的生物活性成分，但通常被视为不可食用之物，因此被浪费。高压均质化（HPH）是一种非热处理的、基于水的技术，正成为处理农业食品废弃物的新方法。本研究评估了在90 MPa压力下进行高压均质化处理对西兰花叶子物理化学和植物化学性质的影响，并将其与传统混合方法进行了比较。经HPH处理的样品表现出更小、更绿色的颗粒，且细胞结构明显受损。在血清中，HPH处理的西兰花叶子中的氨基酸和单糖浓度更高。此外，通过代谢组学分析证实，HPH处理样品的甲醇提取物中含有更多的总酚类、黄酮类和硫代葡萄糖苷。共鉴定出201种化合物，其中22种仅在HPH处理样品中发现，16种在混合样品中发现。HPH处理后的提取物还表现出更强的抗氧化活性，在所有研究浓度范围内抗氧化活性均超过对照组。总体而言，这些结果表明HPH能够改善西兰花叶子的物理化学性质、生物活性化合物的提取效果以及抗氧化能力。
引言
重新利用水果和蔬菜的农业工业废弃物在社会和经济上具有重要意义，因为它有助于推动循环经济、减少碳足迹，并促进营养保健品的发展（Lau等人，2021；Searchinger等人，2019）。西兰花（Brassica oleracea var. italica Plenck）是一种广泛消费的蔬菜，在全球范围内是浪费最严重的蔬菜之一（FAOSTAT，2024）。大约三分之二的西兰花在收获后被丢弃，其中叶子占西兰花生物量的近一半（47%，Liu等人，2018），以及高达85%的作物残余物（Prade等人，2021）。然而，代谢组学分析显示，西兰花叶子的抗氧化活性高于其他部分，这主要归因于其高含量的维生素、多酚和色素（Gao等人，2025；Zhao等人，2024）。
此外，西兰花叶子还富含蛋白质和纤维（Gudi?o等人，2024），使其成为具有营养价值的功能性成分（Devi等人，2022；Drabí Nska等人，2021；Krupa-Kozak等人，2021；Salas-Millán等人，2024）。多项研究表明，将西兰花叶子加入蛋糕、面包和意大利面等固体食品中，可以增加食品中的矿物质、蛋白质和生物活性成分含量，同时提高抗氧化活性，而不会影响消费者的接受度。因此，应进一步探索食品废弃物处理方法，以增强生物活性化合物的提取效果，充分发挥其潜力，并确保其在食品工业中的实际应用。
在这种情况下，高压均质化（HPH）是一种基于水的技术，通过高压将液体泵送通过一个狭窄且可调间隙的阀门。随后的减压过程会产生空化和剪切应力，使颗粒、细胞结构和大分子受到强烈的机械作用（Augusto等人，2018；Pandiselvam等人，2024），从而导致颗粒尺寸减小。这种减小与处理过程中施加的压力成正比（Juri?等人，2019；Knokaert等人，2012；Leite等人，2015；Lopez-Sanchez等人，2011；Pirozzi & Donsì，2023）。尽管消费者可能对“高压处理”这一术语比“混合”更敏感，认为其与工业化及过度加工相关（Martins等人，2019），但HPH能够保护热敏性化合物，保持颜色和风味，同时延长保质期（Pandiselvam等人，2024）。
鉴于这些优势，HPH已被用于研究其对不同水果和蔬菜（Bie等人，2024；Marsza?ek等人，2023；Turan等人，2024）以及食品废弃物（Pirozzi & Donsì，2023）中生物活性成分的组成、流变性质和生物可利用性的影响，例如土豆皮（Xie等人，2018）、番茄皮（Juri?等人，2019）以及受损或变质的生菜叶（Plazzotta & Manzocco，2019）。尽管尚未在西兰花副产品中进行过相关研究，但一些研究表明，HPH可以降低花簇分散体的粘度并减小颗粒尺寸（Lopez-Sanchez等人，2011），使花簇中的维生素C含量增加152.82%，茎秆中的维生素C含量增加44.09%（Yang等人，2018），并使种子中的硫代葡萄糖苷含量增加三倍（Xing等人，2019）。
HPH在水果和蔬菜加工中最常见和最广泛的应用是制备微生物负荷较低的富含生物活性成分的果汁。HPH能够改善果汁的粘度和流变性质，从而提高消费者的接受度（Salehi，2020）。西兰花花簇果汁因其丰富的营养和生物活性成分而受到广泛研究（Sánchez-Vega等人，2014；Sánchez-Vega等人，2020；Van Eylen等人，2007；Y?km??等人，2025）。此外，Domokos-Szabolcsy等人（2022）和Salas-Millán等人（2024）使用不同技术从西兰花叶子中开发出了高生物活性成分的饮料。因此，本研究旨在评估在90 MPa压力下进行高压均质化处理对西兰花叶子提取物的物理化学性质（颗粒大小、颜色）、生物活性成分谱和抗氧化活性的影响，并将其与传统混合方法进行比较。感官测试和生命周期分析不在本研究的范围内。
材料与方法
使用了Milli-Q?超纯水（MilliporeSigma，美国马萨诸塞州伯灵顿）。所有用于分析的化学试剂和药品均为最高纯度。甲醇（CAS# 67–56-1）、乙腈（CAS# 75–05-8）和甲酸（CAS# 64–18-6）购自Supelco（Merck KGaA，德国达姆施塔特）。1,1-二苯基-2-吡啶基肼（DPPH，CAS# 1898-66-4）、2,2'-偶氮二铵盐（ABTS，CAS# 30931–67-0）、氯化铝（AlCl3，CAS# 7446-70-0）和甲酸铵（CAS#
物理化学特性
通过扫描电子显微镜（SEM）获得的显微图像显示，无论是混合处理还是HPH处理的西兰花叶子，其角质层和表皮都发生了物理破坏，而未经处理的对照组则没有这种现象（图1）。未经处理的叶子表面完整，气孔分布在表皮上（图1A-B），角质层有褶皱，细胞呈多边形，这与西兰花叶子的表面特征一致（Rich & Pokroy，2018）。相比之下，混合处理的叶子（图1C-D）和HPH处理的叶子（图1E-F）显示出
结论
本研究表明，在90 MPa压力下进行高压均质化处理可以有效改善西兰花叶子的物理化学和植物化学性质。与传统混合方法相比，HPH处理能够更好地破坏组织结构，减小颗粒尺寸，并保持颜色和矿物质含量。同时，它还能增加血清中氨基酸和糖的释放量
作者贡献声明
Raquel Carvalho：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验设计、数据管理、概念构建。
Nick Stamatiou：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、方法学设计、实验设计、资金获取、数据分析、概念构建。
Anwar Sunna：撰写——审稿与编辑、项目监督、方法学设计、概念构建。
Alfonso E. Garcia-Bennett：撰写——审稿与编辑、撰写——
资金来源
本研究得到了澳大利亚研究委员会工业转型培训中心的支持（项目编号：IC210100040）。
利益冲突声明
作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益和个人关系：Alfonso Garcia-Bennett表示，Whole Green Foods Pty公司为澳大利亚研究委员会项目FAAB提供了资金支持。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢麦考瑞大学科学与工程学院的显微镜实验室、材料表征与分析设施以及化学分析与生物技术中心（MUCAB）提供的仪器和人员支持。部分研究工作得益于澳大利亚政府国家合作研究基础设施战略（NCRIS）/教育项目资助的澳大利亚蛋白质组分析设施（APAF）的支持。
