微波处理能够精细调控西兰花茎中的果胶结构，并促进钙离子的凝胶化过程，从而实现白藜芦醇的持续释放

《Food Chemistry》：Microwave time tunes broccoli-stem pectin fine structure and calcium gelation for sustained resveratrol release

broccoli茎果胶微波辅助提取工艺对结构-功能关系的影响及水凝胶应用潜力研究。微波处理时间影响果胶分子量（216.0±0.7kDa）、GalA含量（66.9±0.5%）、酯化度（34.6±0.6%）及ζ电位，150秒处理获得最佳Ca2?交联水凝胶（硬度最高，持水能力最优）。热重分析显示结构稳定性，XRD证实结晶度变化，PCA/PLSR揭示GalA和分子量是硬度与持水性的关键预测因子。该成果为开发 broccoli茎基生物可降解材料提供理论依据。

　　

牛新媛|李丹|张慧瑶|王玉贵|周翠霞|范宏兵|朱传和

山东农业大学食品科学与工程学院，中国泰安271000

摘要

本研究探讨了微波辅助提取（MAE）对西兰花茎果胶（BSP）的结构、功能和凝胶特性的影响。BSP主要为均聚半乳醛酸（HG）型果胶。BSP-150样品具有最高的半乳醛酸含量（66.9±0.5%）、最大的分子量（216.0±0.7 kDa）和适中的酯化程度（34.6±0.6%），能够形成硬度最高、保水能力最强的Ca²⁺交联水凝胶。热重分析显示其分解起始温度和峰值温度较高，XRD衍射分析表明其非晶结构较为紧密。多元分析（PCA/PLSR）进一步证实半乳醛酸含量和分子量是影响凝胶硬度和保水能力的主要因素，ζ电位也起到一定的辅助作用。此外，BSP-150水凝胶具有良好的白藜芦醇（RES）包封和控释性能。这些结果表明，微波辅助提取是一种高效的方法，可获得具有优异凝胶性能的西兰花茎果胶，具有广泛的应用潜力。

引言

果胶因其出色的增稠、稳定和凝胶化特性，在食品工业以及包装、医药、化妆品等领域得到广泛应用，导致全球市场需求持续快速增长（Kapoor等，2024；Said等，2023）。传统上，商业果胶生产主要依赖柑橘皮和苹果渣，但受原材料高浓度、水果种植周期、季节性供应以及副产品加工链的限制，导致供需失衡问题日益严重（Jia等，2024；Riyamol等，2023）。因此，人们正在积极寻找新型可持续的果胶来源。最近的研究表明，西兰花加工副产品是果胶/果胶多糖的有希望的替代来源，从西兰花茎中提取的果胶具有作为食品胶体的应用潜力（Ferreira等，2023）。与传统来源相比，非传统果胶来源（如西兰花Brassica oleracea L. var. italica Planch加工过程中产生的大量茎部）含有高比例的半乳醛酸丰富区域和丰富的RG-I结构域，既具有优异的凝胶化潜力，又富含膳食纤维（Ferreira等，2023；Petkowicz & Williams，2020），但目前这些资源尚未得到充分利用。2023年全球西兰花产量达到26,472,040吨，表明其加工规模庞大，产生的副产品数量可观。其中，只有约15%的植物生物质来自可食用花朵，而茎部和叶子分别占21%和47%，这意味着西兰花茎部具有丰富的利用价值（Nunez-Gomez等，2022）。因此，将西兰花茎部作为果胶来源进行开发利用，是一种可持续的策略，既能减少农业废弃物，又能支持功能性生物材料的发展，以满足不断增长的工业需求。

微波辅助提取（MAE）作为一种环保的提取方法，能有效提高提取效率（Haque等，2025），缩短提取时间，减少环境负担，并保持果胶的结构完整性（Alvi等，2022）。MAE已成功应用于50多种植物的果胶提取。然而，现有研究主要集中在产量优化或单一物理化学性质上（Costa等，2025；Haque等，2025；Hu等，2021；Mao等，2023；Riyamol等，2023）。尽管基于MAE的果胶研究常报告产量和一系列物理化学性质，但关于MAE工艺参数（尤其是辐照时间）与果胶微观结构及下游功能性能（如Ca²⁺介导的凝胶化/网络完整性和释放行为）之间的关联证据仍有限。因此，本研究以西兰花茎部为非传统原料，重点探讨了时间依赖的结构-功能关系，而不仅仅是提取优化。目前，MAE工艺参数（尤其是辐照时间）与果胶微观结构及功能凝胶行为之间的时间依赖关系仍不明确（Choudhury等，2025；Wani & Patidar，2025）。尽管有研究报道利用微波辅助技术从西兰花残渣中提取果胶，并表明MAE参数能显著影响果胶性质，但关于微波处理与BSP微观结构及后续Ca²⁺介导的网络形成之间的明确时间依赖关系的证据仍不足（Cano-Gonzalez等，2024）。值得注意的是，将MAE应用于具有独特细胞结构和成分特性的非传统原料（如西兰花茎部）带来了新的挑战；此外，尚未严格证明最佳MAE处理时间窗口能否同时最大化结构完整性和功能性能。

本研究系统评估了不同MAE处理时间下提取的西兰花茎果胶（BSP）的化学组成、单糖谱、分子量分布、酯化程度（DE）、ζ电位以及Ca²⁺诱导的凝胶流变性和质地。多元统计方法有助于阐明其结构-功能关系，为西兰花加工副产品的利用和MAE工艺优化提供了理论基础，也为功能性多糖的绿色提取技术优化提供了实践指导。

材料

本研究使用的西兰花茎部（Brassica oleracea L. var. italica Planch）采自2023年中国山东省泰安市，为泰安东海食品有限公司在加工干西兰花过程中产生的副产品。样品在0°C下储存待进一步使用。提取前，新鲜茎部的含水量约为88%（湿基计，约12%干物质）。茎部在50°C的热风干燥箱中干燥至恒重，然后粉碎并通过60目筛网过滤。

物理化学性质和单糖组成

从表1可以看出，随着微波处理时间的增加，提取产量、半乳醛酸含量和分子量稳步上升，在150–180秒时达到峰值，之后逐渐下降。酯化程度（DE）从41.3%降至32.2%，所有样品均为低甲氧基（LM）果胶。该范围内稳定的高分子量（216–204 kDa）表明降解程度适中，骨架结构基本保持完整。观察到的“中间最佳值”可以归因于MAE的作用。

结论

研究表明，微波辅助提取（MAE）的处理时间对西兰花茎果胶（BSP）的结构特性和凝胶性能有显著影响。150秒的提取时间可获得半乳醛酸含量较高、分子量较大、酯化程度适中、RG-I分支较少、ζ电位较负的果胶。相应的水凝胶具有更强的机械强度和更好的保水能力。

CRediT作者贡献声明

牛新媛：撰写初稿、验证、方法学设计、实验设计、数据分析。 李丹：撰写初稿、数据分析。 张慧瑶：数据可视化、数据分析。 王玉贵：数据验证、资源协调。 周翠霞：撰写与编辑、项目监督。 范宏兵：撰写与编辑、概念构思。 朱传和：撰写与编辑、数据可视化、项目监督、资金申请。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了山东省重点研发计划（2023TZXD030、2024TZXD004）的财政支持。