《Applied Food Research》：Encapsulation of betalains from beetroot pomace in protein-gum blends: characterization, antioxidant and color stability analysis
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本研究针对甜菜红素在热、光、氧条件下不稳定的技术难题，开发了一种基于甜菜叶蛋白(BLP)和亚麻籽胶(FSG)的超声波辅助冷冻干燥包封新策略。研究结果表明，在核心-壁材比例为1:1.5:0.5时，包封效率高达98.14%，且包封后的甜菜红素在9周储存期内表现出更优的色素保留率、颜色稳定性和抗氧化活性（DPPH/FRAP测定）。该工作为开发可持续的天然食用色素提供了创新解决方案。
在追求健康饮食的当下，消费者对食品中合成色素的担忧与日俱增。然而，作为替代品的天然色素往往面临着一个尴尬的困境：它们虽然来源天然，但其稳定性却远逊于合成色素。甜菜红素（Betalains），这类从甜菜根中提取的水溶性色素，拥有鲜艳的红色（甜菜花青素，Betacyanin）和黄色（甜菜黄素，Betaxanthin），且具备良好的抗氧化活性，是理想的天然着色剂。但它们的“娇气”是出了名的，对热、光、氧气乃至pH值的变化都极为敏感，这严重限制了其在食品工业中的广泛应用。如何为这些脆弱的天然色素穿上一件坚固的“防护服”，成为研究人员亟待攻克的关键技术难题。
为了应对这一挑战，并贯彻可持续与循环经济的理念，一项发表于《Applied Food Research》的研究另辟蹊径。研究人员将目光投向了食品加工过程中的副产物——甜菜渣（Beetroot Pomace）和甜菜叶。他们旨在从这些废弃资源中提取甜菜红素和甜菜叶蛋白（Beetroot Leaf Protein, BLP），再结合从亚麻籽中提取的亚麻籽胶（Flaxseed Gum, FSG），开发一种全新的、完全基于植物的包封系统，以期显著增强甜菜红素的稳定性。这项研究的核心在于利用超声波辅助冷冻干燥技术，将甜菜红素高效地包裹在BLP和FSG构成的复合壁材中。
为开展此项研究，研究人员运用了几个关键技术方法：首先，采用超声波辅助提取法从甜菜渣中获取甜菜红素，并从甜菜叶和亚麻籽中分别提取BLP和FSG作为壁材。其次，通过系统筛选不同核心-壁材比例，优化包封工艺，最终确定最佳比例为甜菜红素:BLP:FSG = 1:1.5:0.5。第三，利用冷冻干燥（冻干）技术进行包封物的固化，以保护热敏性的甜菜红素。第四，综合运用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等技术对包封物的结构进行表征。第五，通过热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）评估其热稳定性。最后，通过为期九周的储存实验，在4°C和22°C、光照与黑暗不同条件下，系统评价了包封前后甜菜红素的色素保留率、颜色稳定性（使用CIELAB色度系统）以及抗氧化活性（通过DPPH和FRAP法测定）。
3.1. 总甜菜红素含量和包封效率
研究发现，从甜菜渣中提取的游离甜菜红素其总含量（TBC）达到21.11 mg/g，高于文献通常报道的范围，这得益于优化的提取工艺。经过包封后，TBC略有下降至20.72 mg/g，但包封效率（EE）在壁材比例为1:1.5:0.5时达到了惊人的98.14%。这表明BLP和FSG组合作为壁材具有极高的相容性和包封能力。在为期九周的储存过程中，动力学模型拟合显示，包封显著减缓了色素的降解速率，尤其是在4°C黑暗条件下，包封样品的半衰期（t?/?）远长于游离样品，证明了包封的有效保护作用。
3.2. 结构表征
通过FTIR光谱分析，证实了甜菜红素与壁材（BLP和FSG）之间通过氢键等非共价相互作用成功结合。XRD图谱显示，游离甜菜红素为无定形结构，而包封后的样品呈现出微弱的结晶峰，结晶度指数为12.47%，这表明包封过程诱导了壁材分子的部分有序排列，这种结构有助于提高包封物的稳定性。SEM图像直观地展示了包封前后的形态差异：游离甜菜红素粉末表面光滑致密，而包封后的样品则呈现不均匀的片状结构和粗糙多孔的表面，这是冷冻干燥和壁材复合的典型特征，也暗示了其不同的溶解和释放行为。
3.3. 热分析
TGA和DSC结果一致表明，包封显著提升了甜菜红素的热稳定性。游离甜菜红素在约170°C开始明显分解，而包封样品的热分解过程更为平缓，起始分解温度延迟，最大分解速率对应的温度也更高。DSC曲线中包封样品吸热峰的减弱和位移，进一步证实了甜菜红素被成功包埋于壁材内部，受到了良好的隔热保护。
3.4. 物理性质
包封后，颗粒的平均粒径从473.20 nm增大到593.77 nm，这符合壁材包裹导致尺寸增加的预期。Zeta电位（ZP）略有变化，从-34.23 mV变为-32.27 mV，但仍远高于|±30| mV的胶体稳定性阈值，表明包封体系在水分散体中具有良好的物理稳定性。水活度（aw）从游离态的0.19升高到包封后的0.36，这主要归因于BLP和FSG本身的水结合能力，但该值仍远低于微生物生长所需的临界值（0.6），意味着包封粉末具有较好的储藏安全性。
3.5. 储存研究
九周的储存实验是检验包封效果的关键。通过计算总甜菜红素含量随时间变化的曲线下面积（AUC），发现包封样品在所有储存条件下（4°C/22°C，光照/黑暗）的AUC值均显著高于游离样品，尤其在4°C黑暗条件下，色素保留率最高。颜色测量表明，包封样品的总色差（ΔE）在整个储存期内均小于游离样品，且所有ΔE值均低于5，属于肉眼难以察觉的变化范围，证明了包封对颜色出色的保护效果。在抗氧化活性方面，DPPH自由基清除实验显示，储存九周后，包封样品在4°C黑暗条件下的活性保留率高达96.38%，显著优于游离样品的82.44%。FRAP法测得的还原力保留率虽然在不同样品间差异不显著，但包封样品也表现出高度稳定性。
综上所述，本研究成功开发了一种基于农业副产物（甜菜叶、亚麻籽）的蛋白-多糖复合包封系统，通过超声波辅助冷冻干燥技术，实现了对甜菜渣来源甜菜红素的高效包封（效率>98%）。该包封系统不仅改善了甜菜红素的物理化学性质（如热稳定性），更在长期储存中展现出卓越的保护能力，显著延缓了色素降解和颜色劣变，并更好地保持了其抗氧化活性。这项工作首次证实了甜菜叶蛋白与亚麻籽胶作为包封壁材的可行性，为天然色素的高值化利用和食品工业副产物的资源化提供了创新且可持续的技术路径，对开发稳定、高效的天然食品着色剂具有重要的理论和实践意义。
