《Food Bioscience》：Structural Characterization and Neuroprotective Effect of Coix Seed Polysaccharides
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本研究针对红心火龙果(Hylocereus polyrhizus)因高果胶含量导致果汁提取率低、粘度高、浊度大等问题，通过Box-Behnken设计结合响应面法(RSM)系统优化了果胶酶辅助提取红心火龙果汁(RDFJ)的工艺参数。研究确定了最佳工艺条件为酶浓度0.3%、温度45°C、时间120 min，在此条件下果汁得率达72.25%，总可溶性固形物(TSS)为11.01°Brix，粘度降至4.33 cP。与未酶处理对照相比，优化工艺显著提升了果汁的总酚含量(192.72 mg GAE/100 mL)、抗氧化活性(73.87% DPPH抑制率)、甜菜红素(62.31 mg/100 mL)及糖分含量，并改善了色泽特性，为开发高附加值功能性火龙果饮品提供了技术支撑。
在热带水果的璀璨星河中，红心火龙果(Hylocereus polyrhizus)以其艳丽的玫红色果肉和独特的鳞片外观格外引人注目。它不仅是一种视觉盛宴，更是一座营养宝库，富含维生素C、甜菜红素、酚类化合物等多种生物活性成分，赋予其抗氧化、抗炎、护心血管等多种健康益处。然而，这颗“明星水果”在加工成果汁时却遇到了不小的麻烦——其果实中富含的果胶和粘液质，如同给果汁穿上了一件厚重的“凝胶外衣”，导致传统压榨法提取的果汁得率低、粘度高、浑浊不清，极大地影响了产品的感官品质和商业价值。
面对这一产业难题，来自印度Vasantrao Naik Marathwada Krishi Vidyapeeth食品技术学院的Shailesh Janardan Veer、Prashant Anil Pawase等研究人员将目光投向了绿色生物加工技术——酶辅助提取法。其中，果胶酶(Pectinase)作为一种能高效降解果胶多糖的生物催化剂，在果汁加工业中应用广泛。它能在温和的条件下“剪断”果胶分子的糖苷键，瓦解细胞壁结构，从而释放出更多汁液，并有效降低果汁粘度和浊度。尽管该方法在梨、杏等其他水果汁提取中已有成功应用，但其在红心火龙果汁(Red Dragon Fruit Juice, RDFJ)提取中的工艺参数尚未得到系统优化，且以往研究多关注单一指标，缺乏对果汁综合品质（包括得率、理化特性、生物活性成分及色泽）的全面评估。
为此，研究团队在《Food Bioscience》上发表论文，首次采用三因素三水平的Box-Behnken实验设计(BBD)结合响应面法(RSM)，对果胶酶提取RDFJ的关键工艺参数——酶浓度(0.1-0.5%)、孵育温度(35-55 °C)和孵育时间(100-140分钟)——进行系统优化，旨在建立一套能够同步最大化果汁得率和总可溶性固形物(Total Soluble Solids, TSS)、最小化粘度的优化工艺。更重要的是，研究还对优化后的果汁进行了全面的品质分析，包括理化性质、生物活性潜力和色泽属性，并与未经酶处理的对照组果汁进行对比，以科学评估酶处理对RDFJ品质的综合提升效果。
关键技术方法概述
研究以印度帕尔巴尼地区种植的红心火龙果为原料，使用源自黑曲霉(Aspergillus niger)的果胶酶进行提取。实验核心采用Box-Behnken设计安排17次实验（含5个中心点重复），以果汁得率、粘度和TSS为响应值，通过二次多项式模型分析因素间的交互作用，并经方差分析(ANOVA)验证模型显著性。优化工艺验证后，对酶处理组和对照组果汁进行多项指标测定：使用折光仪测TSS，粘度计测粘度，pH计测酸度，色差仪测CIE L* a* b*值，化学法测还原糖、总糖、维生素C，Folin-Ciocalte法测总酚含量(TPC)，DPPH法测抗氧化活性，并使用特定公式计算甜菜红素含量。
3. 结果与讨论
3.1-3.2 工艺参数优化与模型拟合
研究发现，红心火龙果果肉的自然pH值(3.8-4.2)恰好处于所用果胶酶的最适pH范围，因此将pH作为固定参数，集中优化酶浓度、温度和时间。通过BBD实验和RSM分析，建立了果汁得率、TSS和粘度关于三个自变量的二次回归模型。方差分析表明，所有模型的回归关系显著(p < 0.05)，失拟项不显著，决定系数R2分别高达0.9991（得率）、0.9668（TSS）和0.9895（粘度），表明模型拟合良好，能准确预测响应值变化。
3.3 自变量对果汁得率的影响
果汁得率受三个自变量影响显著。最优条件为酶浓度0.3%、温度45 °C、时间120分钟，此时得率最高(72.25%)。过低或过高的酶浓度均不利于得率提升，过量酶可能导致自我抑制或底物耗尽。温度过高则会引发酶变性失活。模型方程显示，酶浓度的线性效应和二次效应最为显著，其与时间的交互作用(AC)也对得率有重要影响。响应面图直观展示了各因素间的交互效应。
3.4 自变量对总可溶性固形物(TSS)的影响
TSS的最高值(11.01 °Brix)同样出现在酶浓度0.3%、温度45 °C、时间120分钟的条件下。酶浓度的线性项和二次项对TSS影响最大，呈现先增后减的趋势，这是因为果胶酶降解细胞壁物质，释放出更多可溶性成分（如糖类），但过量酶可能无额外贡献。孵育温度和时间对TSS有正向影响，但效应相对较弱。
3.5 自变量对粘度的影响
粘度在酶浓度0.3%、温度45 °C、时间120分钟时最低(4.33 cP)。果胶酶有效水解果胶长链，破坏其凝胶网络结构，从而显著降低果汁粘度。超过最佳酶浓度后，粘度下降趋势减缓，可能与酶饱和或过度水解产生新聚合体有关。模型方程中，酶浓度的线性项和二次项影响最为突出。
3.6-3.7 优化与验证
通过数值和图形优化，确定最佳工艺参数为：酶浓度0.3%、孵育温度45 °C、孵育时间120分钟。在此条件下进行验证实验，测得果汁得率、TSS和粘度的实验值与模型预测值高度吻合，误差小，证实了所建模型的准确性和可靠性。
3.8 优化果汁与对照果汁的品质属性比较
与未酶处理对照组相比，优化后的果胶酶处理RDFJ在多项品质指标上表现出显著优势：
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得率、TSS、粘度和pH： 酶处理果汁得率(72.25%)显著高于对照组(59.32%)；TSS略有升高(11.01 vs 10.20 °Brix)，但差异不显著；粘度显著降低(4.33 vs 5.25 cP)；pH和滴定酸度变化不显著。
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色泽特性： 酶处理果汁的亮度L值(13.37)显著高于对照组(11.86)，表明澄清度提高；红度a值(12.09)显著低于对照组(14.38)，可能与甜菜红素的存在形式或浊度降低有关；黄度b*值变化不显著。
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糖分含量： 酶处理显著提高了还原糖(6.69% vs 5.47%)和总糖含量(10.26% vs 9.83%)，归因于酶对复杂碳水化合物的降解作用。
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生物活性成分： 酶处理显著提升了总酚含量(TPC, 192.72 vs 187.31 mg GAE/100 mL)、抗氧化活性(73.87% vs 70.34% DPPH抑制率)和甜菜红素含量(62.31 vs 60.46 mg/100 mL)，表明酶处理能更有效地释放细胞中的生物活性物质。维生素C含量在酶处理后略有下降(13.26 vs 14.59 mg/100 mL)，可能与其对热和氧化敏感有关。
3.9 工业化应用潜力考量
研究为实验室规模的优化提供了坚实数据。未来推向工业化生产需进行中试放大验证，并开展技术经济分析和生命周期评估，以全面评估其成本效益和环境可持续性。
4. 结论
本研究成功应用RSM优化了果胶酶辅助提取红心火龙果汁的工艺，确定了最佳参数组合。该优化工艺不仅能显著提高果汁得率和澄清度、降低粘度，还能更好地保留和释放果汁中的生物活性成分（如总酚、甜菜红素），增强其抗氧化能力，从而全面提升RDFJ的理化品质和营养价值。这项研究为生产高品质、高附加值的红心火龙果清汁及相关功能性饮品提供了一套科学、高效且绿色的加工方案，对推动火龙果深加工产业发展具有重要意义。未来研究可进一步探索协同酶系、非热力辅助提取技术以及产品的货架期稳定性。
