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脉冲电场辅助提取显著提高牛油果种子淀粉回收率至46.45%，总淀粉含量达72.26%，通过分子重组增强凝胶弹性模量并降低酶解可及性，为可持续清洁标签淀粉生产提供新策略。
Danela Silva-Ferrer|Dominique Larrea-Wachtendorff|Gipsy Tabilo-Munizaga|Carolina Herrera-Lavados|Mario Pérez-Won
智利比奥比奥大学健康与食品科学学院食品工程系，安德烈斯·贝洛大道720号，奇兰
摘要
本研究评估了脉冲电场辅助提取（PEF-AE）作为一种新兴的非热技术，用于提高牛油果籽残渣中淀粉的回收率，并探讨了其对淀粉结构、功能性能以及体外消化率的影响。实验中设置了不同的电场强度（2.5, 5 kV/cm）和频率（50, 100 Hz）。结果表明，PEF-AE显著提高了淀粉的回收率，从36.49%（对照组）提升至46.45%，总淀粉含量从45.46%增加到72.26%，显示出PEF作为工艺强化策略的潜力。酶分析显示淀粉损伤程度较小，且直链淀粉含量从51.71%增加到57.04%，这可能与PEF引起的分子重排有关，表现为更高的糊化焓和较低的回生倾向。这些变化使得制备的水凝胶性能得到改善，极化光下未观察到双折射现象，也未出现吸热转变。流变学分析表明水凝胶具有真正的凝胶行为（G' > G''），PEF处理后的淀粉水凝胶表现出更高的弹性模量，表明其结构更加稳定。此外，PEF处理后的淀粉及其水凝胶的抗性淀粉比例增加，说明PEF诱导了限制酶作用的分子重组。总体而言，本研究证明PEF-AE是一种有前景的新兴技术，可通过提高淀粉提取率和优化结构-功能特性来实现牛油果籽残渣的可持续利用。
引言
智利是全球最大的牛油果（Persea americana）生产国之一，种植面积超过33,000公顷，年产量约为15万吨（ODEPA，2024年数据）。由于只有80%的果实可食用，每年会产生超过3万吨的废弃物，其中主要是含有高达66%淀粉的籽（Tesfaye等人，2022年）。虽然传统上淀粉主要从谷物和块茎中提取，但由于牛油果籽独特的颗粒结构和特性，将其作为淀粉来源的研究逐渐受到关注（Li等人，2023年）。牛油果籽淀粉具有较高的直链淀粉含量、不规则的颗粒形态以及高度有序的纳米晶体结构（Esquivel-Fajardo等人，2022年）。此外，其较高的糊化温度和回生特性表明其适用于可生物降解的应用，如食品包装（Martins等人，2022年；Sharma等人，2023年）。
目前大多数从牛油果籽中提取淀粉的方法都使用溶剂和盐类，但效率较低或会损害淀粉的完整性。例如，Esquivel-Fajardo等人（2022年）采用超声波辅助机械提取方法获得了高纯度的淀粉，但产量仅为干基6.6%。Araújo等人（2020年）尝试了微波辅助提取，但由于处理过程中温度过高，导致淀粉颗粒降解和无定形化。这些缺点凸显了需要进一步研究能够在不损害淀粉特性的前提下提高提取效率的方法。
脉冲电场（PEF）是一种非热处理技术，能够增强细胞通透性并促进化合物提取，无需使用合成溶剂或高温处理，符合“清洁标签”产品的理念（Naliyadhara等人，2022年）。清洁标签产品通常要求成分改变最小化且不含人工添加剂，以满足消费者对天然、简单配方产品的需求（Silva-Ferrer等人，2025年）。Castro等人（2024年）使用低强度电场（0.1 kV/cm）从欧洲橡树（Quercus robur）面粉中提取淀粉，获得了34%的产量，同时淀粉链未发生显著降解，但相对结晶度有所降低。然而，目前尚无研究探讨PEF辅助提取（PEF-AE）对牛油果籽淀粉的物理化学性质和消化率的影响。
另一方面，基于淀粉的水凝胶及其实际应用因环保性和优异的生物相容性而受到广泛关注，适用于食品和生物医学领域。这些水凝胶在提高药物疗效、延长寿命和改善生活质量方面具有巨大潜力（Matricardi等人，2016年）。淀粉水凝胶的形成始于糊化过程，随后发生回生，形成三维网络。糊化是在水存在下通过加热诱导的过程，可改变淀粉的结晶结构，促进聚合物链间的相互作用（Biduski等人，2018年）。该过程包括淀粉颗粒的膨胀和分解、直链淀粉及支链淀粉的溶解以及糊状物粘度的增加。储存过程中，淀粉糊会形成具有增强弹性和机械强度的凝胶，但流动性降低（Zhang等人，2023年）。
尽管牛油果籽残渣丰富且淀粉含量高，但利用非热技术进行淀粉回收和功能改性的研究仍较少。特别是，脉冲电场（PEF）在提高淀粉提取率的同时诱导可控结构改性的潜力尚未被充分探索。此外，PEF引起的分子重排对水凝胶形成和淀粉消化率的影响尚不清楚。本研究通过PEF辅助提取技术评估了牛油果籽淀粉的回收效率，并阐明了其结构-功能关系，以及其对热行为、水凝胶性能和抗性淀粉形成的影响。
原材料和化学品
成熟牛油果（Persea americana Miller品种Hass）从当地市场购买。食品级柠檬酸购自Furet Chemicals（智利奇兰）。商业玉米淀粉（S4126，纯度95%，干基）购自Sigma-Aldrich（丹麦哥本哈根），因其结构与功能特性在文献中有详细研究，因此作为参考材料使用。所有试剂均购自Sigma-Aldrich（丹麦哥本哈根）。
牛油果籽淀粉提取
牛油果籽...
从牛油果籽中提取清洁标签认证的淀粉
图1展示了经过PEF-AE处理的牛油果籽中淀粉的回收情况。对照组的淀粉产量（干基36.49%）处于传统溶剂方法的范围内。例如，De Dios-ávila等人（2022年）使用亚硫酸氢钠从Hass和Landrace品种的牛油果籽中分别获得了35.47%和39.57%的淀粉产量；Sharma等人（2023年）使用亚硫酸氢钠从Hass品种的牛油果籽中获得了31.24%的淀粉产量；
结论
研究表明，PEF-AE是一种有效的非热工艺强化策略，可提高牛油果籽残渣中淀粉的回收率。PEF的应用显著提高了提取效率，同时保持了淀粉的天然颗粒结构，仅引起可控的分子重排，而没有造成严重结构损伤。这些PEF引起的变化体现在更高的糊化焓、较低的回生倾向等方面。
作者贡献声明
Danela Silva-Ferrer：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、软件使用、资源准备、方法设计、研究实施、资金申请、数据分析、概念构思。Dominique Larrea-Wachtendorff：撰写 – 审稿与编辑、结果验证、研究监督、方法设计、数据管理、概念构思。Gipsy Tabilo-Munizaga：撰写 – 审稿与编辑、结果验证、研究监督、方法设计、数据管理、概念构思。Carolina Herrera-Lavados：撰写
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢ANID-Chile通过“人力资源培养高级博士奖学金计划（Folio 21220710”提供的财政支持。
