精选干燥技术处理梨果仙人掌（Opuntia ficus-indica）的品质特性

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Quality Characteristics of Processed Opuntia ficus-indica Using Selected Drying Techniques

　　

本研究旨在开发并表征经冷冻干燥（OP-FD）与热风循环干燥（OP-AC）制备的梨果仙人掌（Opuntia ficus-indica L.）茎片粉的技术、物理、营养及生物活性特性。两种面粉均表现出较低的水分活度（OP-AC：0.410；OP-FD：0.501）、水分含量（OP-AC：5.8 g/100 g；OP-FD：12.1 g/100 g）及灰分含量（OP-AC：18.18 g/100 g；OP-FD：16.18 g/100 g）。OP-AC的蛋白质含量（14.17%）高于OP-FD（7.27%），而两种面粉的脂肪含量均较低（OP-AC：1.92 g/100 g；OP-FD：1.44 g/100 g）。两种面粉均富含膳食纤维（OP-AC：41.12 g/100 g；OP-FD：41.93 g/100 g）及多种必需矿物质，包括钾（OP-AC：7.3%；OP-FD：2.93%）、氯（OP-AC：5.44%；OP-FD：1.67%）和钙（OP-AC：0.91%；OP-FD：0.96%）。有机酸分析在两种样品中均检出柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、乳酸和甲酸。值得注意的是，OP-AC的总酚类化合物、总黄酮含量及铁离子还原抗氧化能力（FRAP）值（分别为799.83 mg GAE/100 g、189.16 mg EC/100 g和7.04 μmol TE/g）均高于OP-FD。OP-FD中的主要酚类化合物为儿茶素（85.4 mg/100 g）和原花青素B2（67.43 mg/100 g），而OP-AC中则为槲皮素（20.35 mg/100 g）和原花青素B2（11.58 mg/100 g）。研究结果表明，与冷冻干燥相比，热风干燥能够提高营养物质浓度并增强抗氧化剂的保留效果。两种加工方式均凸显了仙人掌茎片粉作为功能性配料在食品和医药应用中的潜力。

随着全球对可持续营养来源需求的增长，非传统食用植物（Unconventional Food Plants, UFPs）因其栽培简便、适应性强的特点日益受到重视。梨果仙人掌（Opuntia ficus-indica L. Mill）作为一种耐旱的多肉植物，在干旱和半干旱地区广泛分布，富含甜菜碱、多酚、类胡萝卜素、钾、氯、钙以及可溶性与不可溶性膳食纤维等生物活性成分，是开发健康功能性食品的理想原料。然而，仙人掌茎片含水量极高（约96.7%），亟需通过适宜的干燥加工技术实现保存和价值化利用。热风循环干燥（对流干燥）与冷冻干燥是两种常用的脱水方法，但二者在效率、成本及热敏性成分保留方面存在显著差异。尽管已有研究探讨了不同干燥方法对梨果仙人掌的影响，但针对对流干燥与冷冻干燥在营养和功能特性保留方面的系统性比较仍显不足，尤其缺乏对工业化可行性与功能性品质之间权衡的深入分析。基于此，研究人员开展了本项研究，旨在系统评价两种干燥方法对梨果仙人掌茎片粉物理、理化、形态、技术及生物活性特性的影响，为食品和医药领域的应用提供科学依据。该论文发表在《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》。

研究用到的主要关键技术方法包括：样本来源于巴西北里奥格兰德州Ja?an?农村地区Sítio Ch? do Cajueiro采集的3 kg新鲜梨果仙人掌茎片（30-50天龄，10-20 cm长），经SISGEN登记（代码A94A268）；物理理化分析涵盖水分活度测定（AquaLab设备）、pH测定、水分含量（105°C烘箱干燥至恒重）、灰分（550°C马弗炉）、蛋白质（Micro-Kjeldahl法）、脂肪（Folch法）、膳食纤维（酶-重量法）及滴定酸度；颜色评价采用CIELAB色度系统（Konica Minolta CR 400色度仪）；核磁共振波谱分析（¹H NMR和¹³C NMR，Bruker Ascend 400谱仪）用于组分鉴定，并结合主成分分析（PCA）进行代谢指纹图谱解析；扫描电子显微镜（SEM）观察粉体形貌，能谱分析（EDS）测定矿物元素组成；糖和有机酸 profile 采用高效液相色谱（HPLC）结合示差折光检测器（RID）和二级管阵列检测器（DAD）进行分析；抗氧化活性通过Folin-Ciocalteu法测定总酚、以儿茶素当量（CE）标准化曲线测定总黄酮、FRAP法和ABTS法评估，结果分别以没食子酸当量（GAE）和Trolox当量（TE）表示；酚类化合物 profile 同样采用HPLC-DAD进行定性定量；数据处理采用方差分析（ANOVA）结合Tukey检验（p ≤ 0.05），NMR数据使用Bruker TopSpin 4.1.1软件处理。

研究结果部分，"面粉质量控制"显示OP-AC和OP-FD两种面粉的微生物指标均符合巴西 legislation 要求，适合食用或食品加工。

"物理、理化、技术及形态特性"部分：新鲜茎片水分活度为0.993，干燥后显著降低（OP-AC：0.410；OP-FD：0.501），OP-AC水分含量（5.8 g/100 g）低于OP-FD（12.1 g/100 g），表明热风干燥脱水效率更高。灰分含量OP-AC（18.18 g/100 g）高于OP-FD（16.18 g/100 g）。pH值方面，OP-FR为3.83（极酸性），OP-AC为4.44（酸性），OP-FD为5.08（低酸性），干燥降低了产品酸度。 titratable acidity以柠檬酸计，OP-FR为9.95 g/100 g，OP-AC为2.31 g/100 g，OP-FD为4.55 g/100 g，OP-FD酸度更高可能与热风干燥导致有机酸热降解有关。脂质含量OP-AC（2.04 g/100 g干基）和OP-FD（1.64 g/100 g干基）均较低，蛋白质OP-AC（15.04 g/100 g干基）显著高于OP-FD（8.27 g/100 g干基）。膳食纤维方面，OP-FR总膳食纤维含量为72.78 g/100 g（干基），OP-AC和OP-FD分别为43.65 g/100 g和47.70 g/100 g（干基），干燥过程降低了总纤维含量但仍保持较高水平。颜色分析显示OP-AC和OP-FD的明度L*值（38.37和34.39）显著高于OP-FR（17.17），呈现更浅的色泽；a*值均为负值，表明绿色色调，OP-FD（-9.8）绿色较浅；b*值显示黄色色调增强。NMR光谱分析在δ 0.8-3.0 ppm区域检测到脂质相关信号，PCA分析显示三种样品形成明显分离的簇，PC1和PC2共解释84.8%的方差，OP-AC与碳水化合物相关区域关联更强，OP-FD则与芳香族化合物和有机酸信号相关性更高，表明冷冻干燥更好地保留了热不稳定代谢物。

"形态及宏微量元素分析"部分：EDS分析检测到钾、氯、镁、钙、锰、硒、钠七种矿物元素。OP-AC在钾（7.30%）、氯（5.44%）、镁（2.62%）和钠含量上显著高于OP-FD，仅钙含量OP-FD（0.96%）略高于OP-AC（0.91%）。两种面粉的钙含量均高于其他干燥蔬菜粉。硒含量方面，1 g OP-FD或OP-AC面粉即可提供成人女性每日推荐摄入量。SEM观察显示两种面粉均呈现非均匀鳞片状表面、几何不规则的颗粒形态，倾向于矩形，与燕麦粉相似，有利于食品加工应用。

"糖及有机酸"部分：主要检出葡萄糖和果糖。OP-FR葡萄糖含量最高（16.19 g/100 g），OP-AC（3.75 g/100 g）高于OP-FD（2.07 g/100 g）；果糖含量OP-AC（4.76 g/100 g）最高。有机酸包括柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、乳酸和甲酸，OP-AC在柠檬酸（18.13 g/100 g）、苹果酸（3.02 g/100 g）、乳酸（9.03 g/100 g）和甲酸（6.56 g/100 g）含量上均高于OP-FD，仅琥珀酸OP-FD略高。

"酚类含量、总黄酮及抗氧化活性"部分：总酚含量OP-AC（799.83 mg GAE/100 g）> OP-FD（229.49 mg GAE/100 g）> OP-FR（199.93 mg GAE/100 g）；总黄酮OP-AC（189.16 mg EC/100 g）> OP-FD（134.76 mg EC/100 g）> OP-FR（41.16 mg EC/100 g）；FRAP值OP-AC（7.04 μmol TE/g）> OP-FD（5.17 μmol TE/g）> OP-FR（1.26 μmol TE/g）；ABTS值OP-AC（48.46 μmol TE/g）> OP-FD（10.01 μmol TE/g）> OP-FR（0.30 μmol TE/g）。抗坏血酸含量OP-FD（36.90 mg/100 g）略高于OP-AC（34.20 mg/100 g），均高于OP-FR（19.70 mg/100 g）。

"酚类 profile "部分：共检出16种酚类化合物。OP-FD中儿茶素（5.73 mg/100 g）、原花青素B2（4.54 mg/100 g）、原花青素A2（4.85 mg/100 g）和山奈酚（4.15 mg/100 g）含量较高；OP-AC中咖啡酸（4.31 mg/100 g）、柚皮素（3.44 mg/100 g）和原花青素B1（9.91 mg/100 g）含量显著。总体而言，冷冻干燥对大多数酚类单体化合物具有更好的保留效果。

研究结论部分指出，本研究评价的干燥工艺均能有效生产低水分活度和低水分含量的稳定仙人掌茎片粉，延长货架期，适宜作为增值配料使用。热风干燥和冷冻干燥均显著浓缩了新鲜茎片中的营养成分和功能组分，尤其是膳食纤维和必需矿物质。其中，热风干燥导致更高的营养物质浓度，表现为更高的总酚、总黄酮含量及抗氧化活性；而冷冻干燥则更好地保留了单体酚类化合物，在维持特定生物活性物质完整性方面更具优势。仙人掌茎片粉的高纤维含量、相关矿物质组成及抗氧化潜力，凸显了其在烘焙产品、膳食补充剂和营养保健品等功能性食品配方中的广阔应用前景，尤其对半干旱地区的可持续食品系统具有重要意义。未来研究应探索这些面粉在不同食品基质中的掺入效果、感官接受度评价，以及其生物活性化合物的生物可及性和体内效应，以全面支持其技术和健康相关应用。