将澄清和脱色的红甜菜废料升级循环为用于冰淇淋生产的可持续葡萄糖浆替代品

《Food Chemistry: X》：Upcycling clarified and decolorized red beet waste into a sustainable glucose syrup alternative for ice cream production

　　

研究人员旨在确定在工业红甜菜（Beta vulgaris L.）浓缩汁生产红甜菜提取粉末过程中，色素提取后产生的液体废料（RBLW，~12.0°Bx）作为冰淇淋技术中葡萄糖浆替代品的潜在用途。在对RBLW进行澄清和脱色后，研究了其还原糖谱、高灰分含量、低pH和残留色素对作为模型食品的冰淇淋视觉特性的影响。此外，还考察了灰分含量和pH对乳蛋白的影响。在研究初期，研究人员使用阴离子和阳离子交换树脂以及吸附树脂（改性苯乙烯-二乙烯基苯（styrene-DVB））对RBLW进行澄清和脱色处理，得到澄清度（T₆₂₅）值为77.3%，并将溶液蒸发至＞65°Bx。使用响应面法（RSM）自定义混合物设计制备冰淇淋样品，以升级循环的RBLW、葡萄糖浆和稳定剂（salep）为自变量（n=14）。对于冰淇淋混合物的粘度、稠度、流动指数、pH、灰分含量、a^*、b^*、色度（chroma）和色调角（hue angle）特性，确定了R²值在0.60199至0.9212之间的显著模型；对于冰淇淋样品的a^*、色调角、硬度和融化速率特性，确定了R²值在0.6614至0.9790之间的显著模型。结果表明，经过澄清和脱色处理的RBLW可用于冰淇淋，并且天然色素工业的废料可在循环经济范围内用作创新食品成分。

**论文解读文章**

**研究背景与目的**
冰淇淋因其高糖含量而备受关注，糖替代研究在乳品技术领域具有重要意义。传统糖替代物如麦芽糊精、甜菊糖苷等，但利用食品加工废料作为糖源替代品符合循环经济理念。红甜菜（RB）色素提取后的液体废料（RBLW）富含单糖和双糖（总量＞70.0 g/100 g干物质），但残留的甜菜红素等色素限制了其直接应用。现有方法多采用高能耗干燥，缺乏对液态副产物的高效利用。因此，本研究旨在通过澄清和脱色处理，将RBLW升级循环为冰淇淋生产中的葡萄糖浆替代品，评估其对冰淇淋理化、流变、颜色、感官等特性的影响，为天然色素工业副产物的创新利用提供依据。论文发表在《Food Chemistry: X》。

**主要关键技术方法**
研究人员从工业红甜菜色素生产商（X公司，土耳其）获取RBLW原液（~12.0°Bx，pH＜3.50），首先通过阳离子交换树脂（Macro-Prep 25S）、阴离子交换树脂（Macro-Prep High Q）和吸附树脂（改性苯乙烯-DVB）进行澄清和脱色，使澄清度（T₆₂₅）达到77.3%，再经真空蒸发浓缩至＞65°Bx。采用响应面法（RSM）中的D-最优混合设计，以澄清脱色RBLW、葡萄糖浆（42 DE）和稳定剂（salep）为自变量，固定蔗糖、乳脂和牛乳用量，制备14组冰淇淋样品（三次重复）。对冰淇淋混合物和成品进行理化（pH、灰分、干物质）、颜色（L^*、a^*、b^*、色度chroma、色调角hue angle）、流变（表观粘度、稠度指数K、流动行为指数n、储能模量G'、损耗模量G''）、总酚含量（TPC）、抗氧化活性（DPPH法）、质构（硬度）、融化特性（第一滴时间、融化速率）及感官（9点嗜好标度）分析。

**研究结果**

**3.1 冰淇淋混合物（Ice cream mixes）**

**3.1.1 理化性质（Physico-chemical properties）**
通过线性模型分析，pH受RBLW与稳定剂交互作用显著影响（R²=0.9212），混合物pH值在6.70-6.94范围内，接近牛乳等电点，较低的pH可能增强乳蛋白间的静电斥力降低，增加粘度。灰分含量（0.42-0.66 g/100g）模型R²=0.7856，RBLW引入的多价离子（Ca²⁺、Mg²⁺）通过盐桥促进蛋白聚集，但稳定剂可调节此效应。干物质（DM）范围29.9-32.6 g/100g，模型预测性差（R²=0.49），故未用于优化。

**3.1.2 颜色**
独立变量对L^*、b^*、色度无显著模型，但a^*和色调角模型显著（R²分别为0.8735和0.8741）。RBLW的引入使L^*轻微增加，但脱色处理有效抑制了红色残留，色值变化主要由稳定剂引起。

**3.1.3 流动行为（Flow behaviors）**
所有混合物呈现剪切稀化行为，Ostwald-de Waele模型拟合良好（R²=0.840-0.999）。RBLW与稳定剂交互作用显著影响稠度指数K。RBLW增加使K从0.65 Pa·sⁿ升至0.91 Pa·sⁿ，流动行为指数n降低。频率扫描显示所有样品tanδ＜1，呈弹性凝胶状结构。

**3.2 冰淇淋样品**

**3.2.1 总酚含量与抗氧化活性（Total phenolic content and antioxidant activity capacity）**
TPC范围为352.4-546.6 mg GAE/kg，抗氧化活性为1.43-4.41%，两指标模型均不显著（P＞0.05），表明RBLW替代葡萄糖浆未显著改变酚类与抗氧化特性。

**3.2.2 颜色**
成品颜色与混合物趋势一致，a^*和色调角模型R²提升至0.9565和0.9790。RBLW与葡萄糖浆交互作用显著影响色调角，脱色效果良好，满足中性视觉要求。

**3.2.3 质构（Texture）**
硬度在913.1-2111.8 g之间，线性模型显著（R²=0.5858）。RBLW替代降低硬度（因单糖特别是果糖的高水分亲和性及低TSS导致更多冰晶形成），但整体冷却后质地柔软、奶油感强。

**3.2.4 感官特性（Sensory properties）**
所有感官得分均高于6.40，外观7.70-8.50，整体接受度最高7.95。RBLW增加外观评分，稳定剂负向影响。口感、味道无不良后味，多酚与乳蛋白结合掩盖了涩味。

**3.2.5 融化行为（Melting behavior）**
第一滴时间420-832 s，融化速率2.56-4.04 g/min，模型不显著（P＞0.05）。RBLW可能降低冰点、加速融化，但整体融化均匀可控。

**3.2.6 优化与模型验证（Optimization and model validation）**
RSM优化得到最适配方：RBLW 3.68 g/100g、葡萄糖浆1.69 g/100g、稳定剂1.12 g/100g。验证实验显示稠度指数1.25 Pa·sⁿ、第一滴时间745 s、味道7.72、整体接受度7.83，偏差-5.09%至+1.31%，模型准确性高。

**讨论与结论**
讨论中强调了pH、灰分对乳蛋白稳定性的影响机制：RBLW引入的阳离子促进蛋白-蛋白盐桥连接，但混合物pH（6.70-6.94）维持足够静电排斥，避免了宏观凝聚，同时促进了多酚-蛋白结合，消除了涩味。颜色脱色效果优异，使RBLW可作为中性填充剂。流变特性显示弹性凝胶结构，有利于冰淇淋顺滑口感。感官评分证实脱色RBLW未带来负面感官影响。总体而言，升级循环的RBLW可成功替代葡萄糖浆，维持冰淇淋的技术与感官品质，符合循环经济原则。
**结论翻译**：本研究表明，工业红甜菜色素加工液体废料（RBLW）可通过澄清、脱色和浓缩系列工艺成功升级循环为可持续的葡萄糖浆替代品用于冰淇淋生产。处理过程采用离子交换和吸附树脂，有效将澄清度（T₆₂₅）提升至77.3%。所得升级循环RBLW被证明是可行的功能成分，冰淇淋混合物理化性质和流变性质建立了显著模型（R²=0.60-0.92）。混合物pH稳定在6.70-6.94，灰分0.42-0.66 g/100g，干物质29.9-32.6 g/100g。RBLW使稠度指数从0.65升至0.91 Pa·sⁿ，高稳定剂浓度下增强粘度。所有样品呈弹性行为（tanδ＜1）。树脂处理保证了高视觉质量，外观评分7.70-8.50，整体接受度最高7.95。最优配方为3.68 g/100g RBLW、1.69 g/100g葡萄糖浆、1.12 g/100g稳定剂。验证实验偏差-5.09%至+1.31%。结论表明，升级循环RBLW可替代常规葡萄糖浆而不损害冰淇淋技术与感官特性，支持循环经济原则，未来需关注工艺放大与货架期评估。