《Applied Food Research》：Spray?drying microencapsulation of tomato pomace extract using enzymatically modified protein carriers for improved stability, controlled bioactive accessibility, and application in functional sponge cake
编辑推荐：
番茄加工的主要副产物——番茄皮渣是番茄红素和酚类抗氧化剂的丰富来源；然而，其直接添加入食品中受限于不稳定性和潜在的感官影响。本研究考察了以明胶(Gelatin, GEL)和玉米花粉蛋白(Corn Pollen Protein, CPP)及其酶解形式(水解明胶
番茄加工的主要副产物——番茄皮渣是番茄红素和酚类抗氧化剂的丰富来源；然而，其直接添加入食品中受限于不稳定性和潜在的感官影响。本研究考察了以明胶(Gelatin, GEL)和玉米花粉蛋白(Corn Pollen Protein, CPP)及其酶解形式(水解明胶 HGEL 和水解玉米花粉蛋白 HCPP)为壁材，对番茄皮渣提取物(Tomato Pomace Extract, TPE)进行喷雾干燥微封装，并评估所得粉末在海绵蛋糕强化中的应用。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、色度分析及热重/差示扫描量热法(TGA/DSC)评估颗粒形态、结构相互作用、色泽特性和热稳定性。微胶囊形态随壁材类型变化：GEL 显示部分塌陷和团聚结构，而 HGEL 产生更小、更球形且壳层更光滑的颗粒。微封装提高了热稳定性，降解起始温度从 TPE 的 179.2°C 提升至 HGEL 的 308.5°C。粉末中番茄红素和总酚含量分别为 155–235 μg/g 和 1.50–2.75 mg GAE/g DM（干物质）。在蛋糕应用中，纯 TPE 使体积减小（对照组 58.5 cm3 降至 6% 添加量时的 51.0 cm3），且增加糕芯硬度（1.05 N 升至 1.82 N），而 HGEL 蛋糕较好保持了结构（硬度 1.22–1.44 N）且色差最小(ΔE≈1.85–2.05)。强化使总酚由对照组 0.26 mg GAE/g DM 升至 TPE?6 的 2.49 mg GAE/g DM 和 HGEL?6 的 2.35 mg GAE/g DM，DPPH 自由基清除率从 20.92% 分别升至 58.25% 和 54.83%。半训练评审组感官评价显示 TPE?6 接受度降低（滋味/气味=2.50），而 HGEL?3 接近对照组（4.40）。结果表明，壁材类型及由此产生的颗粒形态与表观生物活性物质可提取性、热稳定性及在热加工烘焙体系中的表现相关，其中 HGEL 表现出最有利的综合平衡。
研究背景与目的
番茄(Solanum lycopersicum L.)加工产生大量副产物番茄皮渣（含果皮、种子和残余果肉），其富含番茄红素(Lycopene)和酚类抗氧化剂等生物活性成分，但因热、光、氧敏感性高，直接应用于热加工食品（如焙烤制品）时易降解且影响产品质构与感官品质。微封装特别是喷雾干燥是稳定热敏性提取物的有效手段，传统碳水化合物壁材（如麦芽糊精）缺乏表面活性，而蛋白类壁材（如明胶、乳清蛋白）因良好乳化性和成膜性受到关注。玉米花粉蛋白(Corn Pollen Protein, CPP)作为未充分利用的农业副产蛋白，具潜在界面活性但结构刚性较强。此外，酶解改性可改善蛋白溶解度和界面性质。目前尚缺乏对比天然与酶解动植物蛋白壁材对番茄皮渣提取物(Tomato Pomace Extract, TPE)微胶囊形态、稳定性及烘焙应用性能的研究。因此，研究人员以明胶(GEL)、CPP及其胰酶水解产物(HGEL、HCPP)为壁材，通过喷雾干燥制备 TPE 微胶囊，表征理化及形态热学性质，并在海绵蛋糕中验证功能性与可接受性，探讨壁材结构与微胶囊性能的关系。本文发表于《Applied Food Research》。
主要关键技术方法
研究人员自本地番茄汁厂获取番茄皮渣，经冻干、过筛后以96%(v/v)乙醇提取获得 TPE；自蜂采玉米花粉经脱脂、碱溶酸沉法提取 CPP。GEL 和 CPP 分别在最适 pH 与温度下以猪胰酶(Pancreatin)酶解，灭活、离心、冻干得水解物(HGEL、HCPP)。以壁材:芯材质量比 1:3 制备乳液，采用 pilot?scale 喷雾干燥机（进风 185°C，出风 130°C）制得四种微胶囊粉末(CPP、HCPP、GEL、HGEL)。测定生产得率、水分、水活度(aw)、溶解度、吸湿性、堆积/振实密度、Hausner 比(HR)、Carr 指数(CI)；场发射扫描电镜(FE?SEM)观察形态；数字图像分析测色度(L、a、b*)、计算白度指数(WI)、黄度指数(YI)、总色差(ΔE)；正己烷萃取－分光光度法测番茄红素；Folin?Ciocalteu 法测总酚含量(TPC, mg GAE/g DM)；ABTS+• 和 DPPH• 法测抗氧化活性；FT?IR 分析特征官能团与相互作用；TGA/DTG 与 DSC 分析热稳定性(30–450°C，N2氛围)。以海绵蛋糕为模型，按面粉质量 0%、3%、6% 添加纯 TPE 或 HGEL 微胶囊粉，焙烤后测蛋糕 pH、滴定酸度(TTA)、aw、TPC、DPH 与 ABTS 活性、体积、高度、比容、糕芯硬度(Texture Analyzer)、色度及半训练评审组 5 分享乐量表感官评分。所有实验三次重复，ANOVA 及 Duncan 多重比较(p<0.05)。
研究结果
3.1 理化性质(Physicochemical properties)
生产得率无显著差异(47.28%–49.86%)，水解产物略高。水解壁材制粉水分(4.71%–4.85%)和水活度(0.42–0.44)显著高于原生蛋白(p<0.05)，源于肽键断裂暴露亲水残基。HGEL 溶解度最高(86.93%)，CPP 最低(71.60%)，酶解提升溶解性。吸湿性 HCPP 最高(20.24 g/100g)，GEL 最低(9.10 g/100g)，酶解增加肽链亲水性致吸湿增强。堆积密度 HGEL 与 CPP 较高(0.37 g/mL)，HCPP 最低(0.26 g/mL)；Hausner 比与 Carr 指数表明 HGEL 流动性中等偏可流(HR=1.41, CI=0.28)，HCPP 差(HR=1.81, CI=0.43)。结论：酶解改善溶解性但增加吸湿、降低植物蛋白基粉末流动性；HGEL 综合物理性能较优。
3.2 形态特征(Morphological properties)
FE?SEM 显示 GEL 颗粒严重团聚、部分塌陷融合，表面平滑但塑性变形；HGEL 呈主要球形、粒径 25–45 μm、表面连续微皱无裂纹、分散好；CPP 为 60–140 μm 多角形/多面体、表面粗糙有凹痕；HCPP 粒径 50–120 μm，混合球状与多面体，粗糙度略降但仍存凹陷。形态质量排序：HGEL > HCPP ≈ CPP > GEL。结论：酶解对明胶基质结构转变显著（形成致密连续壳），对 CPP 仅轻微改善；微胶囊完整性主要由壁材本身柔韧性与重组能力决定。
3.3 喷雾干燥粉末颜色特性(Color properties of spray?dried powders)
原 TPE 深红橙(WI=3.6, YI=247.2, ΔE=81.5 相对白板)，封装后明显变浅。CPP/HCPP 白度较低(WI 18.5–20.0)、ΔE 仍高(66–67)；GEL 白度升至 47.5；HGEL 最浅(WI=56.9, YI=65.8, ΔE=31.2)。结论：明胶基质尤其 HGEL 更有效遮盖 TPE 色素，源于均匀成膜与光散射；酶解略微改善 CPP 体系颜色，但植物蛋白自带褐色限制掩色效果。HGEL 粉适合浅色烘焙体系以减少色泽干扰。
3.4 FT?IR 光谱分析(FT?IR Spectroscopy)
TPE 在 3300–3400 cm?1(O–H/N–H)、2920 cm?1(C–H，类胡萝卜素)、1650 cm?1(Amide I)、1550 cm?1(Amide II)、1080 cm?1(C–O)有特征吸收。GEL/HGEL 及 CPP/HCPP 光谱保留各自 Amide 带，水解引起 Amide I/II 轻微展宽与强度再分布但无新峰或明显位移；封装后 TPE 特征峰与蛋白峰共存且无新峰，表明 TPE 与壁材间为物理包埋及氢键/疏水作用而非共价键。结论：TPE 被物理包封于蛋白基质中，酶解改变蛋白高级结构但不产生化学偶联；CPP 与 HCPP 光谱相似印证酶解对其二级结构影响有限。
3.5 番茄红素含量(Lycopene content)
原 TPE 为 314.4 μg/g DM，微胶囊中 GEL 最高(235 μg/g)，CPP≈HCPP(191–201 μg/g)，HGEL 最低(155 μg/g)。结合 SEM，GEL 结构缺陷致番茄红素渗漏至表层易被提取测出（并非更好保留），HGEL 致密壳限制溶剂扩散致提取量少但真实保留率高。结论：测得值反映"分析可及性"，HGEL 低值代表优良屏障与高真实包埋率；微胶囊形态主导生物活性物质表观含量。
3.6 总酚含量(Total phenolic content, TPC)
原 TPE 为 3.5 mg GAE/g DM，微胶囊中 GEL 最高(2.75 mg GAE/g)，HCPP≈CPP(约 1.8–1.9)，HGEL 最低(1.50 mg GAE/g)。趋势同番茄红素——GEL 松散结构使酚类易溶出，HGEL 致密壳延缓 Folin?Ciocalteu 试剂接触芯材酚羟基。结论：TPC 测定值为"可提取酚"而非总保留酚，HGEL 低 TPC 反映控释屏障佳，非酚类降解。
3.7 抗氧化活性(Antioxidant activity)
DPPH• 清除率：TPE 75.2%，GEL 58.5% > HCPP≈CPP > HGEL 30.5%；ABTS+• 清除率：TPE 87%，GEL 68.9% > HCPP≈CPP > HGEL 48.2%。与 TPC 趋势一致，结构缺陷促进抗氧化剂快速释放/反应，HGEL 紧密壳限制自由基触及芯材。结论：抗氧化检测值受微胶囊渗透性控制，HGEL 低值体现缓释保护而非活性损失。
3.8 形态–保留–生物活性综合关系(Integrated morphology–retention–bioactivity relationship)
载体结构→颗粒完整性→泄漏vs保留→测定生物活性。HGEL 小球面连续壳限制扩散→低可提取值但高实际保留；GEL 坍塌融合→高可提取值但弱保护；CPP/HCPP 居中。酶解对明胶（柔性动物蛋白）转化显著，对刚性植物蛋白(CPP)影响有限——后者肽重排不足以形成弹性抗缩壳。微胶囊功能性取决于壁材本征柔韧性及界面重组能力，非单纯化学亲和性。
3.9 热学性质(Thermal properties)
TGA/DSC：原 TPE 起始降解 179.2°C，总失重 90.55%；HGEL 封装粉起始降解延至 308.5°C（近两倍），总失重降至 71.25%，DSC 显示相应吸热/放热峰位移。结论：HGEL 壁材显著提高 TPE 热稳定性，可耐受常规焙烤温度(160–190°C)而不致芯材过早分解，适合热加工食品强化。
3.10 海绵蛋糕中 TPE 与 HGEL 微胶囊的应用(Application of TPE and HGEL microcapsules in cake formulation)
3.10.1 化学性质：TPE 直接添加降 pH(至 5.85)、升滴定酸度(至 0.39%)、略降 aw；HGEL 组 pH、aw近对照组。TPC：对照 0.26 → TPE?6 2.49 → HGEL?6 2.35 mg GAE/g DM；DPPH 由 20.92% 分别升至 58.25% 和 54.83%，ABTS 由 27.15% 升至 74.86% 和 73.54%。结论：两者均成功强化抗氧化物，HGEL 因控释在蛋糕基质中测值略低但热加工中已部分释放，且缓冲酸碱影响。
3.10.2 物理性质与色泽：体积与比容对照最高(58.5 cm3, 2.65 cm3/g)，TPE?6 最低(51.0 cm3, 2.25 cm3/g)，HGEL?3 与对照无差异；糕芯硬度对照 1.05 N，TPE?6 升至 1.82 N，HGEL 组 1.22–1.44 N。色度：TPE?6 ΔE=11.75（明显红/暗化），HGEL?3/?6 ΔE≈1.85–2.05（近对照）。结论：游离 TPE 干扰面糊起泡与面筋网络致体积缩小、硬化、变色；HGEL 微胶囊隔离酚/色素至焙烤阶段释放，较好维持蛋糕比容、柔软度与原始色泽。
3.10.3 感官特性：TPE?6 滋味/气味评分降至 2.50，外观与色泽评分降；HGEL?3 滋味/气味 4.40、外观 4.40，接近对照(4.50–4.60)，咀嚼性亦保持。结论：HGEL 微胶囊掩味遮色，在 3% 添加量下感官可接受性良好。
讨论与结论翻译(Conclusion)
本研究表明，以蛋白为壁材对番茄皮渣提取物进行微封装时，壁材种类关联于微胶囊颗粒形态与壳特性差异，进而影响生物活性成分扩散行为、保留/释放及热稳定性。在所评价壁材中，酶解明胶(HGEL)形成更均匀、球形颗粒及较致密壳层，伴随芯材化合物在测试条件下较好保留、热降解起始温度由 179°C 升至 308°C 以上。相反，天然明胶及玉米花粉蛋白体系趋向形成塌陷或多面体型颗粒，生物活性物质可提取性更高，提示其扩散屏障较弱、热保护有限。将粉末用于海绵蛋糕强化进一步凸显封装技术重要性：直接添加粗提物负面影响蛋糕体积、质构、色泽及感官接受度，而 HGEL 微胶囊在赋予蛋糕酚类与抗氧化活性的同时较好地维持烘焙产品结构、色泽与感官品质，且缓和色素释放致终产品色差极小。需注意本研究感官评价属初步（半训练小组），需大规模消费者测试确认接受度。综上，酶解明胶是将番茄皮渣源生物活性成封装入热加工焙烤体系的 promising壁材；未来需开展货架期、不同加工条件下释放行为及规模化消费者感官测试以确证长期稳定性与广泛接受性。
