番荔枝（Annona squamosa L.）果皮废弃物的高值化利用：干燥方式对理化性质、生物活性成分的影响及其在功能性奶油饼干中的应用

《Food Chemistry Advances》：Valorization of Custard Apple (Annona squamosa L.) Peel Waste: Effect of Drying Methods on Physicochemical Properties, Bioactive Compounds, and Application in Functional Cream Biscuits

　　

摘要：番荔枝（Annona squamosa L.）果皮作为一种农工业废弃物，是潜在生物活性化合物的丰富来源，可用于开发功能性食品。本研究采用托盘干燥（tray drying）和真空干燥（vacuum drying）两种方法制备番荔枝果皮（Custard Apple Peel, CAP）粉，评估其理化、植物化学及结构特性。结果表明CAP粉富含膳食纤维、蛋白质、矿物质及生物活性化合物。采用不同乙醇–水体积比进行超声辅助提取（Ultrasound-Assisted Extraction, UAE），其中60:40（水:ethanol）比例获得最高总酚含量（Total Phenolic Content, TPC）（1245.12 ± 0.17 mg GAE/100 g）。通过傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR）、X射线衍射（X-Ray Diffraction, XRD）及扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）进行结构表征，确认粉末含特征官能团且呈无定形（amorphous）性质。电感耦合等离子体质谱（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS）分析显示重金属含量均在允许限量内，证实其用于食品应用的安全性。将CAP粉掺入饼干奶油夹心，感官评价表明4%（w/w）添加量提供最佳可接受性。本研究证明将番荔枝果皮废弃物高值化转化为附加值功能性食品成分的可持续途径。

论文解读：《番荔枝果皮废弃物的高值化利用：干燥方式对理化性质、生物活性成分的影响及其在功能性奶油饼干中的应用》发表于《Food Chemistry Advances》

一、研究背景与意义

番荔枝（Annona squamosa L.）果实加工或食用后产生大量果皮废弃物，约占鲜果重量的40%。这些果皮通常被丢弃，却富含多酚、黄酮类、乙酰精宁（acetogenins）、生物碱及膳食纤维等生物活性成分，具有抗氧化、抗炎、抗菌等生理活性。当前果蔬加工副产品的高值化利用（valorization）是食品科学与工程领域的重要课题，既能减少环境污染又能开发功能性食品原料。现有研究多关注果肉或其它果壳，对番荔枝果皮在不同干燥方式下的品质变化及其在焙烤食品中的应用缺乏系统研究。因此，研究人员开展此项研究，旨在比较托盘干燥与真空干燥对CAP粉理化、结构及生物活性保留的影响，优化超声辅助提取（UAE）条件，并将CAP粉应用于奶油夹心饼干中以开发功能性烘焙产品，同时验证其食用安全性。研究成功证明番荔枝果皮经适宜干燥后可安全用于强化饼干抗氧化与营养成分，为农业废弃物资源化提供理论依据与技术参考。

二、主要关键技术方法

研究人员采集印度贾尔纳地区有机种植的黄金品种番荔枝成熟果实，人工去皮后经0.1%焦亚硫酸钾（KMS）护色，分别采用托盘干燥（50±5°C）和真空干燥（50±5°C，0.08 MPa）至恒重，粉碎过100目筛得CAP粉。以不同水:ethanol比例（50:50、60:40、70:30）及温度（40、60°C）进行UAE优化。按AOAC标准进行近似分析（水分、灰分、粗脂肪、粗蛋白 via Kjeldahl法、粗纤维、碳水化合物差减法）。采用Folin-Ciocalteu法测总酚含量（TPC）、AlCl₃比色法测总黄酮含量（TFC）、DPPH法测抗氧化活性；VC含量用2,6-二氯靛酚/Folin-Ciocalteu改良法测定。结构表征使用FTIR（4000–400 cm^-1）、XRD（2θ=5°–80°）、SEM（喷金处理）；重金属（Cd、Cr、Pb、Hg）经HNO₃/H₂O₂消解后用ICP-MS定量。CAP粉以2%–4.5%梯度加入饼干奶油夹心制成夹心饼干，由20名感官评定员以9点嗜好标度进行感官评价。

三、研究结果

3.1 干燥方式对CAP的影响（Effect of drying method on CAP）

真空干燥（GV）较托盘干燥（GT）耗时更短（48 min vs 60 min），粉末得率略低但保留了更高热敏性物质——GV的维生素C（9.84 mg AA/100 g vs GT 6.75）、DPPH抗氧化活性（187.58 vs 154.35 mg GAE/100 g）及总黄酮（82.08 vs 79.38 mg QE/100 g）；GT的总酚（708.70 vs 597.66 mg GAE/100 g）略高可能因长时间加热促进结合酚释放。两种干燥均从鲜果皮（约400 g）获约300 g粉末（得率~75%）。结论：真空干燥更利于保留热敏感生物活性物质且节能高效。

3.2 生物活性成分提取的影响（Effect on Extraction of Bioactives）

以1 g CAP粉+50 mL溶剂进行UAE，考察水:ethanol比例与温度。60:40比例于45°C、30 min提取在750 nm测得最高TPC（1245.12 ± 0.17 mg GAE/100 g），显著优于50:50（690.52）与70:30（754.11）。适度极性溶剂兼顾亲水/亲脂组分溶出，45°C避免热降解。结论：60:40水:ethanol、45°C、30 min为CAP多酚UAE最优条件。

3.3 近似分析（Proximate Analysis）

GV样品各成分（均值）：水分6.53%、灰分3.13%、脂肪4.24%、粗纤维8.91%（实际纤维7.86%）、蛋白质14.18%、碳水化合物56.44%；GT样品蛋白质11.22%、粗纤维10.86%。CAP粉纤维与矿物质显著高于奶油（纤维0.42%、灰分1.09%）与饼干基（纤维0.32%、灰分1.37%）。结论：CAP粉是优质膳食纤维与矿物质源，可提升终产品营养密度。

3.4 总酚含量（Total Phenolic Content）

CAP粉TPC达708.70（GT）/597.66（GV）mg GAE/100 g，奶油夹心75.08 mg GAE/g，成品饼干仍保留664.58 mg GAE/100 g。结论：CAP粉具强酚类抗氧化潜力，且在焙烤后仍有可观残留。

3.5 总黄酮含量（Total Flavonoid Content）

CAP粉TFC为82.08（GV）/79.38（GT）mg QE/100 g，饼干中为38.04 mg QE/100 g。结论：黄酮类物质亦能部分耐受焙烤过程转移至终产品。

3.6 抗氧化特性（Antioxidant Property）

DPPH法GV抗氧化活性187.58 mg GAE/100 g，饼干58.69 mg GAE/100 g，奶油26.13 mg GAE/100 g。结论：CAP粉具显著自由基清除能力，添加后可赋予饼干抗氧化功能。

3.7 维生素C（Vitamin C）

GV维生素C 9.84 mg AA/100 g，饼干2.30 mg AA/100 g，奶油4.30 mg AA/100 g。结论：部分VC在焙烤中损失，但真空干燥能有效保存原料中VC。

3.8 FTIR分析（FTIR Analysis）

3655/3650 cm^-1宽峰（O–H伸缩）、2977/2885 cm^-1（C–H伸缩）、1606/1602 cm^-1（芳香环C=C及酚类）、1383 cm^-1（C–H弯曲）、1064 cm^-1（C–O/C–N，多糖/蛋白糖苷键）等吸收证实CAP含多糖、蛋白、脂质及酚类特征官能团。结论：光谱佐证生物活性成分存在。

3.9 XRD分析（XRD Analysis）

GT与GV在2θ=5°–80°均呈宽泛弥散晕，无尖锐结晶峰，表明CAP粉主要为无定形（amorphous）结构，源于果胶、半纤维素等无规排列。结论：干燥方式不影响其非晶态本质，有利于水合与生物活性物释放。

3.10 SEM分析（SEM Analysis）

GT颗粒表面粗糙、开裂、团聚明显（热损伤致硬壳化）；GV颗粒较圆整、光滑、裂隙少、分散性好（低温低压缓和水脱除保护微结构）。结论：真空干燥获更优微观形态与再分散性。

3.11 ICP-MS

Cd 0.001 mg/kg、Pb 0.013 mg/kg、Hg 0.024 mg/kg、Cr 0.001 mg/kg，均低于FSSAI限值。结论：妥善处理的CAP粉无重金属毒性风险，可安全食用。

3.12 感官分析（Sensory Analysis）

添加2%–4.5% CAP粉的奶油夹心饼干中，4%添加组在风味、口感及整体可接受性得分最高，显著优于空白对照。结论：4%为最佳工艺添加量，赋予产品特有风味与色泽且被消费者接受。

3.13 优势与局限（Strength and limitations）

优势：对比两种干燥、优化UAE、全面表征（理化-植物化学-结构-毒理）、成功应用于功能性饼干并验证感官接受度。局限：仅两品种、感官小组规模小（n=20）、未测贮藏稳定性与体内生物利用度、提取仅三比例两温度未做全因子设计、未与传统提取法直接比对。

四、讨论与结论总结

研究人员通过对比托盘与真空干燥发现后者在缩短干燥时间的同时更好地保留了番荔枝果皮中的维生素C、黄酮及DPPH自由基清除能力，而前者因较长受热可能促使结合酚释放使测得总酚略高；UAE以60:40水:ethanol于45°C提取30 min获最高多酚得率（1245.12 mg GAE/100 g）。CAP粉富含蛋白质（~13.96%）、膳食纤维（~10.86%粗纤维）及矿物质，其多酚（708.7 mg GAE/100 g）与黄酮（82.08 mg QE/100 g）使饼干抗氧化活性提升至58.69 mg GAE/100 g。FTIR、XRD与SEM揭示粉末含典型酚类/多糖官能团、呈无定形态且真空干燥颗粒结构更完整。ICP-MS证实重金属符合安全标准，4% CAP粉添加量获最佳感官评分。研究表明番荔枝果皮经真空干燥制粉并掺入奶油夹心饼干可实现农业废弃物高值化，开发出兼具营养强化与抗氧化功能的焙烤食品。

原文结论翻译：

本研究表明番荔枝果皮粉适合作为功能性成分配入奶油饼干并通过高值化实现食物添加剂应用。在50°C、0.08 MPa下真空干燥CAP较托盘干燥更有效——干燥时间由60分钟（GT）缩至48分钟（GV）且最大程度保留各类生物活性化合物。采用水:ethanol=60:40、45°C、30分钟超声辅助提取（UAE）获总酚最高得率（1245.12 mg GAE/100 g，750 nm），确立最优回收条件。CAP粉（GV）近似组成为：粗纤维10.86%、脂肪4.13%、蛋白质13.96%、碳水化合物56.44%；粉末总酚708.70 mg GAE/100 g（GT）、总黄酮82.08 mg QE/100 g（GV）、抗氧化活性187.58 mg GAE/100 g（GV）、维生素C 9.84 mg AA/100 g。含CAP粉的奶油饼干仍保有酚类664.58 mg GAE/100 g及抗氧化活性58.69 mg GAE/100 g。重金属检测结果为镉0.001 mg/kg、铅0.013 mg/kg、汞0.024 mg/kg、铬0.001 mg/kg，均低于FSSAI限值。后续研究应对不同提取法（如浸渍、索氏提取）作直接比较。