通过活性脉冲电场电穿孔预处理实现沙拉叶中可溶性草酸的选择性还原

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Selective reduction of soluble oxalates from salad leaves through viable pulsed electric field electroporation pretreatment

　　

阿比曼尤·高尔|G.V.普拉桑纳·库马尔

印度哈里亚纳邦索内帕特市昆德利，国家食品技术创业与管理研究所，邮编131028

摘要

红苋菜（Amaranthus cruentus）和瑞士甜菜（Beta vulgaris L. var. cicla）都是富含营养的沙拉用叶菜，它们会自然积累草酸，过量摄入可能会增加患肾结石等饮食相关疾病的风险。本研究探讨了脉冲电场处理作为一种有效的电穿孔方法，用于在保持叶片品质的同时降低可溶性草酸含量。将红苋菜和瑞士甜菜的整片叶片浸入磷酸盐缓冲液中，然后施加方波脉冲（100?μs，0.9–2.4?kV/cm，5.00–12.48?Hz，2?s），红苋菜的能量输入为1.59–28.30?kJ/kg，瑞士甜菜为1.70–30.14?kJ/kg。处理后，将叶片在等渗溶液中浸泡6小时以促进草酸析出，随后通过高效液相色谱法测定可溶性草酸含量。对于红苋菜，当能量为6.37–7.37?kJ/kg时可实现有效电穿孔；对于瑞士甜菜，则为9.24–11.55?kJ/kg。电场强度和脉冲频率都会影响草酸的降低程度。红苋菜的最佳参数为E=1.8?kV/cm，f=5.00?Hz；或E=1.5?kV/cm，f=8.33?Hz；或E=1.2?kV/cm，f=12.38?Hz。瑞士甜菜的最佳参数为E=2.1?kV/cm，f=5.00–6.25?Hz，或E=1.8?kV/cm，f=8.33?Hz。经过处理后，红苋菜的可溶性草酸含量降低了74.85%至78.36%，瑞士甜菜则降低了58.12%至63.27%，相比单纯浸泡分别可再降低24–29%和32–36%。经过脉冲电场预处理的叶片仍保持结构完整，且酚类物质含量更高，抗氧化活性也得以保留。这项研究为通过在简单清洗后加入连续脉冲电场预处理，再进行浸泡，从而大规模生产低草酸含量的沙拉叶奠定了基础，不过其规模化应用还需进一步评估。

引言

脉冲电场技术因其节能和环保的特性而备受关注。该技术能够使植物细胞膜发生可逆或不可逆的电穿孔，进而通过质外体和质内体途径使细胞代谢物释放出来（Demir等人，2023；Dymek等人，2015）。利用脉冲电场作为预处理手段来降低食物中的抗营养因子的研究逐渐受到重视，虽然显示出潜力，但目前直接证据还比较有限（Anbarasan等人，2023；Grgi?等人，2024；Johnston等人，2024；Liu等人，2018）。植物性食物中的草酸就是一种抗营养因子，脉冲电场可能有助于促进草酸的析出或酶解作用，不过相关系统研究仍然较少。

人体摄入的草酸几乎全部来自植物性食物，尤其是叶菜、块茎、坚果、水果以及某些蔬菜（Noonan & Savage，1999）。有215个植物科含有草酸，包括苋科、天南星科、豆科、酢浆草科、茶科、姜科等（Gaur等人，2025）。菠菜、苋菜、甜菜根（即瑞士甜菜）、芋头、葫芦巴、酢浆草、茶叶、可可和生姜都是草酸含量较高的食物。生沙拉叶也会带来相当大的草酸摄入量。不同沙拉蔬菜的草酸浓度差异很大，每100克鲜重中，菠菜的草酸浓度高达2060.4?±?140.5毫克，而西兰花的草酸浓度则低至11.6?±?1.2毫克（Mirahmadi等人，2022；Savage等人，2000）。草酸通常储存在植物特有的特化细胞中，这些细胞具有调节钙含量的功能（Salgado等人，2023）。在人体内，可溶性草酸可以与必需矿物质和离子结合，从而影响其在肠道中的吸收（Ghoora等人，2020）。可溶性草酸与钙结合后会形成不溶性的草酸钙，这可能促使肾结石的形成。此外，过量摄入或体内草酸过度生成还可能与继发性高草酸尿症、炎症以及肾病有关（Holmes等人，1995）。食用富含钙的食物，或者采用浸泡、煮沸、发酵等食品加工方法，都可以降低草酸含量或减少其吸收率（Gaur等人，2025）。

红苋菜和瑞士甜菜因其丰富的营养价值而被视为优质的叶菜，尤其是在采摘时较为嫩绿，适合用来制作沙拉。它们色彩鲜艳、口感独特，还具有诸多健康益处，因此成为菠菜、羽衣甘蓝等常见叶菜的理想替代品。在工业食品加工过程中，这些叶菜在包装成即食产品之前通常会经过轻微焯水或浸泡处理。传统的清洗和浸泡方法虽然能有效清洁叶片，但无法显著降低可溶性草酸含量，这一问题依然会影响食用的安全性。为了保持新鲜度，新鲜沙拉通常不会进行焯水处理。因此，加工企业常常使用富含钙的清洗溶液，在降低草酸含量的同时保持叶片的新鲜度。在这一过程中，钙会与叶片表面及细胞壁结构上的可溶性草酸结合，形成不溶性草酸。这一方法的有效性取决于钙离子与叶片表面及细胞壁结构上的草酸的结合程度。有研究表明，将菠菜叶片在1%（质量/体积比）的氯化钙溶液中以1:10的比例浸泡16小时，可使可溶性草酸含量降低46.37%（Vanhanen，2018）。在液体或糊状食品中添加钙盐也是降低可溶性草酸的有效方法（Faudon和Savage，2014；Bong等人，2017；Savage和Vanhanen，2018）。

脉冲电场技术已被成功用于提高杏仁叶（Moghaddam等人，2020）和番荔枝叶（Shiekh等人，2021）的生物活性。此外，脉冲电场处理还能抑制菠菜叶的萎缩现象，缩短其干燥时间（Yamakage等人，2021）。不过，目前仅有少数研究报道过利用脉冲电场降低草酸含量的方法。Liu等人（2018）指出，对秋葵块茎施加脉冲电场处理（50赫兹，1.2?kV/cm的强度，脉冲宽度为20?μs，共540次脉冲），可使可溶性草酸含量降低50%，同时淀粉和电解质的损失并不明显。与具有致密淀粉细胞结构的块茎不同，叶菜的细胞组织较薄，且富含叶绿素和光合代谢产物。这种结构差异使得人们不禁思考：脉冲电场是否能够在不损害叶片组织、不影响酚类化合物和抗氧化活性的前提下，有效降低新鲜沙拉叶中的草酸含量。

鉴于上述因素，本研究旨在开发一种脉冲电场预处理方案，最大限度地降低新鲜沙拉叶，尤其是红苋菜和瑞士甜菜中的可溶性草酸含量。研究目标是在降低草酸含量的同时，保护叶片的各类重要品质特性，包括酚类物质含量、抗氧化活性、叶片形态以及叶片的挺拔度。这样的方法可以直接解决与草酸摄入相关的营养和安全问题，同时不会影响叶菜的感官品质和功能性。此外，我们还提出了脉冲电场辅助降低草酸含量并调控生物活性的可能机制，这一机制有助于推进叶菜的非热加工技术的发展，实现选择性去除抗营养因子，同时保持植物化学物质的完整性、营养安全性以及符合消费者需求的质量特性。预计这项研究的成果将为零售市场上提供低草酸含量的沙拉叶，同时确保其新鲜度。

章节节选

沙拉叶

2025年8月至9月以及2025年9月至11月，分别在印度哈里亚纳邦索内帕特市昆德利的国家食品技术创业与管理研究所，于北纬28°52′45′′、东经76°07′59′′的 Controlled环境下，培育了用于商业生产的新鲜红苋菜（Amaranthus tricolor var. Pusa Lal Chaulai）和瑞士甜菜（Beta vulgaris var. F1 HYB Namdhari种子）的叶片。红苋菜的种子是从印度农业研究委员会旗下的德里普萨农业研究所采购的。

PRSO和EL

红苋菜的叶片质地柔软细腻，表面略带皱纹，结构较为纤细。相比之下，瑞士甜菜的叶片较大且富有光泽，表面常有皱褶，中央叶脉粗壮且肉质厚实。幼叶则较为嫩脆多汁。新鲜红苋菜和瑞士甜菜叶片中的可溶性草酸含量分别为583.01?±?5.43毫克/100克干重和780.63?±?4.88毫克/100克干重。将红苋菜和瑞士甜菜叶片在相应溶液中浸泡6小时后

结论

在电穿孔阈值范围内对沙拉叶施加脉冲电场能量，然后再进行浸泡，是一种有效降低可溶性草酸含量的方法。红苋菜在6.37–7.37?kJ/kg的能量作用下可实现电穿孔效果，瑞士甜菜则在9.24–11.55?kJ/kg的能量作用下可实现该效果。将脉冲电场处理与浸泡相结合，可在3–6小时内显著降低可溶性草酸含量，红苋菜的草酸含量可再降低24–29%，瑞士甜菜的草酸含量则可再降低32–36%。

CRediT作者贡献说明

阿比曼尤·高尔：撰写——初稿、验证、方法学、正式分析、概念设计。G.V.普拉桑纳·库马尔：撰写——审阅与编辑、可视化、方法学、数据整理、概念设计。

利益冲突声明

所有作者均确认，本研究的作者目前或过去均不存在任何财务或非财务方面的利益冲突，也包括没有在我们投稿的期刊担任编辑职务的情况。

致谢

作者们感谢印度哈里亚纳邦索内帕特市昆德利的国家食品技术创业与管理研究所为本研究提供的研究基础设施和仪器设备支持（该研究所的沟通编号为NIFTEM-P-2026-19）。