基于D-最优混料设计优化开发富含叶黄素/番茄红素与多种膳食纤维的高抗氧化高纤维功能性桃汁饮料

为解决传统果汁加工过程中膳食纤维和抗氧化成分流失的问题，研究人员采用D-optimal mixture design优化方法，开发了富含番茄红素(lycopene)、叶黄素(lutein)和三种膳食纤维(bamboo/citrus fiber/polydextrose)的功能性桃汁饮料。通过24种配方筛选发现，含100% polydextrose和100% lycopene的F8配方具有最佳稳定性(88%)和DPPH抗氧化活性(85%)，同时保持85.2-123.6 mg GAE/100ml总酚含量。该研究为开发兼具营养与感官品质的功能性饮料提供了科学依据。

　　

在当今追求健康饮食的潮流中，功能性饮料市场正经历爆发式增长。然而传统果汁加工面临两大痛点：高温灭菌导致抗氧化成分降解，澄清工艺造成膳食纤维流失。以桃汁为例，USDA数据显示，新鲜桃子含15g/100g膳食纤维，而加工后的桃汁仅剩0.1g。更严峻的是，Lavelli等学者发现巴氏杀菌会使桃子总类胡萝卜素损失66%。这种"营养悖论"促使食品科学家思考：能否开发既保留天然营养，又强化功能成分的果汁产品？

伊朗Takdaneh公司的研究人员联合意大利学者，在《Applied Food Research》发表了一项创新研究。他们选择浑浊型桃汁为载体，通过D-optimal mixture design（D-最优混料设计）方法，系统优化了三种膳食纤维（竹纤维、柑橘纤维、聚葡萄糖）和两种类胡萝卜素（番茄红素、叶黄素）的配比。这种策略巧妙利用了桃汁本身浑浊特性，规避了纤维添加导致的感官劣化问题。

研究采用多学科交叉技术方法：通过Design Expert软件设计24种配方组合；采用UV-Vis分光光度法测定DPPH/ABTS自由基清除率；运用Physica MCR301流变仪分析剪切稀化行为；通过ICP-MS/AAS检测矿物质含量；采用一级动力学模型拟合类胡萝卜素降解规律；组织30人感官小组进行5点嗜好性评价。所有样品均在4°C避光条件下进行8周稳定性测试。

【材料与方法】部分显示，研究人员固定总纤维添加量为6g/250ml，类胡萝卜素总量为6mg/250ml。通过超声辅助溶解和93±3°C/3min的温和巴氏杀菌工艺，最大限度保留热敏性成分。

【结果与讨论】3.1节揭示，数学模型分析表明聚葡萄糖比例与稳定性呈正相关（R²

0.94），100%聚葡萄糖配方物理稳定性达88%。3.3节理化特性数据显示，F8样品可溶性固形物达14.53°Brix，显著高于对照组的12.20°Brix，证实聚葡萄糖的增溶作用。

3.4-3.6节营养分析发现有趣现象：含竹纤维的F11样品总酚含量最低，而含75%番茄红素的F9样品总酚达123.6 mg GAE/100ml。这可能因为竹纤维中的木质素与酚类物质产生结合作用。令人惊喜的是，含柑橘纤维的F18样品维生素C达15.8mg/100ml，较对照组提升72%。

3.8节稳定性研究显示，4°C储存8周后，番茄红素和叶黄素保留率分别为41.2-68.9%和45.6-74.3%。一级动力学模型最佳拟合降解过程（k₁
=0.112-0.216 day^-1
），这与Liu等学者在胡萝卜汁中的发现一致。

3.10节流变学测试表明，所有样品均呈现剪切稀化特性，含4g柑橘纤维的F17样品稠度系数K最高（0.493 Pa·sⁿ
），这归因于柑橘果胶的网络结构形成。而100%聚葡萄糖的F8样品K值仅0.102 Pa·sⁿ
，证实其分子量较低的特性。

3.11节感官评估显示，含混合纤维的F2样品获得最高综合接受度4.3/5分，证明适度纤维复配能平衡口感。有趣的是，虽然F8样品抗氧化性最优，但其感官评分略低，揭示功能性与适口性需要权衡。

3.14节抗氧化机制研究发现，F8样品在DPPH、ABTS和还原力三项测试中均表现最优，TEAC值达2.25 mM，证实番茄红素的11个共轭双键比叶黄素的10个具有更强自由基清除能力。这与González-Pe?a等关于类胡萝卜素构效关系的研究结论相符。

这项研究通过系统优化，成功开发出营养强化的功能性桃汁饮料。其创新价值体现在三方面：首先，建立纤维-抗氧化剂协同增效的配方模型，为功能食品设计提供新思路；其次，证实聚葡萄糖既能提高稳定性又不影响口感，解决纤维添加的技术瓶颈；最后，阐明了类胡萝卜素在复杂食品体系中的降解规律。研究结果对推动果汁产业向高附加值转型具有重要指导意义，特别是为糖尿病等特殊人群开发低GI（血糖生成指数）饮品提供了技术路径。未来研究可进一步探索微胶囊化等技术提高类胡萝卜素生物利用度，以及纤维-多酚相互作用对肠道健康的影响机制。