富含生物活性化合物的Gac果皮粉：提取工艺与泡沫床垫干燥条件的优化

《Food and Humanity》：Bioactive compounds-rich Gac peel powder: Optimization of extraction and foam-mat drying conditions

利用超声波辅助提取和泡沫干燥技术优化番石榴果皮中生物活性成分的提取与干燥工艺。通过响应面法确定最佳参数：60%乙醇与果皮质量比36.26:1，超声提取温度51.38°C，时间43.39min，获得含293.04μg/g叶黄素、515.72μg/g β-胡萝卜素和3.86mg GAE/g总多酚的提取液。泡沫干燥中蛋清（13.13%）和黄原胶（0.3%）组合，干燥温度72.4°C时达到2.41g水/g干物质/min的最高干燥速率，成品保留83.42μg/g叶黄素、97.68μg/g β-胡萝卜素和1.09mg GAE/g总多酚，为果皮高值化利用提供新途径。

　　Gac果（Momordica cochinchinensis Spreng）是一种在东南亚国家广泛种植的健康水果，因其丰富的营养成分和药用价值而被长期用于食品和医药领域。在实际的果品加工过程中，果皮常常被视为废弃物被丢弃，而实际上，Gac果皮中富含多种生物活性成分，尤其是类胡萝卜素，如番茄红素、β-胡萝卜素和叶黄素等。此外，Gac果还含有酚类化合物，这些成分具有抗氧化、抗炎等多种健康益处。然而，随着果品的成熟，酚类化合物的含量会逐渐减少，因此在果品加工的早期阶段提取这些成分显得尤为重要。

本研究旨在通过优化提取和泡沫干燥工艺，将Gac果皮中的生物活性成分高效提取并制成高附加值的粉末产品。在提取过程中，采用乙醇（60%）作为溶剂，并结合超声波辅助提取技术，以提高提取效率。超声波辅助提取技术通过声空化效应，使液体中产生微小气泡，这些气泡在形成和破裂过程中释放出大量能量，从而产生微喷射、冲击波和高剪切力，有助于破坏植物细胞壁，释放内部的生物活性成分。该技术不仅提高了提取效率，还减少了溶剂和能源的消耗，是一种环保且高效的提取方法。

为了进一步提高提取物的稳定性和保存其生物活性成分，研究中选择了蛋清（EA）作为发泡剂，以及黄原胶（XG）作为泡沫稳定剂。EA具有良好的发泡性能，能够在搅拌过程中迅速吸附在气液界面，形成具有粘弹性的薄膜，从而提高泡沫的稳定性。而XG则因其在低浓度下表现出高粘度和良好的水溶性，成为一种理想的泡沫稳定剂。研究中通过调整溶剂与果皮的比例（30/1至40/1）、提取温度（45-55°C）和提取时间（25-55分钟），寻找最佳的提取条件。最终确定的最优提取条件为溶剂与果皮比例为36.26/1，提取温度为51.38°C，提取时间为43.39分钟，此时提取物中的番茄红素含量达到293.04 μg/g，β-胡萝卜素含量为515.72 μg/g，总多酚含量为3.86 mg GAE/g。

在泡沫干燥过程中，研究进一步优化了EA和XG的添加比例，以及干燥温度。最终确定的最优条件为EA浓度为13.13%，XG浓度为0.3%，干燥温度为72.4°C。在此条件下，干燥速率达到了2.41 g水/g干物质/分钟，同时提取物中的番茄红素、β-胡萝卜素和总多酚含量分别提高至83.42 μg/g、97.68 μg/g和1.09 mg GAE/g。泡沫干燥技术通过将液体或半液体材料转化为稳定的泡沫，并在空气中干燥，形成具有多孔结构的海绵状材料，最终粉碎成粉末。该技术的优势在于其干燥时间短，且能有效保留产品的原有特性，特别适用于对热敏感的食品成分。

本研究中，泡沫干燥技术的实施不仅提高了Gac果皮提取物的干燥效率，还确保了其生物活性成分的稳定性。通过优化发泡剂和稳定剂的浓度，以及干燥温度，研究人员成功地将提取物转化为高附加值的粉末产品。这种技术的应用有助于减少果品加工过程中的废弃物，提高资源利用率，同时为食品工业提供了一种高效、环保的干燥方法。此外，该研究还强调了将农业副产品转化为高价值产品的潜力，不仅有助于地方经济的发展，还对全球范围内的可持续发展具有重要意义。

从生态和经济角度来看，Gac果皮的再利用能够显著减少农业废弃物的产生，降低环境污染，同时为相关产业创造新的经济增长点。在当前全球对可持续发展和循环经济日益重视的背景下，这种将废弃物转化为有用资源的实践具有重要的现实意义。通过科学的方法和技术手段，研究人员能够有效提取和保存Gac果皮中的生物活性成分，为食品、医药和化妆品等行业提供优质的天然原料。这不仅有助于提升产品质量和附加值，还能够满足消费者对天然、健康产品的需求。

此外，本研究的成果也为其他类似植物资源的利用提供了借鉴。许多水果和蔬菜在加工过程中会产生大量的果皮、果渣等副产品，这些副产品往往被忽视或简单处理，未能充分发挥其潜在价值。通过引入先进的提取和干燥技术，如超声波辅助提取和泡沫干燥，可以有效提高这些副产品的利用效率，减少资源浪费，同时为相关行业带来新的发展机遇。这种多学科交叉的研究方法，结合了食品科学、化学工程和环境科学等多个领域的知识，为实现农业废弃物的高效利用提供了科学依据和技术支持。

在实际应用中，Gac果皮提取物的粉末产品可以用于食品添加剂、保健品和化妆品等领域。其丰富的类胡萝卜素和多酚成分具有抗氧化、抗炎、促进视力健康等多种功能，能够满足现代消费者对天然营养成分的需求。同时，由于泡沫干燥技术能够保持产品的物理和化学特性，这种粉末产品在储存和运输过程中也具有较高的稳定性，降低了成本和损耗。因此，该技术不仅在实验室条件下取得了成功，也具备大规模应用的潜力。

综上所述，本研究通过系统优化提取和干燥工艺，成功地将Gac果皮这一传统上被视为废弃物的材料转化为高附加值的生物活性成分粉末。这一成果不仅展示了科学技术在资源再利用方面的巨大潜力，也为实现可持续发展和循环经济提供了新的思路。未来，随着相关技术的不断进步和市场需求的扩大，Gac果皮的再利用有望成为农业和食品工业中的重要组成部分，为社会带来更多的经济和环境效益。