基于响应面优化法的甜菜根皮多酚绿色提取及其W/O/W乳液中乳清分离蛋白稳定化研究

《Ultrasonics Sonochemistry》：Enhanced extraction of beetroot peel polyphenols using response surface methodology and their stabilization in W/O/W emulsions using whey protein isolates

本研究针对甜菜根加工副产物高值化利用难题，通过响应面法优化超声波辅助提取工艺，成功将甜菜根皮多酚（PPs）封装于W/O/W乳液体系。研究发现3%乳清分离蛋白（WPI）可显著提升乳液稳定性，30天储存期内多酚保留率达86.7%，为植物活性成分的稳态化输送及功能性食品开发提供新策略。

　　

在全球推进循环经济的背景下，农业加工副产物的高值化利用成为食品工业可持续发展的重要方向。甜菜根作为全球产量巨大的蔬菜作物，其加工过程中产生的果皮约占整果质量的30%，而研究表明这些被废弃的果皮中多酚含量竟是果肉部分的近4倍。如何高效提取这些宝贵的生物活性成分，并解决其稳定性差、易降解的技术瓶颈，成为制约甜菜根副产物增值利用的关键难题。

传统提取方法存在效率低、溶剂消耗大、易破坏热敏性成分等局限，而多酚类物质在储存和加工过程中容易因氧气、金属离子等因素失去生物活性。为此，巴基斯坦拉合尔管理技术大学食品科学与技术系的Iqra Nasim和Nauman Khalid教授团队在《Ultrasonics Sonochemistry》上发表研究，创新性地将超声波辅助提取（UAE）与双相乳液封装技术相结合，为甜菜根皮多酚的绿色提取和稳态化保护提供了全新解决方案。

研究人员采用三个关键技术方法开展研究：首先通过Box-Behnken设计优化超声波提取参数（时间10-30分钟、样品浓度1-5%、功率10-50W）；其次建立W/O/W双重乳液体系，其中内水相为甜菜根皮提取物（BPE），油相使用大豆油和聚蓖麻油酸六甘油酯（CR-500），外水相采用不同浓度（1-3%）的乳清分离蛋白（WPI）与Tween 80复合乳化剂；最后通过多种表征手段（离心稳定性、粘度测定、显微成像、粒径分析等）系统评估乳液在4°C条件下30天内的稳定性变化。

3.1 甜菜根皮提取物（BPE）的理化特性表征

通过响应面法优化发现，最佳提取条件为时间21.72分钟、浓度4.99%、功率49.76W，此条件下多酚得率达46.5 mg GAE/g DW，黄酮含量10.9 mg QE/g，DPPH和ABTS自由基清除率分别为66.3%和89.6%。相关性分析显示多酚含量与抗氧化活性呈显著正相关（r=0.766-0.986），证实甜菜根皮多酚是其抗氧化能力的主要贡献者。

3.2 乳液特性表征

在乳液稳定性研究中，3% WPI配方（E₃）表现最优：30天储存期内的乳化指数仅轻微变化，粘度保持0.081-0.077 Pa·s；显微图像显示乳液滴粒径变化最小（仅0.04μm），而1% WPI组（E₁）粒径增大9.62μm且出现明显相分离。多酚封装效率方面，E₃组初始封装率达92.6%，30天后仍保持86.7%，显著高于E₁组的61.4%→30.3%衰减。颜色参数测定中，E₃组的红色度（a*值）稳定性最高（38.8→38.1），总色差ΔE仅为3.3，远低于E₁组的8.1。

该研究通过精准优化提取工艺和乳液配方，成功实现了甜菜根皮多酚的高效提取与长效稳定。特别值得注意的是，3% WPI浓度被证实是形成稳定界面膜的关键阈值，低于此浓度时乳液会发生显著分层和活性成分泄漏。这一发现不仅为植物多酚的稳态化技术提供了理论依据，更拓展了乳清蛋白在功能性食品中的应用场景。研究成果对推动农产品加工副产物的高值化利用、开发天然抗氧化剂和功能性食品配料具有重要实践意义，为食品工业的绿色转型提供了可借鉴的技术路径。