冻干南瓜花粉末的代谢组学分析与功能特性研究及其在食品强化中的应用价值

《Food Production, Processing and Nutrition》：Metabolomics profiling and techno-functional characterization of freeze-dried pumpkin flower (Cucurbita maxima) powder for food fortification

本研究针对南瓜花干燥过程中营养活性成分易损失的问题，系统比较了多种干燥方法对南瓜花营养成分和功能特性的影响。研究发现，冷冻干燥法能最大程度保留南瓜花的抗氧化活性(DPPH清除率达90.52%)、总酚含量(21.38 mg GAE/g)和总黄酮含量(81.98 mg RE/g)，并通过HR-MS技术鉴定出β-胡萝卜素、槲皮素等45种生物活性成分，为开发新型功能性食品配料提供了理论依据和技术支撑。

　　

在追求健康饮食的今天，食用花卉因其独特的营养价值和药用功效日益受到关注。南瓜花作为传统食材，不仅色彩艳丽、风味独特，更富含维生素、矿物质和抗氧化成分。然而，新鲜南瓜花含水量高、保质期短，如何通过合适的干燥技术最大限度保留其营养成分，成为产业应用的瓶颈问题。以往研究多集中于南瓜果实和种子，对南瓜花的系统研究尤其是干燥工艺优化尚属空白。

为此，研究人员在《Food Production, Processing and Nutrition》发表了题为"Metabolomics profiling and techno-functional characterization of freeze-dried pumpkin flower (Cucurbita maxima) powder for food fortification"的研究论文。该研究通过比较冷冻干燥、微波干燥、热风干燥等七种方法，系统评估了南瓜花粉末的理化特性、功能性质和生物活性成分，为南瓜花的高值化利用提供了科学依据。

研究采用的主要技术方法包括：首先采集新鲜南瓜花样品，通过冷冻干燥等多种干燥技术制备粉末；采用中心组合分析法测定基本营养成分；利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜-能谱分析(SEM-EDX)、差示扫描量热法(DSC)等技术表征粉末结构和热稳定性；通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析官能团组成；采用高分辨率质谱(HR-MS)和核磁共振氢谱(¹H NMR)进行代谢组学分析鉴定生物活性成分。

理化特性与抗氧化特性分析

研究结果显示，不同干燥方法对南瓜花粉末的品质影响显著。冷冻干燥样品表现出最优的综合性能：水分含量最低(9.46%)，灰分含量最高(16.20%)，粗蛋白含量达3.91%。特别值得注意的是，冷冻干燥样品显示出最高的抗氧化活性，DPPH自由基清除率达到90.52%，总酚含量为21.38 mg GAE/g，总黄酮含量为81.98 mg RE/g，显著优于其他干燥方法。这表明冷冻干燥能有效保护热敏性生物活性成分。

功能与流动参数

在技术功能特性方面，冷冻干燥南瓜花粉末表现出最佳的性能组合：堆积密度为0.40 g/cm³，轻敲密度为0.42 g/cm³，Carr指数为4.76%，Hausner比为1.05，显示出良好的流动性和较低的粘聚性。溶解度达到17.05%，膨胀性能为30.51 g/g，油吸收能力为1.67 g/g，这些特性使其非常适合作为食品配料的载体和改良剂。

冷冻干燥南瓜花粉末的表征

X射线衍射分析显示，冷冻干燥南瓜花粉末在2θ=21.57°和35.75°处出现特征衍射峰，表明其具有典型的无定形结构，这与样品中纤维素I型的存在相关。傅里叶变换红外光谱分析鉴定出多种官能团，包括3777.74 cm^-1处的游离醇O-H伸缩振动、3235.80 cm^-1处的分子间键合醇、2918.02 cm^-1处的烯烃C-H伸缩振动等，这些官能团与样品的生物活性密切相关。

扫描电子显微镜观察显示，冷冻干燥粉末呈现纤维状结构，这与XRD结果相互印证。能量色散X射线光谱分析表明，粉末中含有丰富的矿物质元素，包括碳(42.1%)、氮(8.1%)、氧(43.4%)、钾(4.4%)和钙(1.3%)等。热重分析显示样品在30-150°C区间失重6.54%(水分蒸发)，200-410°C区间失重46.09%(有机物分解)，表明其热稳定性适中。

代谢组学分析

通过高分辨率质谱技术，研究人员从冷冻干燥南瓜花粉末中鉴定出45种生物活性化合物，包括类胡萝卜素(β-胡萝卜素、α-胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质)、黄酮类化合物(槲皮素、芦丁、木犀草素、山奈酚)、有机酸(柠檬酸、苹果酸、富马酸)、氨基酸(L-组氨酸、L-精氨酸)以及南瓜花特有的葫芦素E和葫芦素B等。这些化合物赋予了南瓜花粉末多种生物活性，如抗氧化、抗炎、抗菌和潜在的抗癌特性。

核磁共振氢谱分析进一步证实了酚酸和黄酮类化合物的存在，在6.98 ppm处观察到羟基苯甲酸部分的特征峰，4.28 ppm处出现甲氧基信号，这些结果与HR-MS分析相互验证。

研究结论表明，冷冻干燥是保持南瓜花营养成分和生物活性的最优方法。该方法能有效保护热敏性化合物，维持粉末的良好功能特性，使其成为食品强化应用的理想选择。南瓜花粉末富含多种生物活性成分，具有作为天然食品添加剂、营养强化剂和功能性食品配料的巨大潜力。这项研究不仅为南瓜花的高值化利用提供了技术路径，也为其他食用花卉的加工利用提供了参考范式，对推动食品工业向更加健康、可持续方向发展具有重要意义。