脉冲电场与超声辅助提取技术对香蕉皮清洁标签淀粉功能特性的影响研究

《LWT》：Effect of pulsed electric fields (PEF) and ultrasound (US) assisted-extraction technologies on the recovery of functional clean-label starches from banana peels

本研究针对传统淀粉提取方法使用化学溶剂、得率低且污染环境的问题，创新性地采用脉冲电场(PEF)和超声(US)辅助水相提取技术从香蕉皮废弃物中回收清洁标签淀粉。研究发现PEF-AE（2.5 kV/cm，100 Hz）和US-AE（200 W，9 min）分别提高提取得率20.12%和30.50%，其中PEF技术展现出73.58%的淀粉提取选择性。提取淀粉呈现增强的溶解性（23.6%）和溶胀力（24.59 g/g）等功能特性，为食品工业提供可持续的清洁标签配料解决方案。

　　

在全球粮食浪费严重的背景下，香蕉作为世界第二大水果，每年产生约3990万吨香蕉皮废弃物，其中含有30%的淀粉资源尚未有效利用。传统湿法提取淀粉依赖亚硫酸钠等化学溶剂，存在提取率低（不足30%）、环境污染以及淀粉颗粒机械损伤等问题。随着消费者对清洁标签（clean-label）食品需求增长，开发无化学添加剂的可持续淀粉提取技术成为食品工业的重要方向。

为此，智利比奥比奥大学食品工程系的Danela Silva-Ferrer等研究人员在《LWT》发表论文，首次系统评估脉冲电场(PEF)和超声(US)辅助技术从香蕉皮中提取清洁标签淀粉的效果。研究通过比较传统化学法、水相提取法（对照组）、PEF辅助提取(PEF-AE)和US辅助提取(US-AE)四种方法，分析其对提取得率、淀粉纯度、颗粒完整性和功能特性的影响。

关键技术方法包括：采用响应面法优化PEF（场强2.5-10 kV/cm，频率10-100 Hz）和US（功率50-200 W，时间3-9 min）参数；通过细胞崩解指数(Z_p)评估组织渗透性；利用扫描电镜(SEM)观察颗粒形态；采用酶法测定总淀粉含量、损伤淀粉及直链淀粉比例；并通过溶解度、溶胀力、吸水和吸油能力等指标评价功能特性。

3.1. 香蕉皮清洁标签淀粉的回收

研究显示，水相提取法（对照组）得率为18.3%，而PEF-AE（2.5 kV/cm, 100 Hz）和US-AE（200 W, 9 min）分别提升至20.12%和30.50%。PEF技术表现出显著选择性，总淀粉含量达59.61%（提取效率73.58%），远高于传统法的17.13%。电导率实验表明，低场强高频率（2.5 kV/cm, 100 Hz）的PEF处理可有效提高细胞崩解指数(Z_p=0.36)，促进淀粉特异性释放。US处理虽能提高Z_p值，但因空化效应导致淀粉颗粒表面损伤，降低选择性。

3.2. PEF-AE和US-AE对淀粉功能特性的影响

扫描电镜显示，PEF提取淀粉颗粒表面光滑完整，而US处理颗粒出现凹陷和裂隙。功能特性方面，US-AE淀粉溶解性（24.6%，90°C）和溶胀力（24.59 g/g）最高，PEF-AE则显著提升吸水能力（7.33 g/g）和吸油能力（4.99 g/g）。近红外分析证实PEF-AE样品碳水化合物含量达81.91%，纤维杂质最少（4.62%），体现其高纯度优势。

研究结论表明，PEF和US技术均可作为传统化学法的绿色替代方案，其中PEF在选择性提取和保持颗粒完整性方面更具优势，而US在改善淀粉功能特性方面表现突出。该研究为农业废弃物高值化利用提供了技术支撑，推动清洁标签淀粉在增稠剂、脂肪替代品等食品工业中的应用。