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为探究体外消化(in vitro digestion)对不同干燥处理的植物性食品中抗氧化活性植物化学物质的影响,研究人员对 4 种植物样品采用热风干燥(OD)、微波干燥(MD)和冷冻干燥(FD)处理后进行体外消化实验,发现消化普遍降低抗氧化活性,FD 更适用于部分植物。该研究为食品加工提供了参考。
在健康饮食的浪潮中,植物性食品因其丰富的抗氧化活性成分备受关注。然而,这些成分在加工和消化过程中的稳定性一直是困扰研究者和食品行业的难题。不同的干燥工艺可能会影响植物组织中多酚、多糖等活性物质的保留,而胃肠道消化过程中极端的 pH 环境和酶解作用更可能导致这些成分的结构破坏或生物利用率下降。如何在食品加工环节优化干燥方法,以最大程度保留抗氧化成分,并评估消化过程对其的实际影响,成为提升植物性食品营养价值的关键科学问题。
为了攻克这一难题,相关研究人员开展了一项针对常见植物性食品的深入研究。该研究选择了库拉索芦荟(Aloe vera)皮、积雪草(Centella asiatica)茎叶、柠檬草(Cymbopogon citratus)茎和四棱豆(Psophocarpus tetragonolobus)豆荚四种具有不同活性成分特征的植物样品,分别采用热风干燥(55±3℃,OD)、微波干燥(440W,MD)和冷冻干燥(-50±2℃,0.025mbar,FD)三种典型干燥工艺进行处理,随后通过体外消化模型模拟人体胃肠道环境,系统分析了消化前后样品中总黄酮(TFC)、总酚(TPC)、单宁、多糖含量以及铁离子还原抗氧化能力(FRAP)和 DPPH 自由基清除活性的变化。研究成果发表在《Food Bioscience》。
研究中采用的关键技术方法包括:一是静态体外消化模型,模拟口腔、胃和肠道阶段的 pH 环境及酶组成(如唾液 α- 淀粉酶、胃蛋白酶、胰酶、胆汁提取物等),评估消化对活性成分的影响;二是化学分析方法,如福林 - 酚法测定总酚、铝盐比色法测定总黄酮、铁离子还原法(FRAP)和 DPPH 自由基清除实验评估抗氧化活性;三是主成分分析(PCA)等统计方法,解析干燥方法和消化处理对抗氧化特征的综合影响。
3.1 水分含量与干燥效率
结果显示,四种植物的水分含量差异显著,芦荟水分含量最高,柠檬草最低。冷冻干燥样品通常具有较高的水分保留率,这与低温环境下冰晶形成对组织结构的保护有关。然而,微波干燥的积雪草却表现出较高的提取率,可能与微波的热效应加速细胞破裂、释放酚类物质有关。
3.2 提取率与消化回收率
冷冻干燥在多数样品中表现出最高的提取率,尤其在芦荟、柠檬草和四棱豆中,低温有效保护了热敏性成分。消化回收率方面,四棱豆的冷冻干燥样品表现最佳,可能与其组织结构在低温下保存更完整,利于消化酶接触并释放活性成分。而微波干燥的四棱豆虽提取率低,但消化后成分稳定性较高,显示出不同干燥方式对植物基质的差异化影响。
3.3 抗氧化活性的双重影响
消化过程显著降低了所有样品的抗氧化活性,FRAP 值降幅达 38.5%-89.9%,DPPH 自由基清除能力降幅相对较小(6.1%-40.6%)。冷冻干燥的积雪草和柠檬草在消化后仍保留较高的总黄酮含量,而热风干燥的四棱豆单宁和黄酮含量受消化影响较小。主成分分析表明,消化过程解释了 58% 的抗氧化活性变化,干燥方法贡献了 17%,说明消化是更关键的影响因素。
3.4 多酚与多糖的稳定性差异
总黄酮和总酚含量在消化后普遍下降,冷冻干燥的柠檬草和积雪草保留率较高,可能与低温下多酚氧化酶等酶活性被抑制有关。多糖对消化更为敏感,芦荟冷冻干燥样品的多糖含量在消化后下降 94.3%,但四棱豆热风干燥样品的多糖降解相对温和,暗示多糖的结构差异(如甘露聚糖的热稳定性)可能影响其消化命运。
3.5 抗氧化指数与干燥方法优化
综合抗氧化指数(AI)显示,冷冻干燥更适合芦荟、积雪草和柠檬草,能够在消化后维持较高的抗氧化潜力;而热风干燥对四棱豆更为理想,其消化后的 AI 值最高。这一结果与不同植物活性成分的热敏感性和基质结构密切相关,例如芦荟的多糖为主成分需低温保护,而四棱豆的多酚类成分在适度加热后可能更易释放且稳定。
该研究首次系统评估了干燥方法与体外消化对多种植物性食品抗氧化特征的综合影响,揭示了消化过程对活性成分生物利用率的关键作用。研究结果表明,干燥工艺的选择不能仅考虑加工阶段的成分保留,更需结合消化后的实际效果。例如,冷冻干燥虽成本较高,但对于热敏性成分丰富的植物(如积雪草、柠檬草)是优化选择;而热风干燥对四棱豆的适用性则体现了低成本工艺在特定植物中的可行性。这些发现为食品工业开发高附加值植物基产品提供了科学依据,有助于推动 “从田间到餐桌” 的全程营养保留策略,对功能性食品和营养保健品的配方设计具有重要指导意义。未来研究可进一步拓展植物种类,并结合体内代谢研究,深入解析活性成分的消化吸收机制,为精准营养干预提供更全面的理论支持。