优化辣椒（Capsicum chinense）的干燥技术：对其物理化学性质、功能性及生物活性成分的影响

《Food Chemistry Advances》：Optimizing Drying Techniques for Capsicum chinense: Impacts on Physicochemical, Functional, and Bioactive Properties

辣椒干燥工艺对理化性质及抗氧化特性的影响分析。微波干燥在保留维生素C和酚类物质方面最优，晒干保留水活性和特定成分更佳。研究揭示了不同干燥方法对辣椒功能性指标（肿胀、持水、油结合能力）的调控机制。

　　本研究探讨了三种干燥方法——太阳干燥、烤箱干燥（50°C）和微波干燥（300瓦）对辣椒（Capsicum chinense）的物理化学特性及抗氧化能力的影响。研究对象为新鲜的绿色和红色辣椒，干燥后对其水分含量、灰分含量、pH值、总酚类物质含量、DPPH自由基清除活性以及维生素A、B1、B2和C的保留情况进行了分析。研究结果显示，不同干燥方法和辣椒成熟度对营养成分和抗氧化特性产生了显著影响。微波干燥在红色辣椒中保留了最高的总酚类物质含量（317.22 mg GAE/g干物质）和维生素C含量（317.56 mg/100 g干物质），表明其在保留酚类物质和热敏性化合物方面的高效性。烤箱干燥的红色和绿色辣椒表现出87.89%和83.13%的DPPH清除活性，显示出更强的自由基清除能力。微波干燥提高了膨胀能力和油脂结合能力，而太阳干燥则保留了更高的水分保持能力。这些功能指标在工业应用中具有直接的相关性：较高的水分保持能力（WHC）和膨胀能力（SC）有助于干燥混合物和即食酱料的再水化和粘度发展；较高的油脂保持能力（OHC）对香料混合物和乳化体系有益；较低的水分活度（a_w）则有助于产品的货架稳定性和运输效率。

辣椒果实在烹饪传统中占据重要地位，不仅作为调味品，还因其天然的风味增强特性而受到重视。辣椒富含多种营养成分，包括维生素A、B和C，同时含有如酚类物质和类胡萝卜素等生物活性化合物，这些物质具有强大的抗氧化特性。Capsicum chinense，即中国辣椒，是一种广泛消费的香料，因其高辣椒素含量而具有独特的辛辣味。此外，辣椒还是维生素A的优良来源，具有有效的自由基清除能力，可能在降低常见退行性疾病风险方面发挥关键作用。类胡萝卜素在决定果实鲜艳颜色方面起着重要作用，但其氧化降解被认为是导致颜色劣化的首要因素。这些脂溶性色素，包括辣椒红素、辣椒黄素、玉米黄质、β-隐黄质和β-胡萝卜素，不仅对果实的功能性和营养价值至关重要，还提供了健康益处。类胡萝卜素在调节脂质代谢、展示抗癌特性以及提供辐射损伤保护方面具有潜力。

新鲜的辣椒，如Capsicum chinense，由于其高水分含量而极易腐烂，因此需要有效的保存策略以延长其保质期。延长其保质期需要适当的加工技术，同时减少活性成分的降解和降低能耗。在保存方法中，干燥是最传统且常用的技术之一，确保食品产品全年可得。干燥不仅通过减少水分含量延长食品的保质期，还显著影响生物活性化合物的浓度和组成，从而改变其抗氧化能力。这一过程保留了重要的风味和营养成分，抑制了腐败微生物的生长，并通过降低水分活度达到安全储存的目的。此外，干燥减少了产品的重量和体积，从而在包装、储存和运输方面带来显著的成本节约。

本研究评估了三种干燥方法：太阳干燥、烤箱干燥和微波干燥。这三种干燥方法代表了从传统（太阳干燥）、常规（烤箱干燥）到新兴（微波干燥）技术的广泛范围，常用于食品加工。通过比较这些方法，可以深入了解不同热处理机制对保留生物活性化合物、功能质量和再水化行为的影响。传统太阳干燥依赖于水分的去除和水分活度的降低，通过加热诱导。该过程涉及将食品暴露在加热空气中，确保产品均匀受热。然而，干燥可能会引发植物组织的物理和化学变化，通常导致再水化性能的退化。这些变化表现为物理化学（如颜色和化学成分的变化）、结构（如收缩和质地变化）以及营养成分的损失。

烤箱干燥在特定情况下可能导致质量下降，如颜色、热敏性营养成分、抗氧化剂和再水化能力的显著损失，如果未优化干燥条件。例如，烤箱干燥过程中长时间的高温暴露可能导致类胡萝卜素和维生素C的损失，损失率可达82%至88%。相比之下，微波干燥作为一种有前景的食品干燥技术，因其独特的热生成机制而受到关注。微波穿透介电材料并产生内部热量，在食品基质中建立蒸汽压力。这一过程促进了水分向表面迁移，并降低了形成硬壳的风险。通过利用其保持结构完整性和营养成分的能力，微波干燥为食品保存提供了一种高效的替代方法。

评估关键维生素（A、B1、B2和C）的组成可以提供关于热敏性微量营养素保留的重要信息，这些营养素对干燥辣椒的营养价值和健康促进潜力至关重要。除了维生素，抗氧化特性如总酚类物质含量和自由基清除活性是生物活性强度和辣椒在功能性食品系统中减轻氧化应激能力的关键指标。同样重要的是与水合作用相关的功能特性，包括膨胀能力、水分保持能力和油脂保持能力，这些特性反映了干燥产品的再水化行为、结构完整性和加工适应性。这些特性在确定干燥后的Capsicum chinense在各种烹饪和工业应用中的表现方面起着至关重要的作用，特别是在汤、酱料和香料混合物的配方中。这些参数共同提供了对不同干燥技术下质量保留的全面评估。

尽管已有研究探讨了干燥对辣椒质量的影响，但很少有研究对太阳、烤箱和微波干燥在绿色和红色Capsicum chinense上的影响进行比较分析。此外，有限的研究考虑了水合作用行为与抗氧化和营养变化的结合。本研究填补了这些空白，通过评估三种干燥方法对Capsicum chinense的物理化学、水合作用和抗氧化特性的综合影响，为食品加工和营养补充剂开发提供了有价值的见解。

在本研究中，所有样本的水分含量均准确测量，并在干燥后存放在密封的聚乙烯袋中。实验过程中，样本被均匀分布在25 cm × 40 cm的不锈钢托盘上，太阳干燥在户外进行，从早上9点到下午5点，环境温度在28°C至32°C之间波动。相对湿度的平均值记录为53.67%。在每个干燥日结束时，样本被转移到暗处的常温房间进行收集。干燥时间通过记录阳光照射时间来定义。

烤箱干燥使用了电热风干燥机（WTC Binder，德国图廷根），在50°C下干燥19小时。辣椒被放置在25 cm × 40 cm的托盘上，如前所述。干燥过程基于循环空气持续去除水分的假设，以保持干燥机内的稳定水分含量。

微波干燥使用了800 W功率的家用微波炉（型号MC28H5025VK/D2，28升三星微波炉）进行实验。将100克辣椒样品均匀分布在带有穿孔的干燥板上，置于微波炉内。干燥过程在300 W功率下进行，每5分钟记录一次样品重量，直到达到恒定重量，这需要25分钟。所有干燥样品使用台式研钵和研杵进行研磨。

为了提取原始样本，每份样品取2克干粉与30毫升80%体积分数的甲醇溶液混合。混合物被彻底涡旋并进行超声辅助提取，水浴温度保持在50°C，持续20分钟。为减少蒸发损失，所有样品在提取过程中被密封。提取完成后，样品被冷却至室温，然后使用台式离心机（型号416G，Gyrozen，韩国）以3500 rpm的速度离心20分钟。得到的上清液通过Whatman滤纸过滤，并在-20°C下储存以备后续分析。

物理化学性质的测定包括pH值、总可溶性固体（TSS）、可滴定酸度（TA）、水分含量和灰分含量。pH值的测定方法是将10克干燥样品研磨后与20毫升蒸馏水混合，并以8,000xg的离心力离心10分钟。然后使用校准的pH计（H1 98106，HANNA，美国）在室温（25°C）下记录上清液的pH值。pH计的校准使用了标准缓冲液，pH值分别为4.0、7.0和10.0。

水分含量的测定使用了水分分析仪（i-Thermo A64M，BEL，意大利）。总可溶性固体（TSS）的测定使用了手持折射计，按照标准技术进行，结果以布氏度（°Brix）表示。可滴定酸度（TA）的测定是将样品提取液放入锥形瓶中，使用0.1 M NaOH滴定，以酚酞作为pH指示剂，当pH达到8.2时出现淡粉色终点。可滴定酸度通过将消耗的NaOH体积乘以稀释因子和柠檬酸当量（64毫克）计算得出，结果以柠檬酸含量的百分比表示。

灰分含量的测定方法是将2克粉末样品准确称量后转移至预称重的坩埚中，然后将坩埚置于马弗炉中，以700°C逐渐加热6小时，以确保有机成分的完全燃烧和碳质残留物的氧化。加热后，坩埚在炉内冷却，然后取出并置于干燥器中以防止吸湿。待坩埚冷却至室温后，测量灰分残留物的质量。灰分含量通过计算灰分质量与原始样品质量的百分比得出。

水分活度的测定使用了水分活度计（WA-60A，AMTAST，美国）。仪器使用已知水分活度值的标准样品进行校准，干燥样品的水分活度范围为0.211至0.295，新鲜样品的范围为0.920至0.940。水分活度的降低可能有助于抑制微生物生长，从而提高储存稳定性和食品安全性。

维生素A的测定采用了Maurya等人（2018）的方法。1克样品与5毫升冰镇丙酮提取两次，每次提取包括15分钟间歇摇晃、10分钟涡旋和以4000 rpm（型号416G，Gyrozen，韩国）离心10分钟。上清液通过滤纸过滤，收集在锥形瓶中进行分析。β-胡萝卜素含量通过比较峰面积与已知浓度的β-胡萝卜素标准品的峰面积来确定。

维生素B1和B2的测定采用了UV-Vis方法，参考了Fernandes等人（2016）的方法。简要地说，0.5克粉末与10毫升水混合（2分钟），然后加入1毫升0.25 M硫酸。在70°C下孵育30分钟后，混合物冷却并用0.5 M氢氧化钠调整至pH 4.5。样品离心（4,000 rpm，25分钟；Gyrozen 416G），上清液过滤。在Shimadzu UV-1800紫外-可见分光光度计上，分别在254 nm（B1）和320 nm（B2）处测量吸光度。结果以每100克干物质中的毫克数报告。

维生素C的测定采用了Galib等人（2022）的方法进行修改。首先，将2克样品与25毫升3%的偏磷酸溶液混合以提取维生素C。混合物随后通过滤纸过滤以去除固体残渣。接着，从滤液中取出5毫升进行滴定，使用2,6-二氯靛酚染料直到出现稳定的粉红色终点，表明反应完成。

从食品加工的角度来看，保留这些热敏性和氧敏性维生素对于维持干燥后的Capsicum chinense的营养价值和功能特性至关重要，特别是在那些优先考虑干净标签和最小加工的市场中。

水合作用相关功能特性的测定包括膨胀能力（SC）、水分保持能力（WHC）和油脂保持能力（OHC）。这些特性反映了干燥产品的再水化行为、结构完整性和加工适应性。膨胀能力的测定按照Robertson等人（2000）的方法进行。将1克样品粉末与20毫升蒸馏水混合在标定的量筒中，记录混合物的初始体积。混合物在25°C下孵育18小时，然后测量最终体积。膨胀能力计算为湿润样品的体积（毫升）与初始干样品重量（克）的比率，以毫升/克表示。

水分保持能力的测定按照Jeddou等人（2016）的协议进行。将3克干样品与30毫升去离子水混合，并在室温下孵育18小时。混合物以8000 × g的离心力离心10分钟。将上清液小心倾倒，剩余残渣在真空烘箱中干燥3小时以获得新鲜残渣重量。水分保持能力以每克干样品保留的克数表示，计算公式为：水分保持能力（g水/g干样品）=（新鲜残渣重量 - 干样品重量）/干样品重量。

油脂保持能力的测定按照Jeddou等人（2016）的方法进行，略有修改。将1克干样品准确称重后放入离心管中，随后加入20毫升大豆油。混合物在30分钟内每隔5分钟剧烈搅拌30秒。混合后，样品以1600 × g的离心力离心10分钟，使用冷藏离心机（型号416G，Gyrozen，韩国）。小心移除上清液，将离心管倒置并在滤纸上排水30分钟。油脂保持能力通过以下公式计算：油脂保持能力（g油/g干样品）=（排水后离心管内容物重量 - 干样品重量）/干样品重量。

抗氧化活性的测定包括DPPH自由基清除活性、总酚类物质含量（TPC）和总黄酮类物质含量（TFC）。DPPH自由基清除活性的测定按照Saleh等人（2010）的方法进行。100微升提取物与1.4毫升104 M的DPPH甲醇溶液混合。混合物在黑暗中室温下孵育30分钟以允许反应进行。使用UV-Vis分光光度计（型号UV-1800，Shimadzu Scientific Instruments，日本）在517 nm处测量吸光度，空白为100微升80%甲醇与1.4毫升DPPH溶液的混合物。自由基清除活性通过以下公式计算：自由基清除活性（%）=（空白吸光度 - 提取物吸光度）/空白吸光度 × 100。

总极性酚类物质含量的测定采用了Cortés-Estrada等人（2020）的方法进行修改。简要地说，每份提取物取0.5毫升放入10毫升烧杯中。加入0.5毫升Folin-Ciocalteu试剂并摇晃3分钟。随后加入1毫升饱和的碳酸钠（Na2CO3）溶液，并用蒸馏水调整至10毫升。使用分光光度计在765 nm处测量每个溶液的吸光度，以试剂空白作为参考。通过使用纯没食子酸（GA）作为标准品生成校准曲线，结果以每克干物质（w/w）的没食子酸当量（GAE）毫克数表示。

总黄酮类物质含量的测定使用了铝氯化物比色法，如Choi等人（2023）所述。简要地说，0.5毫升提取物与1.5毫升95%乙醇（由95毫升乙醇与5毫升蒸馏水混合）混合，再加入0.1毫升10%的氯化铝溶液（由5克无水氯化铝溶解于50毫升蒸馏水中）和0.1毫升1 M乙酸钾，最后用2.8毫升去离子水调整至10毫升。反应混合物在室温下孵育40分钟，然后在415 nm处使用UV-Vis分光光度计（型号UV-1800，Shimadzu Scientific Instruments，日本）测量吸光度，以去离子水作为空白。黄酮类物质含量以每100克干物质的槲皮素当量（mg QE）表示。

统计分析采用Minitab软件进行，实验在三重复中进行，数据通过单因素方差分析（One-Way ANOVA）进行分析，随后进行Tukey多重比较检验以评估样品间的显著差异。显著性水平设定为p < 0.05。所有数据以均值±标准差（SD）表示。

研究结果表明，不同干燥方法和成熟度对物理化学参数产生了显著影响。在新鲜样品中，红色辣椒（RWRD）表现出最高的pH值和灰分含量，而绿色辣椒（RWGN）则具有最高的水分含量和水分活度。绿色辣椒的高水分含量可能是由于其较低的成熟度，未成熟的果实通常保留更多的水分。在干燥样品中，微波干燥的绿色辣椒（MIGN）水分含量最低（4.62%），而烤箱干燥的绿色辣椒（OVGN）水分含量最高（9.21%）。这可能是因为太阳干燥和烤箱干燥由于不均匀的热分布和较长的干燥时间，导致较厚组织中残留水分较高。相比之下，微波干燥利用电磁波均匀激发水分子，从而实现快速且高效的水分去除，减少残留水分。

水分活度的趋势与水分含量相似：新鲜样品表现出最高的值（RWGN为0.83，RWRD为0.82），而微波干燥的样品表现出最低的值（MIGN为0.60，MIRD为0.63）。微波干燥样品的水分活度降低可能有助于抑制微生物生长，从而提高储存稳定性和食品安全性。相比之下，太阳干燥样品如SUGN（0.66）具有相对较高的水分活度，这可能是由于缓慢、不完全的干燥过程导致局部水分残留。

灰分含量代表无机矿物质部分（包括钾、钠、钙和镁），在新鲜红色辣椒（RWRD）中最高，而微波干燥的样品在灰分保留方面表现更佳。微波干燥在多种辣椒品种中被发现是最有效的减少营养损失的方法，相较于热风干燥和太阳干燥。这表明微波干燥的快速加热和较短干燥时间减少了矿物质损失，通过减少组织与冷凝物的接触、渗漏和热降解。因此，微波干燥在保留矿物质方面具有优势。

在维生素组成方面，研究结果揭示了不同干燥方法对维生素保留的影响。维生素A在红色辣椒中的保留率高于绿色辣椒，微波干燥在两种辣椒中均表现出最高的保留率。这可能归因于微波处理对细胞壁的破坏，促进酚类物质的提取。相比之下，烤箱干燥和太阳干燥导致的维生素A含量较低，这与长时间暴露于热和氧下的多酚降解一致。微波干燥的快速加热和短时间处理可能通过细胞壁的破裂提高酚类物质的提取率。

在实际应用中，这些结果表明不同的干燥方法提供了不同的优势：微波干燥在保留酚类物质和整体抗氧化活性方面表现最佳，而太阳干燥在保留黄酮类物质和最大化水分保持能力方面更有效。由于富含抗氧化剂的辣椒不仅在营养价值上受到重视，还在食品系统中作为天然稳定剂（如香料混合物、酱料和零食）受到青睐，因此能够根据所需化合物组成定制干燥方法在工业上具有重要意义。

总体而言，本研究提供了对不同干燥方法对Capsicum chinense辣椒的物理化学、营养和功能特性影响的全面分析。微波干燥被证明是减少水分和水分活度最有效的方法，同时保留较高的必需营养成分，如维生素C、类胡萝卜素和酚类物质。它还增强了关键的功能特性，如膨胀能力和油脂保持能力，使其适用于工业应用，如乳化物和汤类产品。太阳干燥在保留黄酮类物质和最大化水分保持能力方面表现出色，突显了其在需要增强水分保留能力的应用中的潜力。这些发现强调了根据特定的营养和功能目标定制干燥技术的重要性。通过将干燥方法与预期的应用相匹配，本研究为食品工业提供了有价值的见解。该研究有助于开发具有优化生物活性保留和抗氧化特性的高质量辣椒基产品，同时确保成本效益、可扩展性和提高产品安全，以满足消费者和营养补充剂市场的需要。然而，本研究的一个局限性是没有对辣椒素含量进行定量分析，辣椒素是赋予辣椒辛辣味和治疗潜力的关键生物活性化合物。建议未来的研究包括辣椒素的分析，以及进一步的营养评估，以提供更全面的理解，即不同的干燥方法如何影响Capsicum chinense中生物活性化合物的完整谱系。