干燥与贮藏条件对栀子果实生物活性成分、真菌群落及真菌毒素累积的影响：一种多元分析方法

《Journal of Food Composition and Analysis》：Effects of drying and storage on bioactive components, fungal community and mycotoxin accumulation in Gardeniae Fructus: A multivariate analysis approach

　　

干燥与贮藏对栀子（Gardeniae Fructus）生物活性成分、真菌群落及真菌毒素累积的影响：一种多元分析方法 栀子（Gardenia jasminoides Ellis）广泛栽培于亚洲热带和亚热带地区，其成熟果实——栀子（Gardeniae Fructus，Zhi Zi）兼具食用与药用价值，并作为天然着色剂和功能性食品成分日益受到关注。栀子富含环烯醚萜苷类（iridoid glycosides）、藏红花素类（crocins）、多糖类（polysaccharides）及其他生物活性成分，这些成分共同决定了其商业价值与潜在食品应用前景。然而，作为新鲜植物源产品，栀子果实在从采收到加工与贮藏的过渡期间，其采后品质对环境条件高度敏感。干燥方法、贮藏温度、贮藏湿度及贮藏时间同时影响栀子的品质与微生物组成。尽管栀子的利用日益广泛，但这些因素对其采后品质与安全性的综合影响仍未完全阐明。 干燥是栀子采后降低水分含量、抑制变质并便于后续运输与贮藏的主要操作。传统上农户多采用晒干（sun drying），但该方法耗时且因11月采收季节环境温度较低而常导致结果不一致。现代干燥技术，包括热风干燥（hot air drying）、真空干燥（vacuum drying）、微波干燥（microwave drying）及冷冻干燥（freeze drying），可显著提高加工效率。然而，干燥并非简单的除水过程，温度、氧气暴露、干燥速率及能量传递的差异可能诱导植物组织发生不同的化学与生化变化。已有研究表明，干燥条件可改变植物源食品的酚类组成、色素稳定性、抗氧化能力及其他品质相关特性。例如，真空干燥和冷冻干燥可限制热与氧化损伤，改善栀子中热敏性生物活性成分的保留。 干燥后的贮藏是维持干制品生物完整性与安全性的另一个关键控制点。温度和相对湿度（relative humidity, RH）管理不当可加剧真菌污染风险。分类学上多样的真菌，如曲霉属（Aspergillus）、青霉属（Penicillium）和镰刀菌属（Fusarium），可在有利的采后条件下定殖于产品，并可能合成黄曲霉毒素（aflatoxins）、赭曲霉毒素A（ochratoxin A, OTA）和伏马菌素（fumonisins, FBs）等有害真菌毒素。真菌毒素可引起肝毒性、肾毒性、免疫毒性、致癌性和神经毒性等多种毒性效应，对人类和动物健康构成风险。尽管已有研究对许多植物源食品中真菌的存在进行了编目，但贮藏条件、真菌演替与栀子中活性化合物降解之间的动态关系仍知之甚少。 在本研究中，研究人员全面考察了五种干燥方法——热风干燥（HD）、真空干燥（VD）、微波干燥（MD）、冷冻干燥（FD）和晒干（SD），以及三种模拟贮藏环境（15 °C/50% RH、25 °C/65% RH和40 °C/90% RH）对栀子植物化学稳定性与微生物安全性的影响。系统表征了主要生物活性成分、真菌群落及真菌毒素浓度的变化，并进一步探讨了它们之间的关系。这一两阶段设计旨在识别采后链中的关键控制点，并阐明与干燥相关的产品状态及后续贮藏环境如何与品质劣变和微生物安全相关联。

干燥与贮藏条件对栀子果实品质与真菌安全性的综合影响：基于多元分析的研究进展

一、研究背景与问题提出

栀子（Gardenia jasminoides Ellis）广泛栽培于亚洲热带和亚热带地区，其成熟果实栀子（Gardeniae Fructus）兼具食用与药用双重价值，并作为天然着色剂和功能性食品成分受到日益广泛的关注。栀子富含环烯醚萜苷类、藏红花素类、多糖类及其他生物活性成分，这些成分共同决定了其商业价值与潜在食品应用前景。然而，作为新鲜植物源产品，栀子果实在从采收到加工与贮藏的过渡期间，其采后品质对环境条件高度敏感。干燥方法、贮藏温度、贮藏湿度及贮藏时间同时影响栀子的品质与微生物组成。尽管栀子的利用日益广泛，但这些因素对其采后品质与安全性的综合影响仍未完全阐明。

干燥是栀子采后降低水分含量、抑制变质并便于后续运输与贮藏的主要操作。传统上农户多采用晒干，但该方法耗时且因11月采收季节环境温度较低而常导致结果不一致。现代干燥技术，包括热风干燥、真空干燥、微波干燥及冷冻干燥，可显著提高加工效率。然而，干燥并非简单的除水过程，温度、氧气暴露、干燥速率及能量传递的差异可能诱导植物组织发生不同的化学与生化变化。已有研究表明，干燥条件可改变植物源食品的酚类组成、色素稳定性、抗氧化能力及其他品质相关特性。例如，真空干燥和冷冻干燥可限制热与氧化损伤，改善栀子中热敏性生物活性成分的保留。因此，确定合适的干燥方法需同时考虑加工效率与品质相关化合物的保留。

干燥后的贮藏是维持干制品生物完整性与安全性的另一个关键控制点。温度和相对湿度管理不当可加剧真菌污染风险。分类学上多样的真菌，如曲霉属、青霉属和镰刀菌属，可在有利的采后条件下定殖于产品，并可能合成黄曲霉毒素、赭曲霉毒素A和伏马菌素等有害真菌毒素。真菌毒素可引起肝毒性、肾毒性、免疫毒性、致癌性和神经毒性等多种毒性效应，对人类和动物健康构成风险。尽管已有研究对许多植物源食品中真菌的存在进行了编目，但贮藏条件、真菌演替与栀子中活性化合物降解之间的动态关系仍知之甚少。基于此，本研究系统考察了五种干燥方法与三种模拟贮藏环境对栀子植物化学稳定性与微生物安全性的综合影响。

二、研究设计与技术方法

研究人员采集了来自中国江西赣州的新鲜栀子果实，随机分配至新鲜对照组和五个干燥组，每个处理设三个独立重复批次，每批1.0 kg果实。研究采用五种干燥方法：热风干燥（60 °C，12 h）、真空干燥（40 °C，24 h）、微波干燥（600 W，间歇模式，累计有效干燥时间20 min）、冷冻干燥（?80 °C预冻2 h，?40 °C冷阱，1 Pa舱压，48 h）以及晒干（24.3–28.1 °C，数天），直至水分含量低于12%。后续贮藏实验仅采用热风干燥样品，因其是栀子工业化加工中应用最广泛的技术。样品分别在15 °C/50% RH、25 °C/65% RH和40 °C/90% RH三种环境中贮藏90天，每30天取样一次。

主要技术方法包括：采用超高效液相色谱-光电二极管阵列检测器（UPLC-PDA）定量分析栀子苷、藏红花素I和藏红花素II；采用苯酚-硫酸法和咔唑-硫酸法测定总多糖和糖醛酸含量；采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）进行单糖组成分析和甲基化分析；采用Illumina Nextseq2000平台进行真菌ITS扩增子测序，通过UPARSE以97%序列相似度聚类为操作分类单元（OTU）；采用超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）在多反应监测（MRM）模式下检测15种真菌毒素；采用主成分分析（PCA）、典型对应分析（CCA）、交互式Mantel检验和线性判别分析效应大小（LEfSe）进行多元统计与相关性分析。

三、主要研究结果

3.1 不同干燥方法对栀子理化特性的影响

外观品质与水分含量方面，冷冻干燥处理保持了新鲜栀子的原始外观；热风干燥、真空干燥和晒干处理的样品变为暗红色，其中晒干组表面出现明显霉变；微波干燥组变为黑色且表皮皱缩。各干燥组水分含量为8.29%–11.15%，均达到贮藏前水分含量低于12%的要求。

栀子苷与藏红花素含量方面，不同干燥方法对这些成分含量有显著影响（p < 0.05）。栀子苷含量顺序为微波干燥（47.48 mg/g）> 冷冻干燥（43.58 mg/g）/真空干燥（42.88 mg/g）> 晒干（38.56 mg/g）> 热风干燥组（33.70 mg/g）。藏红花素I含量顺序为晒干（40.91 mg/g）> 冷冻干燥（37.65 mg/g）> 微波干燥（34.34 mg/g）/真空干燥（34.16 mg/g）/热风干燥组（32.45 mg/g）。藏红花素II含量顺序为冷冻干燥（1.75 mg/g）> 热风干燥（1.63 mg/g）> 晒干（1.47 mg/g）/真空干燥（1.39 mg/g）> 微波干燥组（1.29 mg/g）。研究指出，环烯醚萜苷类化合物的苷键在酸性条件、高温及酶存在下易水解断裂，这解释了热风干燥显著降低栀子苷含量；冷冻干燥兼具低温和真空条件，因此能更好地保留藏红花素。

多糖组成方面，不同干燥方法所得栀子多糖的组成单糖相同，均为阿拉伯糖、木糖、甘露醇、鼠李糖、岩藻糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖，但摩尔比存在差异。甲基化分析显示栀子多糖含有5种糖苷键残基类型。栀子多糖为富含糖醛酸的果胶类多糖，糖醛酸含量为55.29%–69.20%。不同干燥方法不改变栀子多糖的单糖组成和糖苷键类型，但改变单糖摩尔比。

总多糖与总糖醛酸方面，各组总多糖含量范围为33.80–38.32 mg/g，总糖醛酸含量为55.30%–69.20%。除晒干组外，各组间总多糖和总糖醛酸无显著差异（p > 0.05）。晒干因干燥过程缓慢，降解酶作用时间延长，导致多糖和糖醛酸损失最多。

3.2 不同干燥栀子中的真菌群落

序列聚类分析共获得486个OTU，其中冷冻干燥、热风干燥、微波干燥、晒干和真空干燥组分别为47、102、75、429和24个，表明晒干处理后栀子表面真菌群落总数急剧增加。主成分分析显示原料、冷冻干燥、热风干燥、微波干燥和真空干燥组样品聚类，而晒干组存在显著差异。在目水平上，煤炱目（Capnodiales）和肉座菌目（Hypocreales）是原料样品中最优势的目，分别占真菌读数的23.54%和19.83%。晒干组中暗色菌目（Phaeomoniellales）相对丰度显著高于其他组。在属水平上，未分类肉座菌目、枝孢霉属（Cladosporium）、Rachicladosporium和梨孢属（Pyricularia）为最优势属，仅晒干组在属组成上差异显著。

3.3 不同贮藏条件下栀子中的真菌群落

在初始样品中，枝孢霉科（Cladosporiaceae, 18.06%）、未分类肉座菌目（10.16%）和巨座壳科（Magnaporthaceae, 7.32%）为优势科。随贮藏时间推进，三种贮藏条件下的真菌组成呈现明显变化。曲霉科（Aspergillaceae）在25 °C/65% RH贮藏90天后开始显著增长（35.79%），而在40 °C/90% RH条件下30天内即成为绝对优势类群（99.52%）。属水平热图显示，40 °C/90% RH条件下曲霉属（Aspergillus）快速生长，使该组样品明显区别于其他组。镰刀菌属（Fusarium）在25 °C/65% RH条件下贮藏30天后成为优势属，但90天后被曲霉属取代。LEfSe分析显示，镰刀菌属和曲霉属均为产毒真菌，前者可产生伏马菌素和单端孢霉烯族毒素，后者可产生黄曲霉毒素和赭曲霉毒素A。

3.4 贮藏期间水分含量、生物活性成分及真菌毒素的变化

贮藏90天后，15 °C/50% RH和25 °C/65% RH条件下水分含量无显著变化，但40 °C/90% RH条件下30天内即显著增至12.34%。栀子苷初始含量为33.70 mg/g，90天后在15 °C/50% RH条件下增至36.05 mg/g，在25 °C/65% RH条件下降至29.89 mg/g，在40 °C/90% RH条件下降至28.22 mg/g。藏红花素I从32.45 mg/g分别降至6.45、5.97和2.36 mg/g，表明贮藏温度和湿度越高，其含量越低。藏红花素II在三种条件下均下降，且均在30天内急剧下降后趋于稳定。总多糖从38.52 mg/g分别降至25.34、12.21和4.59 mg/g。在15种检测的真菌毒素中，仅检出赭曲霉毒素A和伏马菌素B₁（FB₁）。赭曲霉毒素A在40 °C/90% RH条件下明显增加，90天后达6.37 μg/kg，已超过中国国标（GB2761–2017）规定的5 μg/kg限量及欧盟法规（EU）2022/1370规定的2 μg/kg限量。FB₁在25 °C/65% RH条件下90天后急剧增至164.30 μg/kg，未超过任何限量标准；在15 °C/50% RH条件下无变化，在40 °C/90% RH条件下缓慢增至49.28 μg/kg。

3.5 干燥方法与贮藏条件对栀子品质与安全性的相关性分析

典型对应分析显示，前两个典型轴分别解释了42.2%和15.02%的约束变异，整体模型显著（R2 = 0.5470, P = 0.0060），表明所选理化和生物活性成分对不同干燥条件下真菌群落的分化有显著贡献。冷冻干燥样品位于多糖和糖醛酸附近，表明该处理与多糖相关成分的更好保留相关；晒干样品与较高水分含量及独特真菌群落特征相关。交互式Mantel检验显示，贮藏相关真菌群落变化主要与安全相关和环境变量相关，而非仅与生物活性成分相关。Pearson相关分析显示水分含量、赭曲霉毒素A、FB₁、温度和相对湿度之间存在显著正相关（P < 0.01），而与多糖、栀子苷、藏红花素I、藏红花素II及贮藏时间的关联相对较弱或不显著。

四、讨论与结论

研究结果表明，干燥并非单纯的脱水过程，而是决定栀子初始微生物与化学状态的关键采后控制点。冷冻干燥和真空干燥更有利于在保留品质相关性状的同时降低真菌不稳定性。贮藏安全性主要受可控环境因素支配：40 °C/90% RH处理与曲霉属相对丰度增加及赭曲霉毒素A累积相关，而25 °C/65% RH处理与镰刀菌属相对丰度增加及FB₁累积相关。栀子的品质与安全性由从干燥到贮藏的连续控制链决定：干燥定义初始真菌与化学状态，贮藏条件决定该状态是保持稳定还是转向真菌增殖与真菌毒素污染。

研究结论为：低温和真空干燥条件更有利于生产具有理想外观和植物化学完整性的栀子。相反，晒干因其易诱导栀子霉变而不推荐使用。在本研究考察的贮藏条件中，低温和低湿度贮藏与栀子真菌毒素污染风险较低相关。未来工作应着重建立多个关键控制点，以防止栀子干燥和贮藏过程中的霉变形成，从而最大限度地减少经济损失和健康风险。该研究为制定基于优化干燥、快速降水和低湿度贮藏的采后预防性控制策略提供了实践证据。