基于天然深共熔溶剂（NADESs）超声辅助提取与W1/O/W2双乳液包封的草莓废弃物功能低脂马苏里拉奶酪涂抹酱：配方优化与表征

《Sustainable Food Technology》：Formulation, optimization and characterization of functional low-fat mozzarella cheese spread with addition of encapsulated strawberry wasteOpen Access

　　

该研究考察了利用天然深共熔溶剂（Natural Deep Eutectic Solvents, NADESs）绿色提取技术对草莓废弃物进行增值化利用。NADESs由氯化胆碱和苹果酸（1:1摩尔比）组成。采用Box–Behnken设计的响应面法（Response Surface Methodology, RSM）优化超声辅助提取（Ultrasound-Assisted Extraction, UAE）参数，评估固液比（30–70%）、提取时间（2–5 min）和超声功率（5–10 W）的影响。将优化的10% (w/w)草莓提取物包封于W₁/O/W₂乳液的内水相中，该乳液含10%、20%和30%体积分数的初级W₁/O乳液，以及外水相中9% (w/w)芦荟黏液（aloe vera mucilage）。W₁/O和W₁/O/W₂乳液均在4 °C下研究15天，检测2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl（DPPH）活性、总黄酮含量（Total Flavonoid Content, TFC）、保留容量、粒径和光学显微镜。马苏里拉奶酪涂抹酱配方包括：不含草莓提取物（T₀）、含10% W₁/O乳液（T1）、含新鲜草莓提取物（T2）和含10% W₁/O/W₂（T3）。优化条件为70%提取物浓度、10 W功率和3.5 min提取时间，黄酮含量为10.66 mg g^?1，DPPH活性为69%。含10% W₁/O乳液的W₁/O/W₂在储存2周后表现出最高的乳析稳定性和粒径稳定性，而所有双乳液处理的总黄酮含量保留率相似。

研究背景与问题：全球农工业快速发展增加植物源食品废弃物。联合国环境规划署食物浪费指数指出，全球零售、餐饮和家庭每年约931百万吨食物损失或浪费；果蔬加工约占食物浪费16%，传统填埋、焚烧或燃烧处置约贡献全球温室气体6%。草莓（Fragaria ananassa）加工产生大量副产物，如果渣、果皮和种子；约41%的抗氧化能力集中在瘦果中。常规提取使用甲醇、乙醇、丙酮等有机溶剂，存在易燃、环境毒性和残留风险，热法可降解热敏多酚。消费者对功能、低脂乳制品需求增加，传统马苏里拉奶酪脂肪高（干基至少45%），饱和脂肪酸与心血管疾病等相关。双乳液W₁/O/W₂可包封亲水生物活性物，外层水相可用芦荟黏液（aloe vera mucilage, AVM）模拟乳脂。NADESs和植物黏液联合作为马苏里拉奶酪涂抹酱脂肪替代物尚未报道，因此研究人员开展首个相关研究，评估氯化胆碱/l-苹果酸NADESs和AVM在低脂马苏里拉奶酪涂抹酱中对感官、理化、质构和抗氧化性质及储存的影响。意义：开发绿色、可持续、功能化减脂奶酪。

关键技术方法（不超过250字）：研究人员以Lahore, Pakistan商业供应商提供的冷冻草莓果渣/废弃物和新鲜全脂牛乳为原料。制备氯化胆碱与l-苹果酸1:1摩尔比NADESs。以Box–Behnken设计RSM进行17组UAE，变量为固液比30–70%、提取时间2–5 min、超声功率5–10 W，响应为DPPH和TFC。将优化提取物包封于W₁/O/W₂两步乳化体系，外水相含AVM，W₁/O体积分数10%、20%、30%。制备低脂马苏里拉奶酪涂抹酱：T₀、T1（10% W₁/O）、T2（鲜草莓提取物）、T3（10% W₁/O/W₂），4 °C储存。分析DPPH、TFC、保留率、粒径、光学显微、色度、乳析指数（Creaming Index, CI）、总酚含量（Total Phenolic Content, TPC）、质构剖面分析（Textural Profile Analysis, TPA）和感官。

研究结果：
3.1 DPPH的RSM优化：通过Box–Behnken设计，模型显著（F=41.88, p<0.0001），固液比和功率影响高度显著，时间不显著；优化条件70%提取物、10 W、3.5 min，DPPH活性69%。
3.2 TFC的RSM优化：TFC模型显著（F=17.68, p=0.0001），线性项不显著，AC、BC、A²、C²显著；优化条件得TFC 10.66 mg g^?1，最大TFC约在固液比55%、功率8 W。
3.3 初级W₁/O乳液的抗氧化潜力：15天储存中DPPH从约55%降至33%，说明初级乳液不能长期稳定。
3.4 初级W₁/O乳液的TFC：TFC随时间下降，第7天最高4.72%，第15天最低0.62%。
3.5 初级W₁/O乳液TFC保留容量：第7天64.4%，第15天15.2%，随时间下降。
3.6 W₁/O/W₂乳液的抗氧化潜力：第0天10% W₁/O/W₂的DPPH最高39.2%，20%和30%为31.8%和26.7%；储存15天均下降，10%从39.2%降至17.2%，20%从24.7%降至12.8%，30%从21.1%降至8.7%。
3.7 W₁/O/W₂的TFC：第0天20%乳液TFC最高6.4±0.1 mg QE g^?1，30%和10%为4.4±0.1和3.8±0.1；第15天10%、20%、30%分别为1.6±0.1、2.8±0.1、1.9±0.1 mg QE g^?1。
3.8 W₁/O/W₂TFC保留容量：第7天分别74.2%、75.8%、78.1%；第15天降至40.1%、43.5%、40.7%（10%、20%、30%）。
3.9 W₁/O/W₂粒径与分布：通过激光衍射，10% W₁/O/W₂在15天保持单峰分布，约50–200 μm，粒径变化小；20%和30%在15天峰变宽或向大粒径移动，稳定性较低。
3.10 W₁/O/W₂颜色分析：随储存L*、a*、b*总体下降，ΔE增加，30%乳液早期ΔE较低，说明高抗氧化含量可能保护色泽。
3.11 乳析指数稳定性：CI与储存时间负相关、与乳液浓度正相关；10% W₁/O/W₂的CI从第3天17%降至第15天8%，20%和30%较高约40–45%。
3.12 显微镜图像：初级乳液液滴均匀；随W₁/O浓度增加，液滴增大；4 °C比25 °C更稳定；10% W₁/O/W₂较均匀，T1在双乳液中稳定性最高。
3.13 草莓提取物奶酪涂抹酱抗氧化潜力：DPPH随储存下降；第0天T2约43%最高，T3约33%较低；第7天T1约23%，T3约17%。含草莓提取物提高抗氧化。
3.14 草莓提取物奶酪涂抹酱总黄酮：第0天T2约6.1 mg QE g^?1高于T3约3.2；储存后均下降；初级W/O乳液奶酪涂抹酱第0天3 mg QE g^?1，第7天1.2 mg QE g^?1。
3.15 包封与非包封奶酪涂抹酱DPPH比较：奶酪基质贡献抗氧化；T2全期最高，T3最低；第0天T2 43%，T₀ 11.7%，T1 37%，T3 25%；包封草莓提取物改善抗氧化，旧冷冻草莓因氧化和易腐损失潜力。
3.16 低脂奶酪涂抹酱颜色分析：随储存L*下降，ΔE增加，T₀第7天ΔE=22.70；含抗氧化剂处理颜色变化较小；T1第7天a*=0.86最高红度，T3 a*=?0.33。
3.17 质构分析：T₀硬度最低，从第1天3114.3±0.5 N m^?2到第7天3123.6±0.5；T1最高第7天3195.3±0.5；T2与对照接近；增加乳液含量使基质更致密、硬度略增。
3.18 感官评价：9点嗜好标度，T2在风味、口感、总体可接受性最高，其次T₀、T1、T3；T1口感/余味最低；T3可能有异味和包覆感；除甜味、香气、口感外差异显著。高浓度降低感官质量。

讨论总结：NADES可用于绿色提取，旧冷冻草莓抗氧化低于新鲜；乳液和奶酪储存中DPPH和TFC下降，可能因脂肪酸氧化和酚类降解；色差和液滴尺寸增加，30%乳液不稳定；加入草莓提取物改善酚类，但氧化和乳酸发酵导致损失；硬度增加，颜色变化；高浓度降低感官质量，需进一步优化稳定乳液。

研究结论翻译：草莓废弃物提取物含许多抗氧化剂，对预防心脏病和糖尿病等疾病有重要作用，也可能有助于预防癌症。本研究聚焦于水果废弃物、抗氧化剂和低脂乳制品的增值化，以应对健康问题。此外，NADES用于从草莓废弃物中提取酚类化合物，因为其可生物降解、无毒且环境友好。研究还发现，所选旧冷冻草莓提取物的抗氧化剂少于新鲜草莓。乳液和奶酪涂抹酱的储存研究表明DPPH活性和TFC显著下降，可能由于脂肪酸氧化和酚类化合物分解。在乳液中，随ΔE和色相角增加，颜色变化增加，而L*值随时间下降。液滴尺寸和直径在储存期间也增加，30%因不稳定和较高提取物含量而显示更不规则和更大的液滴。将草莓提取物抗氧化剂加入奶酪涂抹酱可改善酚类化合物质量，但部分因氧化和乳酸发酵而损失。此外，硬度增加，颜色也随储存时间变化。总体而言，向乳制品中添加水果废弃物抗氧化剂可在一定程度上增加酚类化合物。将草莓提取物加入奶酪涂抹酱可增强酚类特征，但高浓度降低涂抹酱的感官质量，需要更优化的条件来稳定乳液。