鳄梨果皮（Persea americana Mill Var. Hass）生物活性化合物的提取、微胶囊化及贮藏稳定性研究

《Molecules》：Extraction, Microencapsulation and Storage Stability of Bioactive Compounds from Avocado Peel (Persea americana Mill Var. Hass)

　　

： 鳄梨果皮（Persea americana Mill Var. Hass）是具抗氧化活性的生物活性化合物的重要来源；然而，一旦从果皮中提取出来，这些化合物易受光、氧和温度等环境因素影响而发生劣变，因此需要加以保护。本研究旨在提取并微胶囊化鳄梨果皮中的生物活性化合物，并评估其在贮藏期间的稳定性。研究人员采用Box–Behnken设计优化提取条件，最终确定提取条件为65 °C、40%V乙醇以及两次连续的60 min提取。微胶囊化采用喷雾干燥法，以10%W和20%W阿拉伯胶（GA）作为进料溶液中的壁材。最佳干燥条件分别为：10%W GA为160/70 °C，20%W GA为170/80 °C。在60天贮藏期内，含20%W GA的微胶囊较含10%W GA的微胶囊表现出更高的生物活性化合物保留率和稳定性。在两种GA浓度下，4 °C贮藏的微胶囊均比30 °C贮藏的微胶囊表现出更高的稳定性。结果表明，从鳄梨果皮中提取并经微胶囊化的生物活性化合物可用于食品工业，以开发功能性食品或营养保健品。

论文解读文章：

一、研究背景与目的

近年来，从天然来源开发功能性食品的兴趣日益增长，因为这类食品除提供营养价值外，还能带来额外的健康益处。植物源性生物活性化合物（又称植物化学物质，如酚酸、萜烯、类黄酮和单宁）是植物次生代谢产物，具有抗氧化、抗菌、抗炎等生物活性，对食品和制药工业具有重要意义。果蔬通常被视为生物活性化合物的重要来源，然而在消费和加工过程中，一般仅食用果肉，果皮和种子等副产品往往被丢弃，尽管这些部分可能含有比可食用部分更高含量的生物活性化合物。鳄梨（Persea americana Mill var. Hass）即是如此，它是全球经济重要性最高的热带水果之一。鳄梨主要以鲜食为主，但相当大比例用于工业加工（制油、果泥、鳄梨酱、冷冻块等），由此产生大量农业工业废弃物，主要是果皮和种子，约占果实总重的30%。这些副产品通常被丢弃，造成环境问题和处理成本。已有研究表明，鳄梨果皮是酚类化合物的重要来源，其抗氧化物质含量高于果肉，甚至超过新鲜蓝莓。然而，生物活性化合物一旦被提取出来，易受温度、水分、光照和氧气等因素影响而降解，导致生物活性及抗氧化能力丧失。喷雾干燥微胶囊化技术因此成为保护生物活性化合物的有效策略。尽管已有研究关注鳄梨果皮中生物活性化合物的提取、鉴定和定量，但多数集中于化学组成和生物活性评价，关于以阿拉伯胶为壁材通过喷雾干燥微胶囊化保护鳄梨果皮生物活性化合物的信息有限，对其贮藏稳定性的研究也较少。基于上述背景，本研究旨在从鳄梨果皮中提取生物活性化合物，以阿拉伯胶为壁材进行喷雾干燥微胶囊化，并评估微胶囊化生物活性化合物在贮藏期间的稳定性，分析壁材浓度对生物活性化合物保留率的影响，以评估其在功能性食品和营养保健品开发中的应用潜力。

二、主要关键技术方法

研究人员采用Box–Behnken实验设计优化提取条件，以总酚化合物（TPC）和类黄酮（FL）为响应变量；采用Folin–Ciocalteu法测定TPC，采用比色法测定类黄酮、缩合单宁（CT）和水解单宁（HT），采用DPPH和ABTS两种自由基抑制法测定抗氧化能力（AC）。微胶囊化采用半中试喷雾干燥器（GEA-NIRO Atomizer, Mobile Minor），以阿拉伯胶为壁材，通过22因子实验设计优化进出口温度。微胶囊表征包括粒径及粒径分布（激光衍射法）、形态（场发射扫描电子显微镜，FE-SEM）、水分含量、水分活度（a_w）、表面酚类化合物及包埋效率。贮藏稳定性实验在4 °C和30 °C条件下进行60天，每15天分析一次。样本来源为墨西哥州埃卡特佩克-德莫雷洛斯的不同零售渠道（中央批发市场和超市）以及餐饮场所收集的鳄梨果皮废弃物。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey检验（p ≤ 0.05），以及三因素ANOVA评估贮藏期间各因素的主效应和交互效应。

三、研究结果

3.1 原料干燥温度对酚类化合物浓度的影响

以TPC含量为响应变量，在40 °C干燥24 h的样品获得最高TPC浓度（43.31 mg GAE/g_dw），较室温干燥48 h的对照组（41.00 mg GAE/g_dw）提高5.64%；而50 °C干燥24 h的样品TPC浓度（40.52 mg GAE/g_dw）低于对照组，表明干燥温度越高，酚类化合物含量下降越显著。

3.2 文献条件提取

研究人员对Melgar等的方法进行修改（以每10 min手动搅拌代替持续搅拌，料液比由1:25改为1:10），提取率达到原方法的91%。由于所得酚类化合物含量（21.90 mg GAE/g_dw）低于文献报道值，因此开展了提取条件优化。

3.3 提取条件优化

通过Box–Behnken实验设计确定最佳提取条件为：温度65 °C、时间60 min、乙醇浓度40%_V，复合合意度达0.9519。模型预测值与实验值无显著差异，表明模型拟合良好。随着温度升高和乙醇浓度从80%_V降至40%_V，酚类化合物和类黄酮的提取量增加；时间对响应的影响趋于恒定。

3.4 提取动力学

两次连续1 h提取可回收超过90%的酚类化合物（TPC累计回收率91.30%）和类黄酮（>90%）；第三次提取仅额外回收5.61%的酚类化合物和6.24%的类黄酮，因此选择两次连续1 h提取即可实现高效回收。

3.5 最佳提取条件下鳄梨果皮中生物活性化合物的表征

在最佳提取条件下，TPC含量与文献报道值相当。缩合单宁（31.81 ± 1.69 mg CE/g_dw）和水解单宁（13.47 ± 0.93 mg TA/g_dw）含量高于Salmerón-Ruíz报道值，差异可能归因于土壤养分有效性和果实成熟度等因素。DPPH法抗氧化能力（433.77 ± 20.86 μmol TE/g_dw）和ABTS法（503.67 ± 13.21 μmol TE/g_dw）均在文献报道范围内。

3.6 浓缩鳄梨果皮提取物中生物活性化合物和抗氧化能力的测定

由于提取液含40%_V乙醇，需通过旋转蒸发去除乙醇以防壁材沉淀。浓缩后，TPC含量增加70%，类黄酮增加89.13%，水解单宁和缩合单宁分别增加53.08%和63.42%；DPPH和ABTS法测定的抗氧化能力分别增加50.22%和66.02%，表明抗氧化能力与酚类和类黄酮含量并非直接相关，可能与其他未测定的化合物及单宁含量有关。

3.7 喷雾干燥微胶囊化工艺优化

总体而言，20%_W阿拉伯胶配方对所有评估化合物均表现出更高的保留率，而10%_W配方表现出更高的生物活性化合物浓度，这归因于壁材添加量较少。20%_W GA微胶囊更高的保留率源于更多阿拉伯胶的保护效应，有利于形成更稳定的包埋屏障。部分配方（尤其20%_W GA）出现保留率略超100%的现象，可能因高温使部分酚类化合物从其结合形式释放，增强了对Folin–Ciocalteu试剂的反应性。水解单宁在干燥后样品中未检出，可能因热降解（HT的热稳定性低于CT，其降解起始温度约150 °C，而本研究入口温度达160–180 °C）及样品稀释导致低于检测限。

3.8 鳄梨果皮微胶囊的最佳喷雾干燥条件

10%_W GA配方的优化条件为入口温度160 °C、出口温度70 °C（复合合意度0.8292）；20%_W GA配方为入口温度170 °C、出口温度80 °C（复合合意度0.8095）。两者差异归因于壁材浓度——更高的阿拉伯胶含量有利于形成更耐久的壁层，允许在略高温度下操作而不损害生物活性化合物稳定性。模型预测值与实验值无显著差异。

3.9 最佳干燥条件下微胶囊的表征

粒径方面，增加阿拉伯胶浓度使粒径分布向更大尺寸移动并增宽分布；Sauter直径D[2,3]从10%_W GA的11.11 μm增至20%_W GA的14.96 μm，等效球径D[3,4]从13.56 μm增至18.35 μm，归因于壁材浓度增加导致进料溶液密度和粘度增大，雾化时形成更大液滴。形态方面，10%_W GA微胶囊表面出现皱缩和凹陷等变形但无破裂，可能因低或中等温度导致颗粒塌陷；20%_W GA微胶囊颗粒更大，表面变形较不明显，形态更规整。水分含量为5.13–5.53%，处于喷雾干燥粉末的典型范围（1.50–9.55%）；水分活度分别为0.23（10%_W GA）和0.17（20%_W GA），均低于0.3，有利于贮藏稳定性，且低于0.5不利于微生物生长。表面酚类化合物仅在10%_W GA微胶囊中检出（0.376 mg GAE/g_dw，占微胶囊中酚类化合物的1.39%），表明绝大多数保留的酚类化合物被包埋在包埋基质内；10%_W GA配方的包埋效率为83.28%，20%_W GA配方的包埋效率等于或非常接近保留效率。

3.10 贮藏期间鳄梨果皮微胶囊中生物活性化合物的稳定性

三因素ANOVA分析表明，无论10%_W还是20%_W壁材，4 °C贮藏的微胶囊均比30 °C贮藏的稳定性更高，证明贮藏温度对生物活性化合物有显著影响。10%_W GA微胶囊在30 °C贮藏时损失最大：TPC在4 °C和30 °C分别损失6.34%和7.72%，类黄酮分别损失3.26%和5.37%；DPPH法抗氧化能力损失分别为6.10%和8.99%；缩合单宁和ABTS法抗氧化能力变化较小，两种温度下损失均低于4.5%。20%_W GA微胶囊增强了生物活性化合物的保护作用，在两种贮藏温度下均降低降解程度；30 °C时化合物损失增加（尤其酚类化合物为4.46%），但仍低于10%_W GA配方。综合来看，20%_W GA在4 °C贮藏是最适合保存鳄梨果皮微胶囊中生物活性化合物和抗氧化能力的条件。

四、结论与讨论

最佳提取条件为65 °C、40%_V乙醇、60 min，两次连续提取并每10 min搅拌一次，可回收鳄梨果皮中90%以上的生物活性化合物。喷雾干燥优化条件为：10%_W阿拉伯胶配方160/70 °C（入口/出口温度），20%_W配方170/80 °C。20%_W阿拉伯胶微胶囊表现出更高的酚类化合物和抗氧化能力保留率，以及更高的贮藏稳定性，尤其在4 °C条件下。然而，增加壁材浓度也降低了酚类化合物的浓度，因此最适配方的选择取决于潜在功能性食品产品的预期用途——低壁材浓度（10%_W）配方因初始生物活性化合物浓度较高，可能更适合冷藏条件下短货架期的产品；高壁材浓度（20%_W）配方则可能更适合室温下长货架期的产品。综合生物活性化合物保留率和贮藏稳定性，通过喷雾干燥获得的鳄梨果皮提取物微胶囊有望成为功能性食品和营养保健品开发的可行选择。未来工作将采用HPLC分析浓缩提取物和微胶囊，以鉴定微胶囊化过程中保留的主要生物活性化合物，并尝试将提取物制成粉末形式，以在相同条件下与微胶囊进行贮藏比较和模拟消化实验，评估生物活性化合物的生物可及性。