《Food Chemistry: X》：Young persimmon fruit extract as a multifunctional natural additive in ice cream: Effects on physical properties, antioxidant functionality, and sensory acceptability
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近年来，植物源多酚因其健康促进特性以及作为改善食品质构和稳定食品结构的功能性成分而受到越来越多的关注。其中，缩合单宁（condensed tannins，即原花青素）可通过氢键、疏水力、静电相互作用和范德华力与蛋白质形成稳定复合物。尽管单宁-蛋白质相互作用传统
近年来，植物源多酚因其健康促进特性以及作为改善食品质构和稳定食品结构的功能性成分而受到越来越多的关注。其中，缩合单宁（condensed tannins，即原花青素）可通过氢键、疏水力、静电相互作用和范德华力与蛋白质形成稳定复合物。尽管单宁-蛋白质相互作用传统上被视为涩味和蛋白质消化率降低的原因，但近期食品科学研究正积极探索其实际应用，包括利用单宁与致敏蛋白形成复合物以掩蔽抗原表位，从而降低免疫原性。冰淇淋是一个复杂的多相胶体体系，乳蛋白在稳定脂肪球、冰晶和气泡方面发挥关键作用。然而，关于特定单宁-乳蛋白相互作用如何诱导冰淇淋微观结构参数（如膨胀率（overrun）和密度）的物理变化，以及这些变化与最终感官接受度之间的关系，仍缺乏全面理解。此外，多酚介导的过敏原检测降低效应是否能在冰淇淋这一复杂低温多相乳基质中发生，尚不明确。本研究旨在全面评估富含单宁的青柿（未成熟）幼果提取物（young persimmon fruit extract，YPE）——一种目前未充分利用的农业副产物——对冰淇淋物理性质、抗氧化功能和感官接受度的影响。研究首先从多种植物源单宁材料中筛选出对主要乳蛋白具有高结合亲和力的材料，随后表征添加YPE后冰淇淋在颜色、微观结构、质构、融化抗性及抗氧化活性方面的变化。结果表明，YPE添加以浓度依赖方式赋予冰淇淋天然的棕红色泽，并显著提升其抗氧化活性。微观结构分析显示，单宁与乳蛋白的交联作用使基质致密化，在0.1%–0.5%可溶性单宁含量（soluble tannin content，STC）添加水平下，完全融化时间从对照组的42分钟延长至51–54分钟（在0.3%时达到峰值）。质地分析（texture profile analysis，TPA）显示硬度、粘附性和胶粘性呈浓度依赖性增加。感官评价表明，在0.5%添加水平以内，总体接受度与对照组相当，但在1.0%添加水平时显著下降。作为探索性目标，研究还发现随着STC添加水平增加，可检测的乳过敏原含量出现适度降低。综合来看，YPE作为一种兼具天然着色、抗氧化和基质稳定功能的多功能清洁标签添加剂，具有在冰淇淋中应用的潜力，其中0.1%–0.5%的添加范围在功能性与消费者接受度之间取得了较好的平衡。
论文解读
一、研究背景与问题提出
近年来，植物源多酚因其抗氧化、抗炎等健康促进特性，以及作为改善食品质构和稳定食品结构的功能性成分而受到广泛关注。在众多多酚类物质中，缩合单宁（condensed tannins，即原花舞素）因其能够通过氢键、疏水力、静电相互作用和范德华力与蛋白质形成稳定复合物而备受瞩目。然而，单宁-蛋白质相互作用传统上被视为导致涩味和抑制蛋白质消化率的不利因素，其在食品体系中的应用潜力尚未被充分挖掘。
冰淇淋作为一种复杂的多相胶体体系，其关键品质属性如膨胀率（overrun）、产品密度和融化行为等，在很大程度上由乳蛋白稳定的脂肪球、冰晶和气泡等微观结构组分所决定。尽管植物提取物和多酚类天然着色剂正越来越多地被用于增强食品功能属性，但它们对冰淇淋物理品质的影响呈非线性特征。已有研究表明，辅色花青素在最佳浓度范围内可增强混合料粘度和空气保持能力，而更高水平则会损害基质完整性并加速融化。然而，关于特定单宁-乳蛋白相互作用如何诱导膨胀率和密度等微观结构参数的物理变化，以及这些变化与最终感官接受度之间的关系，仍缺乏全面理解。
此外，牛乳蛋白虽然营养价值高，但其中酪蛋白（casein）和乳清蛋白（whey protein）两个组分均含有能引发严重IgE介导反应的主要过敏原。传统的低致敏化方法如酶解和长时间热处理存在苦味产生和残留抗原性等局限。虽然多酚介导的过敏原检测降低效应已在大豆蛋白体系中有报道，但在冰淇淋这一复杂低温多相乳基质中是否发生类似效应尚不清楚。
基于上述背景，研究人员开展了这项研究，旨在全面评估富含单宁的青柿幼果提取物（YPE）——一种目前未充分利用的农业疏果副产物——对冰淇淋物理性质、抗氧化功能及感官接受度的影响，并探索其作为功能性清洁标签添加剂的潜力。
二、主要技术方法
研究人员采用了两阶段实验设计。第一阶段为植物材料筛选实验，从约300种植物材料中通过Folin-Ciocalteu法初筛出16种高单宁含量材料，通过SDS-PAGE分析各提取物与乳清蛋白和酪蛋白的结合能力，最终选定青柿幼果作为添加剂材料。第二阶段为冰淇淋制备与评价实验，研究人员使用商业冰淇淋干混料（含20.2%脂肪、11.3%蛋白质），以0.0%、0.1%、0.3%、0.5%和1.0%五个可溶性单宁含量（STC）添加水平制备冰淇淋。评价手段包括：颜色测定、扫描电子显微镜（SEM）微观结构观察、激光衍射粒度分析、膨胀率与密度测定、正弦波振动粘度计测定粘度、融化抗性测试、质地剖面分析（TPA）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析、抗氧化活性测定（DPPH、ABTS、H-ORAC三种方法）、酶联免疫吸附试验（ELISA）检测过敏原含量，以及由59名岛根大学师生组成的感官评价小组进行的7点李克特量表评价。
三、研究结果
3.1 植物源单宁材料筛选
研究人员通过SDS-PAGE分析发现，在16种候选材料中，青柿幼果提取物对乳清蛋白（特别是β-乳球蛋白和α-乳白蛋白）表现出显著的结合能力，条带明显减弱，且不受极端酸度干扰。相比之下，酪蛋白因形成胶束结构、疏水核心被包裹在内部，与单宁的结合有限。尽管杨梅芽提取物保留的可溶性单宁含量最高，但其蛋白结合能力并不突出，说明高单宁含量并不必然对应强蛋白结合能力。基于这些结果，研究人员选定青柿幼果提取物作为后续实验材料。
3.2 理化性质与功能特性
颜色测定结果显示，随着STC添加水平增加，冰淇淋的L值从对照组的88.6降至1.0%添加组的69.8，a值从负值（-3.9）转为正值（1.0%时达到9.1），证实YPE中的天然色素赋予了冰淇淋棕红色泽。pH和Brix变化有限，pH保持在6.5-6.7范围内，Brix为34.2-36.2（对照组为37.0），表明YPE的添加不会显著影响冰淇淋的冰点降低特性。保留STC和抗氧化活性指标（DPPH、ABTS、H-ORAC）均随添加水平增加而浓度依赖性升高，其中DPPH自由基清除活性增幅最为显著，从对照组的0.00 μmol TE/g升至1.0%添加组的31.20 μmol TE/g。
3.3 微观结构与宏观物理性质变化
SEM观察显示，对照组呈现典型的冰淇淋网络结构，具有相对较大、光滑的球形空隙（推测为气泡痕迹）和薄壁结构。随着STC添加水平增加，空隙变得不规则，在0.5%和1.0%添加水平下，壁明显增厚和致密化，表明基质向更致密、更聚集的结构转变。粒度分布测量显示，对照组平均粒径为4.75 μm，而0.1%、0.3%和0.5%添加组分别降至2.25、3.22和2.46 μm，表明中等浓度多酚在油水界面发挥作用，暂时改善了脂肪球分散性；但1.0%添加组粒径急剧增至21.15 μm，约为对照组的4.5倍，表明高浓度单宁与乳蛋白发生广泛交联，形成大的不溶性聚集体。膨胀率在0.1%添加时暂时升高（39.71% vs 对照组33.03%），随后浓度依赖性降至1.0%时的22.70%；产品密度从对照组的0.78 g/cm3显著增至1.0%时的0.92 g/cm3；融化冰淇淋的静态粘度在0.3%和0.5%添加时显著增加（138.6和151.2 mPa·s·g/cm3），在1.0%时达到297.2 mPa·s·g/cm3，约为对照组的3.4倍。
3.4 融化抗性与质构变化
融化行为测定显示，对照组在42分钟时完全融化（100.0%），而所有YPE添加组均表现出延迟融化；1.0%添加组在36分钟时融化率仅为4.3%，完全融化约需75分钟，比对照组长约33分钟。TPA分析显示，硬度（6.8×10?至2.8×10? Pa）、粘附性（1.9×10?至1.1×10? J/m3）和胶粘性（1.5×10?至5.9×10? Pa）均随STC添加水平呈浓度依赖性增加，硬度和胶粘性在0.5%及以上添加水平时变化显著。
3.5 FTIR分析
ATR-IR光谱分析显示，随着STC添加水平增加，酰胺II带（约1540 cm?1）强度降低，1400-900 cm?1区域的谱带强度增加（后者来源于YPE）。酰胺I带从1640 cm?1系统性地移至1633 cm?1。二阶导数光谱分析表明，β-折叠结构比例随STC添加水平增加而降低，α-螺旋结构比例增加，证实单宁与乳蛋白的相互作用诱导了蛋白质构象变化。此外，部分融化样品的液相分析显示，YPE添加改变了传统冰淇淋的冷冻浓缩驱动融化行为，使溶质释放更加均匀，不再呈现浓度梯度。
3.6 消费者接受度与最佳添加浓度确定
感官评价结果显示，在10项评价属性中，6项存在显著差异。涩味强度在0.5%及以上添加水平时显著增加；颜色强度随添加水平阶梯式增加；风味偏好从0.3%添加水平起显著下降；外观偏好在0.1%添加组显著高于对照组；总体评价在0.1%添加组最高，0.5%以内与对照组无显著差异，而1.0%添加组显著下降。多元回归分析显示，风味（β=0.641）、质构（β=0.217）、外观（β=0.146）和香气（β=0.087）均为总体评价的显著预测因子，R2值为0.670。值得注意的是，尽管TPA显示高添加水平下冰淇淋变硬，但质构偏好并未下降，光滑度强度反而在高浓度组显著升高，这被认为是YPE添加的优势之一。
3.7 YPE添加对乳过敏原含量的影响
SDS-PAGE分析显示，在口腔期特别是胃期消化阶段，较高STC添加组的α-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白、β-LG和α-LA条带趋于更明显，表明YPE的存在延缓了酶解降解并增强了蛋白质稳定性。ELISA定量分析显示，随着STC添加水平增加，可检测的酪蛋白和β-LG含量出现适度降低。
四、讨论与结论
研究人员在讨论部分指出，YPE中的单宁通过与乳蛋白交联使冰淇淋基质致密化并增加粘度，这抑制了空气混入、降低了膨胀率并增加了产品密度。这种高密度、高粘附性的基质抑制了融出液流出并防止结构坍塌，从而显著增强了融化抗性。在0.1%添加水平观察到的膨胀率暂时升高和粒径减小，提示低浓度多酚表现出类表面活性剂行为，促进蛋白质在气液界面的展开和起泡；而在1.0%添加水平，桥接絮凝和交联作用占主导，形成大聚集体。研究还发现YPE改变了冰淇淋的融化行为，使其不再呈现传统的冷冻浓缩浓度梯度模式。
研究结论认为，YPE作为一种多功能天然添加剂，能够在不使用人工色素和化学稳定剂的情况下，同时实现天然棕红色泽赋予、抗氧化功能增强和基质稳定化。0.1%-0.5%的STC添加范围在功能性与消费者接受度之间取得了较好平衡，其中0.1%添加组的总体评价最高。此外，YPE添加还适度降低了可检测的乳过敏原含量，这一发现为多酚-蛋白质相互作用在降低致敏性方面的应用提供了初步证据。然而，研究人员也指出感官评价小组以年轻大学生为主（59名有效应答者中52名女性、7名男性，54人年龄在18-29岁），结果可能不能完全代表一般消费者群体的偏好，未来需要在更广泛、人口统计学平衡的消费者群体中进一步验证。
