紫色仙人掌果皮作为无麸质酸面团面包的功能配料：脉冲电场对品质属性及代谢谱的影响

《Future Foods》：Purple prickly pear as a functional ingredient in gluten-free sourdough bread: Effects of pulsed electric field on quality attributes and metabolic profile

　　

紫色仙人掌果皮是尚未充分利用的副产物，具有作为无麸质（gluten-free, GF）食品功能配料的潜力。该研究考察了脉冲电场（pulsed electric field, PEF）和胶囊化（encapsulation）处理紫色仙人掌果皮后将其加入GF酸面团面包的影响。评估了营养组成、淀粉消化性、非靶向代谢组学（untargeted metabolomics）、抗氧化能力以及体外胃肠消化（in vitro gastrointestinal digestion）后的抗炎活性。PEF增强了果皮的膳食纤维和抗氧化特性，而添加处理果皮的面包显示出改善的营养品质、植物化学物谱和淀粉消化性。代谢组学揭示，PEF处理和消化后植物化学物发生显著调节，生物活性化合物的生物可及性增加。消化后的强化面包还表现出更高的抗氧化能力，并降低氧化应激和促炎标志物，尤其是含PEF处理或胶囊化果皮者。这些发现表明，PEF和胶囊化是将紫色仙人掌果皮增值为营养强化GF面包功能配料的互补策略。

紫色仙人掌果（Opuntia ficus-indica）果皮是富含膳食纤维、甜菜色素（betalains）、酚类、维生素C和矿物质的农产副产物，约占果重30–40%，但常被丢弃。无麸质（gluten-free, GF；不含麸质蛋白的食品体系）市场扩大，但GF烘焙品多基于精制淀粉，膳食纤维、蛋白质、维生素和生物活性物较低；缺乏麸质又削弱面团黏弹性，造成体积、瓤结构和品质较差。脉冲电场（pulsed electric field, PEF；利用短时高压电脉冲诱导细胞膜电穿孔的非热加工技术）和胶囊化（encapsulation；以壁材包覆活性成分以保护并控制释放的技术）已用于植物副产物，但二者对紫色仙人掌果皮植物化学组成及其加入GF酸面团面包后经模拟消化变化的影响尚不清楚。为此，研究人员将对照果皮（PC）、PEF处理果皮（PP）和胶囊化果皮（PE）加入藜麦酸面团GF面包，评估营养组成、淀粉消化性、理化与感官品质、非靶向代谢组学（untargeted metabolomics；对可检测代谢物进行广谱分析）、抗氧化能力及体外胃肠消化（in vitro gastrointestinal digestion；模拟口腔-胃-肠阶段的静态消化模型）后的抗炎活性。结论表明PEF与胶囊化是增值该副产物、改善GF面包营养与功能的互补策略。

关键技术方法：果皮取自成熟紫色仙人掌果，面包原辅料购自西班牙Murcia超市；设BC、BPC、BPE、BPP四组（分别为对照、含PC、含PE、含PP面包），副产物占面粉4.5%（w/w）。PEF参数为2 kV cm^?1、220脉冲、10 μs、50 Hz；麦芽糊精喷雾干燥胶囊化。测定近似组成、矿物、淀粉分级、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、总酚含量（TPC）及FRAP/ABTS/DPPH抗氧化；INFOGEST 2.0体外消化；超高效液相色谱-四极杆飞行时间高分辨质谱（UHPLC-QTOF-HRMS）非靶向代谢组学+化学计量学；脂多糖（LPS）刺激RAW264.7巨噬细胞评价ROS、NO、IL-1β、IL-6、TNF-α；13名训练评价员感官评价。

3.1 仙人掌果皮与GF面包的近似组成及淀粉谱：通过近似组成、矿物、TPC/抗氧化和理化测定发现，PEF使PP的脂肪、灰分、不溶性膳食纤维（IDF）、总膳食纤维（TDF）、Ca、Fe、K、Zn、TPC及FRAP/DPPH/ABTS高于PC，并提高a*值、降低pH。强化面包的IDF、可溶性膳食纤维（SDF）和TDF均高于BC，BPP的TDF最高（14.94 g/100 g，较强化面包灰分略高，BPC和BPP的Ca及BPE和BPP的K显著高于BC；所有面包铁含量超过14 mg/day营养素参考值的15%，可标为“铁来源”。BPE的TPC和抗氧化最高；各强化面包ΔE*为1.86–2.21，低于3，颜色变化不可感知；BPP pH最低、总滴定酸度（TTA）最高。

3.2 淀粉组分定量：用酶法测定快速消化淀粉（RDS）、慢速消化淀粉（SDS）、总消化淀粉（TDS）和抗性淀粉（RS）发现，BPC和BPP的RDS显著低于BC，BPE最高；SDS以BPC最高、BPP最低；所有强化面包RS高于BC，但仅BPP显著最高；BPC呈较低RDS与最高SDS组合，BPP以最高RS为特征。

3.3 微观结构评价：FESEM显示BPC与BC相似的纤维状/层状结构，未见离散PC颗粒；BPE和BPP在较平滑、层状性较弱基质中嵌入球形/亚球形结构，BPE颗粒可能对应麦芽糊精包覆的PE并保持圆形，BPP为较大、不规则、表面粗糙的聚集体，与PEF引起的细胞壁结构改变有关。

3.4 PEF和胶囊化对果皮非靶向代谢谱的影响：UHPLC-QTOF-HRMS获得4646个化学特征、1261个推定注释物；层次聚类分析（HCA）和主成分分析（PCA）显示PEF处理果皮形成独立簇，PCA将三处理分开（R²=0.992，PERMANOVA p=0.001），PEF引起全球代谢谱最大变化。Volcano分析筛选差异累积代谢物（DAMs）后用化学相似性富集分析（ChemRICH）显示，胶囊化富集O-糖苷、黄酮-3-O-糖苷，降低萜类和7-O-糖基黄酮；PEF富集酚苷、7-O-甲基化黄酮、7-O-甲基异黄酮、黄酮-7-O-糖苷和可水解单宁。

3.5 仙人掌果皮强化对GF面包非靶向代谢谱的影响：HCA/PCA显示BPP独立，PC1区分是否含果皮，PC2区分PEF处理（R²=0.959，p=0.001）。ChemRICH显示BPC增加3-O-糖基化黄酮和三萜；BPE增加三萜、O-糖基化黄酮和香豆素，降低胆甾烷衍生物和二萜；BPP增加糖基化黄酮、酚苷、香豆素及衍生物、可水解单宁及多种萜类（三萜皂苷、萜苷、贝壳杉烷二萜），并具46个独有DAMs，代谢重塑最大。

3.6 强化面包体外生物可及性的代谢组学探索：INFOGEST 2.0消化后，HCA将BC与BPC、BPP与BPE分别聚类；PCA（R²=0.318，p=0.002）显示BPE略分离。ChemRICH显示所有强化面包中黄酮3-O-糖苷和三萜生物可及性增加，有15个共同DAMs；BPE有42个特异DAMs并富集香豆素及衍生物，说明胶囊化提高生物可及性。

3.7 GF面包体外消化后的生物活性：消化过程中抗氧化能力和TPC升至肠末最高，含果皮面包高于BC，胶囊化增强ABTS。RAW264.7巨噬细胞中，所有消化面包使细胞活力>90%，无细胞毒；ROS降低以BPP最强，NO和IL-6抑制以BPP最强，TNF-α降低以BPE最大。PEF与胶囊化产生不同终点的生物响应。

3.8 感官评价：13名训练评价员5点强度评价显示，硬度、黏聚性、咀嚼性、胶黏性、黏附性和海绵性无显著差异；PCA中BPP与海绵性关联较强；副产物及预处理对感官影响有限。

讨论总结：原文将PEF作用归因于电穿孔提高细胞膜通透性，促进胞内酚类、色素和矿物质释放与提取；胶囊化通过麦芽糊精包覆保护酚类、减少烘焙热降解和氧化，并调控消化释放，但疏水性成分与壁材相互作用可限制其释放。因而PEF在ROS、NO、IL-6抑制上更突出，胶囊化在抗氧化和TNF-α降低上更突出，二者为互补策略。

结论翻译：通过PEF处理和胶囊化增值紫色仙人掌果皮，有效增强了GF酸面团面包的营养、功能和技术特性。加入副产物提高了强化面包的膳食纤维和矿物质含量；含PEF处理果皮的面包（BPP）TDF最高，所有强化面包符合“铁来源”营养声称。加入副产物提高抗氧化能力和TPC，胶囊化配方（BPE）尤高。淀粉消化性方面，含未处理果皮的面包（BPC）具最有利消化特征，即最低RDS与最高SDS；BPP具最高RS。胶囊化（BPE）在加工和模拟胃肠消化中更好保留抗氧化活性和酚类。非靶向代谢组学结合化学计量学显示，PEF在副产物和相应面包中诱导最广泛的植物化学重塑；这些组成变化与模拟消化后黄酮糖苷和三萜生物可及性增强相关。这些生物可及化合物进一步与抗氧化能力提高及LPS刺激RAW264.7巨噬细胞中氧化应激和促炎标志物降低相关，支持重配方的功能潜力。这些营养和功能改善未损害面包感官可接受性，也未引起可感知颜色变化。总体而言，PEF处理和胶囊化是增值紫色仙人掌果皮的互补策略。