《Food Science & Nutrition》：Valorization of Cactus Cladodes (Opuntia ficus indica): The Effects of Different Drying Methods on Antioxidant Compounds and Physicochemical Characteristics
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Opuntia ficus indica是全球种植和消费最广泛的仙人掌物种之一。研究人员采用传统热风干燥（convectional drying）、微波干燥（microwave drying）以及超声预处理结合真空辅助热风干燥（ultrasound pretr
Opuntia ficus indica是全球种植和消费最广泛的仙人掌物种之一。研究人员采用传统热风干燥（convectional drying）、微波干燥（microwave drying）以及超声预处理结合真空辅助热风干燥（ultrasound pretreatment combined with vacuum-assisted convectional drying）对仙人掌茎节进行干燥处理。对新鲜样品和干燥样品进行了总酚、总黄酮和总黄酮醇含量、酚类物质谱、抗坏血酸含量、抗氧化能力、色泽和质构分析，并通过扫描电子显微镜（SEM） examination of microstructural changes。干燥过程对酚类化合物具有显著影响（p < 0.05）。超声预处理对总酚类化合物的保留具有重要作用。在干燥样品中，总酚含量最高的是70°C超声预处理真空辅助热风干燥样品。干燥处理显著影响ΔE值（p < 0.05），与新鲜样品色差最大的是80°C超声预处理真空辅助热风干燥处理（23.62）。在纯水中进行超声预处理干燥的样品中，黄酮和维生素C含量显著降低。酚类物质谱分析共鉴定出9种组分。不同干燥工艺和干燥参数对抗氧化活性物质的抗氧化能力未产生统计学显著变化。此外，总黄酮醇含量未受干燥工艺影响。在传统热风干燥和微波干燥应用中，表皮强度值的变化经统计学检验不显著。在SEM分析中，揭示了不同干燥技术及干燥技术所用参数对产品质构的影响。
**研究背景与意义**
Opuntia ficus indica（O. ficus indica）是美洲特有的仙人掌植物，同时在土耳其、意大利、埃及、西班牙等地中海国家以及以色列、约旦等中东国家、中南部非洲、印度和澳大利亚均有分布。在众多仙人掌物种中，O. ficus indica是产量最大、分布最广且消费最多的物种之一，其新鲜茎节（cladodes）因低成本、可口的酸味以及营养和功能特性而受到消费者青睐，被认为是一种具有营养和药用价值的蔬菜。研究已证实其具有抗糖尿病和抗高脂血症作用，并可作为肥胖的辅助治疗手段。联合国粮农组织（FAO）曾宣布"是将仙人掌纳入食品菜单的时候了，它将成为21世纪的主要植物之一"。
然而，尽管仙人掌茎节全年可得，但采后损失因贮藏条件不同可超过50%，构成重大挑战。干燥作为最古老且应用最广泛的食品保藏技术之一，通过降低水分含量抑制微生物生长和酶活性，从而提高产品稳定性并便于贮藏、运输和贸易。尽管已有若干关于仙人掌茎节干燥的研究报道，但关于不同干燥技术及干燥条件对其品质特性综合影响的全面信息仍然有限，特别是干燥茎节的理化特性、生物活性化合物保留、抗氧化活性及功能特性的比较数据仍然匮乏。
因此，本研究旨在通过应用不同干燥技术和处理条件，改善O. ficus indica茎节——一种在地中海地区（包括土耳其）、中东和南部非洲自然分布但未充分利用的植物资源——的品质属性。研究人员选择传统热风干燥（CD）、微波干燥（MD）和超声预处理真空辅助热风干燥（UVD），是因为它们代表了具有不同传热传质机制、加工效率和对产品品质影响的广泛使用的干燥技术。研究比较评价了这些方法对色泽、质构特性、总酚含量和抗氧化能力的影响，并探讨了超声预处理真空辅助热风干燥对生物活性化合物保留和整体产品品质的影响。研究结果有助于填补仙人掌茎节加工领域有限的知识空白，为其作为功能性食品配料和增值产品的利用提供科学依据，并为干燥工艺优化提供实践指导，支持仙人掌茎节在食品和农工业领域的潜在工业应用。
**关键技术方法**
研究人员以土耳其安塔利亚同一田块野生生长的O. ficus indica为材料，于5月早晨（08:00–10:00）采集中等成熟度（18–22 cm）茎节，切片至5 mm厚度。采用三种干燥方式：（1）传统热风干燥（CD）：托盘式干燥箱，风速0.83 m s?1，温度50、60、70、80°C；（2）微波干燥（MD）：2450 MHz，功率180、360、540、720 W；（3）超声预处理真空辅助热风干燥（UVD）：20 kHz超声探头，100%振幅处理30 min（声功率8.60 W，声强350 kW/m2，比能量输入19.35 MJ/m3），随后在50、60、70、80°C真空干燥。所有干燥终点为最终水分含量10%，水活度（aw）低于0.60。分析指标包括：水分含量（卤素水分分析仪）、色泽（CIE L*、a*、b*系统，计算ΔE、Chroma、Hue angle）、质构（穿刺试验，表皮强度和弹性）、总酚含量（Folin–Ciocalteu法）、抗氧化能力（DPPH˙和ABTS˙?法）、总黄酮含量（芦丁标准品）、总黄酮醇含量、酚类物质谱（HPLC-DAD）、抗坏血酸含量（HPLC）及扫描电子显微镜（SEM）微观结构分析。
**研究结果**
**3.1 理化分析**
干燥过程显著提高了样品的干物质含量（p < 0.05）。在CD和UVD中，干燥时间随温度升高而缩短；在MD中，干燥时间随功率增加而缩短（p < 0.05）。色泽方面，各样品L*值无统计学显著差异（p > 0.05），但60°C UVD样品的L*值显著高于80°C UVD样品（p < 0.05），可能与超声诱导的细胞破裂和多孔微结构形成增强光散射有关。干燥技术间a*值无显著差异（p > 0.05），但UVD样品的a*值最高，其中80°C UVD样品显著高于CD样品和对照（p < 0.05），归因于超声处理与干燥温度的交互作用及叶绿素热转化为脱镁叶绿素。b*值与新鲜样品相比无显著变化（p > 0.05）。ΔE值受干燥过程显著影响（p < 0.05），与新鲜样品色差最大的是80°C UVD处理（23.62），显著高于50°C和60°C UVD及720 W MD样品（p < 0.05）；720 W MD和70°C CD处理的ΔE值相对较低，表明色泽保留较好。Chroma值无显著差异（p > 0.05）。Hue值除70°C和80°C UVD及360和540 W MD样品显著低于新鲜样品外（p < 0.05），其余处理无显著影响；80°C UVD样品Hue值最低（60.09°），颜色由绿变黄最为明显。质构方面，CD和MD应用中表皮强度变化不显著（p > 0.05）；60°C UVD处理表皮强度显著增加（p < 0.05），与水分去除及超声细胞壁损伤促进水分转移有关。与新鲜样品相比，60°C和70°C UVD样品弹性值最高（p < 0.05），归因于超声对细胞壁的破坏和细胞内容物释放。
**3.2 总酚、黄酮、黄酮醇及抗坏血酸（维生素C）**
干燥过程导致酚类化合物显著降低（p < 0.05）。CD过程中，温度从70°C升至80°C时酚含量下降（p < 0.05）。MD过程中，功率从180 W增至540 W时总酚含量下降（p < 0.05），但从540 W（3.22 mg GAE/g DM）增至720 W（4.41 mg GAE/g DM）时总酚含量反而升高（p < 0.05），可能与干燥时间缩短、酚类化合物更有效释放及美拉德反应形成新化合物有关。MD样品的酚含量高于CD样品（p < 0.05），归因于微波加热机制产生的内部高压使细胞壁聚合物降解，更多酚类可被提取。UVD样品（尤其60°C和70°C，分别为4.97和5.30 mg GAE/g DM）总酚含量高于CD样品（2.75和3.11 mg GAE/g DM）（p < 0.05），归因于超声空化效应产生的羟基自由基导致酚类芳环羟基化，以及空化气泡破裂引起的细胞壁结构破坏促进酚类释放。UVD在70°C和80°C处理的总黄酮含量低于新鲜样品及所有其他干燥方法（p < 0.05），可能与温度和干燥时间增加及超声预处理过程中游离黄酮化合物向水介质迁移有关。CD过程中温度从70°C升至80°C时黄酮含量略有增加，可能与热风促进样品表面硬化从而防止黄酮过度降解有关；MD功率从540 W升至720 W时也呈相同趋势（p < 0.05）。抗坏血酸含量随CD温度升高而显著降低（p < 0.05）。UVD干燥样品的维生素C含量远低于CD样品（p < 0.05），归因于超声预处理过程中抗坏血酸因高水溶性向水中迁移（样品在蒸馏水中保持30 min），以及超声空化产生的剪切应力、自由基（H+和OH）形成和氧化机制导致的降解。
**3.3 酚类物质谱**
干燥过程显著影响总酚类物质含量（p < 0.05）。共鉴定出9种酚类组分：8种酚酸（没食子酸、原儿茶酸、丁香酸、鞣花酸、m-香豆酸、咖啡酸、p-香豆酸、阿魏酸）和1种黄酮（白杨素）。新鲜样品中主要组分为鞣花酸（3.988 mg/g DM），干燥后显著降低，表明其对热和氧化降解敏感。部分酚类化合物仅在干燥样品中检出，可能归因于加工过程中细胞壁破坏释放结合态酚类、水分损失导致的浓缩效应，以及新鲜样品中低于检测限的可能性。与已有研究不同，本研究检测到白杨素组分。酚类谱的变化可归因于热降解、植物组织结构性破坏及不同干燥过程诱导的提取性变化的综合效应。
**3.4 抗氧化能力**
DPPH法测得新鲜样品及CD（50、60、70、80°C）、MD（180、360、540、720 W）、UVD（50、60、70、80°C）样品的抗氧化能力分别为17.42、8.20、7.24、7.51、5.57、7.47、6.37、6.16、5.84、5.27、6.64、7.11和5.57 μmol TE g?1。TEAC法测得相应值分别为54.26、17.52、14.52、14.62、12.55、13.24、8.87、8.74、12.67、15.62、17.78、18.51和16.27 μmol TE g?1。两种方法均表明，干燥过程降低了抗氧化能力（p < 0.05），但不同干燥技术和工艺条件之间无显著差异（p > 0.05）。尽管总酚含量存在显著差异，抗氧化能力却无显著差异，可能与仙人掌茎节富含单羟基酚类化合物、此类酚类抗氧化活性较低有关。
**3.5 SEM分析**
新鲜样品中仙人掌茎节组织由许多排列良好的孔隙组成。CD后细胞体积缩小、组织塌陷、孔隙率低；70°C干燥样品出现严重的组织收缩，细胞壁破裂，归因于水分蒸发和细胞壁结合。MD样品微观结构变化较小，内部水蒸气压可能导致组织膨胀，微波干燥样品收缩较小、干燥时间较短；随微波功率增加，中果皮出现更大更宽的间隙和更深的沟槽，高功率对细胞壁的破坏作用大于干燥时间的影响。UVD样品中细胞结构和间隙更为突出，尤其在低温条件下，与超声波的声波作用有关。超声波在产物中产生的交替膨胀和压缩导致细胞组织破坏（"海绵效应"），细胞扭曲、损伤或融合形成更大空间；这些多孔结构在60°C和70°C明显，但在50°C（干燥时间长）和80°C（温度效应）下减少。研究局限性在于独立干燥批次较少（n = 2），统计结果应谨慎解释，需更大数量独立干燥批次的研究证实。
**讨论与结论**
本研究评估了不同干燥技术对O. ficus indica茎节理化特性、抗氧化活性和酚类物质谱的影响。三种干燥过程均降低了新鲜样品的酚类化合物含量（p < 0.05）。HPLC分析共鉴定出9种组分：8种酚酸（没食子酸、原儿茶酸、丁香酸、鞣花酸、m-香豆酸、咖啡酸、p-香豆酸、阿魏酸）和1种黄酮（白杨素）。超声预处理对总酚类化合物的保留具有重要作用，干燥样品中总酚含量最高的是70°C超声预处理真空辅助热风干燥样品。超声预处理的效果体现在产品ΔE值和质构值上，SEM分析表明超声过程中产生的空化效应在60°C和70°C样品的结构中形成了新的细胞。在纯水中进行超声预处理的该干燥方法中，黄酮和维生素C含量显著降低。由于微波干燥和传统热风干燥过程干燥时间较短，且所有干燥技术间抗氧化能力值无差异，这两种干燥技术在工业中可作为替代方案。研究结果填补了仙人掌茎节加工领域有限文献的空白，为其作为功能性食品配料和增值产品的利用提供了科学依据。
