利用农产食品副产物强化的纯素汉堡(Vegan Burgers)：营养强化、能耗与生命周期评价(LCA)

《Sustainable Food Technology》：Vegan burgers fortified with agri-food by-products: nutritional enhancement, energy consumption and LCA

　　

农产食品行业面临废弃物管理的重大挑战，果蔬加工副产物造成了相当大的环境足迹。本研究通过将果蔬副产物作为膳食纤维的可持续来源用于强化纯素汉堡，探索其创新性升级回收(upcycling)。研究人员开发了添加仙人掌果(Prickly Pear)皮、洋蓟(Artichoke)、胡萝卜(Carrot)及西兰花(Broccoli)副产物的新型配方，并系统评估其对产品品质的影响。研究聚焦于三个关键方面：感官分析、营养评价和环境影响。结果表明，添加这些可持续成分显著提升了营养特性；其中，仙人掌果皮强化组抗氧化活性最高(ABTS法为5.40 ± 0.19 mg Trolox/g，FRAP法为24.14 ± 1.43 μmol Fe(II)/g)。从环境角度看，脱水和粉碎副产物所需的显著能耗增加了新型纯素汉堡配方的总体环境负担。对照组(CTRL)碳足迹最低(0.90 kg CO2eq/FU)，含洋蓟副产物组为1.02 kg CO2eq/FU，芜菁叶(Turnip Tops)副产物组为1.10 kg CO2eq/FU，胡萝卜皮副产物组为1.25 kg CO2eq/FU，仙人掌果皮副产物组为1.31 kg CO2eq/FU，西兰花副产物组为1.85 kg CO2eq/FU。结果凸显了需考量能耗以确保回收过程环境可持续的重要性。尽管该策略是未来食品生产的有前景方向，但其经济可行性尚需进一步优化。

用农产食品副产物强化的纯素汉堡(Vegan Burgers)：营养强化、能耗与生命周期评价(LCA)——论文解读

一、研究背景与意义

当前食品行业向循环与可持续食物系统转型，植物基肉类似物（如纯素汉堡）因迎合弹性饮食(Flexitarian)消费者而快速发展，但市售纯素汉堡常存在膳食纤维不足及抗氧化成分缺乏的问题。与此同时，园艺产业每年产生约1.75亿吨果蔬副产物（如果皮、茎叶等），传统上被视为废弃物造成环境负担，但其实富含膳食纤维和生物活性化合物。将此类副产物增值化(Valorization)回用于纯素汉堡，既可缓解西方饮食纤维缺乏，又符合循环经济原则。然而，副产物通常含水量高，需经脱水粉碎处理，此过程可能增加能耗与环境负担，且高添加量可能影响感官接受度。因此，研究人员开展本研究，综合评估利用仙人掌果皮、洋蓟副产物、胡萝卜皮、西兰花副产物及芜菁叶副产物强化纯素汉堡在感官品质、营养强化（总酚、黄酮、抗氧化活性、总膳食纤维TDF）及环境 impact（生命周期评价LCA之碳足迹）方面的表现，以验证该升级回收概念的可行性并识别限制因素。该论文发表于《Sustainable Food Technology》。

二、主要关键技术方法

研究人员采集意大利福贾当地果蔬副产物（仙人掌果Opuntia ficus-indica皮、洋蓟Cynara cardunculus var. scolymus bracts与stems、胡萝卜Daucus carota皮、西兰花Brassica oleracea var. italica残茎、芜菁叶Brassica rapa var. cymosa），经清洗、消毒、切分后于60 °C热风干燥至恒重，再研磨过筛得约500 μm粉末。制备6种纯素汉堡：对照组(CTRL)及分别按优化比例添加预水合副产物粉末的5个实验组（CP=胡萝卜皮、TT=芜菁叶、BB=西兰花、AB=洋蓟、PPP=仙人掌果皮），以鹰嘴豆(Cannellini Beans/文中Borlotti Beans)为主料配合蔬菜与土豆片，180 °C烘烤10 min。采用Folin-Ciocalteu法测总酚含量(TPC, mg GAE/g dw)、AlCl₃比色法测总黄酮含量(TFC, mg QE/g dw)、ABTS和FRAP法测抗氧化活性；AOAC法测总膳食纤维(TDF)；依据ISO标准开展LCA（功能单位FU=1 kg汉堡，副产物视为无负担(burden-free)，量化脱水粉碎能耗，CML-IA baseline v3.06评估全球变暖潜势GWP₁₀₀，单位kg CO₂eq）；由7名受过训练的女性评审员进行定量描述分析(QDA)感官评价（9分制，≥5分为可接受）。

三、研究结果

3.1. 纯素汉堡的感官品质(Sensory quality of vegan burgers)

研究人员通过QDA发现，所有强化组熟制汉堡整体品质得分(6.0–6.6)均低于对照组(8.7)，但仍高于可接受阈值(5分)。仙人掌果皮组(PPP)熟制品质最高(6.2)，因其质地较 cohesive且风味温和；胡萝卜(CP)与西兰花(BB)主要影响颜色与纤维感；芜菁叶(TT)与洋蓟(AB)因引入苦味和特征气味导致评分略低。副产物添加质量分数与感官影响呈反向关系，仙人掌果皮虽添加量最大(15.82%)但感官干扰最小。

3.2. 生物活性化合物与抗氧化能力及总膳食纤维(Bioactive compounds and antioxidant capacity of vegan burgers)

副产物本身分析显示：仙人掌果皮总酚含量(TPC)最高(9.20 mg GAE/g dw)，芜菁叶FRAP值最高(79.24 μmol Fe(II)/g dw)，洋蓟与芜菁叶总黄酮(TFC)最高(约7.3–7.9 mg QE/g dw)，洋蓟副产物总膳食纤维(TDF)最高(43 g/100 g dw)。强化汉堡检测表明，所有实验组TPC、TFC、ABTS与FRAP值均显著高于对照组(p < 0.05)。PPP组ABTS(5.40 mg Trolox/g dw)与FRAP(24.14 μmol Fe(II)/g dw)及TPC(2.11 mg GAE/g dw)均为最高；CP组TFC最高(2.12 mg QE/g dw)；PPP组TDF提升最显著(由CTRL的5.9%升至10.5%)。抗氧化活性不完全与副产物自身测定值线性对应，归因于汉堡基质非理想混合、热加工及组分间相互作用。

3.3. 能耗(Energy consumption)

研究人员测定各副产物脱水与粉碎单位能耗，粉碎能耗可忽略不计。脱水能耗与平衡脱除水量正相关：西兰花需脱除水分最多(995.35 g/100 g干基)，能耗最高(2.620×10^?2kWh/g)；胡萝卜脱水能耗最低(9.717×10^?3kWh/g)。仙人掌果皮居中(1.079×10^?2kWh/g)。

3.4. 环境影响(Environmental impact)

LCA结果显示，对照组碳足迹最低(0.90 kg CO₂eq/kg汉堡)。强化组中：AB组1.02、TT组1.10、CP组1.25、PPP组1.31、BB组最高(1.85 kg CO₂eq/kg)。因替代原料减少的碳排放不足以抵消副产物脱水等高能耗回收过程产生的环境负担，故强化配方碳足迹均高于对照，其中西兰花因脱水能耗最高致使配方环境负荷最大。

四、讨论与结论总结

讨论指出，本研究证实园艺副产物升级回收可显著提升纯素汉堡的TDF与抗氧化活性，感官属性经配方优化亦可维持在可接受水平，建立了食品工业循环经济概念验证。但主要限制在于副产物高含水率导致脱水工序能耗大、经济成本高，现阶段制约大规模商业化。未来需开发低能耗脱水工艺或替代增值化路径以降低生产成本。

结论翻译：本研究结果证明了将园艺副产物升级回收至纯素汉堡在环境与功能方面的优势，有助于向循环食物系统过渡。研究成功验证了通常被视为废弃物的材料可转化为高附加值成分，直接应对食物损失问题并降低植物基肉类似物的环境足迹。主要贡献在于通过生命周期评价(LCA)与营养强化进行了可持续性综合评估，证实总膳食纤维(TDF)与抗氧化活性的显著提升，且环境与技术可行性经感官分析确认未损害汉堡市场潜力。该增值化策略虽是未来食品生产的有前景方向，但其经济可行性系重大障碍——需大幅降低脱水与粉碎能耗方能使该创新升级回收工艺在传统配料面前具备经济竞争力，建议后续研究聚焦节能脱水方法与替代增值化途径。