干燥方法和植物部位对花椰菜（Brassica oleracea L. Var. botrytis L.）副产物生物活性化合物、抗氧化活性和颜色的影响

《Processes》：Effects of Drying Method and Plant Section on Bioactive Compounds, Antioxidant Activity and Colour of Cauliflower (Brassica oleracea L. Var. botrytis L.) By-Products

　　

花椰菜副产物是生物活性化合物的宝贵来源，可在循环食品系统中被增值为功能性成分；然而，其稳定性受加工条件的强烈影响。本研究评估了植物部位（叶片和茎）与干燥方法（冷冻干燥、40°C热风干燥和约30–45°C太阳能干燥）对花椰菜副产物面粉的营养成分、色素含量、抗氧化活性和颜色的联合效应。研究人员测定了近端组成、叶绿素（chlorophylls）、类胡萝卜素（carotenoids）、总多酚（total polyphenols, TPC）、总黄酮（total flavonoids, TFC）、硫代葡萄糖苷（glucosinolates, GSLs）、萝卜硫素（sulforaphane, SFN）和抗氧化活性（ABTS和DPPH测定），并使用CIELAB参数（L*、a*、b*、色度C*、色调角H°和褐变指数BI）评估颜色。冷冻干燥显示出对色素、酚类化合物、萝卜硫素和抗氧化活性的最高保留，其次是热风干燥，而太阳能干燥导致最低的保留。叶片来源面粉始终比茎来源面粉呈现更高的色素和酚类含量以及更有利的颜色属性。抗氧化活性与富含色素和酚类的基质强烈相关。尽管叶片表现出更高的硫代葡萄糖苷含量，但植物部位之间萝卜硫素水平仅存在微小差异，这表明考虑到茎部位更大的生物量可用性和工业可扩展性，茎来源馏分也可能代表有价值的原材料。总体而言，这些发现表明植物部位和干燥方法均显著影响花椰菜副产物面粉的技术功能质量，应共同考虑以优化稳定、功能性和可持续食品成分的开发。

## 论文解读：干燥方法与植物部位对花椰菜副产物生物活性化合物、抗氧化活性及颜色的联合影响

### 研究背景与问题

当前线性经济模式下的工业体系因资源利用低效和可回收材料处置而导致环境污染、气候变化和生物多样性丧失。作为应对，循环经济倡导再利用、修复、再制造和回收等策略以减少废物并提高资源效率。在此背景下，减少食物损失与浪费（Food Loss and Waste, FLW）成为优先事项，有助于粮食安全和环境减负。在智利安托法加斯塔地区，本地食品生产仅能满足区域人口需求的不足5%，高度依赖外部来源，凸显可持续食品管理策略的紧迫性。花椰菜（*Brassica oleracea* L. Var. *botrytis* L.）加工产生大量叶片和茎，约占全株生物量的45–60%，通常被丢弃，尽管它们富含纤维、矿物质、维生素及具有营养和功能价值的生物活性化合物。其中，硫代葡萄糖苷（Glucosinolates, GSLs）是十字花科的特征代谢物，其水解产物萝卜硫素（Sulforaphane, SFN）具有化学预防、心脏代谢和神经保护作用；酚类化合物、类黄酮、类胡萝卜素和叶绿素则贡献抗氧化和抗炎特性。然而，这些化合物的稳定性高度依赖于加工条件。干燥是影响植物基质中生物活性化合物稳定性的关键操作，不同干燥技术（冷冻干燥、热风干燥、太阳能干燥）通过热、氧化和脱水条件产生不同效应，但关于植物部位与干燥技术联合作用对花椰菜副产物面粉理化及功能性质的研究尚存空白。因此，本研究旨在将来自La Vega Central批发市场（智利安托法加斯塔）的花椰菜叶片和茎转化为功能性面粉，评估植物部位（叶片 vs 茎）和干燥方法（冷冻干燥、40°C热风干燥、约30–45°C太阳能干燥）对其理化、营养和功能性质的联合影响。

### 关键技术与方法

研究人员从La Vega Central批发市场（安托法加斯塔，智利）收集新鲜花椰菜叶片和茎，经清洗、切割后，采用三种干燥技术：冷冻干燥（-80°C冷冻24 h，随后冷冻干燥24 h）、40°C热风干燥（4–5 h至终水分10–15%）和太阳能间接干燥（约30–45°C，5–6 h至终水分10–15%）。主要分析技术包括：近端组成按AOAC方法测定；颜色用CIELAB参数（L*、a*、b*、色度C*、色调角H°、褐变指数BI）评估；叶绿素a/b和总类胡萝卜素通过甲醇提取后分光光度法测定；总多酚（TPC）用Folin–Ciocalteu法；总黄酮（TFC）用AlCl₃比色法；抗氧化活性以ABTS和DPPH自由基清除实验衡量，均以Trolox当量表示；总硫代葡萄糖苷（GSLs）经内源黑芥子酶灭活后，用百里酚-硫酸比色法测定；萝卜硫素（SFN）用二氯甲烷提取后，经HPLC-UV（C₁₈柱，乙腈等度洗脱，254 nm检测）定量。所有测定均设三次重复，数据通过单因素或双因素方差分析（ANOVA）及Pearson相关性分析处理，显著性水平p < 0.05。

### 研究结果

#### 3.1 近端组成（Proximate Composition）
通过近端组成分析（仅针对太阳能和热风干燥样品），发现植物部位显著影响蛋白质、脂肪和灰分含量（p < 0.05），而干燥方法仅显著影响灰分含量（p < 0.05）。叶片来源面粉的蛋白质、脂肪和灰分含量显著高于茎来源面粉，碳水化合物含量则相反。纤维含量在趋势上叶片高于茎，但未达统计显著。Pearson相关性分析显示碳水化合物与蛋白质、脂肪呈强负相关，纤维与灰分呈正相关，表明近端组成主要由植物基质决定，受干燥条件影响有限。

#### 3.2 干燥面粉的颜色参数（Colour Parameters of Dried Flours）
通过CIELAB颜色测量，植物部位和干燥方法均显著影响颜色属性（p < 0.05）。冷冻干燥叶片面粉（L.F）呈现最低a*值（-9.02），表明绿色色素保留最佳；太阳能干燥样品（L.S和S.S）a*值为正，显示向红棕色调的偏移。叶片面粉的亮度（L*）在太阳能干燥下最高（61.10），而冷冻干燥茎面粉（S.F）亮度最低（21.23）。褐变指数（BI）在茎面粉中显著更高（S.F和S.H分别达129.82和123.71），表明颜色降解更严重。色调角（H°）以冷冻干燥叶片面粉最高（110.43°），太阳能干燥叶片面粉最低（81.25°），证实低温干燥有利于绿色-黄色特征的保留。

#### 3.3 色素含量（Pigment Content: Chlorophylls and Carotenoids）
通过分光光度法测定叶绿素和类胡萝卜素，植物部位和干燥方法均显著影响色素水平（p < 0.05）。叶片面粉的叶绿素a（约2.8–3.2 mg g^-1 DW）、叶绿素b（约1.3–1.5 mg g^-1 DW）和总类胡萝卜素（约0.60 mg g^-1 DW）均显著高于茎面粉（相应为1.6–1.9、0.6–0.8和0.20–0.25 mg g^-1 DW）。冷冻干燥样品在所有部位中色素保留最高，其次是热风干燥，太阳能干燥最低。叶绿素a与叶绿素b（r=0.98）、叶绿素与类胡萝卜素之间存在强正相关性，表明色素降解呈协同模式，主要受温度驱动的氧化和叶绿体结构破坏影响。

#### 3.4 抗氧化活性（ABTS、DPPH、TPC和TFC）
通过ABTS和DPPH自由基清除实验结合总多酚（TPC）和总黄酮（TFC）测定，叶片面粉的抗氧化活性显著高于茎面粉。ABTS值在叶片中约0.40–0.45 mg TE g^-1 DW，茎中约0.23–0.27 mg TE g^-1 DW；DPPH则差异较小。干燥方法显著影响抗氧化活性：冷冻干燥样品最高（如L.F的ABTS为0.69 mg TE g^-1 DW），热风干燥次之，太阳能干燥最低（如S.S的ABTS和DPPH分别仅0.11和0.08 mg TE g^-1 DW）。TPC（叶片约7.5–8.0 vs 茎约4.7–5.1 mg GAE g^-1 DW）和TFC（叶片约1.5–1.7 vs 茎约0.7–0.9 mg QE g^-1 DW）均呈现相同趋势。TPC与TFC正相关（r=0.81），且两者与ABTS、DPPH一致关联，证实酚类化合物是抗氧化活性的主要贡献者。ABTS值普遍高于DPPH，反映了两者对不同极性抗氧化剂的反应差异。

#### 3.5 硫代葡萄糖苷和萝卜硫素（Glucosinolates and Sulforaphane）
通过比色法测定总硫代葡萄糖苷（GSLs），HPLC-UV定量萝卜硫素（SFN），植物部位显著影响总GSLs（p < 0.05），叶片含量（约4.8–5.1 mg GLU g^-1 DW）约为茎（约2.6–3.1 mg GLU g^-1 DW）的两倍。干燥方法显著影响SFN含量（p < 0.05）：冷冻干燥样品最高，热风干燥次之；太阳能干燥样品因分析限制未进行SFN测定。尽管叶片总GSLs更高，但叶片与茎之间的SFN含量差异较小（叶片约0.54–0.56，茎约0.50–0.53 mg SFN g^-1 DW），且植物部位与干燥方法间无显著交互作用（p > 0.05）。SFN与总GSLs呈强正相关（r=0.83），表明前体-产物关系。茎部位尽管GSLs较低，但SFN水平与叶片相近，结合其更高的生物量可用性，在工业上具有潜力。

#### 3.6 干燥方法和植物部位对生物活性化合物稳定性的影响（整体总结）
综合结果显示，冷冻干燥是保留色素、酚类、类黄酮、硫代葡萄糖苷和萝卜硫素最有效的方法，热风干燥居中，太阳能干燥导致最大损失。叶片部位普遍比茎部位含有更高的色素和抗氧化相关化合物。因此，干燥技术和植物基质的联合效应决定了最终面粉的功能质量。

### 讨论与结论

讨论部分指出：近端组成差异源于叶片的光合作用活性（高酶活、蛋白质合成和矿物质积累）与茎的结构支持及碳水化合物储存功能；颜色变化受干燥方法强烈影响，冷冻干燥在低温和缺氧条件下最小化色素氧化和非酶褐变，而太阳能干燥促进叶绿素降解为脱镁叶绿素，导致a*正值和褐变指数升高；色素保留协调响应，冷冻干燥通过低温低氧限制氧化降解，且色素与抗氧化活性之间存在协同贡献；抗氧化活性主要受酚类化合物驱动，但干燥条件影响化合物谱和极性组成；硫代葡萄糖苷与萝卜硫素的关系证实前体-产物转化，但茎部位尽管GSLs较低仍达到相近SFN水平，提示酶活和加工条件的作用大于初始GSL浓度，且茎部位产率约5%低于叶片的约10%，但结合更高的生物量，茎同样是有价值的原料。研究意义在于为花椰菜副产物在循环食品系统中的增值提供科学依据，强调根据最终用途选择干燥技术，并指出未来需优化工艺、评估储存稳定性、研究生物利用度。

结论部分翻译如下：本研究表明，植物部位和干燥方法均是影响花椰菜副产物理化及功能质量的关键因素。结果凸显了在设计蔬菜残渣增值策略时考虑植物基质与加工条件之间相互作用的重要性。总体而言，叶片部位作为生物活性化合物来源更具潜力，而茎部位因其丰富性和加工后仍能保留相关功能属性也显示出可观价值。在所评估的技术中，冷冻干燥提供了生物活性化合物、抗氧化活性和颜色质量的最佳整体保留，证实其在需要最大限度保留热敏成分的应用中的适用性。然而，传统干燥技术在大规模实施中可能更具可行性，这强调了需要平衡产品质量与经济及操作考虑。从科学角度，这项工作有助于理解植物组织特性和干燥条件如何共同影响花椰菜副产物成分的质量。从实践角度，研究结果支持开发可持续的增值策略，以减少食物浪费并促进农业食品系统中的循环经济方法。未来研究应聚焦于中试和工业规模的工艺优化、维生素C保留的测定、总色差（ΔE）评估、储存稳定性研究，以及在食品应用中生物利用度和功能性能的评价。