不同干燥技术对SCOBY发酵柚子底物粉末中生物活性化合物和功能特性的影响

《Processes》：Effects of Different Drying Techniques on Bioactive Compounds and Functional Properties of SCOBY-Fermented Pomelo Substrate Powders

　　

干燥是关键的发酵后加工过程，因为它影响产品稳定性和生物活性化合物的保留。本研究评估了不同干燥技术对SCOBY发酵柚子皮底物粉末的理化特性、功能特性、生物活性化合物和抗氧化活性的影响。将接种6%（w/w）SCOBY发酵剂发酵25天的柚子皮底物分别进行冷冻干燥（FD）、热风干燥（HAD；50、70和90 °C）和射频干燥（RFD；电极距离14、15和16 cm）。测定了干燥动力学、有效水分扩散率（D_eff）、水分活度、颜色、粒径分布、功能特性、总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）和抗氧化活性。在适宜的干燥条件下，RFD显示出与HAD（1.03–1.95 × 10^?9 m²/s）相当或略高的水分扩散率（1.19–2.06 × 10^?9 m²/s），表明射频加热通过体积介电加热有效促进了内部水分迁移。FD保留了最高的抗氧化活性，DPPH自由基清除活性为74.25%，TEAC值为24.85 μmol TE/g。然而，适度的热处理增强了酚类物质的提取性，50 °C下的HAD显示出最高的TPC（161.65 mg没食子酸当量（GAE）/g干重）。在RFD处理中，15 cm电极距离下的RFD显示出最高的TFC（27.18 mg芦丁当量（RE）/g干重）并保持了较高的抗氧化能力。FD粉末表现出优异的水溶性和溶胀能力，而RFD产生了更细的粒径分布并提高了干燥效率。这些发现表明，干燥技术显著影响SCOBY发酵柚子底物粉末的质量属性，RFD代表了一种平衡干燥效率和生物活性化合物保留的有前景的替代干燥技术。

**论文解读：不同干燥技术对SCOBY发酵柚子底物粉末中生物活性化合物和功能特性的影响**

**研究背景、问题及目的**

柚子（*Citrus grandis* (L.) Osbeck）加工过程中产生大量果皮副产物，约占果实总重量的30–50%，这些副产物富含酚类、黄酮类、维生素C和膳食纤维等生物活性化合物，但常被作为农业废弃物丢弃。将柚子皮通过发酵转化为高附加值功能性成分是减少食品浪费和开发功能性食品原料的可持续策略。共生培养的细菌和酵母（SCOBY）常用于康普茶发酵，其代谢活动可通过酶解和生物转化过程改善底物组成并提高酚类化合物的释放和生物利用度。研究人员前期研究表明，SCOBY发酵可显著提升柚子皮底物的总酚含量、总黄酮含量和抗氧化活性。

干燥是发酵后处理的关键步骤，影响产品稳定性、保质期和生物活性化合物的保留。然而，不同干燥方法涉及不同的传热传质机制，显著影响水分去除、结构完整性、颜色、粒径、水分活度和抗氧化活性。冷冻干燥（FD）虽能有效保留热敏化合物，但成本高、时间长；热风干燥（HAD）操作简单但高温可能加速酚类物质降解；射频干燥（RFD）作为一种新兴的介电加热技术，能提供快速体积加热和缩短干燥时间。目前，关于不同干燥技术对SCOBY发酵柚子皮底物影响的研究有限。因此，本研究旨在评估FD、HAD和RFD对SCOBY发酵柚子皮底物粉末的理化特性、功能特性、生物活性化合物和抗氧化活性的影响，为发酵柑橘副产物的工业利用提供优化依据。该论文发表在《Processes》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用三种主要干燥技术：冷冻干燥（FD，真空条件下72小时）、热风干燥（HAD，50、70、90 °C）和射频干燥（RFD，40.68 MHz频率，1000 W功率，电极距离14、15、16 cm），对经6%（w/w）SCOBY接种发酵25天的柚子皮底物进行干燥处理。关键测定指标包括干燥动力学与有效水分扩散率（D_eff，基于Fick第二定律）、水分活度（A_w）、颜色（CIELAB色空间）、粒径分布（筛分法）、功能特性（持油力OHC、持水力WHC、水溶性WS、溶胀能力SC）、总酚含量（TPC，Folin–Ciocalteu法）、总黄酮含量（TFC，氯化铝比色法）、DPPH自由基清除活性和Trolox等效抗氧化能力（TEAC，ABTS法）。样本来源：新鲜柚子购自台湾新北市八里区，SCOBY来自Biozyme Biotechnology Co., Ltd. (台湾新北市)。

**研究结果与讨论**

**3.1 干燥动力学**：在HAD和RFD中，水分比（MR）随时间持续下降，呈现典型的降速干燥模式。HAD中，温度升高显著加速水分去除，90 °C约50分钟达到MR<0.01，而50 °C需约110分钟。RFD中，电极距离14 cm干燥最快（约63分钟），归因于较短电极距离产生的更高电场强度增强体积加热和水分迁移。

**3.2 有效水分扩散率（D_eff）**：HAD的D_eff范围为1.03–1.95 × 10^?9 m²/s，随温度升高而增大。RFD的D_eff范围为1.19–2.06 × 10^?9 m²/s，其中14 cm电极距离最高（2.06 × 10^?9 m²/s），与HAD 90 °C相当。但RFD 15 cm的线性拟合度较低（R2=0.6897），表明简化Fick模型可能不完全适用。

**3.3 水分活度与水分含量**：FD样品具有最高的A_w（0.34）和水分含量（2.52%），归因于其多孔结构可能吸附环境水分。HAD中，随温度升高A_w从0.30降至0.22，水分含量从2.35%降至2.10%。RFD中，14 cm电极距离产生最低A_w（0.22）和水分含量（2.10%），与较高干燥效率一致。

**3.4 pH、可溶性固形物与可滴定酸度**：FD样品具有最低pH（3.26）和最高可滴定酸度（TA，0.42%），表明冷冻干燥最有效地保留发酵产生的有机酸。HAD中，pH随温度升高从3.85降至3.68，TA从0.24%增至0.34%。RFD样品pH介于3.51–3.57，TA介于0.29–0.36%，其中14 cm处理pH最低（3.51）且TA最高（0.36%），与高干燥效率对应。

**3.5 颜色参数**：以FD样品为参考（L*=50.83, a*=3.20, b*=23.88），HAD样品L*值在50 °C时升高（57.74）后降低，a*值低于FD，ΔE随温度升高从6.92降至3.64，可能因高温缩短干燥时间限制色素氧化。RFD样品L*值更高（56.63–58.95），a*值显著高于FD（7.74–8.33），导致ΔE较大（7.39–9.61），可能因局部热点促进非酶褐变。

**3.6 粒径分布**：FD粉末以粗颗粒为主（>425 μm占70%），HAD产生较细颗粒且随温度升高粗颗粒比例增加（38–51%）。RFD粉末最细，<300 μm颗粒占56–70%，其中16 cm处理<150 μm颗粒占13%，平均粒径最小（262.78 μm），较FD减少44.3%，归因于体积加热引起的结构脆弱化。

**3.7 功能特性**：FD样品表现出较高的OHC（2.24 g/g）、WS（59.60%）和SC（11.91 mL/g），因多孔结构利于水渗透和可溶性组分释放。HAD中，OHC、WHC、WS和SC随温度升高而下降，归因于热诱导结构收缩和亲水位点减少。RFD样品的OHC较高（1.81–2.51 g/g），但WHC（1.42–2.42 g/g）、WS（22.45–28.23%）和SC（6.41–7.20 mL/g）较低，可能与细粒径和疏水区域暴露有关。

**3.8 抗氧化活性与生物活性化合物**：FD保留最高DPPH活性（74.25%）和TEAC（24.85 μmol TE/g）。HAD中，DPPH和TEAC随温度升高显著下降，但50 °C处理TPC最高（161.65 mg GAE/g），高于FD（130.37 mg GAE/g），提示适度热处理释放结合酚。RFD中，15 cm电极距离表现出较高DPPH活性（63.18%）、TEAC（23.75 μmol TE/g）、TPC（157.61 mg GAE/g）和最高TFC（27.18 mg RE/g），表明该条件在加热强度与温度均匀性间取得较好平衡。

**总结与讨论**

研究人员得出结论：干燥方法显著影响SCOBY发酵柚子皮底物粉末的质量和功能特性。RFD表现出比HAD更高的有效水分扩散率，表明其增强了干燥过程中的水分迁移。FD最有效地保留了抗氧化活性和再水化相关功能特性，而50 °C下HAD产生了最高的总酚含量。在RFD处理中，15 cm电极距离在整体干燥性能和生物活性化合物保留之间提供了有利的平衡，尽管颜色偏差增加需考虑。虽然FD在保留抗氧化活性和再水化相关特性方面优于其他方法，但RFD，尤其是15 cm电极距离，可能代表从SCOBY发酵柚子皮底物生产高附加值功能性成分的一种有前景的替代方案。未来研究应进一步探讨酚类物质谱、微观结构特征和储存稳定性以支持工业应用。然而，RFD处理的水分扩散率模型拟合变异性是本研究的一个局限性，建议使用更多重复和替代动力学模型进行验证。