《Plants》:Fruit and Vegetable By-Products as Postharvest Tissue Fractions: A Raw-Material Framework for Plant-Based Food Development
水果和蔬菜副产物可以更有用地被解释为采后作物衍生的组织组分(postharvest crop-derived tissue fractions),而非一般的废物流(waste streams)或可回收化合物的来源。本整合性综述综合了关于植物组织(plant tissues)、采后品质(postharvest quality)、稳定化(stabilization)、安全性(safety)和分析表征(analytical characterization)的证据,以开发一个用于植物基食品(plant-based food)开发的“组织到原料”(tissue-to-raw-material)框架。该框架始于作物来源(crop source)、品种或成熟度(cultivar or maturity)、器官/组织身份(organ/tissue identity)和采后历史(postharvest history),然后将这些变量与稳定化、安全性筛查(safety screening)、分析证据(analytical evidence)、预期用途规格(intended-use specifications)和路径分配(route assignment)联系起来。十字花科作物(Brassicaceae crops)——包括大白菜(napa cabbage)、萝卜(radish)、卷心菜(cabbage)、西兰花(broccoli)和花椰菜(cauliflower)——作为代表性案例,因为它们的叶、根、茎、芯、菜薹和修整部分在水状态(water status)、组织脆性(tissue fragility)、硫相关性状(sulfur-related traits)、感官限制(sensory constraints)和稳定化需求方面存在差异。因此,适用性(application suitability)是根据组织身份、采后状况、稳定化历史、安全状态和预期用途规格来评估的,而非仅凭化合物丰富度(compound richness)。在此框架内,零废弃开发(zero-waste development)意味着将一份有文献记录的组织组分分配给一个被支持的食品、发酵(fermentation)、涂层/薄膜(coating/film)或选定的次级材料(secondary-material)路径,同时在可追溯性(traceability)、安全性、稳定性或规格证据不足的情况下采用低风险分配(lower-risk assignment)、降级(downgrading)或排除(exclusion)。
1. 引言
水果和蔬菜价值链在收获、修整、分选、鲜切处理、储存和加工过程中产生多种侧流(side-streams)。在作物品质术语中,这些材料并非仅仅是链末损失;许多仍可识别为作物衍生的器官或组织组分,其品质历史仍可追溯、记录和管理。因此,它们的价值不仅取决于可回收化合物或最终配方,还取决于植物学来源、器官身份、组织状况和采后生理学。果皮、果渣、种子、压滤饼、外叶、茎、根、修整物和分选残留物在解剖结构、水状态、细胞壁组织、植物化学物质定位、呼吸潜力、微生物暴露和损伤历史方面存在差异。它们可能含有膳食纤维、果胶、纤维素、半纤维素、矿物质、色素、酚类物质、类胡萝卜素、硫代葡萄糖苷、蛋白质和其他与应用相关的成分。然而,仅凭化合物丰富度不足以证明原料的适用性。相同的成分组成可能导致不同的稳定性、安全性、感官和加工结果,这取决于组织结构、水分状态、损伤历史、稳定化条件和预期路径。植物组织结构为这种解释提供了生物学基础。表皮和角质层屏障、薄壁组织、维管组织、贮藏和保护组织、细胞壁网络、富含水的细胞腔室以及局部化的植物化学系统影响水分损失、软化、褐变、木质化、色素降解、硫相关气味形成、微生物易感性、干燥行为、研磨行为、水合特性和感官限制。因此,以组织为中心的综述应不仅询问存在哪些有用化合物,还应询问在何种采后、稳定化、安全和规格条件下,作物衍生的组织组分可以被保存、标准化并分配给合适的路径。先前的副产物综述已阐明了回收技术、生物活性组分、循环增值路径以及下游食品或材料应用。基于此文献,本综述增加了上游植物组织和采后品质层,而非取代提取、化合物、循环经济、发酵、食品配料或材料路径的综述。所提出的组织到原料框架将作物来源、器官/组织组分、品质历史、稳定化、分析证据、安全状态、原料规格和基于规格的路径分配联系起来。在此,零废弃开发指的是基于证据的路径分配,该分配基于可追溯性、安全性、稳定性和预期用途的规格;它不意味着无条件再利用。本整合性综述关注在生产、采后处理、分选、鲜切加工和工业加工过程中产生的水果和蔬菜副产物。十字花科作物,包括大白菜、萝卜、卷心菜、西兰花和花椰菜,被用作代表性案例,而非作为独占的分类学焦点,因为叶、根、茎、芯、菜薹和修整部分在水状态、组织脆性、硫相关性状、气味限制和稳定化需求方面存在差异。因此,本综述考察了组织水平和采后性状如何定义原料身份,稳定化、安全性筛查和分析证据如何将不稳定组分转化为基于规格的候选物,以及这些候选物如何被保守地分配给植物基食品或选定的次级材料路径。
2. 综述方法与证据映射策略
因证据涵盖植物解剖学、采后生理学、稳定化、化学表征、安全性和应用研究,且设计和结果异质,研究者采用由结构化证据映射策略支持的整合性综述。证据映射指将异质性文献组织到预定义概念域中,而非正式的范围综述图或定量综合。搜索域、资格标准和综合逻辑被明确定义,以使整合过程透明,而不将本综述描述为系统综述或范围综述。
2.1. 信息来源与搜索策略
证据综合在稿件准备过程中迭代发展。为建立最终可重复的来源记录和精确的证据流计数,Scopus和Web of Science Core Collection搜索以及Google Scholar查询GS_Q1–GS_Q4于2026年7月28日运行。PubMed搜索和Google Scholar查询GS_Q5于2026年7月29日运行;Web of Science搜索于同日重新运行,仅用于验证精确语法和显示结果计数,同时保留7月28日导出结果。Google Scholar搜索在未登录的Microsoft Edge InPrivate会话中进行,使用相关性排序,无日期或语言限制。预定义的检索深度为每个查询前50个可访问的相关性排序结果;分别检查并捕获了50、50、50、43和34个结果,共获得227条原始Google Scholar记录用于合并来源池。此检索阶段检查确定哪些Google Scholar记录进入池中,并与后续去重记录的标题/摘要资格筛选不同。专利和仅引文记录被排除。估计的Google Scholar命中计数仅作为内部审计元数据保留,未用于证据流核算。未进行向后和向前引用搜索。最终来源搜索于2026年7月29日完成。最终来源搜索完成后,来自所有来源的记录被合并到主证据流工作簿中。重复关系被解决,所得唯一记录池与保留的标题/摘要和全文评估日志进行核对。H.J.W.最终确定了记录管理和资格记录,A.-j.C.验证了记录的筛选和全文结果,合并后的证据流记录于2026年7月30日最终确定并由作者验证。来源特定策略结合了副产物和组织组分术语与作物来源及采后稳定化、规格、表征和应用概念。完整的平台特定搜索字符串、字段代码、限制、搜索日期、检索计数和Google Scholar处理规则在补充表S3中报告。去重前,识别出1681条记录:Scopus 699条,PubMed 192条,Web of Science Core Collection 563条,Google Scholar 227条。去除679条重复记录后,1002条唯一记录进行了标题/摘要筛选。在此阶段排除了33条记录,查阅并检索了969篇报告进行全文评估;无报告不可获取。全文评估后排除了97篇报告,证据库中剩余872篇合格报告。134条条目的稿件参考文献列表并非872篇证据库的简单子集,也非通过额外资格筛选生成。证据库保留了所有满足至少一个预定义证据域的报告。稿件参考文献列表结合了直接引用于特定陈述、表格、图形或综合域的证据库报告,以及根据需要使用的上下文、方法、法规和报告政策来源。个别引用的标准在第2.3节和补充表S3中描述。每篇全文排除被分配一个互斥的主要原因:超出材料范围(FT1,n=0)、组织身份不足(FT2,n=0)、无组织到原料链接(FT3,n=0)、药理学或临床焦点无材料级相关性(FT4,n=0)、能量回收或处置焦点无原料相关性(FT5,n=0)、或用于预定义综合域的信息不足(FT6,n=97)。材料范围、组织身份和明显非材料聚焦的记录主要在标题/摘要筛选阶段解决;因此,所有全文评估后排除的报告均被分配至FT6。完整的选择流程在补充图S1中显示。
2.2. 纳入与排除标准
纳入和排除标准在标题/摘要筛选和全文评估两个阶段应用,以确定每条记录是否能为组织到原料综合做出贡献。如果记录提供足够信息将水果或蔬菜衍生材料与至少一个预定义证据域(如组织身份、采后品质、稳定化、安全/规格证据或应用背景)联系起来,则保留该记录。如果研究或综述涉及水果或蔬菜衍生的植物材料,并贡献于至少一个预定义证据域,则符合资格。这些域包括器官或组织身份、采后品质、稳定化、干燥或研磨行为、组成表征、安全性、功能特性、原料标准化、下游植物基食品开发或选定的次级材料路径。特别关注那些指定了作物种类、品种或基因型、器官组分、组织类型、成熟度、加工点、采后处理或储存条件的报告,因为这些变量直接影响将副产物解释为植物组织。如果研究仅关注分离的药理活性,而无足够的植物来源或组织组分信息,或仅将残留物用作能量回收或处置的通用基质,则排除。动物源性副产物、谷物加工残留物、城市垃圾、临床健康声称或最终食品配方的研究也被排除,除非它们提供了与组织衍生原料特性的明确联系。官方报告和政策文件仅用于术语、食物损失/浪费背景、安全框架或循环经济背景,不作为同行评审植物、采后或材料质量证据的替代品。在全文评估期间,每个被排除的报告被分配一个互斥的主要原因,而无法检索的报告被单独记录。六个排除类别及其原因特定计数显示在补充图S1中,并在补充表S3中描述。H.J.W.完成并确认了去重、标题/摘要筛选、全文评估、排除原因分配和参考文献检查。A.-j.C.验证了记录的筛选和全文资格结果,分歧通过讨论解决。最终决定、主要原因(如适用)、评估者、验证者和决定日期保留在审计日志中。搜索字符串开发、元数据处理、潜在重复记录的组织以及搜索和筛选日志的准备由作者完成。生成式AI工具未用于选择证据、生成参考文献、解决重复、进行标题/摘要或全文筛选、确定资格、分配排除原因、分类证据、评估研究质量、解释发现、验证参考文献或做出方法或科学决策。所有关于重复解决、资格、排除原因分配、证据分类、解释和参考文献验证的决定均由作者做出并确认。稿件中引用的所有134篇参考文献均使用出版商的记录版本、相应的DOI登陆页面、PubMed(如适用)或相关的官方机构来源手动检查。审计涵盖完整的作者列表、文章标题、期刊标题、出版年份、卷期(如适用)、页码或文章编号以及DOI或官方URL。补充表S1中的定量值、分析基础、加工条件和声称边界与引用的原始报告进行了独立交叉核对。
2.3. 综合逻辑
证据在七个轴上综合:作物来源、组织组分、采后状态、稳定化、组成或结构特征、安全和规格状态以及应用背景。研究间差异首先被解释为作物、品种、成熟度、组织分离、采后间隔、稳定化方法、分析平台或目标路径的可能异质性,而非简单的不一致性。更大的解释权重被分配给那些在多个作物或组织背景中,或通过趋同的生物学和加工证据支持的关系。主要来自筛选试验、单一材料、定义不清的流或不完整的采后和安全记录的结果被解释为上下文依赖。每个发现随后被分类为筛选级证据、规格支持证据或路径级验证。筛选级证据指探索性或定义不完整的观察;规格支持证据要求透明的材料身份、过程条件、分析方法、单位和声称边界;路径级验证要求在预期应用中具有性能,同时具备充分的安全、稳定性和过程适用性证据。个别引用在证据库资格确定后决定,并不代表第二次纳入决定。当证据库报告为特定陈述、表格、图形或综合域提供直接、非冗余支持时,才被引用。当多个合格报告支持基本相同点时,优先选择那些具有清晰报告作物和组织身份、采后或加工条件、分析方法和单位、明确声称边界以及与被支持陈述最相关性的来源。当提供非冗余的作物、组织、稳定化、安全、规格或应用背景时,引用额外来源。对于定量和过程特定声称,通常优先选择原始研究;对于交叉综合,优先选择更广泛的综述;对于方法、法规或政策陈述,优先选择官方来源。未被单独引用的合格报告保留在证据库中,不作为额外排除处理。
2.4. 与相关综述流和范围控制的区别
提取、生物活性、发酵、涂层/薄膜和材料研究仅在它们提供组织身份、采后品质、稳定化、安全、规格或路径分配信息时被纳入。因此,综合的单位是作物–器官–组织组分及其品质轨迹,而非提取技术、分离的化合物类别或最终产品类别。该框架在现有的提取、化合物、循环经济、发酵、食品配料和材料路径综述基础上增加了上游组织身份和采后品质层。本组织知情综述相对于代表性综述流的位置总结在表1中。从终点导向的副产物利用到组织知情的原料设计的概念转变如图1所示。
表1. 本组织知情综述相对于代表性水果和蔬菜副产物综述流的位置。
图1. 从终点导向的副产物利用到组织知情的原料设计的概念转变。(A) 终点导向方法通常从混合副产物流开始,走向加工、提取或分配的最终用途;组织身份、采后历史和安全/规格检查可能稍后才被考虑或不够明确。(B) 组织知情方法从作物和组织身份开始,诊断采后品质,应用安全和规格门控,然后根据证据分配路径。
本综述通过增加上游组织身份、采后品质、稳定化、安全和规格层来补充这些流。
3. 概念重构:将采后植物组织视为作物品质资源
水果和蔬菜副产物常被介绍为废物流、残留物或低价值生物质,但这些术语可能掩盖其剩余的器官特异性结构、代谢、组成和劣变行为。以组织为中心的观点是有用的,因为收获后、修整、分选、鲜切处理或工业加工后产生的副产物通常仍保持解剖学可识别和生理学不稳定。因此,这些材料根据其组分身份、保留的品质状态以及支持安全可重复应用路径的证据被评估为采后植物组织。
3.1. 定义废物、残留物、副产物、侧流和原料
在本综述中,“废物”指被丢弃或必须丢弃的植物材料;“残留物”指生产或加工后剩余的材料;“副产物”指生产衍生的组分,可能考虑进一步合法使用;“侧流”描述平行的材料流,不暗示法律、安全或品质状态。“原料候选物”是一种可追溯的组织组分,已经历定义的稳定化和初步表征,但仍缺少一个或多个预期用途规格、安全标准、储存数据或应用验证要求。“原料”保留给一种稳定化和表征过的输入,满足其预期用途定义的特性、安全、稳定性和性能规格。“应用路径”是一个广泛的使用类别,而“路径分配”是选择被支持路径或后备结果的基于证据的决策。“路由”仅指被分配路径的实施。这些操作性定义不确定各司法管辖区的法律状态。
3.2. 水果和蔬菜副产物中的器官身份和组织水平异质性
器官身份是副产物组分之间的第一个实际区分器。果皮、果渣、种子、外叶、茎、菜薹、根、芯和修整物在组织结构、水状态、机械强度、微生物暴露、植物化学物质定位和感官限制方面存在差异。因此,外叶、萝卜根、卷心菜芯、西兰花茎和其他可识别组分被解释为不同的材料,而非归类于一个通用的蔬菜废物类别。
3.3. 组织结构、加工性和结构–过程兼容性
结构随后约束加工性。角质层屏障、薄壁组织、维管束、木质化、细胞壁组织和孔隙度影响水分迁移、收缩、复水、研磨阻力、水合作用和质地。机械损伤进一步通过破坏区室化并加速水分损失、褐变、微生物附着、软化和气味发展来改变这些性质。因此,组成标记的意义取决于其所处的组织基质。
3.4. 水状态、呼吸、酶活性和腐败易感性
水状态和组织损伤确定稳定化紧迫性。高水分或受伤组分优先进行快速时间–温度控制、卫生处理或稳定化,因为呼吸、酶活性、感官劣变和微生物生长在分离后可能继续。致密纤维组织可能劣变不那么明显,但需要明确评估尺寸减小和干燥可行性。路径分配仅在主导不稳定性被识别后进行。
3.5. 品种、成熟度、生长条件和收获时间
品种、成熟度、生产背景、收获时间和采后间隔在此作为解释协变量,而非独立路径标准。当它们可能合理解释组织结构、标记组成、劣变或储存行为时,应予以报告。当它们缺失时,应谨慎解释加工效应,因为来源相关变异无法可靠地与处理效应分离。
4. 作物和组织特异性副产物类别及其原料潜力
水果和蔬菜衍生的组分在器官身份、组织结构、水状态、暴露历史和稳定化需求方面存在差异。因此,按来源和组织组分组织证据可防止生物学上不同的材料被解释为等效,并支持保守评估稳定化优先级、安全性、规格证据和预期应用。
4.1. 水果衍生副产物
为综合起见,水果衍生组分被分组为果皮丰富、果渣/果浆丰富和种子/压滤饼材料。果皮丰富组分以保护组织和表面暴露为主;果渣和果浆残留物是湿的混合基质,其行为取决于果皮–果浆–种子比例;种子和压滤饼是致密贮藏组织,需注意氧化、过敏原、抗营养因子和研磨。这些组分的路径分配需要除组成外关于稳定化、安全和材料行为的证据。
4.2. 蔬菜衍生副产物
蔬菜衍生组分被分组为叶组织、茎/菜薹/芯和根/修整物。叶组分通常对水分敏感且暴露;结构组分以纤维、质地和颗粒行为为主;根组分结合贮藏组织性质与土壤接触和污染物考虑。这种分组定义筛选优先级,但不暗示任何类别内均匀组成或路径适用性。
4.3. 十字花科作为代表性案例研究
十字花科作为代表性案例研究,因其共同的植物学背景包含对比鲜明的叶、根、茎、芯、菜薹、花序和修整组分。这些组织在水分、纤维结构、色素、硫代葡萄糖苷–黑芥子酶行为、硫相关感官特性和稳定化紧迫性方面存在差异。因此,该科提供了一个紧凑测试,看组织身份是否改善相关作物间的解释;它不用于定义框架的分类学界限。在本研究中,大白菜外叶被解释为快速劣变的叶组织,萝卜根修整物为土壤接触贮藏组织,西兰花茎为纤维结构组织。其潜在价值根据这些组织性质而非共享的十字花科标签或仅凭硫代葡萄糖苷含量来判断。
4.4. 为什么组织分离很重要
组织分离是可重复稳定化和规格的前提。混合果皮、叶、茎、根和果渣会增加水分、颗粒行为、气味、纤维组成、微生物质量和干燥响应的变异;因此,混合流比可追溯组织组分支持更少的特定声称。西兰花茎和卷心菜外叶说明了这一决策。茎优先进行尺寸减小、纤维、质地和颗粒行为评估;外叶优先进行快速稳定化、卫生处理、微生物和污染物筛选以及感官评估。因此,即使两者都含有潜在有用的纤维或植物化学物质,也不将这两个组分视为可互换的十字花科残留物。水果和蔬菜副产物组分的来源和组织特异性异质性如图2所示。跨来源/组织类别的代表性组织问题、优先稳定化和安全检查点以及分配前声称边界总结在表2中。
图2. 水果和蔬菜副产物组分的来源和组织特异性异质性。(A) 水果衍生组分合并为果皮丰富、果渣/果浆丰富和种子/压滤饼组分,因为这些组在保护组织结构、湿基质行为和致密贮藏组织组成方面不同。(B) 蔬菜衍生组分合并为叶、茎/菜薹/芯和根/修整组分,它们在水分负荷、纤维结构、土壤接触暴露、感官限制和混合状态方面不同。(C) 十字花科残留物作为代表性案例研究,显示叶、根、茎/菜薹/芯和混合修整组分在稳定化和规格之前应被解释为不同的组织组分。
表2. 组织特异性筛选矩阵,将代表性来源/组织类别与主导组织问题、优先稳定化/安全检查点以及路径分配前的声称边界联系起来。
5. 加工前的田间至采后品质决定因素
加工前,路径资格受三个上游问题约束:哪个组织进入流中,发生了何种损伤或处理,以及材料是否保持足够可追溯和稳定以进行进一步评估。收获前因素如品种、成熟度、生产环境和胁迫在它们可能影响组织品质时被记录。收获和分选记录定义器官组分、损伤状态和混合程度。分离后,经过时间、温度、洗涤、切割、包装和初始微生物状态定义劣变轨迹。研究者使用水分、水活度(water activity, a
w)、pH、颜色、气味、可见损伤和微生物指标作为分诊变量,尽管不是完整的应用规格。它们的作用是识别主导不稳定性并确定组分是否进入稳定化、需要额外筛选,或应从路径分配中排除。鲜市场拒收不决定路径资格;后者取决于组织身份、安全性、稳定化可行性和预期规格。
安全性、污染物和法规考虑
安全性筛查先于原料候选物状态。所需证据应根据预期路径和材料特定风险特征选择。根据组分,可能涉及微生物或病原体风险、农药残留、重金属、硝酸盐/亚硝酸盐、霉菌或真菌毒素风险以及相关物理危害。目的不是对每个组分应用所有测试,而是记录可能使预期路径无效的危害。法规适用性同样取决于司法管辖区和用途。在欧盟,1997年5月15日前在欧盟内未显著用于人类消费的食品可能属于法规(EU) 2015/2283的范围;在美国,预期的食品用途可能需要食品添加剂授权或在其预期使用条件下的GRAS基础。法规状态作为决策门控,而非由植物来源、稳定化或组成价值赋予的属性。未解决的安全性或法律适用性需要进一步评估、后备分配或从路径分配中排除;此类情况不能支持食品级或食品接触声称。因此,零废弃开发是一个风险知情的路径分配过程,而非每项副产物都应重新进入食品或材料链的普遍期望。一个组分只有在组织身份、生成点、采后历史、微生物状态、污染物特征、稳定化可行性和预期应用路径被充分记录后才成为原料候选物。因此,筛选和规格应与预期的食品、发酵、涂层/薄膜或选定的次级材料路径相匹配。当这些要求未解决时,适当的结果是额外评估、低风险分配、降级或从路径分配中排除。田间至采后记录确定组分是否进入稳定化和规格,或等待进一步证据。田间至采后阶段的最小记录、缺失信息风险、分配前决策和就绪输出总结在表3中。
6. 稳定化和预处理:在原料开发前保护组织品质
水果和蔬菜副产物向原料候选物的转化始于提取、配方或产品开发之前。一旦植物组织被分离、修整、切割、去皮、压榨或混合,它们可能变得更容易通过水分迁移、呼吸、酶促褐变、色素降解、微生物生长、软化、气味发展和组成不稳定性而丧失品质。因此,稳定化和预处理应被理解为组织品质保存步骤,而非仅仅是初步操作。在本综述中,稳定化指减少生物、物理化学和微生物不稳定性至足以使组织组分被评估为特征化和应用相关原料候选物的操作。这一框架很重要,因为鲜切和副产物流通常涉及组织破坏、高水分和产品混合,如果卫生处理、分离、温度控制和干燥管理不当,可能增加污染风险并加速品质劣变。
6.1. 分选、洗涤、分离和尺寸减小
稳定化在这里定义为控制定义组织组分主导生物、物理化学和微生物不稳定性所需的最小操作集。顺序是审慎的:首先分离并去除明显不合适的材料;然后适当清洁或消毒;最后才选择尺寸减小和稳定化。洗涤作为风险降低步骤,而非消毒或食品级状态的证据。
6.2. 热烫、pH控制和发酵稳定化
热烫、酸化和发酵根据被控制的不稳定性选择。当酶活性、微生物负荷或干燥行为是限制因素时,热烫是合理的;当需要pH控制时,酸化是合理的;当底物身份和微生物条件支持可重复转化时,发酵是合理的。没有方法被假定为普遍有益,未解决的安全性或感官限制证明暂停预期应用路径。
6.3. 跨组织类型的干燥行为
干燥根据目标规格而非技术新颖性选择。组织密度、细胞壁结构、糖或果胶含量、水结合和表面积影响干燥时间、收缩、褐变、粘性、氧化和复水。因此,冷冻干燥仅作为当结构或热敏属性保存证明其成本和规模限制时的一个选项保留。
6.4. 研磨、粉末性质和储存稳定性
干燥后,粒径、水合性、分散性、流动性、吸湿性、结块、颜色、气味和储存稳定性成为规格变量。粉末不因干燥而稳定;必须在预期包装和储存条件下证明稳定性。
6.5. 稳定化和预处理中的权衡
没有稳定化方法最大化每个相关属性。因此,方法选择应优先考虑预期用途所需的质量,并记录接受的权衡。稳定化和路径分配前的田间至采后品质分诊过程如图3所示。
图3. 稳定化和路径分配前的田间至采后品质分诊。(A) 田间至采后记录定义加工前的作物和组织组分、生成点和处理历史。(B) 这些记录被解释为组织风险特征,识别品质损失、安全不确定性和主导不稳定性驱动因素。(C) 分诊门控询问身份是否定义、安全性是否可接受、稳定化是否可行。(D) 组分随后进入适合目的的稳定化和规格、额外筛选、低风险分配、降级或从路径分配中排除。
表3. 田间至采后可追溯性矩阵,将最小记录和缺失信息风险与路径分配前做出的决策和就绪输出联系起来。
7. 组成、功能性和分析指纹:从组织标记到原料规格
组成仅在链接到组织身份、稳定化历史、安全性、批次变异性和在预期基质中的性能时,才贡献于规格证据。初级代谢物、细胞壁多糖、色素、次级代谢物和微观结构可提供材料行为信息,但没有任何单一领域独立决定路径资格。
7.1. 初级代谢物和营养基质
初级代谢物和营养组分——包括碳水化合物、可溶性糖、有机酸、蛋白质、脂质、矿物质和灰分——形成组织衍生功能性得以表达的基质。它们影响干燥行为、吸湿性、可发酵性、pH、颜色和风味稳定性、微生物易感性、粉末复水以及与食品、发酵、涂层/薄膜或选定次级材料路径的兼容性。例如,富含糖和酸的水果残留物可能与发酵或风味相关路径兼容,但干燥后,当低分子量糖、有机酸和水分驱动的玻璃化转变行为未受控制时,也可能显示粘性、褐变、结块或降低的粉末流动性。相反,含种子或果渣的组分可能贡献蛋白质、脂质、膳食纤维和相关营养或技术功能性质,但含脂质或蛋白质的基质可能需要关注氧化、酸败、乳化行为和批次变异性。
7.2. 细胞壁多糖和膳食纤维
细胞壁多糖和膳食纤维在组织知情的原料开发中提供关键联系,因为它们既作为组成成分又作为结构形成生物聚合物。果胶、纤维素、半纤维素、木质素、抗性淀粉以及可溶性和不溶性膳食纤维组分可影响持水能力、膨胀性、粘度、凝胶化、质地、成膜性、可发酵性、颗粒行为和储存稳定性。植物细胞壁是动态且复杂的聚合物结构,其组成和结构在器官、组织、发育阶段和采后条件下不同。然而,仅纤维含量不足作为原料规格。可溶性/不溶性纤维比、果胶酯化度、糖醛酸含量、木质化、粒径、微观结构、水合性质以及与蛋白质、脂质、淀粉和酚类物质的相互作用可帮助阐明组织组成如何转化为应用相关功能。
7.3. 色素和次级代谢物
色素和次级代谢物可作为水果和蔬菜副产物有用的质量、身份、感官和功能标记。叶绿素、类胡萝卜素、花青素、甜菜碱、酚酸、黄酮类、单宁、硫代葡萄糖苷、异硫氰酸酯和挥发性化合物可贡献于颜色、抗氧化潜力、苦味、涩味、硫味、香气、抗菌潜力和消费者接受度。它们的分布也可能是组织和来源依赖的:即使在相同作物内,果皮、表皮组织、外叶、维管组织、种子和有色贮藏组织可能含有不同的代谢物特征。十字花科残留物提供了一个有用案例,因为卷心菜、西兰花、花椰菜、萝卜、大白菜和相关作物含有硫代葡萄糖苷、酚类物质、类胡萝卜素、维生素、矿物质和其他植物营养素。组织损伤、内源性黑芥子酶活性、热烫、干燥、发酵和热处理可显著改变其感官和组成特征。
7.4. 组织特异性功能性质
副产物衍生原料候选物的功能性质源于组织结构、颗粒形态、水合状态、细胞壁聚合物、蛋白质、脂质、矿物质和植物化学物质在特定加工或应用基质中的综合效应。相关的技术功能性质包括持水能力、持油能力、膨胀能力、溶解性、润湿性、分散性、粘度、凝胶化、乳化、起泡、成膜能力、可发酵性和复水行为。这些性质在链接到预期路径时信息量最大,因为同一组织组分作为纤维丰富粉末、发酵底物、涂层或成膜组分或选定材料路径候选物可能表现不同。因此,优先考虑将组成与可测量性质(如水合、颗粒行为、质地、凝胶化、可发酵性、成膜、感官质量或机械兼容性)联系起来的证据。总酚或总黄酮含量和自由基清除试验是筛选指标,提供筛选级证据;化合物特定和性能声称需要靶向鉴定和应用级验证。
7.5. 分析和指纹方法
分析方法根据它们旨在支持的声称进行评估。水分、水活度、pH、颜色、粒径、微生物状态和污染物提供基线质量和安全证据。当做出特定化合物声称时,靶向色谱或质谱是合适的;光谱或非靶向指纹对于批次比较和筛选更有用;当结构–功能关系是核心时,显微镜检查有用。没有提出普遍必要的单一平台。一个可辩护的规格将方法选择、组织身份、稳定化历史、标记证据、安全状态、批次变异性和在预期应用中的性能联系起来。苹果果渣、红萝卜叶和根组分、胡萝卜皮、卷心菜外叶和叶/芯组分的特定研究证据总结在补充表S1中,连同报告的分析基础、证据使用分类和主要局限性。主要规格域的最小分析证据和相应声称边界总结在表4中。
表4. 规格矩阵,定义水果和蔬菜副产物原料候选物的最小分析证据和声称边界。
这些规格域构成路径分配前应用的证据门控。
8. 零废弃原料开发的组织到原料框架
该框架连接五个决策:材料识别、采后风险诊断、适合目的的稳定化、规格设定和路径分配。一个应用路径仅在身份、安全性、稳定性和相关预期用途规格被记录时才被支持。五步组织到原料框架以及路径分配前的安全和规格门控如图4所示。
图4. 水果和蔬菜副产物组分零废弃开发的组织到原料框架。该框架连接来源和组织身份、采后风险诊断、适合目的的稳定化、原料规格