《Food Bioscience》：Assessing environmental impact and bioactive compound retention in freeze-, convective- and vacuum-drying of jabuticaba peel
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摘要嘉宝果（Myrciaria cauliflora）果皮是水果加工过程中产生的营养丰富的副产品，是抗氧化剂的重要来源。尽管具有功能潜力，但转化这种残值的环境成本仍 largely 未被探索。本研究评估了三种干燥方法的环境表现 [冷冻干燥（情景 1），60 °C 对流烘箱干燥
摘要
嘉宝果（Myrciaria cauliflora）果皮是水果加工过程中产生的营养丰富的副产品，是抗氧化剂的重要来源。尽管具有功能潜力，但转化这种残值的环境成本仍 largely 未被探索。本研究评估了三种干燥方法的环境表现 [冷冻干燥（情景 1），60 °C 对流烘箱干燥（情景 2），和 60 °C 真空烘箱干燥（情景 3）]。使用 OpenLCA 软件和 ReCiPe 2016 中点法在 18 个影响类别中进行了生命周期评估，功能单元为 1 kg 干燥嘉宝果果皮。化学表征包括总酚类化合物、类黄酮和花青素，抗氧化活性（ABTS•+、DPPH•、FRAP），颜色，水活性，以及通过 HPLC-ESI-Q-TOF-MS/MS 进行的酚类谱图分析。情景 2 显示出最高的环境负担，其次是情景 3 和 1。通过将功能单元调整为达到与新鲜果皮相当的基于 FRAP 的抗氧化活性所需的干燥果皮量，进行了敏感性分析。情景 3 成为表现最差的选项，而情景 1 保持了最低的环境影响。由于能耗是主要的环境热点，额外的敏感性分析比较了情景 1 的传统能源、风能和水电；两种可再生能源替代方案都大幅减少了所有影响类别。冷冻干燥被证明是保存嘉宝果果皮抗氧化谱图同时最小化实验室规模环境影响的最有效方法。60°C 对流干燥可能代表工业规模下的实用替代方案。然而，这一优势取决于目标抗氧化功能和环境性能与生物活性化合物保留之间所需的平衡。
引言
嘉宝果 [Myrciaria cauliflora (Mart.) O. Berg] 是原产于巴西大西洋森林的一种浆果，因天然状态消费而备受青睐，也可作为果汁、果酱、果冻、醋、利口酒和葡萄酒消费 (Nascimento 等人，2025)。然而，由于外果皮质地坚韧且口感涩，通常不被消费，导致嘉宝果加工过程中产生大量这种副产品 (Noguera 等人，2025)。巴西嘉宝果的年产量估计约为 5,900 吨，集中在米纳斯吉拉斯州，其次是戈亚斯州、圣保罗州和南部地区 (IBGE, 2022)。嘉宝果富含碳水化合物、矿物质、氨基酸、脂质和维生素 (Wu 等人，2012)，其中大部分集中在果皮和种子中。这些部分通常不被消费，合计约占果实重量的 40%（果皮和种子）(Inada 等人，2015)。嘉宝果果皮具有高含量的膳食纤维和酚类化合物，主要是花青素（例如，花青素 -3-O-葡萄糖苷和飞燕草素 -3-O-葡萄糖苷）和酚酸（例如，鞣花酸和没食子酸），这促使其具有强抗氧化能力 (de Sá 等人，2014; Inada 等人，2015; Marquetti 等人，2018) 以及对心脏代谢健康和脂质谱的有益影响 (Alves Oliveira 等人，2026; Inada 等人，2020)。这些化合物似乎对肠道微生物群产生积极的调节作用，表明具有益生元效应 (da Silva 等人，2024; Massa 等人，2022)。随着食品制药工业对有价值生物活性化合物来源的需求增加，探索嘉宝果副产品变得越来越重要。
由于嘉宝果是一种极易腐败的水果，冷冻干燥是一种保存其大部分生物活性化合物的有效方法 (Filho 等人，2022)，从而增加了使用粉末状嘉宝果果皮作为开发功能化产品原材料的潜力。在这方面，干燥的嘉宝果果皮已被用作食品、营养保健品、化妆品和包装应用中的粉末、面粉、薄片和色素成分 (Borges, 2017; Dias 等人，2026; Fabiane 等人，2025; Friedrichsen 等人，2025; Rodrigues 等人，2020; Silva 等人，2014; Zago 等人，2015)。多项研究表明，干燥的嘉宝果材料保留了抗氧化能力，甚至可以支持下游应用，如益生菌营养保健品和功能性饮料 (da Silva 等人，2024; da Veiga Correia 等人，2026; do Nascimento 等人，2025; Machado 等人，2023; Rocha 等人，2019)。农业工业副产品的增值利用代表了向更可持续和循环粮食系统过渡的重要组成部分。提高农业资源使用效率不仅能减少废物产生，还有助于资源保护、价值创造以及开发更具韧性的粮食生产系统。在此背景下，能够从高值食品加工废料中回收高值成分的技术创新已被认为是改善农业食品链环境、经济和社会可持续性的关键驱动力 (Jin 和 Xu, 2025a; Jin 和 Xu, 2025b; Jin 和 Xu, 2026)。
尽管农业工业副产品的增值利用被广泛认为是一种可持续战略，但也应考虑与其加工相关的环境影响。在这方面，当前可持续粮食系统的途径越来越多地认识到，技术创新应使用综合框架进行评估，同时考虑资源效率、环境影响和功能性能。干燥技术是能源密集型操作，其环境影响可根据加工条件和所用能源来源而有很大差异 (Ares-Sainz 等人，2026; Karadirek 等人，2025; Urbano 等人，2023)。因此，选择合适的干燥方法需要在环境性能与保留证明副产品增值合理的功能性特性之间取得平衡 (Bosona 等人，2024; Depping 等人，2017; Duque-Dussán 等人，2026)。在这一视角下，生命周期评估 (LCA) 已成为支持平衡技术性能与环境可持续性的决策的重要工具。因此，从农业工业副产品中回收生物活性化合物只有在所需加工不会施加抵消废物减少和资源回收效益的不成比例的环境负担时才有意义 (Ares-Sainz 等人，2026; Karadirek 等人，2025; Urbano 等人，2023)。
从功能角度来看，保留抗氧化活性对于确保嘉宝果果皮作为功能性成分的生物潜力至关重要。同时，保留特定的抗氧化化合物，特别是花青素和酚酸，同样重要，因为这些分子不仅有助于抗氧化能力，还有助于颜色、稳定性和其他促进健康的特性 (Inada 等人，2018)。因此，评估干燥技术应将环境评估与详细的化学表征相结合，以识别最小化环境影响同时最大化保留生物活性化合物及其相关功能性的工艺。
在此背景下，本研究旨在比较冷冻干燥、对流干燥和真空干燥在将干燥嘉宝果果皮生产为功能性成分方面的环境表现。环境影响通过生命周期评估 (LCA) 进行评估，并与酚类化合物、花青素、抗氧化活性和关键物理化学性质的保留情况一起解读。为了提供更具功能相关性的比较，环境性能使用基于质量的功能单元和基于通过铁离子还原抗氧化能力 (FRAP) 测定法测量的抗氧化容量的功能性方法进行了评估。这种综合评估旨在识别最佳平衡环境可持续性与嘉宝果果皮生物活性特性保留的干燥策略。
章节片段
嘉宝果样品
嘉宝果 [Myrciaria cauliflora (Mart.) O. Berg] 从巴西 PB 州 Areia (6.96278° S; 35.6919° W) 私人农场的一个露地种植园中分三批采集，清洗，用次氯酸钠 (200 ppm, 15 分钟) 消毒，并用自来水冲洗。通过水平切口并轻轻挤压果实，手动将果皮与果肉分离。新鲜嘉宝果果皮占果实总质量的 23.15% (Silva, 2023)。混合嘉宝果果皮 (JP) 是
颜色和水活性aw
已知干燥方法能有效降低水活性aw，从而抑制微生物生长。然而，温度升高会影响酚类化合物的稳定性，进而影响其颜色 (de Lima Marsiglia 等人，2023)。虽然烘箱干燥比冷冻干燥简单，但后者能更高效地保存食品特性 (Harguindeguy 和 Fissore, 2020)。表 3 和图 2 显示了新鲜 JP 在冷冻干燥过程中从深紫色 (Abe 等人，2012) 变为红色色调的变化
结论
本研究通过整合 LCA 与生物活性化合物保留和抗氧化功能性的评估，比较了三种用于 JP 废料增值的干燥方法。冷冻干燥被证明是保存 JP 生物活性化合物和抗氧化活性的实验室规模下最有效和环保的方法。即使通过基于 FRAP 的敏感性分析考虑抗氧化功能性后，这一推论保持不变，突显了
CRediT 作者贡献声明
Evandro Leite de Souza: 写作 - 审查与编辑，监督，资源，概念化。Thiago Araújo de Medeiros Brito: 调查，形式分析。Esteban Gerbino: 写作 - 审查与编辑，监督。Andrea Gómez-Zavaglia: 写作 - 审查与编辑，监督，资金获取，概念化。Kataryne árabe Rimá de Oliveira: 写作 - 审查与编辑，调查。Natalia Andrea Di Clemente: 写作 - 初稿，调查，形式分析
未引用参考文献
Badea 和 Vlad, 2025; Borges 等人，2017; da Silveira 等人，2010; de Araujo Santiago 等人，2018; 国际标准化组织，2006; Lima 等人，2025; Mon??o Filho 等人，2024; Nascimento 和 Marostica Junior, 2025; Ribeiro 和 da Silva, 2010; Ta?tan 和 Baysal, 2015; Znidarich, 2009.
利益冲突
作者声明，他们没有已知的可能影响本手稿中报告工作的竞争财务利益或个人关系。
利益冲突声明
? 作者声明，他们没有已知的可能影响本论文中报告工作的竞争财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了 伊比利亚美洲科学与发展计划 (CYTED) (项目 323RT0142)、阿根廷科学与技术促进局 (ANPCyT; PICT/2020/0482) 以及阿根廷 国家科学和技术研究委员会 (CONICET; PIP 2022-2024, 项目编号 11220210100021CO) 的支持。A.G.-Z. 和 E.G. 是 CONICET 研究职业成员，N.D.C. 是 CONICET 博士后研究员。作者感谢 Maria Lúcia 教授
Natalia A. Di Clemente|Kataryne árabe Rimá de Oliveira|Thiago Araújo de Medeiros Brito|Evandro Leite de Souza|Andrea Gomez-Zavaglia|Esteban Gerbino
食品科学与技术研发中心 (CIDCA, CCT-CONICET 拉普拉塔)
