真空冷冻干燥与麦芽糊精及β-环糊精辅助喷雾干燥对仙人掌（Opuntia ficus-indica）后生元粉末的影响

《Foods》：Effects of Vacuum Freeze-Drying and Spray-Drying Coupled with Maltodextrin and β-Cyclodextrin on Cactus (Opuntia ficus-indica) Postbiotic Powders

　　

果蔬源后生元粉末是极具潜力的功能性配料，但针对此类产品不同干燥工艺及干燥助剂系统性评价仍较有限。研究人员以仙人掌（Opuntia ficus-indica）果汁为底物，利用副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）HNU502发酵后经灭活制备后生元液，再分别以麦芽糊精（maltodextrin）与β-环糊精（β-cyclodextrin）为干燥助剂，经真空冷冻干燥与喷雾干燥制成粉末。结果表明，干燥工艺与载体配方共同影响仙人掌后生元粉末的结构、感官及抗氧化特征。在测试条件下，真空冷冻干燥耦合β-环糊精表现出良好的结构与感官特性，而喷雾干燥耦合β-环糊精则呈现较优抗氧化性能；含β-环糊精配方整体表现良好，但效应受载体与工艺共同调控。其中真空冷冻干燥耦合β-环糊精结晶度最高（77.4%），经X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）与傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征具独特结构特征；喷雾干燥β-环糊精配方感官评分最高（74.75）且自由基清除活性较高；差示扫描量热法（DSC）显示各配方在180 °C以下无放热降解，均保持热稳定。上述发现表明β-环糊精辅助干燥策略可调控仙人掌后生元粉末结构与功能特征，干燥策略选择应兼顾产品质量需求与加工可行性。

研究背景方面，益生菌活菌受温度、pH、氧等胁迫限制工业应用，后生元作为发酵产生或灭活菌体及组分（如有机酸、胞外多糖、细菌素等）具备高热稳、耐酸碱、成分明确等优势，成为功能食品前沿热点。仙人掌果富酚类、黄酮、甜菜红素及黏液多糖，海南特色热带农业资源但深加工率低。直接对后生元发酵液干燥易得高黏壁附流体、回收率低，需引入食品级干燥助剂。麦芽糊精（MD）为无定形线性葡聚糖，β-环糊精（β-CD）为带疏水空腔环状寡糖，二者常被用于改善成粉性、降低吸湿与热损，但其与干燥工艺互作对果蔬后生元粉理化的系统影响尚不明。研究人员以副干酪乳杆菌HNU502发酵仙人掌汁（pH调至6.0、121 °C 15 min灭菌，37 °C静置，36 h达最大活菌1.8×10⁷ CFU/mL）后121 °C 15 min灭活制后生元液，分别以MD（冻干0.70、喷干0.10 g/g broth）和β-CD（冻干1.35、喷干0.10 g/g broth）为助剂，比较真空冷冻干燥（?40 °C预冻4 h、冷阱?50 °C、10 Pa、升华20 °C、终干35 °C、24 h）与喷雾干燥（进风180 °C、出风85 °C、15 mL/min、0.25 MPa）下粉末品质，发表于《Foods》。

主要关键技术方法上，样本为海南购仙人掌果泥过滤汁经HNU502发酵灭活的后生元液，分四组（冻干MD、冻干β-CD、喷干MD、喷干β-CD）。关键方法含：生长曲线平板计数定36 h终点；按预实验最低成粉量加载体搅均过筛；冻干/喷干两工艺；粉末得率、水分（105 °C恒重）、DPPH/ABTS自由基清除算抗氧化；SEM观形貌、FTIR（4000–400 cm^?1）析官能团、XRD（Cu Kα、5–80° 2θ）算相对结晶度、DSC（20–200 °C、10 °C/min）看热稳与玻璃化转变；20人训练小组百分解感官（气味/色泽/口感/稠度/滋味）；电子舌七传感器测滋味指纹。

研究结果各节如下。3.1 生长曲线：HNU502在仙人掌汁0–6 h迟滞、36 h峰值1.8×10⁷ CFU/mL、48 h略降，pH同步降，证底物适宜。3.2 粉末回收率：冻干MD 87%、β-CD 86%；喷干MD 26%、β-CD 37%，喷干低收率归为实验室小试雾化收集损，收率受工艺-载体-固形物共同影响。3.3 水分含量：冻干两组3.49%与3.64%无差异（<4%）；喷干MD 4.07%、β-CD 3.01%，β-CD环状结构水结合低致残水少。3.4 抗氧化：ABTS喷干MD最高0.8987、喷干β-CD 0.7949，均显著高于冻干；DPPH喷干β-CD最高0.8257、喷干MD 0.7247，β-CD喷干综合最优，但需考虑载体稀释与基质效应。3.5 SEM微观：喷干得微球离散粒（MD更圆滑、β-CD不规则聚团）；冻干为升华孔碎块（β-CD多孔腔多），形态由工艺与载体共定。3.6 FTIR：四组均保~3350、~2930、~1740、~1640、~1030 cm^?1多糖蛋白羟基特征峰；冻干β-CD峰最锐，β-CD组羟基/糖苷区与MD不同，冻干低温促分子重排。3.7 XRD：冻干β-CD主峰2θ=12.52°、结晶度77.4%；冻干MD宽晕2θ=19.37°仅3.6%；喷干两组皆低晶（β-CD 4.1%、MD 2.7%），冻干慢脱水+高β-CD量促有序晶区。3.8 DSC：40–120 °C宽吸热归自由/结合水逸散与玻璃化；冻干β-CD吸热谷104.83 °C，喷干MD另现191.08 °C尖熔峰；各样180 °C下无放热降解，热稳良。3.9 感官：冻干β-CD总分70.00高于MD 64.65（口感18.90对13.55、稠度17.55对14.25）；喷干β-CD 74.75最高于MD 69.10（气味14.25对11.35、滋味15.90对14.30），β-CD整体风味与质地优。3.10 电子舌：冻干β-CD较MD在酸/甜/鲜响应更强；喷干β-CD七味均衡，MD抑咸与后味，β-CD保本味平衡。

讨论部分指出，冻干低温利多孔结构与晶序、喷干瞬时高温易损活性但β-CD疏水腔或护非极性物；MD仅物理稀释无特异结合，β-CD环状结构促晶化与可能包合（本文未做NMR/ITC直接证）。二因素ANOVA显工艺×载体互作显著，载体比依工艺预实验定最小成粉量故非纯独立因子。冻干β-CD结构感官优但能耗批式成本高，喷干连续廉价但品质维度异，策略取舍看质量-规模-经济。抗氧化为总清除率非单体定量，差异归工艺-载体-基质总和。

结论部分翻译：本研究以仙人掌汁经HNU502发酵灭活制后生元液，耦合冻干/喷干与MD/β-CD制粉，证干燥技术与载体共调理化、抗氧化、感官及结构。测试配方下冻干β-CD结构感官优，喷干β-CD抗氧化优；冻干β-CD高结晶度（77.4%）与特异矩阵归工艺-载体-浓度共效。冻干虽质优但能耗批式限放大，喷干连续经济但须按目标权衡。β-CD在考察条件下具潜作后生元粉干燥助剂。