利用创新技术进行食品加工的挑战与机遇

《Molecules》：Challenges and Opportunities in Food Processing Using Innovative Techniques

　　

除了环境问题，消费者对高营养、促进健康及感官品质食品的需求日益增长，推动了创新和可持续食品加工技术的发展。非热加工技术，如脉冲电场（PEF）、超声（US）和冷等离子体（CP），通过改变植物组织增强传质，从而改善干燥和富集等过程，并实现混合方法。渗透脱水过程中的富集进一步增加了目标化合物含量，并在干燥前降低水分含量，而用发酵添加剂（如藜麦粒）富集面包，以及使用藜麦麦芽，可提高其营养价值和感官品质。另一个重要研究方向涉及功能食品的开发，例如基于干羽衣甘蓝的零食和高纤维棒，其中热烫结合多种干燥方法已被证明会影响生物活性化合物的保留、营养成分和感官品质。尽管这些方法在改善食品的营养、功能、理化及感官特性方面具有巨大潜力，但更广泛的应用需要进一步研究以优化加工条件、提高能源和资源效率，并确保可扩展性和可持续性。这些技术的持续发展和整合可能有助于生产兼具高营养价值、理想感官属性和减少环境影响的创新食品。本期特刊发表的文章集中在几个互补主题上，包括创新食品加工技术、功能食品设计、副产品的可持续增值、食品安全与保质期，以及食品结构、理化特性、营养价值和感官品质之间的关系。这些研究展示了如何将预处理、先进干燥技术和发酵等加工策略结合，以保留生物活性化合物、改善营养品质，并开发具有更大健康促进潜力的增值食品。

**论文解读：利用创新技术进行食品加工的挑战与机遇**

**研究背景、存在问题与研究意义**
在环境问题日益严峻的背景下，消费者对高营养、健康促进及优良感官品质食品的需求持续增长，促使食品加工领域开发创新、可持续的技术。传统热加工往往导致生物活性化合物（如多酚、维生素）的严重损失，并消耗大量能源。非热加工技术（如脉冲电场PEF、超声US、冷等离子体CP）虽能改善传质并提升加工效率，但其对食品基质的影响机制尚不完全明确，且工业放大面临挑战。此外，如何利用副产物（如油料饼粕）及新原料（如藜麦、玛舒亚块茎粉）开发功能食品，同时确保安全性、稳定性及感官接受度，是当前研究的关键问题。本论文发表在《Molecules》期刊，旨在系统总结创新加工技术在食品领域的应用进展，探讨其优化策略、可持续性潜力及未来方向，为开发高营养、低环境影响的新型食品提供理论依据。

**主要关键技术方法**
研究人员在一系列研究中采用了多种关键技术：1）脉冲电场（PEF）与超声（US）预处理，用于改善植物组织传质及提取效率；2）混合干燥技术，如微波-真空干燥（MVD）和对流-红外-超声联合干燥，用于生产高感官品质的零食产品；3）渗透脱水富集，利用富含多酚的果汁（如NFC果汁）作为浸渍液；4）乳酸发酵，用于油料副产物的增值；5）超声辅助提取，用于回收洋葱和葡萄加工副产物中的酚类化合物。样本来源包括胡萝卜、甜菜、羽衣甘蓝、浆果、油料饼粕、藜麦、玛舒亚块茎等，未涉及特定临床队列。

**研究结果**
**1. 创新食品加工技术**
- 超声预处理果泥：与传统对照相比，超声处理使加工效率提高6.6%，空化效应促进化合物释放并改变产品结构。尽管空化产生的自由基可能加速花青素和抗坏血酸的降解，但在本研究中未观察到显著的花青素损失，表明加工参数适宜。
- NFC果汁富集与渗透脱水：用苦莓和樱桃汁富集胡萝卜，使多酚含量提高6-10倍，同时改善感官特性。冷冻干燥富集胡萝卜的玻璃化转变温度（T_g）范围为61.4-69.6°C，表明高稳定性。微波-真空干燥（MVD）产品品质与冷冻干燥相当，但干燥时间显著缩短，且多孔微结构赋予高脆性，但硬度和断裂韧性更高。
- 混合干燥羽衣甘蓝：对流-红外-超声联合干燥能更好地保留叶绿素和类胡萝卜素，产品感官品质优于冷冻干燥，表明混合技术作为传统干燥替代方案的潜力。
- 甜菜渗透脱水：在蔗糖、菊粉、木糖醇和赤藓糖醇的镁盐溶液中进行渗透脱水，有效增加镁含量，但降低抗氧化活性；因此，使用天然高抗氧化潜力原料（如果汁、香草、香料）更有利于开发营养零食。
- 乳酸发酵油料饼粕：将油料副产物（饼粕）发酵后用于小麦面包，提高了面包的生物活性化合物和膳食纤维含量，支持循环经济；但用9%发酵饼粕替代面粉导致面包体积减小、硬度、胶黏性和粘弹性增加，需优化替代水平。

**2. 功能与可持续食品设计（强调安全与保质期）**
- 无麸质混合物：使用棕色苔麸（Eragrostis tef）和大豆粉的无麸质混合物，通过合理选择原料和粒径可改善流变特性，增强水结合能力和结构稳定性，大颗粒组分提高持水率，细颗粒促进水合和膨胀，证实了这些原料开发高蛋白无麸质产品的潜力。
- 藜麦酸面团：添加10%藜麦麦芽改善发酵，增加乳酸含量，拓宽挥发性化合物谱，提高营养品质；黑藜麦麦芽使蛋白质含量增至17.3%，纤维17.9%，并富集钾和锰，白藜麦则富含镁、钙、铜。
- 玛舒亚块茎粉：黑色形态型的玛舒亚粉蛋白质、脂肪、铁含量更高，热稳定性优于黄色形态型。
- 副产物回收：洋葱和葡萄加工副产物中酚类化合物的提取效率取决于原料、溶剂和方法，天然溶剂和超声辅助提取符合绿色化学原则。
- 食品安全与储存：肉制品中亚硝胺的形成受保鲜系统组成和模拟消化条件显著影响；迷你猕猴桃在可控气调下保持硬度，连续臭氧化支持抗氧化过程但造成轻微表皮损伤，需优化储存方法。

**3. 稳定性、理化特性、微观结构与感官品质的关系**
- 干燥胡萝卜：水活度和玻璃化转变温度是产品稳定性的关键指标。冷冻干燥降低水活度并提高玻璃态稳定性，但MVD能实现类似品质，形成细孔结构促进脆性和高感官接受度，可作为冷冻干燥的替代方案。
- 浆果果泥超声处理：影响微观结构、粘度和稳定性，同时促进生物活性化合物和感官特性的保留，增加表观粘度和果胶释放，花青素和抗坏血酸含量变化极小。
- 无麸质混合物：淀粉-蛋白质相互作用改善水结合和结构稳定性，粗颗粒提高持水率，细颗粒促进水合和膨胀，证实了这些原料开发高蛋白无麸质产品的潜力。

**总结与讨论**
本研究特刊的成果表明，未来食品设计需同时发展创新加工技术和合理利用植物原料、副产物及生物活性化合物，遵循可持续发展原则。研究证实了开发高营养、理想技术及感官品质产品的可行性，同时指出了进一步研究方向，包括工业验证、环境绩效评估及解决方案的实施。**研究结论**：创新食品加工技术的未来依赖于针对特定食品基质整合和优化现代单元操作，从而有效控制传质、生物活性化合物转化及产品质量。其工业实施需要中试规模验证、能效评估、副产物利用评价及全面的环境分析。