《Foods》：Effect of Freeze Concentration on the Process Parameters, Physicochemical Properties, Total Bioactive Compounds and Antioxidant Capacity of Almond Milk
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本研究的目的是评估离心块冷冻浓缩（centrifugal block freeze concentration, CBFC）在新鲜杏仁奶中的应用，以获得化学组成增强、总生物活性化合物（total bioactive compounds, TBC）和抗氧化活性提
本研究的目的是评估离心块冷冻浓缩（centrifugal block freeze concentration, CBFC）在新鲜杏仁奶中的应用，以获得化学组成增强、总生物活性化合物（total bioactive compounds, TBC）和抗氧化活性提高、工艺参数优化的浓缩液体样品，同时保留其理化特性。随着循环的进行，化学组成（蛋白质和脂质含量）、TBC（总多酚、黄酮和蛋白质（白蛋白）含量）和抗氧化活性（2,2-二苯基-1-苦肼基（2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl, DPPH）、铁还原抗氧化能力（ferric reducing antioxidant power, FRAP）和氧自由基吸收能力（oxygen radical absorbance capacity, ORAC））显著增加，分别达到5.2%和3.3%、3.16 mg没食子酸当量/100 mL、0.2 mg儿茶素当量/100 mL、33.5 mg白蛋白/100 mL，以及55.9、71.4和65.1 μM Trolox当量/100 mL。分离效率和溶质得率分别达到接近87%和72%。在溶质方面，观察到显著的三倍增加，同时保持了与新鲜样品非常相似的诱人颜色。因此，CBFC是一种高效的液体食品低温浓缩方法，其对TBC的降解低于蒸发技术。因此，浓缩样品由于TBC和抗氧化能力的提高而具有作为功能性食品和营养保健品成分的应用潜力，而其保留的理化稳定性和化学组成也表明其在化妆品配方中的可行性。
本研究发表于《Foods》杂志。近年来，随着消费者对食品与健康关系的认识不断提高，富含生物活性成分和抗氧化能力的水果及副产品消费需求显著增长。杏仁因含有蛋白质、矿物质、维生素、不饱和脂肪酸和低糖等特性，其年消费量持续上升（2024年达160万吨）。杏仁具有抗肥胖、抗糖尿病、抗炎、抗衰老和抗心血管疾病等健康功效，并因感官吸引力在食品工业特别是烘焙和糖果领域广泛应用。然而，杏仁季节性供应有限，采后贮藏会导致营养价值和生物活性成分降低。为延长杏仁的利用周期，工业界开发了多种杏仁产品，其中杏仁奶作为牛奶的植物基替代品，因其低能量含量和低饱和脂肪受到青睐。但杏仁奶属于易腐产品，保质期短，运输和储存过程中易产生经济损失。因此，需要创新技术来改善其稳定性。冷冻浓缩（freeze concentration, FC）是一种非热浓缩技术，通过在低温下冷冻部分水分并分离冰晶与浓缩液，可提高溶质浓度并保留热敏性生物活性成分。块状冷冻浓缩（block freeze concentration, BFC）是其中一种简单易行的方式，已在多种水果汁和提取物中取得良好效果，但尚无研究将其应用于杏仁奶。为此，本研究旨在评估离心块状冷冻浓缩（centrifugal block freeze concentration, CBFC）对杏仁奶的化学组成、理化性质、总生物活性化合物（total bioactive compounds, TBC）和抗氧化能力的影响，并与传统蒸发浓缩进行比较，同时分析工艺参数以评估放大可行性。
研究人员从智利Parral地区采集“Nonpareil”品种的杏仁，在实验室制备新鲜杏仁奶；另购商业杏仁奶（commercial almond milk, CAM）作为参考。CBFC处理采用45 mL杏仁奶，在-20°C下完全冷冻12 h，随后在15°C、4000 rpm条件下离心20 min实现相分离，获得浓缩液（concentrated fraction, CCf）和冰馏分（ice fraction, ICf），并连续进行三个循环。蒸发处理采用旋转蒸发仪（50°C，80 mbar）制备具有相同可溶性固形物含量（°Brix）的浓缩样品（Ev1、Ev2、Ev3）。测定了水分、蛋白质和脂质含量，pH、可滴定酸度、颜色参数（L*、a*、b*和总色差ΔE*），TBC（总多酚、总黄酮、蛋白质）以及抗氧化活性（DPPH、FRAP、ORAC）。感官评价由21名受过训练的成员（10男11女，平均年龄30岁）对复原样品进行5分制评分。工艺参数包括浓缩指数（concentration index, CI）、分离效率（separation efficiency, Effs）和溶质得率（solute yield, Sy）。
3.1 冷冻曲线：通过记录样品几何中心的温度变化，发现新鲜杏仁奶的冰点降低值约为-2.0°C，而CCf1、CCf2和CCf3分别约为-6.0、-10.0和-14.0°C。冷冻速率随循环由7.8 μm/s逐渐降至6.3 μm/s，均低于临界值8.0 μm/s，表明适当的慢速冷冻有利于形成较大冰晶，促进后续相分离。
3.2 化学组成：对新鲜杏仁奶和第三循环浓缩样品分析表明，CBFC处理后的样品水分含量降低，蛋白质和脂质含量高于蒸发样品。研究人员认为，低温条件减少了蛋白质变性和脂质氧化，使CBFC比蒸发技术更有利于保留大分子营养物质。
3.3 理化性质：两种浓缩技术均使可溶性固形物含量增加，CBFC和蒸发处理在相同循环间无显著差异，说明实现了相同浓度水平以便比较。随着循环进行，pH从5.7降至5.2，可滴定酸度从0.4增至1.0 g柠檬酸/100 g，这与有机酸浓度升高有关。颜色参数方面，CBFC处理样品的L*和a*降低，b*增加，总色差ΔE*从17.2增至27.7；蒸发处理的ΔE*从20.0增至33.0，颜色变化更大，表明CBFC能更好地保持原有色泽。
3.4 TBC含量和抗氧化活性：采用Folin-Ciocalteu法、三氯化铝比色法、Bradford法、DPPH自由基清除法、FRAP法、ORAC法分别测定总多酚含量（total phenolic content, TPC）、总黄酮含量（total flavonoid content, TFC）、蛋白质含量（protein content, PRC）和抗氧化活性。结果显示，CBFC处理后CCf3的TPC、TFC、PRC、DPPH、FRAP和ORAC分别为新鲜样品的1.8倍、7.5倍、3.6倍、10.7倍、11.1倍和9.7倍，均高于蒸发处理。这表明低温浓缩显著减少热敏性生物活性化合物的降解，提高了浓缩样品的功能价值。
3.5 感官评价：将CBFC和蒸发处理第三循环样品复原至商业杏仁奶的°Brix值，由21名小组成员进行评分。结果发现，CBFC复原样品在气味、香气、风味和总体可接受性方面与新鲜杏仁奶和商业杏仁奶无显著差异，均高于4分；而蒸发样品得分低于2分，感官品质明显下降。这表明CBFC能够保留杏仁奶的感官特性。
3.6 工艺参数：计算各循环的CI、Effs和Sy。CI从1.9增至2.9，说明溶质在冰馏分中的截留减少；Effs从82.5%降至74.7%，可能与浓缩液粘度增加有关；Sy从38.9%增至72.1%，表明大部分溶质可被回收。这些参数显示CBFC具有较好的分离性能，且可通过优化分离条件进一步提升。
讨论部分指出，CBFC与蒸发相比，由于处理温度低，能更好地保留总多酚、黄酮和蛋白质等热敏性化合物，避免高温引起的氧化和变性。同时，适中的冷冻速率有益于形成较大的冰晶，提高分离效率。工艺参数的变化趋势提示，随着循环增加，粘度上升会降低分离效率，但溶质得率仍较高。此外，CBFC浓缩样品的颜色变化比蒸发样品小，感官评价也优于蒸发样品，说明非热浓缩技术适合用于杏仁奶等植物基饮料。
本研究结论可概括为：CBFC是一种有效应用于杏仁奶的非热浓缩技术，经过三个循环，所得浓缩液具有更高的溶质含量、总生物活性化合物浓度和抗氧化能力，同时保持了良好的理化稳定性和感官特性。与热蒸发相比，CBFC处理导致更低的生物活性物质降解，显示出在功能性食品、营养保健品和化妆品配方中的应用潜力。未来研究需关注工艺放大、经济可行性和进一步优化分离参数。
