《Journal of Agriculture and Food Research》：Ultrasound-assisted extraction and freeze drying-based encapsulation of grape pomace anthocyanins: Effects of different wall materials
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可持续地提取和稳定化葡萄果渣中的花青素，可提供高价值生物活性物质，同时减少农工业废弃物。本研究优化了葡萄果渣花青素的超声辅助绿色提取和微囊化工艺，以促进其在食品中的商业化应用，并最大限度地减少花青素在食品加工过程中的热降解。在238 W超声功率、7 min提取
可持续地提取和稳定化葡萄果渣中的花青素，可提供高价值生物活性物质，同时减少农工业废弃物。本研究优化了葡萄果渣花青素的超声辅助绿色提取和微囊化工艺，以促进其在食品中的商业化应用，并最大限度地减少花青素在食品加工过程中的热降解。在238 W超声功率、7 min提取时间、75%乙醇的水-乙醇提取优化条件下，花青素得率为322.539±1.922 mg/100 g干果渣。葡萄提取物采用麦芽糊精（MD）、阿拉伯胶（GA）和浓缩乳清蛋白（WPC）单独及不同组合作为壁材，通过冷冻干燥进行微囊化。FT-IR分析确定所有类型微囊化物均形成物理形式的包埋。SEM观察显示微囊化物呈不规则薄片状颗粒，为冷冻干燥的典型形态。以三种壁材组合（WMG，WPC:MD+GA=6:4）制备的微囊化物表现出最高的花青素包埋效率（77.13±1.57%），其次为WPC与MD的组合（WM，WPC:MD=7:3，76.77±2.17%）。W和WM均表现出低水分活度和吸湿性、良好的流动性、抗氧化效力以及在热重分析中的热稳定性（分别至286 °C和204 °C）。然而，在储存研究中，以MD和GA组合（MG，MD:GA=7:3）制备的微囊化物使花青素半衰期获得最大提升，在60 °C下提高5.7倍，室温下提高5.8倍。因此，作为包埋葡萄果渣花青素的壁材，W或WM适用于涉及高温的应用场景，而MG适用于葡萄提取物的长期储存。
**论文解读：葡萄果渣花青素的超声辅助提取与冷冻干燥微囊化研究**
**一、研究背景与意义**
花青素（anthocyanins）属于类黄酮化合物，广泛赋予果蔬紫色、红色、橙色或蓝色色泽，并具有抗氧化、抗菌、抗炎、抗糖尿病、抗癌、心脏保护和神经保护等多种健康功效。花青素是葡萄及葡萄酒色泽的主要呈色化合物，主要分布于葡萄皮中，其中大部分为飞燕草素（delphinidin）、矢车菊素（cyanidin）、矮牵牛素（petunidin）、芍药素（peonidin）和锦葵素（malvidin）的衍生物。据国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）统计，2025年全球葡萄酒产量为232亿升，每生产6升葡萄酒约产生1 kg果渣，使得葡萄果渣成为全球产量极为丰富的农工业残留物。从葡萄果渣中回收高价值生物活性物质作为可持续的增值化技术已受到广泛关注。尽管超声辅助提取（UAE）已被广泛研究用于从葡萄果渣中回收花青素，但花青素含量随作物季节、品种、生长条件、成熟度、储存条件及酿酒工艺而显著变化。因此，建立全面且商业可行的葡萄果渣增值策略，需要针对特定品种优化提取条件。此外，花青素在食品中的应用主要受限于其对高温、加热时间、pH、氧气和光的敏感性。在此背景下，微囊化技术是保护花青素在食品加工及储运过程中免于降解的有效策略。其中，冷冻干燥微囊化可避免热敏性生物活性物质的热降解，但微囊化物的理化性质在很大程度上取决于壁材的选择。目前尚无研究系统优化UAE以实现葡萄果渣花青素的最大回收率，并评估MD、GA和WPC单独及组合使用通过冷冻干燥微囊化提取物的效率。因此，本研究旨在优化UAE条件以从葡萄果渣中回收最大量花青素，并确定最有效的壁材或壁材组合，以确保花青素的稳定性。该研究发表于《Journal of Agriculture and Food Research》。
**二、主要技术方法**
研究人员采用响应面法（RSM）结合中心复合旋转设计（CCRD）优化超声辅助提取参数，考察超声功率（32-488 W）、提取时间（2-18 min）和乙醇浓度（10-90%）对花青素得率的影响。提取物通过高效液相色谱（HPLC）和质谱鉴定花青素组成。微囊化采用冷冻干燥技术，以麦芽糊精（MD）、阿拉伯胶（GA）和浓缩乳清蛋白（WPC）为壁材。表征手段包括傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）。花青素含量采用pH示差法测定，抗氧化活性采用DPPH和ABTS法评估。加速稳定性研究在60 °C下进行21天，室温稳定性研究在20±2 °C下进行3个月。葡萄果渣来自西班牙萨莫拉地区的一家当地酒庄，品种为Tempranillo黑葡萄（Vitis vinifera L.）。
**三、主要研究结果**
**3.1 提取参数对花青素含量的影响**
通过HPLC-DAD分析，葡萄果渣的水-乙醇提取物中鉴定出飞燕草素、矢车菊素、矮牵牛素、芍药素和锦葵素的典型葡萄糖苷和香豆酰葡萄糖苷衍生物，其中锦葵素-3-O-葡萄糖苷（Mv3glc）为最丰富的花青素。提取物得率在24.20%-29.67%之间，花青素含量范围为44.461-303.208 mg/100 g干重。方差分析表明，超声功率对花青素得率的影响在线性和二次项上均显著（p < 0.05），乙醇浓度的影响最为显著，提取时间仅在二次项及其与乙醇浓度的交互作用中显著。响应面分析表明，花青素得率随超声功率和乙醇浓度的增加先升高后降低。
**3.2 最佳提取条件**
模型预测的稳定点条件为：超声功率238 W、提取时间7 min、乙醇浓度75%，预测花青素得率为324.63 mg/100 g果渣。在该条件下进行验证实验，实际测得得率为322.539±1.922 mg/100 g干重，与预测值无显著差异（p ? 0.05），确认该条件为最佳提取条件。
**3.3 微囊化表征**
**3.3.1 水分含量与水分活度**：微囊化物水分含量范围为≤5%，水分活度在0.06-0.31之间，低于微生物生长阈值0.61，具有微生物安全性。未包埋提取物（对照组）水分活度最高（0.36±0.02）。
**3.3.2 吸湿性**：对照组的吸湿性为52.7±2.2%，微囊化后降至15.9%-23.8%范围。W的吸湿性显著低于M和G，可能归因于超声处理增加了WPC的游离巯基含量。组合壁材较单一壁材表现出更低的吸湿性。
**3.3.3 流动特性**：所有微囊化物的卡尔指数（CI）为21.43%-30.77%，表明粉末流动性为"尚可"；豪斯纳比（HR）表明大部分微囊化物具有"中等"内聚性。其中WM7:3表现出最佳流动特性（CI=21.43±0.59%，HR=1.27±0.01）。
**3.3.4 包埋效率**：基于总花青素含量（TAC）的包埋效率中，WMG6:4最高（77.13±1.57%），其次为WM7:3（76.77±2.17%）。基于总酚含量（TPC）的包埋效率中，W最高（83.08±2.93%），其次为WM7:3（76.98±3.38%）。三种壁材的协同作用对花青素的包埋效率优于单一或双重壁材。
**3.3.5 抗氧化活性**：对照组表现出最高的抗氧化活性（IC50=0.09±0.01 mg干粉/mL，ABTS=1.29±0.1 mM Trolox Eq./g干粉），但这一差异归因于微囊化物中壁材占主要比例（芯材:壁材=1:5 w/w）的稀释效应。在微囊化物中，WM7:3和W表现出最高的抗氧化潜力。
**3.4 颗粒形态与粒径分布**
SEM分析显示所有微囊化物呈不规则、薄片状或破碎玻璃状形态，为冷冻干燥的典型特征。MG呈光滑表面并形成微孔；W因WPC的高成膜性和乳化性呈现光滑无孔表面；其他含WPC的微囊化物呈多孔海绵状、面包屑状形态。粒径分布广泛归因于冰晶尺寸差异和冻干后的人工均质化。
**3.5 FT-IR分析**
FT-IR分析未观察到吸收带的大规模位移或新吸收带的形成，表明提取物与壁材之间为物理形式的包埋而非化学键合，这对生物活性物质在储存和消化过程中的稳定性至关重要。提取物中花青素的特征吸收带（如1735 cm?1的C=O伸缩振动、1611 cm?1的芳环C=C伸缩振动）在微囊化物中以较低振幅出现，证实了包埋的成功。
**3.6 热性能分析**
TGA和DSC分析表明，所有壁材组合均延迟了提取物的热降解。未包埋提取物的热降解峰在182 °C附近，而W将热稳定性提高至286 °C（提升104 °C），WG提高至210 °C（提升28 °C），WM和WMG提高至204 °C（提升22 °C），MG提高至195 °C（提升13 °C），其中WPC的保护作用最为显著。
**3.7 储存稳定性**
在60 °C加速储存21天和室温储存90天的研究中，花青素的降解均符合一级反应动力学。对照组在60 °C和室温下的降解速率常数分别为0.0338和0.0087 day?1，半衰期分别为20.5天和79.7天。MG在所有微囊化物中表现出最高的半衰期：60 °C下半衰期为117.5天（对照组的5.7倍），室温下半衰期为462.1天（对照组的5.8倍）。W在两种温度下的半衰期最低。总酚方面，W在60 °C下21天的保留率为79%，其他微囊化物接近90%；室温储存90天后，除WMG外其他微囊化物的TPC保留率为90%-100%。
**四、讨论与结论**
研究表明，葡萄果渣中花青素的提取受超声功率和乙醇浓度的显著影响，最佳条件为238 W、7 min和75%乙醇。不同壁材组合对花青素的保护效果各异：WPC或WPC与MD的组合适用于涉及高温的应用场景，因其具有良好的热稳定性（分别至286 °C和204 °C）；而MD与GA的组合适用于长期储存，因其在加速和室温条件下均表现出最高的花青素半衰期提升。所有壁材均能有效保护葡萄提取物中的花青素和酚类化合物，推荐的壁材组成取决于具体应用需求。这些微囊化物正在进行功能性食品添加剂效果验证实验，未来还将研究模拟胃肠道条件下的花青素释放行为。
