《Foods》：Phytochemical Profiling (Phenolics and Carotenoids) and Antioxidant Potential of Apple, Plum, Carrot, and Beetroot Juice Pomaces: Towards Sustainable Food Ingredients
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苹果（Malus domestica Borkh. cv. Jonathan）、甜菜（Beta vulgaris L.）、胡萝卜（Daucus carota L.）和李子（Prunus domestica L.）果渣是欧洲果汁加工业产生的主要副产
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苹果（Malus domestica Borkh. cv. Jonathan）、甜菜（Beta vulgaris L.）、胡萝卜（Daucus carota L.）和李子（Prunus domestica L.）果渣是欧洲果汁加工业产生的主要副产物，尤其在波兰、德国、西班牙和罗马尼亚等主产国。这些基质传统上被废弃或用作动物饲料及生物能源颗粒生产，但其具有作为高价值功能性食品配料的潜力。为支持循环生物经济目标，本研究评估了连续果汁压榨过程中产生的工业果渣经热风干燥和研磨转化为粉末后作为高价值功能性食品配料的潜力。研究人员对果渣粉末进行了近似组成、色泽、单体酚类与类胡萝卜素含量以及体外抗氧化能力表征。胡萝卜果渣呈现高类胡萝卜素含量（84.37 ± 0.08 μg/g dw）和灰分含量（7.78 ± 0.41% dw），可提供天然橙黄色泽并贡献矿物质含量。甜菜果渣记录了最高膳食纤维含量（17.20 ± 0.55% dw）以及甜菜色素的保留，是理想的天然红色素和乳化稳定剂。李子果渣展现出最强的综合抗氧化能力，主要归因于初步鉴定的3-咖啡酰奎宁酸（712.36 ± 0.31 μg/g dw）、黄酮醇和花青素（264.16 ± 0.5 μg/g dw）。苹果果渣提供了富含碳水化合物的基质（77.71 ± 0.65% dw），其中含有经阳性鉴定的绿原酸（463.16 ± 0.35 μg/g dw）和初步鉴定的二氢查尔酮类化合物。这些发现支持在循环生物经济框架内将这些果渣定向增值为功能性食品配料。
论文解读
一、研究背景与意义
全球果汁加工业每年产生大量副产物。根据联合国粮农组织（FAO）数据，2024年全球苹果产量约9788万吨，其中中国产量5129万吨，占全球总产量的52.39%；胡萝卜全球产量4515万吨，李子1269万吨。欧洲是果汁加工的重要产区，胡萝卜年产量833万吨，李子267万吨，甜菜93.4万吨。果汁提取过程会产生大量侧流副产物——包括果肉、种子和果皮——这些副产物可占苹果初始质量的25%–30%（全球约400–600万吨）、胡萝卜投入量的50%、甜菜投入生物质的35%–40%，以及李子果渣和果核的10%–60%。目前这些残渣主要通过土地填埋、动物饲料或生物炭等方式低值利用，造成局部废弃物管理难题。
这些基质富含酚类次级植物代谢物：苹果和李子含有花青素（分别为矢车菊素-3-葡萄糖苷36.1 mg/100 g鲜重和23.4 mg/100 g鲜重），胡萝卜富含类胡萝卜素（14.88 ± 0.30 mg/100 g干重），甜菜含有甜菜色素（3.39–5.19 mg/g）作为主要抗氧化色素。然而，现有的增值策略主要集中于复杂的提取步骤以分离特定生物活性物质，往往因丢弃富含膳食纤维的耗竭生物质而产生更多副产物，且需要专门设备和化学试剂。更重要的是，分离单一化合物会丧失原料的技术功能特性。与纯化提取物不同，全果渣粉末保留了食品基质中必要的技术功能特性：苹果果渣可作为天然纤维和天然甜味剂来源，甜菜果渣因红色甜菜色素可作为天然着色剂并因纤维特性改善产品乳化性，胡萝卜和李子果渣也是优异的着色剂并能增强食品抗氧化性能。
尽管学术界对农工业侧流副产物的兴趣日益增长，但鲜有研究在统一加工方案下对多种全果渣粉末进行比较评估。因此，有必要对欧洲果汁工业重要果渣（苹果、李子、胡萝卜和甜菜）在一致加工条件下进行系统比较，以确立其组成差异和应用潜力。针对新鲜果渣高水分含量（>70%）易导致微生物腐败的问题，本研究通过热风干燥标准化生物质加工以终止酶活性并保持植物化学完整性，随后研磨成均匀粉末以增大表面积并优化食品应用中的技术功能特性。
二、主要关键技术方法
研究人员从罗马尼亚克卢日-纳波卡当地一家以生产天然果汁为副业经营的农场收集苹果（Malus domestica Borkh. cv. Jonathan）、李子（Prunus domestica L.）、胡萝卜（Daucus carota L.）和甜菜（Beta vulgaris L.）果渣样品。新鲜副产物经商业食品脱水机45 °C干燥24小时至最终水分含量10.50%–12.22%，干燥后粉末质量回收率分别为苹果18.19%、甜菜12.86%、胡萝卜13.73%和李子19.02%。干燥样品经实验室专业研磨机粉碎并过筛（0.42–0.60 mm）获得细粉。研究采用的主要技术方法包括：CIELAB色度坐标测定（L*、a*、b*）；基于AACC标准方法的近似组成分析（水分、灰分、脂质、蛋白质、总纤维和总碳水化合物）；Folin–Ciocalteu比色法测定总酚含量（TPC）；氯化铝比色法测定总黄酮含量（TFC）；高效液相色谱-二极管阵列检测-电喷雾电离质谱联用技术（HPLC-DAD-ESI-MS）对单体酚类化合物进行定性和定量分析；HPLC-DAD对类胡萝卜素进行靶向分析；以及DPPH、ABTS和FRAP三种互补的体外抗氧化能力测定方法。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey HSD检验（p < 0.05），并进行了Pearson相关分析和主成分分析（PCA）。
三、研究结果
3.1 色泽特征与近似组成分析
干燥果渣的水分含量范围为苹果10.50 ± 0.03%至甜菜12.22 ± 0.05%，均低于与微生物稳定性相关的15%阈值。胡萝卜和甜菜果渣的蛋白质含量显著高于水果果渣（分别为9.12 ± 0.05% dw和7.75 ± 0.21% dw），甜菜果渣较高的蛋白质含量可能与其含氮甜菜色素有关。灰分含量在根茎类果渣中显著更高，胡萝卜果渣最高（7.78 ± 0.41% dw），表明根茎类果渣具有用于食品矿物质和蛋白质强化的潜力。水果果渣碳水化合物含量更高，苹果（77.71 ± 0.65% dw）和李子（75.11 ± 0.91% dw）最高，适合整合到烘焙、乳制品和糖果产品中。甜菜果渣总纤维含量最高（17.20 ± 0.55% dw），可作为强化面包、意大利面和零食的功能性配料，并因纤维的高持水能力在肉制品中具有改善水分保持和乳化稳定性及作为脂肪替代品的潜力。所有基质脂质含量均较低（0.12 ± 0.03%至1.28 ± 0.06% dw）。色泽方面，甜菜果渣（L* = 2.58 ± 0.04）和李子果渣（L* = 2.54 ± 0.08）低明度值反映高色素保留，甜菜果渣呈现鲜艳红色（a* = 88.85 ± 0.07），李子果渣呈现红紫色特征（a* = 60.38 ± 0.23），可作为合成红色素的潜在替代品。胡萝卜果渣色泽最明亮（L* = 49.02 ± 0.05），呈黄红色调（b* = 35.86 ± 0.13，a* = 12.08 ± 0.56），适合作为零食、意大利面和烘焙产品的天然橙黄色着色剂。
3.2 总酚和总黄酮含量
李子果渣总酚含量最高（183.23 ± 0.45 mg GAE/100 g dw），其次为苹果果渣（148.52 ± 0.88 mg GAE/100 g dw），胡萝卜和甜菜果渣较低（分别为98.78 ± 0.21和83.45 ± 0.13 mg GAE/100 g dw）。总黄酮含量呈现相同趋势：李子果渣最高（5.52 ± 0.22 QE/g dw），其次为苹果（4.50 ± 0.08 QE/g dw）、胡萝卜（3.61 ± 0.12 QE/g dw）和甜菜（2.12 ± 0.08 QE/g dw）。李子果渣和苹果果渣中较高的酚类和黄酮含量可能归因于水果组织中多酚的物种特异性积累，尤其是果汁提取后浓缩的富含果皮部分。所有果渣中热不稳定生物活性物质的保留直接归因于所采用的低温脱水（45 °C，24小时），该处理将水分降至12%以下，抑制了多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶的酶促降解，且未触发在>60 °C温度下观察到的花青素热环裂解。
3.3 类胡萝卜素和酚类物质谱
类胡萝卜素定量分析显示胡萝卜果渣是类胡萝卜素最丰富的基质，总类胡萝卜素含量为84.37 ± 0.08 μg/g dw，其中主要成分为β-胡萝卜素（61.593 ± 0.07 μg/g dw）和叶黄素（22.780 ± 0.05 μg/g dw）。李子果渣总类胡萝卜素含量为32.83 μg/g dw，苹果果渣含量较低，甜菜果渣总类胡萝卜素浓度最低，叶黄素完全缺失，β-胡萝卜素仅检测到微量（3.286 ± 0.23 μg/g dw）。
酚类物质谱共鉴定出28种单体化合物，其中4种通过标准品阳性鉴定，24种基于色谱和光谱数据初步鉴定。李子果渣中主要成分为羟基肉桂酸类，特别是3-咖啡酰奎宁酸（保留时间9.98 min）浓度达712.36 ± 0.31 μg/g dw，以及黄酮醇类如槲皮素-芸香糖苷（保留时间15.51 min）为309.78 ± 0.31 μg/g dw；花青素部分主要为矢车菊素-芸香糖苷/葡萄糖苷（保留时间11.16–11.98 min），合并值为161.70 ± 0.28 μg/g dw。胡萝卜和苹果果渣总酚负荷相近（分别为22.25 ± 0.36和22.78 ± 0.05 mg GAE/g dw），胡萝卜果渣主要含绿原酸（217.78 ± 0.34 μg/g dw）、3-阿魏酰奎宁酸（148.90 ± 0.37 μg/g dw）和2,3-二羟基苯甲酸（157.08 ± 0.32 μg/g dw）；苹果果渣以绿原酸（463.16 ± 0.35 μg/g dw）和槲皮素-阿拉伯糖苷（352.29 ± 0.18 μg/g dw）为主，并含高水平的二氢查尔酮类（根皮素-木糖基-葡萄糖苷84.81 ± 0.12 μg/g dw）。甜菜果渣酚类基线较低（13.05 ± 0.19 mg GAE/g dw），其单体酚谱几乎完全由简单羟基苯甲酸定义，主要成分为原儿茶酸（142.80 ± 0.32 μg/g dw）和3-羟基苯甲酸（69.79 ± 0.12 μg/g dw）。
3.4 抗氧化能力
李子果渣在三种测定方法中均表现出显著最高的抗氧化潜力：DPPH为110.89 ± 0.08 μM TE/g dw，ABTS为158.69 ± 0.13 μM TE/g dw，FRAP为166.47 ± 0.71 μM TE/g dw。胡萝卜果渣FRAP值为123.57 ± 0.47 μM TE/g dw，DPPH清除值为69.17 ± 0.70 μM TE/g dw，其DPPH值偏低可能归因于高类胡萝卜素含量在515 nm波长处对吸光度读数的光谱干扰，导致实际自由基清除活性被低估。苹果果渣ABTS自由基清除值为93.80 ± 0.66 μM TE/g dw，高于胡萝卜的70.49 ± 0.94 μM TE/g dw。甜菜果渣的抗氧化能力为：DPPH 69.96 ± 0.66 μM TE/g dw，ABTS 65.33 ± 0.07 μM TE/g dw，FRAP 91.52 ± 0.47 μM TE/g dw。
3.5 植物化学特征与抗氧化能力的相关性
Pearson相关分析显示，总酚含量（TPC）与DPPH（r = 0.92）和FRAP（r = 0.89）呈强正相关，与ABTS相关性较低（r = 0.67）；总黄酮含量（TFC）与ABTS相关性最强（r = 0.86），其次为FRAP（r = 0.70）和DPPH（r = 0.65）。不同测定方法间的相关性也存在差异，表明各抗氧化测定方法基于不同的反应机制和测定条件，应视为互补的体外抗氧化指标而非可互换的等效指标。
主成分分析（PCA）双标图的前两个主成分解释了总方差的75.68%（PC1 = 44.76%，PC2 = 30.92%）。PC1作为抗氧化活性和酚类负荷的基准轴，将活性最强的李子果渣（位于最左侧）与活性较弱的苹果、胡萝卜和甜菜果渣（位于右侧）分开。PC2作为植物学、色素和化学类别判别轴，将富含类胡萝卜素且明度高的胡萝卜果渣（上方象限）与富含特定黄酮亚类和黄色调的苹果果渣（下方象限）分开。李子果渣与抗氧化测定向量、羟基苯甲酸、花青素和甜菜色素以及红色参数（a*）完美对齐；苹果果渣由二氢查尔酮、黄酮醇和黄烷醇以及黄色参数（b*）驱动；甜菜果渣位于原点附近，与花青素、甜菜色素和a*向量相邻但缺乏将李子进一步推向左侧的酚酸负荷；胡萝卜果渣几乎完全由类胡萝卜素和明度（L*）向量驱动，与其他基质的亲水性酚类分组分离，反映类胡萝卜素的亲脂特性。
四、讨论与结论
在果汁压榨过程中，大量可溶性化合物转移至液相，而不溶性细胞壁结合组分保留在果渣中。可溶性低分子量化合物（如亲水性羟基肉桂酸和单体黄烷-3-醇）分配至果汁中，而疏水性黄酮醇、高分子量聚合原花青素（与果胶和纤维素等细胞壁多糖复合的缩合单宁）以及二氢查尔酮则富集于固相。甜菜果渣中甜菜色素浓度低于文献报道的果汁和干燥粉末值，归因于这些色素的水溶性本质——机械榨汁过程中大部分甜菜色素富集部分被分配至果汁中。胡萝卜果渣中亲脂性类胡萝卜素因水不溶性且物理包裹于完整细胞有色体的疏水蛋白质-脂质基质中，自然积累于剩余固形物中。从工业可扩展性角度看，果渣在集中式加工设施中产生，消除了农场到工厂的物流需求；直接将果渣转化为粉末避免了复杂提取过程且不产生二次残留，确保资源完全利用。45 °C对流空气干燥相比冷冻干燥是能源和成本效益的折中方案。
研究结论表明，所研究的果渣表现出独特的组成和植物化学特征，支持其作为食品配料的差异化潜力：甜菜果渣纤维含量最高且具有特征性甜菜色素着色，适合纤维强化和天然着色；富含类胡萝卜素的胡萝卜果渣蛋白质和灰分含量最高，可贡献营养强化配方；李子果渣单体酚类化合物含量最高且抗氧化能力最强，可作为富酚功能性配料；苹果果渣以绿原酸、黄烷-3-醇和特征性二氢查尔酮为特征，可提供互补的生物活性酚类来源。未来研究应在食品基质中验证这些应用，重点关注技术功能和感官特性、植物化学稳定性以及胃肠道生物可及性。
