将菠萝果皮废弃物转化为价值：一种即溶粉状饮料的配方与分析

《Food Science & Nutrition》：Turning Pineapple Crown Waste Into Value: Formulation and Analysis of an Instant Powder Beverage

　　菠萝冠加工产生大量废料（占28%），本研究通过干燥、研磨、浸取等步骤，利用麦芽糊精为壁材，采用冷冻干燥（FD）和喷雾干燥（SD）两种方法制备微胶囊化菠萝冠浸出物粉末，并评估其理化特性、形态、包埋效率和抗氧化活性。结果显示，两种干燥方法均获得高包埋效率（约98%），FD微胶囊粒径较大（166μm），而SD微胶囊粒径较小（11.79μm）且表面更光滑。SD微胶囊具有更高的总还原力（TRC）和抗氧化活性（ORAC），酚酸含量更高，其中p-香豆酸最丰富。该技术可将菠萝冠废料转化为高附加值功能性饮料粉末，兼具稳定性与生物活性优势。

　　本研究聚焦于利用菠萝冠这一通常被丢弃的副产品，开发一种微胶囊化的生物活性饮料粉末。随着全球菠萝产量的不断增长，其加工过程中产生的大量废弃物成为了一个亟需解决的问题。菠萝冠作为其中的重要组成部分，占比约28.3%，不仅富含营养成分，还含有多种具有生物活性的植物化学物质。因此，将菠萝冠转化为高附加值的生物活性产品，不仅有助于资源的高效利用，还能为食品工业提供新的原料来源。本研究通过提取菠萝冠的可溶性成分，将其与麦芽糊精结合，采用冷冻干燥（FD）和喷雾干燥（SD）两种技术制备微胶囊化粉末，并对其理化性质、形态结构、包埋效率、总还原能力（TRC）、抗氧化能力（AC）以及酚类化合物含量进行了系统分析。最终目标是评估这两种干燥方法在保留生物活性成分方面的效果，并探索其在饮料工业中的应用潜力。

菠萝作为一种广泛种植的热带水果，不仅在食品领域占有重要地位，还因其丰富的营养成分和独特的风味受到全球消费者的喜爱。然而，在常规的加工过程中，菠萝冠、果芯、果皮等部分通常被视为废弃物，其高含水量和高水分活度导致了存储和运输过程中的挑战。这些部分中，菠萝冠因其富含抗氧化成分而具有较高的开发价值。通过干燥处理，菠萝冠的水分含量可以显著降低，水分活度也大幅下降，这不仅有助于提高产品的稳定性，还减少了微生物生长的可能性，从而延长了产品的保质期。此外，干燥处理后的菠萝冠粉末具有更高的可溶性和更好的水合能力，这对于其在饮料中的应用至关重要。

本研究中，菠萝冠的干燥处理过程分为两个阶段：首先在通风烘箱中以65°C干燥12小时，随后在90°C下干燥1小时，以确保水分的充分去除。干燥后的菠萝冠被研磨成粉末，随后与水在90°C下加热10分钟，以提取其中的生物活性成分。提取物随后与麦芽糊精混合，通过冷冻干燥和喷雾干燥两种方式制备成微胶囊化粉末。冷冻干燥是一种低温真空干燥技术，通过将溶液冷冻后去除水分，从而保留更多的生物活性物质。而喷雾干燥则是在高温下快速干燥，虽然可能对某些热敏感成分造成一定影响，但其干燥效率高，适用于大规模生产。

两种干燥方法制得的微胶囊在理化性质上表现出相似性。它们的水分含量均控制在3.5%左右，水分活度均低于0.40，表明其具有良好的防潮性能。pH值接近4.3，这有助于维持产品的稳定性。溶剂可溶性方面，两种微胶囊均表现出极高的溶解性，达到99.98%，表明其在水中的分散性能良好。值得注意的是，喷雾干燥的微胶囊在湿润时间上表现更优，仅需191秒即可完全湿润，而冷冻干燥的微胶囊湿润时间仅为1秒，说明其表面更为疏松，更容易与水接触。这种差异可能与两种干燥方法对微胶囊表面结构的影响有关。

在水分吸附等温线分析中，两种微胶囊均表现出J型曲线，表明其具有较强的吸湿能力。然而，喷雾干燥样品的水分吸附能力略高于冷冻干燥样品，这可能与其表面结构和颗粒大小有关。颗粒大小的分析结果显示，喷雾干燥的微胶囊平均粒径约为11.79微米，而冷冻干燥的微胶囊平均粒径则高达166.29微米，相差约15倍。这种显著的粒径差异可能影响了其在水中的分散性和表面活性。颗粒尺寸的分布也显示，喷雾干燥样品具有更均匀的粒径分布，而冷冻干燥样品的粒径分布较宽，这可能与冷冻干燥过程中颗粒的破碎和重组有关。

通过扫描电子显微镜（SEM）和荧光显微镜对微胶囊的形态结构进行了分析。SEM图像显示，喷雾干燥的微胶囊呈现出较为规则的球形结构，表面光滑且无裂纹，而冷冻干燥的微胶囊则表现出不规则、碎片化和片状的特征。这些形态差异可能与其干燥过程中的物理变化有关。喷雾干燥的快速干燥过程可能减少了颗粒表面的损伤，从而形成了更加均匀的结构，而冷冻干燥则因低温度环境和水分的缓慢蒸发，导致颗粒形成较大的结构。此外，喷雾干燥样品在湿润过程中形成了“结块”现象，这可能是由于其高比表面积和较高的水合能力所致。

在化学组成方面，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，发现两种微胶囊样品在化学结构上具有相似性，均含有羟基、羧酸基团、醇类和芳香环等特征官能团。这些官能团的存在表明微胶囊中保留了菠萝冠中丰富的酚类化合物。通过高效液相色谱（HPLC-DAD）进一步确认了微胶囊中主要的酚类酸，包括对香豆酸、反式阿魏酸和咖啡酸。其中，对香豆酸在喷雾干燥样品中含量最高，这可能与其较高的包埋效率有关。此外，冷冻干燥样品中咖啡酸的含量较低，这可能是由于其在干燥过程中部分流失或分解。

在抗氧化能力方面，两种干燥方法均表现出较高的抗氧化活性。喷雾干燥样品的总还原能力（TRC）高于冷冻干燥样品，但两者在抗氧化能力（AC）上没有显著差异。这可能与喷雾干燥过程中短暂的高温暴露有关，虽然高温可能对某些热敏性成分产生影响，但其快速的干燥过程减少了这些成分的降解。同时，微胶囊的包埋效率达到98%，表明其对核心成分的保留能力极强。通过包埋效率的计算，发现微胶囊内部的总酚类化合物含量远高于表面，这进一步验证了微胶囊在保护生物活性成分方面的有效性。

从实际应用角度来看，微胶囊化不仅提高了菠萝冠粉末的稳定性，还增强了其在饮料中的可加工性。喷雾干燥样品由于其较小的粒径和较高的可溶性，更适合作为即饮型饮料粉末使用，而冷冻干燥样品虽然在形态上具有更大的颗粒，但其较高的水合能力也为其在某些应用中提供了优势。此外，本研究中使用的麦芽糊精作为壁材，因其良好的水溶性和低粘度，能够有效包裹生物活性成分，同时减少水分的吸收，从而提高产品的储存性能。

本研究还强调了微胶囊化技术在食品工业中的重要性。通过这种技术，可以有效延长产品的保质期，提高其在运输和储存过程中的稳定性，同时保留其生物活性成分。这对于减少食品工业中的废弃物具有重要意义。此外，微胶囊化技术还可以提高产品的附加值，使其成为一种具有健康益处的食品配料。在当前食品工业日益关注可持续性和资源再利用的背景下，将菠萝冠转化为高价值的生物活性产品，不仅有助于提高经济效益，还能减少环境负担。

本研究的成果为食品工业提供了一种新的思路，即通过微胶囊化技术，将通常被丢弃的植物副产品转化为高附加值的产品。这一技术的应用不仅能够提高资源利用率，还能促进食品工业的可持续发展。此外，研究中所采用的麦芽糊精作为壁材，因其良好的理化性质和成本效益，成为一种理想的包埋材料。同时，本研究还指出，微胶囊化过程中所采用的干燥技术对最终产品的性能有显著影响，因此选择合适的干燥方法对于获得高质量的微胶囊产品至关重要。

综上所述，本研究通过系统分析，展示了微胶囊化技术在菠萝冠生物活性饮料粉末开发中的应用潜力。无论采用喷雾干燥还是冷冻干燥，两种方法均能有效保留生物活性成分，提高产品的稳定性。喷雾干燥样品在可溶性和水合能力方面表现更优，而冷冻干燥样品则在形态和表面特性上具有独特优势。这些结果为食品工业提供了有价值的参考，特别是在开发高附加值的植物性食品配料方面。未来的研究可以进一步探索不同干燥条件对微胶囊性能的影响，以及如何优化干燥过程以提高生物活性成分的保留率。此外，还可以考虑将微胶囊应用于其他食品体系，以拓展其应用范围。