咖啡果肉（Coffea arabica）中提取的缩合单宁作为天然防腐剂的评估：在模型食品中的研究

《Sustainable Food Technology》：Evaluation of condensed tannins from coffee pulp (Coffea arabica) as a natural preservative: study in a model food

　　咖啡渣中浓缩单宁的提取及作为天然防腐剂在模型食品中的应用研究表明，通过超声波辅助提取和Sephadex LH-20柱纯化得到的单宁对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等食源性致病菌具有显著抑制作用，尤其对10 g/L浓度的单宁效果最佳。将纯化单宁添加至墨西哥传统食品bocoles（玉米面饼夹豆类或奶酪）中，发现其保质期与合成防腐剂（苯甲酸钠和山梨酸钾）相当，且在高温（29℃）下仍能有效抑制微生物生长，验证了单宁作为天然防腐剂的可行性。

　　本研究旨在评估从咖啡果皮（*Coffea arabica*）中提取和纯化的缩合单宁作为天然食品防腐剂的抗菌能力，从而为食品工业提供一种更安全、更环保的替代方案。咖啡果皮是咖啡工业的主要副产品之一，长期以来因其难以降解和含有抗营养成分而未被充分利用。然而，其丰富的缩合单宁成分却展现出显著的生物活性，包括抗氧化、抗致癌和抗菌等特性，为食品防腐开辟了新的可能性。

在实验中，研究人员采用超声辅助提取（UAE）和开放柱层析法（Sephadex LH-20）从咖啡果皮中提取并纯化缩合单宁。这些步骤确保了提取物的高纯度，从而能够更准确地评估其抗菌效果。通过体外抗菌实验，研究人员测试了不同浓度的缩合单宁（1、5和10 g/L）对几种引起食物传播疾病的病原菌的影响，包括*Escherichia coli*（大肠杆菌）、*Salmonella typhimurium*（沙门氏菌）、*Staphylococcus aureus*（金黄色葡萄球菌）和*Listeria monocytogenes*（李斯特菌）。结果显示，缩合单宁在10 g/L浓度下对*Salmonella typhi*（伤寒沙门氏菌）、*Staphylococcus aureus*和*Listeria monocytogenes*表现出显著的抑制作用，而对*Escherichia coli*则未显示出抑制效果。这一发现表明，尽管缩合单宁具有广泛的抗菌潜力，但其对不同细菌的效力存在差异，可能与细菌的结构、代谢途径及单宁成分的浓度有关。

为了进一步验证缩合单宁在实际食品中的防腐效果，研究人员设计了一种基于玉米的模型食品——“bocoles”，这是一种墨西哥北部中央地区常见的传统食品。该模型食品由玉米面团、猪油、盐以及额外的成分（如黑豆或奶酪）组成。缩合单宁在面团揉制过程中被加入，以确保其在最终产品中的均匀分布。食品在预煮后被真空密封包装，以模拟实际的食品加工和储存条件。随后，研究人员将该模型食品与对照组（无防腐剂）和使用商业合成防腐剂（如钾苯甲酸和钠苯甲酸）的组别进行了比较。结果表明，缩合单宁在延长食品保质期方面表现出与合成防腐剂相当的效果，这为天然防腐剂在食品工业中的应用提供了有力支持。

本研究不仅关注食品保质期的延长，还强调了其对可持续发展的贡献。随着消费者对天然成分和无添加食品的需求不断上升，传统合成防腐剂因其潜在的健康风险和环境影响而受到越来越多的关注。相比之下，天然防腐剂如缩合单宁不仅能够提供有效的抗菌保护，还能减少食品工业中的废弃物产生，推动循环经济的发展。此外，缩合单宁的提取和应用有助于降低农业废弃物对环境的污染，同时减少温室气体的排放，从而支持联合国可持续发展目标（SDG）中的多个关键领域，如SDG 12（负责任的消费和生产）、SDG 3（良好健康与福祉）以及SDG 13（气候行动）。

在研究方法上，研究人员采用了多种技术手段，包括物理分析、化学定量和微生物学测试。首先，他们通过HCl-乙醇法对缩合单宁进行了定量分析，该方法基于单宁与铁离子反应产生的颜色变化，并通过分光光度计在特定波长下测量吸光度。其次，他们通过稳定性图表（Badui, 2006）评估了食品在不同包装材料下的储存性能。这些图表结合了水活度（*a_W*）、湿度百分比（% H）和pH值等关键参数，帮助研究人员确定最适合食品储存的包装材料。结果显示，使用非铝化真空密封聚丙烯包装能够有效维持食品的品质，同时简化包装过程，提高效率。

此外，研究还采用了Arrhenius方程来预测食品的保质期。该模型通过分析不同温度下的反应速率和活化能（*E_a*），能够帮助食品企业更准确地评估食品在储存过程中的变化趋势。研究发现，不同类型的bocol在储存过程中表现出不同的稳定性特征，其中含有奶酪和黑豆的bocol由于其较高的水分和蛋白质含量，更容易受到微生物和化学变化的影响。因此，这些食品在添加防腐剂后显示出更长的保质期，而传统的玉米面团bocol则因结构相对简单，未表现出显著的保质期延长效果。

从实验结果来看，缩合单宁在某些食品体系中表现出了与合成防腐剂相当的防腐效果。这不仅意味着天然防腐剂在食品工业中的可行性，也表明其在满足消费者对健康和环保需求方面的潜力。同时，研究也指出，尽管缩合单宁对部分细菌具有显著的抑制作用，但对某些特定类型的细菌（如*Escherichia coli*）效果有限。这一发现提示，在实际应用中，可能需要结合其他天然成分或优化提取条件，以提高其对不同病原菌的广谱抗菌能力。

在讨论部分，研究人员还分析了食品中微生物生长的机制，指出缩合单宁的抗菌作用可能与其破坏微生物细胞壁、螯合细菌生长所需的金属离子以及抑制细胞外酶的活性有关。这些作用机制使得缩合单宁能够在一定程度上抑制微生物的繁殖，从而延长食品的保质期。然而，由于食品的复杂性，某些情况下仍需结合其他防腐手段，以确保食品的安全性和稳定性。

总体而言，本研究为食品工业提供了一种基于天然来源的防腐解决方案，即从咖啡果皮中提取的缩合单宁。这种天然成分不仅能够有效延长食品的保质期，还符合现代消费者对健康和环保的双重需求。同时，研究还强调了食品废弃物再利用的重要性，表明通过合理利用农业副产品，可以实现资源的高效利用和环境的可持续发展。未来的研究应进一步探索缩合单宁的毒理安全性、感官影响以及在实际食品生产中的应用可行性，以推动其在食品工业中的广泛应用。