高压处理与热处理对浮萍营养价值和功能性特性的比较效应

《Food Chemistry Advances》：Comparative effects of high-pressure and thermal processing on the nutritional and functional properties of duckweed

　　水萍热与非热处理对营养及功能特性的影响研究。比较煮沸、蒸煮、晾晒与高压处理（HPP）对水萍蛋白质消化率、多酚、黄酮含量及抗氧化活性等的影响，发现HPP在300-450MPa处理下显著提升水/油结合能力（最高达12.37g/g）、总酚（14.04mg GAE/g DW）和黄酮（62.14mg QE/g DW），同时降低抗营养因子如植酸和草酸含量，改善矿物质生物利用率。SEM显示HPP保留细胞结构优于热处理，且HPP处理的蛋白质消化率最高达83.83%。研究证实HPP能有效保留并增强水萍的功能特性，为植物基食品开发提供新思路。

　　本文研究了不同处理方式对亚洲水生植物——无根水藻（*Wolffia globosa*）的营养和功能特性的影响，重点比较了热处理（如煮沸、蒸煮和托盘干燥）与非热处理（高压处理，HPP）之间的差异。研究发现，HPP在300 MPa的条件下显著提升了水藻的持水能力、持油能力、总酚类物质含量、总黄酮类物质含量以及抗氧化活性。此外，HPP还降低了植酸和草酸的含量，从而增强了矿物质的生物利用度。研究通过扫描电子显微镜（SEM）观察了水藻的微观结构变化，发现HPP在保持细胞结构完整性方面优于煮沸和干燥处理。HPP在处理过程中还能促进蛋白质的消化率，尤其在450 MPa的条件下，蛋白质消化率达到83.83%，这表明HPP在提升水藻作为植物性食品原料的营养价值和功能性方面具有明显优势。

随着全球人口预计在2050年达到98亿，对可持续蛋白质替代品的需求正在迅速增长。动物源性蛋白质虽然营养全面，但伴随着较高的环境成本和人畜共患病的风险。相比之下，植物性蛋白质提供了更加可持续和伦理的解决方案，且资源消耗较少，更容易获取。水藻作为一种高蛋白植物，其干重基础上含有约35-45%的蛋白质、5-8%的脂质和20-30%的碳水化合物，因此被视为一种有潜力的可持续蛋白来源。然而，水藻目前被认为是一种低价值的原料，而HPP技术成本较高，这限制了其在实际应用中的普及。尽管如此，HPP在提升水藻的营养和功能性方面展现出巨大的潜力，使其成为植物性食品中的一种高价值成分。

研究中采用的处理方式包括未处理样品、蒸煮（100°C，10分钟）、煮沸（100°C，10分钟）、托盘干燥（70°C，5小时）以及HPP（300、450和600 MPa，5和10分钟）。通过扫描电子显微镜观察，HPP处理的样品保持了较好的细胞结构，而煮沸和干燥处理则导致了细胞壁的破裂和结构的塌陷。HPP处理不仅保留了细胞的完整性，还通过促进细胞膜的破裂，使得酚类物质和黄酮类物质的释放更加充分，从而提升了其抗氧化活性。同时，HPP还能减少植酸和草酸的含量，这有助于提高矿物质如钙、镁和钠的生物利用度，从而改善水藻的营养价值。

在营养成分分析方面，研究通过多种方法测定了水藻的总酚类物质含量、总黄酮类物质含量、叶绿素含量以及抗氧化活性。结果显示，HPP处理的样品在总酚类物质含量和总黄酮类物质含量方面均优于其他处理方式。特别是，在600 MPa处理5分钟时，总酚类物质含量达到了14.04 mg GAE/g干重，总黄酮类物质含量为62.14 mg QE/g干重，抗氧化活性（ABTS）也达到了313.09 μM TE/g干重。相比之下，蒸煮和托盘干燥虽然在一定程度上保留了水藻的某些营养成分，但效果不如HPP。此外，HPP在提升蛋白质消化率方面也表现出色，尤其是在450 MPa的处理条件下，其蛋白质消化率最高，达到了83.83%。

在抗营养因子（ANFs）的分析中，研究发现HPP和煮沸处理都能有效降低水藻中的植酸和草酸含量。植酸是一种常见的抗营养因子，能够与铁、锌等矿物质结合，降低其生物利用度。而草酸则能与钙结合，形成不溶性盐，影响钙的吸收。HPP处理在降低植酸和草酸含量方面表现突出，其中600 MPa处理10分钟的效果最为显著。这可能是因为HPP处理通过破坏细胞膜，使酶更容易接触到植酸和草酸，从而促进它们的分解。同时，煮沸处理也能有效减少草酸含量，这与其高水溶性和在烹饪过程中被释放有关。

研究还分析了水藻的氨基酸组成，发现HPP处理在提升必需氨基酸（EAAs）含量方面效果显著。HPP处理的样品中，EAAs占总氨基酸的70.37%和73.31%，而新鲜样品的EAAs含量仅为11.99%。这表明HPP处理能够有效提升蛋白质的营养价值。相比之下，煮沸处理导致了氨基酸的显著流失，可能是因为高温引起的蛋白质变性、聚集和溶解在烹饪水中。托盘干燥处理则保持了相对较高的氨基酸含量，这可能是由于其温和的处理条件对蛋白质结构的影响较小。

在矿物质含量方面，研究发现HPP处理能够显著提升水藻中的钙含量，而蒸煮和煮沸处理则导致了钙、镁和钠的显著流失。钙在新鲜样品中含量最高，但经过蒸煮处理后，其含量显著增加，这可能是由于蒸煮过程中植酸和草酸的减少，使得钙更容易被释放。然而，煮沸和蒸煮处理仍然会导致矿物质的流失，而托盘干燥处理则通过水分的减少，使得矿物质的浓度提高。HPP处理在保留矿物质含量方面表现出色，尤其是在钙的生物利用度方面。

此外，研究还评估了水藻在体外消化过程中的蛋白质消化率、酚类物质释放和抗氧化活性。结果显示，HPP处理的样品在消化过程中表现出更高的蛋白质消化率，这可能是因为HPP处理改变了蛋白质的结构，使其更容易被酶分解。然而，体外消化过程中，酚类物质和抗氧化活性的含量有所下降，这可能是由于消化过程中pH值和酶的作用导致了这些活性成分的结构破坏或功能丧失。相比之下，煮沸处理的样品在消化后的酚类物质释放量有所增加，但抗氧化活性下降明显，而托盘干燥处理则保持了相对较高的抗氧化活性。

研究的结论指出，HPP处理在提升水藻的营养价值和功能性方面优于传统的热处理方法。HPP不仅能够保留水藻的细胞结构，还能显著提升其持水和持油能力，以及酚类物质和黄酮类物质的含量。同时，HPP还能有效降低植酸和草酸的含量，从而提高矿物质的生物利用度。这些结果表明，HPP是一种有潜力的非热处理技术，能够有效提升水藻作为植物性食品原料的品质。因此，水藻有望成为未来可持续食品系统中的重要成分，尤其是在植物性肉类、乳制品和健康食品的开发中具有广阔的应用前景。