综述：虎坚果（Cyperus esculentus L.）：代谢调控、功能性生物活性及可持续食品应用的系统综述

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Tiger Nut (Cyperus esculentus L.): A Systematic Review of Metabolic Regulation, Functional Bioactivities, and Sustainable Food Applications

　　虎坚果（Cyperus esculentus L.）因其独特的营养成分和高生物全利用潜力，成为可持续食品系统的明星作物。本文系统综述了其分子调控网络（如DGAT2-2基因调控oleic酸积累）、绿色提取技术（微波辅助提取、超临界CO2萃取）及零浪费利用框架（饼粕转化为高值产品）。重点解析了淀粉纳米改性（增强凝胶特性）、蛋白质功能化（提升溶解性及乳化性）等关键技术，并探讨了其在功能性食品、医药及工业材料中的应用前景，强调分子育种、循环经济与健康声称验证的未来研究方向。

　　虎坚果（*Cyperus esculentus* L.）作为一种具有巨大潜力的可持续食品作物，正逐渐成为功能性食品领域的重要研究对象。其卓越的营养价值和广泛的植物资源利用可能性，使得虎坚果在农业、食品加工、医药等多个行业展现出独特的应用前景。本文旨在系统总结虎坚果的营养成分、生物活性物质及其在食品工业中的应用潜力，同时探讨其高油酸含量的分子调控机制、绿色提取技术的发展趋势，以及如何实现“零废弃”利用模式，从而为虎坚果的工业化利用提供科学指导和战略方向。

虎坚果具有广泛的地理适应性，能在温带和热带地区生长，全球分布广泛，包括非洲、欧洲、亚洲、北美和拉丁美洲等多个区域。其营养成分丰富，富含脂类（25%–35%）、淀粉（20%–30%）、蛋白质（10%–15%）和膳食纤维（8%–9%），其中高油酸含量是其显著特征之一。虎坚果油中的油酸占比高达70%，这种高比例的单不饱和脂肪酸赋予其卓越的抗氧化能力以及抗细菌、抗肿瘤等生物活性，使其成为植物油工业中的理想原料。同时，虎坚果的植物性成分，如酚类化合物、类胡萝卜素、有机酸、甾醇、萜类化合物等，也显示出其在健康食品和药物开发中的巨大潜力。

虎坚果的油酸积累机制是其作为功能性食品原料的重要基础。研究发现，其油酸含量的增加与特定的酶基因表达密切相关，特别是二酰甘油酰基转移酶（DGAT2-2）在植株发育过程中高度表达，并具有对油酸底物的高度选择性。这种基因调控机制不仅揭示了虎坚果油脂合成的分子路径，还为通过代谢工程技术提高油酸含量提供了理论依据。未来，通过基因编辑技术优化相关基因表达，有望进一步提升虎坚果的营养价值和工业应用价值。

在提取技术方面，传统方法如索氏提取法（SE）、机械提取法（ME）和冷热压榨法虽然应用广泛，但在效率、成本和对营养成分的保护方面存在局限。近年来，绿色提取技术如超临界二氧化碳提取（SC-CO?）、微波辅助提取（MAE）、微波-超声波协同水酶提取（MUAAEE）等技术逐渐兴起，这些方法不仅提高了提取效率，还有效减少了热降解和环境影响。特别是MUAAEE技术，因其无需使用有毒或易燃溶剂，展现出更高的可持续性，适用于工业化规模的虎坚果油提取。同时，碱性提取法和超声波辅助提取法在保持淀粉和蛋白质结构完整性方面具有显著优势，为功能性食品的开发提供了技术支持。

虎坚果的淀粉具有独特的物理化学性质，如高支链淀粉含量、优良的成膜性能和良好的增稠效果。这种淀粉在食品、医药和工业应用中展现出广阔前景。研究表明，通过纳米修饰和乙酰化处理，虎坚果淀粉的结构可以进一步优化，从而提升其在低血糖指数食品或功能性包装材料中的应用价值。然而，当前的提取技术仍面临一定的挑战，例如在大规模生产过程中，如何平衡结构与功能特性，以及如何提高生产效率和降低环境成本，都是亟需解决的问题。

虎坚果的蛋白质同样具有较高的营养价值，其含有丰富的必需氨基酸，并可通过碱提取和酸沉淀等方法获得。虽然传统方法在成本和操作简便性方面具有一定优势，但对蛋白质活性的保留效果有限。相比之下，超声波辅助提取和反向胶束提取等新型技术在提高蛋白质纯度和保持其结构完整性方面表现出色。然而，这些方法在工业化应用中仍需进一步优化，以实现更高效的提取流程和更低的能耗。

虎坚果的生物活性物质，如多酚类化合物、类胡萝卜素、有机酸、维生素E、甾醇和萜类化合物，为功能性食品和药物开发提供了丰富的资源。这些活性成分不仅具有抗氧化、抗炎、抗糖尿病等健康功效，还可能在预防心血管疾病、癌症和重金属中毒方面发挥重要作用。提取这些活性物质的方法多种多样，包括超临界CO?提取、蒸汽蒸馏、固相萃取等，但如何在提取过程中保持其生物活性，仍然是研究的热点。

虎坚果在功能性食品领域的应用日益广泛，从植物油、淀粉基食品到功能性饮料和健康食品，其多样的成分和特性为食品工业提供了丰富的创新空间。例如，虎坚果油可用于开发低胆固醇功能性油脂产品，而虎坚果淀粉则可作为低血糖指数食品的原料。虎坚果乳（即“horchata”）因其高蛋白含量和独特的风味，成为一种受欢迎的植物基饮料，尤其在西班牙市场表现突出。此外，虎坚果提取物还被用于抗炎、抗菌、抗氧化等健康食品的开发，展现出广泛的前景。

尽管虎坚果在多个领域展现出应用潜力，但其工业化发展仍面临一些挑战。例如，油提取过程中可能产生有害物质，如多环芳烃类化合物，需要严格控制提取温度和时间以减少潜在风险。此外，虎坚果在储存和加工过程中容易受到微生物污染，特别是某些霉菌可能产生黄曲霉毒素、赭曲霉毒素等有害物质，这对食品安全构成了威胁。因此，优化提取工艺、加强加工过程中的卫生控制，以及开发更安全的储存和运输方式，是推动虎坚果产业可持续发展的关键。

为了进一步拓展虎坚果的应用范围，研究还应关注其多组分协同作用机制。例如，虎坚果中的脂类、多酚和蛋白质之间可能存在复杂的相互作用，这种协同效应可能对健康功能的实现具有重要意义。未来的研究可以结合分子对接技术和荧光探针监测，深入解析这些组分之间的相互作用，并开发相应的健康干预方案。此外，如何通过多尺度结构调控和绿色加工技术，实现虎坚果资源的高效利用，也是当前研究的重点方向。

综上所述，虎坚果作为一种兼具营养价值和功能特性的植物资源，正在从传统作物向功能性食品和生物材料的重要原料转变。其高油酸含量、独特淀粉结构、优质蛋白来源以及丰富的生物活性物质，为食品工业提供了新的发展方向。然而，要实现其大规模商业化利用，还需在提取技术、成分调控、产品开发和安全性控制等方面进行系统性研究。通过跨学科合作，结合基因编辑、绿色加工和功能成分研究，虎坚果有望成为未来可持续食品体系中的关键组成部分，推动植物基食品和健康产品的创新与发展。