1.研究背景
近年來，柑橘類水果以其美味的風味和高營養(yǎng)價值在世界范圍內(nèi)越來越受歡迎。甜橙通常新鮮出售的，它們也被廣泛用于食品工業(yè)，用于制作柑橘類食品，產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品，特別是果皮，僅果皮就占水果總重量的約50-55%。桔皮作為農(nóng)業(yè)廢棄物普遍被丟棄，沒有認識到其潛在的營養(yǎng)價值和生物活性成分，造成了嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。
在許多亞洲國家，柑橘果皮(CFPs)傳統(tǒng)上被用作保健食品和藥用已有數(shù)千年的歷史。在藥理學(xué)上，CFPs被認為是多種生物活性化合物最豐富的來源，在某些情況下甚至是唯一的來源，包括抗壞血酸、類胡蘿卜素、酚酸、類黃酮、辛弗林、檸檬素等，這些化合物在體外和體內(nèi)都具有極好的促進健康的作用。因此，利用“廢物”變成“黃金”的概念和CFPs的多種生物活性特性推動了許多食品、化妝品、制藥和保健食品中的廢物增值成分的研究。然而，CFPs含有較高的水分，并且由于真菌/昆蟲污染和霉菌的生長而極易腐爛，這是其有效利用的主要障礙。
揚州大學(xué)楊振泉教授團隊在《Food Chemistry 》期刊（IF=8.8）上發(fā)表了題目為“Comparison of different drying technologies for brocade orange (Citrus sinensis) peels: Changes in color, phytochemical profile, volatile, and biological availability and activity of bioactive compounds”的文章（DOI: 10.1016/j.foodchem.2023.136539），文章主要探討了不同干燥方法(冷凍干燥、熱泵干燥、微波干燥、遠紅外干燥)對橙汁生產(chǎn)中廣泛使用的錦橙果皮的物理特性、植物化學(xué)特征、生物可及性和抗氧化活性的影響。
文章中評價樣品之間的香氣特征相似性的儀器就是我們上海保圣的電子鼻，那么具體操作方法是什么呢？
2.實驗方法
2.1樣品制備
在商業(yè)成熟時，隨機手工采摘沒有身體損傷或感染的錦橙。水果被立即運送到實驗室，大小和顏色均勻，用自來水清洗，然后在25°C風干。之后，在不破壞分段膜的情況下，使用手動去皮機剝離錦橘皮(BOPs)，切成小塊，充分混合，隨機分組，隨后進行干燥操作。
根據(jù)《中華人民共和國藥典》和中國標準DB4407/ t70(2021)規(guī)定，CRP的生產(chǎn)必須在相對低溫(≤45℃)下進行，最終產(chǎn)品的水分含量<0.13 kg/kg干重(DW)。
(a)在-80℃下預(yù)凍4小時，然后在低于-60℃的冷凍干燥機中進行凍干，真空度<10 mbar，約48小時；(b) BOPs在熱泵干燥機中干燥，溫度為(43±2)℃，相對濕度為90%，空氣流量為1200 m3/h，干燥16 h。每次實驗前，烘干機運行20min，達到所需溫度；(c)將BOPs放入商用微波爐中，在350 W下每隔1分鐘烘干35分鐘；(d)使用紅外干燥機在(43±2)℃下干燥20 h。同樣，干燥系統(tǒng)空轉(zhuǎn)20 min，以達到干燥處理前的溫度。
2.2電子鼻分析
通過電子鼻(cNose，上海保圣)來估計樣品之間的香氣特征相似性，電子鼻與為不同類型的香氣物質(zhì)編程的十個氣體傳感器相耦合。
將1.0 g干粉裝在20 mL頂空瓶中，在50°C條件下培養(yǎng)30 min后進行測量。以干燥空氣為載氣，流速為400 mL/ min，清洗時間為120 s，測試時間為90 s。每次樣品測量前，電子鼻空運轉(zhuǎn)一次，對電子鼻傳感器進行凈化。最后，利用E- nose軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行線性判別分析(LDA)。
3.實驗結(jié)果
3.1電子鼻結(jié)果分析
圖為干錦橘皮揮發(fā)物香氣譜相似度
冷凍干燥(FD)、熱泵干燥(HPD)、微波干燥(MD)和遠紅外干燥(FID)
電子鼻系統(tǒng)可以實時、客觀地檢測和分析不同樣品的味道和香氣的細微變化，模仿人類的嗅覺。針對目前BOPs香氣成分定性和半定量分析的不足，進一步利用電子鼻分析從另一個角度表征其整體特性的揮發(fā)性變化。在傳感器3和8中觀察到對樣品芳香化合物的更強響應(yīng)，這意味著BOPs可能含有豐富的氨芳香成分、無機硫化物、醇類和醛類。如上所述，所有樣品中同時存在的揮發(fā)性物質(zhì)最多的是具有柑橘味、芳香味和水果味的檸檬烯，具有芳香味、樹脂味、肥皂味和辛辣味的β-月桂烯，以及具有醛味、脂肪味、花香味、綠色味、肥皂味、柑橘味和蠟味的癸醛，分別占總揮發(fā)性物質(zhì)的67.80 ~ 89.15%、2.31 ~ 5.58%和0.80 ~ 3.79%。雖然這些物質(zhì)被認為是關(guān)鍵的有影響力的代謝物，但傳感器3和8的反應(yīng)沒有顯著差異可能與低氣味閾值密不可分，僅為10、13和2 ppb，遠遠超過了氣體傳感器的檢測極限。另一方面，在傳感器1、4、5、6和7中觀察到的顯著差異可能在很大程度上取決于揮發(fā)物的分布和濃度。確切地說，芳樟醇在6 ppb時具有較低的氣味閾值，具有大料、柑橘、花香和萜烯的味道，而壬醛在1 ppb時可以在醛、柑橘、脂肪、花香、綠草、微辛辣、肥皂、油脂和蠟的味道中被感知.
綜合我們的數(shù)據(jù)，最引人注目的結(jié)果是，冷凍干燥可以最大程度地保持物理顏色和植物化學(xué)特征，唯一的例外是香氣成分，但其干燥速度緩慢，能源成本較高。據(jù)估計，冷凍干燥的成本比對流干燥高4-8倍，這限制了冷凍干燥的工業(yè)規(guī)模適用性。因此，冷凍干燥僅限于速溶咖啡和食用和藥用物種等高價值產(chǎn)品。另一方面，熱泵干燥特別是微波干燥的BOPs，具有相對吸引人的顏色、高含量的色素、生物活性化合物和揮發(fā)物，以及生物利用度和活性。
1.研究背景近年來，柑橘類水果以其美味的風味和高營養(yǎng)價值在世界范圍內(nèi)越來越受歡迎。甜橙通常新鮮出售的，它們也被廣泛用于食品工業(yè)，用于制作柑橘類食品，產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品，特別是果皮，僅果皮就占水果總重量的約50-55%。桔皮作為農(nóng)業(yè)廢棄物普遍被丟棄，沒有認識到其潛在的營養(yǎng)價值和生物活性成分，造成了嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。在許多亞洲國家，柑橘果皮(CFPs)傳統(tǒng)上被用作保健食品和藥用已有數(shù)千年的歷史。在藥理學(xué)上，CFPs被認為是多種生物活性化合物最豐富的來源，在某些情況下甚至是唯一的來源，包括抗壞血酸、類胡蘿卜素、酚酸、類黃酮、辛弗林、檸檬素等，這些化合物在體外和體內(nèi)都具有極好的促進健康的作用。因此，利用“廢物”變成“黃金”的概念和CFPs的多種生物活性特性推動了許多食品、化妝品、制藥和保健食品中的廢物增值成分的研究。然而，CFPs含有較高的水分，并且由于真菌/昆蟲污染和霉菌的生長而極易腐爛，這是其有效利用的主要障礙。揚州大學(xué)楊振泉教授團隊在《Food Chemistry 》期刊（IF=8.8）上發(fā)表了題目為“Comparison of different drying technologies for brocade orange (Citrus sinensis) peels: Changes in color, phytochemical profile, volatile, and biological availability and activity of bioactive compounds”的文章（DOI: 10.1016/j.foodchem.2023.136539），文章主要探討了不同干燥方法(冷凍干燥、熱泵干燥、微波干燥、遠紅外干燥)對橙汁生產(chǎn)中廣泛使用的錦橙果皮的物理特性、植物化學(xué)特征、生物可及性和抗氧化活性的影響。文章中評價樣品之間的香氣特征相似性的儀器就是我們上海保圣的電子鼻，那么具體操作方法是什么呢？2.實驗方法2.1樣品制備在商業(yè)成熟時，隨機手工采摘沒有身體損傷或感染的錦橙。水果被立即運送到實驗室，大小和顏色均勻，用自來水清洗，然后在25°C風干。之后，在不破壞分段膜的情況下，使用手動去皮機剝離錦橘皮(BOPs)，切成小塊，充分混合，隨機分組，隨后進行干燥操作。根據(jù)《中華人民共和國藥典》和中國標準DB4407/ t70(2021)規(guī)定，CRP的生產(chǎn)必須在相對低溫(≤45℃)下進行，最終產(chǎn)品的水分含量<0.13 kg/kg干重(DW)。(a)在-80℃下預(yù)凍4小時，然后在低于-60℃的冷凍干燥機中進行凍干，真空度<10 mbar，約48小時；(b) BOPs在熱泵干燥機中干燥，溫度為(43±2)℃，相對濕度為90%，空氣流量為1200 m3/h，干燥16 h。每次實驗前，烘干機運行20min，達到所需溫度；(c)將BOPs放入商用微波爐中，在350 W下每隔1分鐘烘干35分鐘；(d)使用紅外干燥機在(43±2)℃下干燥20 h。同樣，干燥系統(tǒng)空轉(zhuǎn)20 min，以達到干燥處理前的溫度。2.2電子鼻分析通過電子鼻(cNose，上海保圣)來估計樣品之間的香氣特征相似性，電子鼻與為不同類型的香氣物質(zhì)編程的十個氣體傳感器相耦合。將1.0 g干粉裝在20 mL頂空瓶中，在50°C條件下培養(yǎng)30 min后進行測量。以干燥空氣為載氣，流速為400 mL/ min，清洗時間為120 s，測試時間為90 s。每次樣品測量前，電子鼻空運轉(zhuǎn)一次，對電子鼻傳感器進行凈化。最后，利用E- nose軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行線性判別分析(LDA)。3.實驗結(jié)果3.1電子鼻結(jié)果分析
圖為干錦橘皮揮發(fā)物香氣譜相似度冷凍干燥(FD)、熱泵干燥(HPD)、微波干燥(MD)和遠紅外干燥(FID)電子鼻系統(tǒng)可以實時、客觀地檢測和分析不同樣品的味道和香氣的細微變化，模仿人類的嗅覺。針對目前BOPs香氣成分定性和半定量分析的不足，進一步利用電子鼻分析從另一個角度表征其整體特性的揮發(fā)性變化。在傳感器3和8中觀察到對樣品芳香化合物的更強響應(yīng)，這意味著BOPs可能含有豐富的氨芳香成分、無機硫化物、醇類和醛類。如上所述，所有樣品中同時存在的揮發(fā)性物質(zhì)最多的是具有柑橘味、芳香味和水果味的檸檬烯，具有芳香味、樹脂味、肥皂味和辛辣味的β-月桂烯，以及具有醛味、脂肪味、花香味、綠色味、肥皂味、柑橘味和蠟味的癸醛，分別占總揮發(fā)性物質(zhì)的67.80 ~ 89.15%、2.31 ~ 5.58%和0.80 ~ 3.79%。雖然這些物質(zhì)被認為是關(guān)鍵的有影響力的代謝物，但傳感器3和8的反應(yīng)沒有顯著差異可能與低氣味閾值密不可分，僅為10、13和2 ppb，遠遠超過了氣體傳感器的檢測極限。另一方面，在傳感器1、4、5、6和7中觀察到的顯著差異可能在很大程度上取決于揮發(fā)物的分布和濃度。確切地說，芳樟醇在6 ppb時具有較低的氣味閾值，具有大料、柑橘、花香和萜烯的味道，而壬醛在1 ppb時可以在醛、柑橘、脂肪、花香、綠草、微辛辣、肥皂、油脂和蠟的味道中被感知.綜合我們的數(shù)據(jù)，最引人注目的結(jié)果是，冷凍干燥可以最大程度地保持物理顏色和植物化學(xué)特征，唯一的例外是香氣成分，但其干燥速度緩慢，能源成本較高。據(jù)估計，冷凍干燥的成本比對流干燥高4-8倍，這限制了冷凍干燥的工業(yè)規(guī)模適用性。因此，冷凍干燥僅限于速溶咖啡和食用和藥用物種等高價值產(chǎn)品。另一方面，熱泵干燥特別是微波干燥的BOPs，具有相對吸引人的顏色、高含量的色素、生物活性化合物和揮發(fā)物，以及生物利用度和活性。
