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「摘要」

利用太陽能進(jìn)行食物干燥脫水是一個(gè)可持續(xù)的過程，在這個(gè)過程中可能會(huì)影響脫水后食品的質(zhì)量。這是因?yàn)槭澄镏泻械纳貙?duì)陽光敏感，如果食物暴露在紫外光輻射下就會(huì)對(duì)這些色素產(chǎn)生影響。

我們將生物基聚合物的涂層應(yīng)用在草莓切片的太陽能干燥中，以此評(píng)估它們作為紫外線過濾器在太陽光干燥食品中的潛在用途，這些涂層來自仙人掌膠、葫蘆巴、黃原膠、阿拉伯膠和瓜爾膠的水狀膠體溶液涂料在線coatingol.com。

作者：A. López?Ortiz1, I. Y. Pacheco Pineda, L. L. Méndez?Lagunas, A. Balbuena Ortega,Laura Guerrero Martínez, J. P. Pérez?Orozco, J. A. del Río1 & P. K. Nair

相關(guān)工作  PART 1

草莓是營(yíng)養(yǎng)素、礦物質(zhì)、維生素和生物活性化合物的重要來源，其營(yíng)養(yǎng)成分包括：蛋白質(zhì)0.67%、脂質(zhì)0.30%、碳水化合物7.68%、纖維2.0%、糖4.89%、鈣0.16%、鎂0.13%、磷0.24%、鉀1.53%、維生素C 0.058%、葉酸0.024%、膽堿5.7%、維生素A 0.001%、葉黃素+玉米黃質(zhì)0.026%、維生素K、葉醌0.02%等64。由于含有多種生物活性化合物，包括花青素和多酚，它們的食用促進(jìn)了人體健康，產(chǎn)生多種有益效果。

據(jù)報(bào)道，攝入花青素有助于降低血壓、提高視力、減少癌細(xì)胞增殖、抑制腫瘤形成、預(yù)防糖尿病、降低CVD風(fēng)險(xiǎn)、調(diào)節(jié)認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)功能以及促進(jìn)抗炎和抗菌活性65，但是在加工和儲(chǔ)存期間的低穩(wěn)定性使得它們?cè)谔柟饷撍陂g需要特別注意66。

同樣，許多報(bào)道假設(shè)和評(píng)估了多酚在急性和慢性疾病中的保護(hù)作用，包括肥胖癥、神經(jīng)退行性疾病、II型糖尿病和心血管疾病，并需要在農(nóng)產(chǎn)品加工過程中確保這些營(yíng)養(yǎng)素的穩(wěn)定性67。

在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)用于儲(chǔ)存和隨后食用的草莓切片的脫水過程確實(shí)涉及生物化合物含量的變化，我們將繼續(xù)深入研究本工作中確定的最佳涂層的性能。

結(jié)論  PART 2

我們研究了由水狀膠體溶液制備的可食用涂層的光學(xué)性質(zhì)之間的差異，并將其應(yīng)用于分別由太陽光脫水和烘箱脫水的草莓切片上。含有葫蘆巴溶液的涂層（F）顯示出高的紫外線吸收率和幾乎為零的透射率。這些特性使其具有優(yōu)異的功能性，可以用作具有太陽光過濾器性能的涂層。光學(xué)性能還受涂層厚度的影響。

總的來說，由于太陽光過濾器的作用，太陽光脫水實(shí)驗(yàn)樣品的花青素含量和總酚類化合物含量比在烘箱中脫水樣品更高。紫外光的部分透射能夠使得總花青素（TA）和總酚類化合物（TPC）含量的增加。

在含有TA和TPC的樣品的脫水過程中不能將紫外光完全過濾，這是因?yàn)镕涂層的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或抗氧化劑含量會(huì)有所降低。涂覆有M涂層的樣品在最佳條件下，切片在120分鐘脫水后，TA和TPC殘留含量較高。F和M涂層都有可能具有傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中已知的抗血糖活性，但這還需要進(jìn)一步研究和評(píng)估。

方法 PART 3

樣品制備

我們購(gòu)買商業(yè)草莓（Fragraria vesca）、仙人掌（在墨西哥被稱為nopal，在本報(bào)告中被稱為cladodes of Opuntia）和葫蘆巴種子（Trigonella foenum-graecum）。本研究是根據(jù)相關(guān)的機(jī)構(gòu)、國(guó)家以及國(guó)際指南和法律進(jìn)行的。根據(jù)NMX-FF-068-1988的標(biāo)準(zhǔn)，選擇仙人掌的尺寸（D類13.0–16.9 cm）、顏色（無棕色種類）、無缺陷（力學(xué)、生理、毒性野生生物）。選用無變色、無異物的葫蘆巴。在從分支上去除刺后，將其在水中清洗以去除雜質(zhì)。此外，我們還清洗和漂洗了葫蘆巴。用1%的次氯酸鈉溶液清洗并消毒草莓。用不銹鋼切片機(jī)將這些切片切成切片，厚度為2mm。通過在生物基聚合物的水膠體中浸漬3秒來涂覆切片。我們測(cè)試了五種生物聚合物：諾帕膠、黃原膠、阿拉伯膠、瓜爾膠和胡蘆巴膠。我們保留了一組未經(jīng)處理的草莓對(duì)照樣品，以供比較。每種情況下均有三組樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

涂層溶液的制備

過去關(guān)于可食用涂層的研究報(bào)告了每種組分的用量，通常以摩爾比68，或體積比（%v/v）68，69，或重量比（%w/v）68–73表示。基于這些工作，我們根據(jù)v/v和w/v制備了本論文中的可食用涂層溶液。

如López-Ortiz74所述，通過在80℃下浸泡，獲得了Opuntia和 fenugreek比例為1：1的粘液。使用分析天平（Scout Pro，Ohaus，108USA）制備黃原膠、阿拉伯膠和瓜爾膠的0.001g/ml水溶液。將黃原膠和阿拉伯膠在80℃下緩慢加入蒸餾水中，瓜爾膠在90℃下加入蒸餾水中。在旋渦式攪拌機(jī)中充分混合這些溶液20分鐘。

可食用涂層的制備最常用的方法是：浸涂69、73和用絲狀鬃毛刷涂72。在本研究中，我們使用浸涂的方法。了解厚度變化對(duì)可食用涂層的光學(xué)和熱性能的影響及其對(duì)總的花青素和總酚類化合物的影響將有助于優(yōu)化涂層的性能。然而，這意味著每種涂層材料需要有更多的樣品，因此有多個(gè)樣品組。在本研究中，我們希望獲得涂層在光學(xué)和熱性能方面的行為趨勢(shì)。對(duì)于每種類型的水膠體涂層，都會(huì)有一個(gè)最佳厚度，以確保在食品保質(zhì)期內(nèi)不會(huì)損壞脫水食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。因此，我們希望未來的工作將針對(duì)每種涂層得出明確的結(jié)果——厚度與食品保質(zhì)期和顏色、總花青素、總酚類化合物等的性能之間的關(guān)系。

光學(xué)特性

我們使用分光光度計(jì)（UV-3600C，Shimadzu，Japan）測(cè)定康寧顯微鏡載玻片（25×76×1mm）上涂覆并脫水的可食用涂層的光學(xué)性質(zhì)。這使得薄膜具有更光滑的表面，從而在紫外-可見光-紅外光譜區(qū)域中測(cè)量的光學(xué)反射率更加可靠。我們?cè)u(píng)估了用4μL和8μL的涂層溶液在水平放置的載玻片上滴涂的兩種不同厚度的涂層。首先，將4μL涂層放入實(shí)驗(yàn)室烘箱中，設(shè)定溫度為60℃，8μL涂層樣品的制備過程是在干燥的4μL涂層上滴涂上另一層，并重復(fù)干燥。我們測(cè)量了所有4μL和8μL樣品的光學(xué)透射率、吸光度和反射率（圖S4）。

在過去的報(bào)告中，涂層厚度通常是通過游標(biāo)卡尺或數(shù)字千分尺70、75來測(cè)量的。在本研究中，我們使用Ambios XP 200厚度儀，測(cè)量了載玻片上所有可食用涂層的厚度。測(cè)試條件是施加5mg的力，以0.02mm/s的掃描速率掃描2mm長(zhǎng)度的樣品。

熱學(xué)行為

為了進(jìn)行熱成像實(shí)驗(yàn)，我們將草莓切片與涂層放置在厚度為125 μm的顯微鏡載玻片上。圖11顯示了實(shí)驗(yàn)設(shè)置的示意圖。用于實(shí)驗(yàn)的熱成像相機(jī)FLIR × 6540sc空間分辨率為640×512像素，使用銻化銦（InSb）探測(cè)器。我們把它放在離樣品42厘米的地方。相機(jī)檢測(cè)范圍為1.5-5.5μm中波紅外波段，因此可以檢測(cè)20 mK的溫差。對(duì)于這些實(shí)驗(yàn)，我們?cè)谙鄼C(jī)中使用了同一個(gè)鏡頭MWIR 50mm 1:2.0 USL。為了照亮樣品，我們使用了一個(gè)200W（Newport Hg-Xe）的白熾燈，照向樣品的正面，從而產(chǎn)生熱輻射。照明光源的輻射范圍為紫外輻射到近紅外輻射，僅用燈照射樣品還不足以加熱樣品，或者需要更長(zhǎng)的曝光時(shí)間。因此，我們發(fā)現(xiàn)有必要使用焦距為f = 20cm的透鏡將燈發(fā)出的光聚焦到樣品上。通過檢測(cè)樣品在70秒期間的溫度升高趨勢(shì)，在30 Hz下記錄熱成像圖像。我們?cè)诓皇褂谜婵障到y(tǒng)的環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)量，但需要將樣品放置在熱隔離室中，以避免氣流的影響。熱隔離室避免了外部輻射，避免撞擊熱成像相機(jī)，并扭曲記錄的圖案。通過避免氣流，它還能在測(cè)量過程中將整個(gè)系統(tǒng)保持在恒定溫度。

圖11  熱成像實(shí)驗(yàn)的示意圖

干燥實(shí)驗(yàn)

如圖12所示，我們使用柜式直接太陽能干燥器系統(tǒng)76進(jìn)行所有實(shí)驗(yàn)。當(dāng)?shù)貢r(shí)間10:30至下午4:30期間，干燥器內(nèi)的平均空氣溫度為50℃（圖S5），干燥器內(nèi)部記錄的最高溫度為60.1℃。用溫度計(jì)（37950，Cole Parmer，USA）測(cè)量干燥室內(nèi)的溫度。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用了被動(dòng)模式，即沒有強(qiáng)制對(duì)流。氣象站（ESOLMET、IER-UNAM、Temixco）通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（CR1000，Campbell Scientific，USA）記錄了我們現(xiàn)場(chǎng)的太陽輻照能量、相對(duì)濕度和環(huán)境溫度。我們將涂層切片放置在塑料網(wǎng)（27.2 ′ 34.4 cm）上，并將其放入干燥器（圖12）。每隔一段時(shí)間對(duì)帶有切片的塑料網(wǎng)進(jìn)行稱重，以研究脫水動(dòng)力學(xué)。脫水實(shí)驗(yàn)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)是在60℃的托盤式烘箱（DKN402C，日本大和）中進(jìn)行的。為了避免天氣變化造成的差異，所有樣品的太陽光脫水實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。

圖12  用于涂覆和未涂覆草莓片實(shí)驗(yàn)的柜式干燥器系統(tǒng)

干燥動(dòng)力學(xué)

通過972（AOAC，2012）方法，使用精度為0.01mg的分析天平（Scout Pro，Ohaus，USA），在干燥失重經(jīng)過一段時(shí)間（t）后測(cè)定產(chǎn)品的水分含量。最終記錄的重量為平衡含水量（Xe）。我們計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化含水量（MR）公式如下：

其中X是任一干燥時(shí)間樣品的含水量，X0是初始含水量。

化學(xué)性質(zhì)

在本節(jié)中，我們描述了用于提取有機(jī)化合物、測(cè)定花青素和酚類化合物的方法。

有機(jī)提取物。我們使用甲醇-水（比例為8:2）溶液提取總花青素（TA），并使用酸化的甲醇-水溶液（比例為0.1%）提取總酚類化合物（TPC）。超聲浴30分鐘輔助提取過程。總有機(jī)提取物（ TOE；圖S6c）使用棉包巴斯德移液器回收。在進(jìn)行TPC和TA分析之前，將其轉(zhuǎn)移并儲(chǔ)存在4℃的琥珀色瓶中（圖S6 ）。

總花青素（TA）的測(cè)定。矢車菊素-3-葡萄糖苷、天竺葵素- 3 -葡萄糖苷和天竺葵素- 3 -蕓香糖苷是草莓中發(fā)現(xiàn)的主要花青素77。用Lee等人78描述的方法測(cè)量材料中的TA含量。本研究中使用的氰基3-O-葡萄糖苷（C21H21O11+）的分子量為449.2g/mol。因此，我們使用改進(jìn)的pH差法測(cè)定單體花青素的總含量78。使用氯化鉀（0.025M，pH 1.0）和乙酸鈉（0.04M，pH 4.5）溶液作為緩沖體系。分別在波長(zhǎng)為510 nm （可見光最大光強(qiáng)- vismax）和700 nm的光輻射下，對(duì)樣品在兩種pH值（1和4 . 5）下進(jìn)行吸光度測(cè)量。花青素的吸光度差異（A）由公式（2）得出：

公式（3）給出了花青素濃度（CTA）的計(jì)算方法（mg/L）：

其中，MW是花青素的分子量為449.2 g/mol；e是其摩爾消光系數(shù)（26900 L/mol·cm）；DF是稀釋因子（在本研究中為1）。通過公式（4）能使用每克干物質(zhì)中矢車菊素- 3 -葡萄糖苷當(dāng)量表示TA的濃度（mgC3G/gdm）:

其中Vs是有機(jī)提取物的最終體積（ml），m是干物質(zhì)表示的質(zhì)量（g）。

總酚類化合物（TPC）的測(cè)定

采用Méndez - Lagunas53改良的Folin -Ciocalteu比色法測(cè)定TPC，以沒食子酸當(dāng)量（0-36 mgGAE/100 mL）為標(biāo)準(zhǔn)品。用分光光度計(jì)（Genesys 10s Uv-vis , Thermo Scientific ,中國(guó)）在750 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，得到CTPC（mgGAE/100 ml）；并通過公式5將其轉(zhuǎn)化為體積的等價(jià)單位：

其中TPC是總酚化合物濃度（mgGAE\/gdm）。

統(tǒng)計(jì)分析

考慮到處理（F , M , A , G , X ,Ref）對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)（光學(xué)特性、厚度、干燥動(dòng)力學(xué)）的影響，我們進(jìn)行了方差分析（ANOVA）79。此外，我們考慮了處理和干燥時(shí)間對(duì)TA和TPC的影響。我們測(cè)試了實(shí)驗(yàn)間觀察到差異的概率。當(dāng)計(jì)算的概率小于選定的顯著性水平時(shí)，我們能識(shí)別出不同處理樣品之間的變異。當(dāng)計(jì)算出的概率大于所選的顯著性水平時(shí)，則認(rèn)為不存在變異，因此我們可以假設(shè)不同處理間不存在顯著差異或處理效應(yīng)是靜態(tài)等價(jià)的。所有數(shù)據(jù)分析均取α = 0.05。NCSS 2020軟件Version 20.0.3是用于比較方差的工具。

來源：PCI可名