仪器分析方法、图像分析与化学计量学在柑橘果皮比较评价中的应用 MDPI Foods。论文标题: Implementation of Instrumental Analytical Methods, Image Analysis and Chemometrics for the Comparative Evaluation of Citrus Fruit Peels
论文链接: https://www.mdpi.com/2304-8158/14/23/4115
期刊名: Foods
期刊主页链接: https://www.mdpi.com/journal/foods
研究背景
随着柑橘类水果消费与加工规模持续增长，大量柑橘副产物随之产生，其中果皮约占鲜果重量的40%–55%，全球每年产生超过千万吨相关废弃物。传统填埋或焚烧方式不仅带来环境污染，也造成天然活性成分浪费。事实上，柑橘果皮富含多酚、黄酮、维生素C、果胶、纤维素及精油等活性物质，在食品、保健品、天然添加剂及生物材料领域具有重要应用价值。
目前多数研究主要集中于柑橘果肉和果汁，对于果皮等副产物的系统性比较研究仍相对有限。发表于 Foods 期刊的研究《Implementation of Instrumental Analytical Methods, Image Analysis and Chemometrics for the Comparative Evaluation of Citrus Fruit Peels》，系统比较了6种柑橘果皮的结构、营养与功能特征，并通过多种先进分析技术揭示其潜在高值化利用方向。
研究主要内容
本研究以橙子、柠檬、黄葡萄柚、红葡萄柚、克莱门汀橘和金桔6种柑橘果皮为研究对象，综合采用图像分析、ATR-FTIR红外光谱、理化指标检测、分光光度法以及化学计量学等技术，对不同柑橘果皮进行系统比较研究。
研究主要围绕果皮结构特征、维生素C及多酚等活性成分、抗氧化能力以及化学组成展开，结合多源数据融合分析不同柑橘果皮之间的差异与关联，为柑橘副产物高值化利用提供理论依据。
研究过程和结果
（一）研究过程
图1.（a）金桔，（b）柠檬，（c）橙子，（d）红葡萄柚，（e）黄葡萄柚及（f）克莱门汀果皮的灰度图像，用于纹理特征计算；图中方框表示感兴趣区域（ROI）提取范围。
研究人员首先对6种柑橘果皮进行采样与冻干处理，并利用图像分析技术对果皮表面灰度纹理进行采集，通过提取均匀性、对比度、能量值、灰度非均匀性等15种纹理特征，对不同果皮结构进行非破坏性评价。同时，研究检测了果皮水分含量、可溶性固形物（°Brix）以及维生素C含量，并采用分光光度法测定总酚（TPC）、总黄酮（TFC）、FRAP抗氧化能力和ABTS自由基清除能力等功能活性指标。
此外，研究还利用ATR-FTIR红外光谱技术，对果皮中的多酚、果胶、纤维素及芳香化合物等化学结构进行分析，并进一步结合理化指标、分光光度法数据与ATR-FTIR光谱数据，建立多块化学计量学融合模型，对不同柑橘果皮进行综合分类与关联分析。
（二）研究结果
图2. 所研究柑橘果皮的代表性照片（照片由Konstantinos Aouant于2025年拍摄）。
（1）图像纹理分析结果表明，柠檬与黄葡萄柚果皮结构整体均匀性较高，而红葡萄柚与克莱门汀橘果皮则表现出更明显的结构非均匀性，橙子与金桔处于中等水平。研究认为，这种纹理差异可能与不同柑橘品种的气候条件、类胡萝卜素含量以及果皮耐冷性等因素有关。
（2）理化指标分析结果表明，金桔果皮含水量最高，而橙皮含水量最低；在维生素C含量方面，黄葡萄柚和红葡萄柚果皮明显高于其他柑橘品种，不同柑橘果皮在水分与维生素C组成方面存在明显差异。
（3）抗氧化活性分析结果表明，黄葡萄柚和红葡萄柚果皮具有最高的总酚含量，柠檬果皮则表现出最高的总黄酮含量，而金桔果皮整体抗氧化能力相对较低。同时，TPC、TFC、FRAP与ABTS之间呈现较强正相关性。
图3. 柑橘果皮ATR-FTIR光谱叠加图。
（4）ATR-FTIR红外光谱分析结果显示，所有柑橘果皮均存在与多酚、芳香化合物、果胶、纤维素及碳水化合物相关的典型吸收峰。其中，1600 cm-1与1517 cm-1附近吸收峰与酚类及黄酮类结构相关，而1016–1012 cm-1区域则与果胶和纤维素等多糖结构相关。
图4. 多块数据融合得分图及在样品判别中贡献最大的特征。
（5）化学计量学融合分析结果表明，单一分析方法对不同果皮类别的区分能力相对有限，而多源数据融合后，不同柑橘果皮能够实现更加清晰稳定的分类。其中，ATR-FTIR光谱在分类中发挥关键作用，分光光度法与理化指标则提供了补充信息。
研究总结
本研究通过图像纹理分析、ATR-FTIR红外光谱、分光光度法以及化学计量学融合分析，系统揭示了不同柑橘果皮在结构特征、营养组成及功能活性方面的差异。研究结果表明，不同柑橘果皮在纹理均匀性、水分与维生素C含量、总酚与总黄酮水平以及抗氧化能力等方面均存在明显区别，同时ATR-FTIR光谱进一步反映了果皮中多酚、果胶及碳水化合物等成分特征。研究显示柑橘果皮具有较高的天然抗氧化活性及资源化利用潜力，可为天然添加剂、功能食品、果胶提取及生物材料开发等方向提供研究基础，而多技术融合分析模式也为农业副产物高值化利用与绿色循环经济研究提供了新的分析思路与技术路径。
未来可进一步探讨采后处理、贮藏条件及环境因素对果皮品质的影响，并建议结合计算机模拟工具开展深入的植物化学与生物活性研究。
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Foods 期刊介绍
主编：Arun K. Bhunia, Purdue University, USA
Foods (ISSN 2304-8158) 期刊自2012年创刊以来，已发展成为食品科学领域的重要学术平台。Foods被多个知名学术数据库收录，包括Web ofScience的SCIE、PubMed以及Scopus等。目前期刊的影响因子为6.0，CiteScore为10.3，均位列食品科学与技术类别Q1区。
期刊涵盖了食品加工与技术、食品物理与生物化学、食品分析、食品微生物学、食品功能与营养等多个研究领域，致力于推动食品科学的创新与发展。
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来源： Foods