加工處理方式對(duì)沖菜中硫代葡萄糖苷的影響

王會(huì)霞，李 晨，薛 峰，董方曉，李 瞾，潘思軼,*

(1.國(guó)家飲料及糧油制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，湖北 武漢 430061；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070；3. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

加工處理方式對(duì)沖菜中硫代葡萄糖苷的影響

王會(huì)霞1，李 晨2，薛 峰2，董方曉3，李 瞾2，潘思軼2,*

(1.國(guó)家飲料及糧油制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，湖北 武漢 430061；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070；3. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

采用高效液相色譜法，對(duì)沖菜中主要的硫代葡萄糖苷種類和含量進(jìn)行分析，并選擇微波、熱燙和蒸汽3種方法對(duì)沖菜進(jìn)行處理，研究沖菜中硫代葡萄糖苷在不同處理過(guò)程中的熱降解情況。結(jié)果表明：沖菜中含有兩類硫代葡萄糖苷：脂肪族和吲哚族硫苷，其中含量較高的3種硫代葡萄糖苷分別為Progoitrin、Glucobrassicin和4-Methoxyglucobrassicin；硫代葡萄糖苷在微波、熱燙和蒸汽3種處理過(guò)程中的熱降解均符合一級(jí)熱降解動(dòng)力學(xué)模型，其中Glucotropaeolin的熱穩(wěn)定性均最差；對(duì)沖菜中總硫代葡萄糖苷的降解作用從大到小的順序依次為：蒸汽、熱燙、微波，但是微波處理最能促使對(duì)十字花科蔬菜中風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的脂肪族硫苷的降解。

硫代葡萄糖苷；微波處理；熱燙處理；蒸汽處理；一級(jí)降解動(dòng)力學(xué)

硫代葡萄糖苷(glucosinolates，簡(jiǎn)稱硫苷)是僅在雙子葉植物中生成的一種次生代謝產(chǎn)物，尤其在十字花科蔬菜如卷心菜、花椰菜和甘藍(lán)等中含量最高。按照硫苷結(jié)構(gòu)的不同，可將硫苷分為脂肪族、芳香族、ω-甲基硫堿族和雜環(huán)族(也稱吲哚族)4類[1]。硫苷是十字花科蔬菜風(fēng)味和氣味形成的重要的前體物質(zhì)，其含量越高，蔬菜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值就越低。硫苷可以通過(guò)酶降解、熱降解和化學(xué)降解3種降解途徑生成具有鮮香沖辣風(fēng)味的物質(zhì)[2-3]。

諸多加工生產(chǎn)過(guò)程常用到的工藝都會(huì)引起十字花科蔬菜中的硫苷種類及其含量的變化。如打漿、蒸煮、冷凍、脫水、發(fā)酵等都會(huì)使硫苷發(fā)生不同程度的降解[3]。除此之外，熱燙、切碎、蒸煮、蒸汽和微波5種處理方式也是硫苷降解研究的熱點(diǎn)[4-6]。以上工藝主要是使硫苷發(fā)生熱降解而減少硫苷含量和種類，因此也決定了硫苷熱降解研究的重要性。硫苷降解的研究國(guó)外從80年代開(kāi)始就對(duì)其產(chǎn)生了極大的關(guān)注，而國(guó)內(nèi)的研究卻寥寥可數(shù)。

沖菜(Brassica junceavar.latipa)是長(zhǎng)江三角洲流域的一種傳統(tǒng)蔬菜，因其鮮香沖辣的特殊風(fēng)味而受到研究者們的廣泛關(guān)注[7]。本實(shí)驗(yàn)采用高效液相色譜法，研究各種加工工藝情況下沖菜中各種硫苷的熱降解動(dòng)力學(xué)特征，并探討熱燙、蒸汽和微波3種加工處理方式對(duì)沖菜中硫苷含量的影響，旨在為沖菜的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮沖菜由湖北省野風(fēng)食品有限公司提供，儲(chǔ)藏于－18℃冷庫(kù)中。

甲醇(分析純) 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲醇、乙腈均為色譜純 美國(guó)Tedia公司；硫酸酯酶(12.3U/mg)、烯丙基硫代葡萄糖苷(sinigrin)標(biāo)品 美國(guó)Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TDL-5-A低速離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋 國(guó)華電器有限公司；BUCHI CH-9230旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 瑞士Buchi公司；LC-20高效液相色譜儀(配有可變波長(zhǎng)紫外檢測(cè)器和LC Solution色譜工作站) 日本島津公司；DEAE Sephadex A-25 廣州偉伯化工有限公司；層析柱(1.0cm×40cm)、C18-H色譜柱(3.9mm×159mm，5μm) 美國(guó)Sepax Technologies公司。

1.3 方法

1.3.1 沖菜的加工處理

沖菜的微波處理：將100g新鮮沖菜放置于微波爐中進(jìn)行微波處理，利用恒定的微波頻率保持恒溫，將數(shù)顯溫度計(jì)探針置于微波爐內(nèi)，讀取爐內(nèi)溫度，待溫度穩(wěn)定后迅速將已稱質(zhì)量的沖菜放入微波爐內(nèi)進(jìn)行微波處理，其間微波爐內(nèi)溫度為80℃，處理時(shí)間分別為10、20、30s和 40s。

沖菜的熱燙處理：將100g新鮮沖菜浸沒(méi)于3000g沸水中進(jìn)行燙漂，利用電磁爐對(duì)加熱頻率進(jìn)行恒定，以恒定水溫。將數(shù)顯溫度計(jì)探針置于沸水內(nèi)，讀取水溫，待水溫穩(wěn)定后將將已稱質(zhì)量的沖菜放入進(jìn)行熱燙處理，其間水溫為98℃，處理時(shí)間分別為10、20、30s和40s。

沖菜的蒸汽處理：將100g新鮮沖菜懸掛于3000g水加熱時(shí)形成的蒸汽之中受熱，利用電磁爐對(duì)加熱頻率進(jìn)行恒定，以恒定水溫，將數(shù)顯溫度計(jì)探針固定于沸水形成的蒸汽之上，待蒸汽溫度恒定后迅速將已稱質(zhì)量的沖菜放入進(jìn)行蒸汽處理，其間蒸汽溫度為100℃，處理時(shí)間分別為10、20、30s和40s。以上3種工藝完成后立即將處理后樣品取出進(jìn)行硫苷的提取和純化。

1.3.2 硫苷的提取

稱取5g處理后的沖菜鮮樣，加入12mL甲醇并煮沸以使沖菜中的黑芥子酶失活，75℃水浴25min后，以4200r/min離心10min，沉淀用10mL 70%熱甲醇再提取兩次，再次離心，合并上清液可得硫苷粗提物。

1.3.3 硫苷的分離純化

1.3.3.1 硫苷DEAE Sephadex A-25預(yù)處理

稱取10g填料粉末加入蒸餾水，1h后傾去上層細(xì)粒。按每克干粉末加入15mL 0.5mol/L NaOH 溶液的比例，將填料浸泡于NaOH溶液中，攪勻后靜置30min，反復(fù)用蒸餾水洗滌至pH值為中性，再以0.5mol/L HCl溶液重復(fù)上述操作。之后再用0.5mol/L NaOH溶液處理一次。最后，將填料浸泡于0.1mol/L，pH7.4的磷酸緩沖液中過(guò)夜。

1.3.3.2 硫苷的純化

裝柱后，用67%的甲醇對(duì)層析柱進(jìn)行徹底清洗，上樣5mL后在層析柱中加入硫酸酯酶100μL，12h以后，用40mL 60%甲醇和40mL 純水分別對(duì)脫硫苷進(jìn)行洗脫，洗脫后的溶液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干，溶于10mL水中，溶液用0.45μm的微孔濾膜過(guò)濾，進(jìn)液相色譜儀分析。

1.3.4 硫苷HPLC分析

采用C18-H (4.6mm×250mm，5μm)色譜柱；柱溫：25℃；檢測(cè)波長(zhǎng)：229nm；流速：1mL/min；以水(A相)和乙腈(B相)為流動(dòng)相進(jìn)行梯度洗脫，洗脫程序?yàn)椋?min時(shí)，100% A；21min時(shí)，100% B；26min時(shí)，100% A，保持5min后結(jié)束，整個(gè)程序?yàn)?1min；進(jìn)樣50μL。烯丙基硫代葡萄糖苷標(biāo)品作為外標(biāo)，HPLC條件同上。

1.4 硫苷含量的計(jì)算

烯丙基硫代葡萄糖苷標(biāo)品的標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y= 2×10-6x+0.3273(R2=0.9997)。利用標(biāo)曲計(jì)算沖菜中各種硫苷的含量(μmol/100g)，以鮮質(zhì)量計(jì)。

硫苷的熱降解用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型描述，一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)可采用公式(1)計(jì)算得出：

Arrhenius公式可以用來(lái)表明硫苷降解速率常數(shù)對(duì)于溫度的依賴性?；罨蹺a可以采用以下公式計(jì)算得出[8]：

式中：c0為硫苷起始含量；c為在選擇溫度下加熱t(yī)段時(shí)間后的硫苷含量；k為一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)/(min-1)；k0為頻率常數(shù)/(min-1)；t為熱處理時(shí)間/(s)；Ea為活化能/(kJ/mol)；R為氣體常數(shù)(8.314J/(mol·K))；T為絕對(duì)溫度/K。

2 結(jié)果與分析

2.1 沖菜中硫苷的含量和種類

根據(jù)Oerlemans等[9]對(duì)紅球甘藍(lán)中的硫苷以及ISO 9167-1—1992[10]中對(duì)油菜籽中硫苷定性所采用的方法，采用保留時(shí)間法對(duì)本研究沖菜中硫苷進(jìn)行定性。檢測(cè)出9種硫苷，如表1所示。其中4-Hydroxyglucobrassicin、Glucobrassicin和4-Methoxyglucobrassicin為脂肪族硫苷，其余6種均為吲哚族硫苷。

圖1 高效液相色譜法檢測(cè)沖菜中硫苷的含量Fig.1 The contents of identified glucosinolates in fresh Brassica juncea var. latipa

由圖1可知，吲哚族硫苷總量大于脂肪族硫苷。其中含量較高的硫苷分別為Progoitrin、Glucobrassicin和4-Methoxyglucobrassicin。然而在Volden等[5]對(duì)5個(gè)品種的花椰菜(Aviso、Dania、Grafitti、Emeraude和Celio)硫苷研究中發(fā)現(xiàn)，Progoitrin為Aviso中的主要硫苷，Glucobrassicin為其余4種花椰菜中的主要硫苷，而4-Methoxyglucobrassicin在5種花椰菜中含量均為最低。在沖菜中含量最低的3種硫苷分別是Glucoraphanin、Gluconapin和4-Hydroxyglucobrassicin，然而這3種硫苷是紅球甘藍(lán)中的主要硫苷[11]。從總的硫苷含量來(lái)看，該沖菜中硫苷總含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定100μmol/g，因此屬于高硫苷蔬菜品種[12]。

2.2 硫苷熱降解動(dòng)力學(xué)

表1 高效液相色譜法檢測(cè)沖菜中硫苷的種類Table 1 HPLC retention times of identified glucosinolates in fresh Brassica juncea var. latipa

表2 不同處理方式對(duì)硫苷含量的影響Table 2 Influence of different processing methods on the kind and amout of glucosinolates in Brassica juncea var. latipa 103μmol/100g

圖2 在不同處理方式下沖菜中硫苷的熱降解動(dòng)力學(xué)曲線Fig.2 Degradation kinetic curves of glucosinolates in Brassica juncea var. latipa during processing by different methods

由表2可知，微波、熱燙和蒸汽3種加工工藝都能顯著降低沖菜中各硫苷的含量。并且隨著處理時(shí)間的增加，硫苷的含量越來(lái)越低。降低的程度隨著硫苷種類的不同而有較為顯著的差別。將表2數(shù)據(jù)按照熱降解動(dòng)力學(xué)公式進(jìn)行作圖(圖2)，以表征這9種硫苷在不同加工工藝下的降解規(guī)律。

由圖2可知，3種處理方式，不同種類的硫苷恰好符合一級(jí)熱降解動(dòng)力學(xué)模型。說(shuō)明，在這3種處理方式中，溫度是最能促使沖菜中硫苷降解的因素。根據(jù)Arrhenius公式，由lnk對(duì)1/T作圖，可以計(jì)算出各硫苷的活化能Ea值。得到9種硫苷主要的一級(jí)熱降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 在不同處理方式下硫苷的一級(jí)熱降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)

Table 3 First-order degradation kinetic parameters for glucosinolates inBrassica junceavar.latipatreated by different methods

硫苷名稱 k/(min-1) Ea/(kJ/mol)微波 熱燙 蒸汽glucoiberin 2.394 2.556 2.664 5.09 progoitrin 1.044 2.028 2.7 47.26 sinigrin 2.004 1.794 1.254 26.57 glucoraphanin 0.852 1.206 1.452 25.91 gluconapin 0.882 1.674 2.226 45.89 4-hydroxyglucobrassicin 1.746 1.932 2.01 7.07 glucotropaeolin 2.676 3.72 3.708 22.22 glucobrassicin 2.076 2.922 3.024 20.62 4-methoxyglucobrassicin 2.25 2.514 2.634 7.86

Ea值代表硫苷對(duì)溫度的依賴性，Ea值越大，表明該種硫苷的熱敏感性越大，由表3可知，9種硫苷中對(duì)溫度依賴性最大的是Progoitrin，而Glucoiberin、4-Hydroxyglucobrassicin和4-Methoxyglucobrassicin對(duì)溫度的依賴性都較小。通過(guò)比較一級(jí)熱降解動(dòng)力學(xué)反應(yīng)常數(shù)k值可知，Glucotropaeolin在3種加工工藝處理下，k值都比同種工藝處理下其他硫苷的k值大，證明其熱穩(wěn)定性最差；除此之外，微波工藝還最能促使Glucoiberin和4-Methoxyglucobrassicin的降解，熱燙工藝最能促使Glucoiberin和Glucobrassicin的降解，蒸汽工藝也最能促使Glucoiberin和Glucobrassicin的降解。以上幾種熱穩(wěn)定性較差的硫苷中，除Glucobrassicin和4-Methoxyglucobrassicin為吲哚族硫苷外，其余均屬脂肪族硫苷。Ciska等[13]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，蒸煮時(shí)吲哚族硫苷的損失量大于脂肪族硫苷；Oerlemans等[9]對(duì)紅球甘藍(lán)中硫苷的熱降解研究也表明與脂肪族硫苷相比，吲哚族硫苷熱穩(wěn)定性較差，當(dāng)發(fā)生熱降解時(shí)，損失較多。而本研究結(jié)果卻顯示了沖菜中有兩種脂肪族硫苷表現(xiàn)出較強(qiáng)的熱不穩(wěn)定性，這可能是由于蔬菜的種類不同，導(dǎo)致葉片的厚度、柔軟度以及蔬菜纖維網(wǎng)絡(luò)中的纖維含量和種類不同，從而造成不同蔬菜種類的硫苷降解情況有所變化[14-15]。

2.3 影響硫苷降解的處理方式

表4 不同處理方式對(duì)硫苷剩余量的影響Table 4 Influence of different processing methods on glucosinolates residue in Brassica juncea var. latipa %

由表4可知，除Sinigrin 之外，3種處理方式對(duì)總硫苷降解影響由大到小的順序依次為蒸汽＞熱燙＞微波，此順序與工藝溫度高低順序相一致，進(jìn)一步證明了3種加工工藝下，溫度也即熱因素最能影響沖菜中各種硫苷的含量。因此總硫苷的降解可能與溫度的高低相關(guān)，溫度高時(shí)，硫苷熱降解發(fā)生較多，剩余量也就越少。對(duì)于單個(gè)硫苷而言，3種處理方式都能促使Glucotropaeolin發(fā)生最大程度的降解，其次是4-Methoxyglucobrassicin。3種處理方式對(duì)吲哚族硫苷的減少影響不大，主要造成的是脂肪族硫苷的降解。還值得注意的是在3種處理方式中，微波處理對(duì)脂肪族硫苷的影響最大，蒸汽處理反而影響最小。這也說(shuō)明了雖然本研究中3種處理方式中的熱因素對(duì)硫苷降解產(chǎn)生了不可忽視的影響，還存在其他因素例如微波穿透作用等能夠影響沖菜中的硫苷含量的變化。由于脂肪族硫苷對(duì)十字花科蔬菜的特征風(fēng)味貢獻(xiàn)最大[16]，因此可以看出，傳統(tǒng)加工方法對(duì)沖菜中風(fēng)味物質(zhì)的生成影響不顯著，有賴于依靠新技術(shù)、新工藝，減少十字花科蔬菜中的脂肪族硫苷，以增強(qiáng)沖菜的風(fēng)味。關(guān)于這3種處理方式如何影響沖菜中特有的風(fēng)味，后續(xù)研究中將有說(shuō)明。

3 結(jié) 論

本研究采用高效液相色譜法，檢測(cè)出了沖菜中9種主要的硫代葡萄糖苷的含量。選用微波、熱燙和蒸汽，分別對(duì)3種處理方式造成的各種硫苷的熱降解情況進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：沖菜中9種主要硫苷均符合一級(jí)熱降解動(dòng)力學(xué)模型，并且Glucotropaeolin在3種處理方式中的熱穩(wěn)定性均最差。3種處理方式對(duì)不同硫苷的影響各有不同，重點(diǎn)作用于脂肪族硫苷，對(duì)于吲哚族硫苷的降解效果不明顯，因此可能會(huì)對(duì)沖菜的風(fēng)味產(chǎn)生顯著影響，3種處理方式中以蒸汽處理最能促使沖菜中總體硫苷的降解，而以微波處理最能促使對(duì)十字花科蔬菜中風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的脂肪族硫苷的降解。

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Influence of Different Processing Methods on Glucosinolates inBrassica junceavar.latipa

WANG Hui-xia1，LI Chen2，XUE Feng2，DONG Fang-xiao3，LI Zhao2，PAN Si-yi2,*
(1. National Drink and Provisions Oil Product Supervision and Inspection Center of Product Quality, Wuhan 430061,China；2. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China；3. College of Animal Sciences and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

In order to elucidate the decomposition of glucosinolates inBrassica junceavar.latipaduring thermal processing by different methods, microwave radiation, water blanching and steam blanching were separately used to process the plant that is popular in Yangtze river delta as a traditional vegetable, and the untreated and treated samples of the vegetable were analyzed for their kind and amount of glucosinolates by high performance liquid chromatography (HPLC). The results showed thatBrassica junceavar.latipacontained two groups ofβ-thioglucoside-N-hydroxysulfates, namely the fatty group and indole group, and among them, progoitrin, glucobrassicin and 4-methoxyglucobrassicin were the most abundant compounds. The decomposition of glucosinolates inBrassica junceavar. latipaobeyed the first-order kinetics model regardless of which of the three processing methods was used. Glucotropaeolin displayed the worst thermal stability during the three processes. The decreasing order of the decomposition of glucosinolates inBrassica junceavar.latipawas found to be: steam blanching, water blanching and microwave radiation. Microwave radiation, however, could best drive the decomposition of glucosinolates from the fatty group making the largest contribution to the flavor of cruciferous vegetables.

glucosinolates；microwave；blanching；steaming；first-order degradation kinetics

TS255.1

A

1002-6630(2011)07-0168-05

2010-12-28

王會(huì)霞(1973—)，女，工程師，本科，主要從事理化檢驗(yàn)研究。E-mail：whx097@126.com

*通信作者：潘思軼(1964—)，男，教授，博士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工化學(xué)研究。E-mail：pansiyi@mail.hzau.edu.cn