超高壓處理對鮮榨茭白汁營養(yǎng)品質(zhì)、抗氧化特性及揮發(fā)性風味的影響

林旭東，孫瑞洋,2，崔燕，尚海濤，鄧文藝，凌建剛，宣曉婷,

（1.寧波市農(nóng)業(yè)科學研究院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，國家蔬菜加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心，浙江寧波 315000；2.寧波大學食品與藥學學院，浙江寧波 315000；3.湖南一品東方生物科技有限公司，湖南長沙 410000）

茭白（L），又被稱為菰、高瓜、高筍等，屬禾本科宿根性多年水生草本植物，是我國江浙地區(qū)特有的水生蔬菜，茭白肉口感脆嫩鮮美，營養(yǎng)豐富，富含水量高達93%，是餐桌上的美味佳肴?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，茭白不僅具有一定的預防高血壓和動脈硬化的藥用功能，還有清熱解毒和預防腸道疾病的功效，被譽為“水中人參”，又含有多糖、黃酮、多種維生素等物質(zhì)，具有一定的抗氧化活性，深受消費者的青睞，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

目前，茭白大多作為新鮮蔬菜銷售，而深加工程度較低，常見的研究大多集中在茭白的栽培及保鮮上，而對于茭白的加工制品卻鮮為研究。宣曉婷等在研究楊梅復合果蔬汁的貯藏品質(zhì)時，只對茭白汁的一些基礎(chǔ)指標（糖、酸）進行了分析，至于其他指標或者風味成分并未涉及。此外，殺菌作為食品加工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以抑制微生物的生長，從而延長食品的保質(zhì)期。其中果蔬汁常見的殺菌方式主要分為熱殺菌和非熱殺菌，傳統(tǒng)的熱處理（Thermal processing,TP）極易損失產(chǎn)品中的熱敏性營養(yǎng)成分，從而降低產(chǎn)品的品質(zhì)，而超高壓（High pressure processing，HPP）是目前較為成熟的非熱殺菌技術(shù)，是指將密封在彈性容器里的樣品置于水或其他液體作為傳壓介質(zhì)的壓力系統(tǒng)中，經(jīng)100 MPa 以上的壓力處理，在常溫甚至更低的溫度下，達到殺菌、滅酶及改善食品功能特性的作用。相比較傳統(tǒng)熱處理，超高壓處理很好的保持了食品原有的營養(yǎng)、色澤和風味。米瑞芳等研究不同殺菌方式對胡蘿卜片在貯藏期間的揮發(fā)性風味成分發(fā)現(xiàn)，超高壓處理后胡蘿卜片的萜烯類物質(zhì)的含量最高，且較好地保持了胡蘿卜原有的香脂氣味以及松木芳香味。宋永程等研究發(fā)現(xiàn)，超高壓能更好的保持苦筍復合果蔬汁原有的顏色，且相較于熱處理，超高壓更好的保留總酚、黃酮含量及抗氧化活性。王歡歡對番茄汁特征香氣組分的保持技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，熱處理后番茄汁風味組分損失嚴重，與超高壓相比，熱處理使番茄汁總OAV 值降低為9.58%，超高壓能更好的保持番茄汁的風味成分。目前對于果蔬汁的研究，大多是以胡蘿卜汁、黃瓜汁和番茄汁或復合果蔬汁為研究對象，探討加工工藝方法或不同條件對其品質(zhì)的影響，但對于茭白制品的研究較少。

氣相色譜-離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS）是一種融合了氣相色譜的高分離度和離子遷移譜快速響應、高靈敏度的檢測技術(shù)，樣品無需進行預處理（無損檢測），因此，廣泛應用于不同處理方式和不同樣品間揮發(fā)性風味成分的檢測。曹榮等基于GC-IMS 技術(shù)鑒定出壇紫菜與條斑紫菜的36 種揮發(fā)性成分。其中，條斑紫菜中正己醇、丁內(nèi)酯、苯乙醛、壬醛等揮發(fā)性風味物質(zhì)的含量比壇紫菜高，且對紫菜整體愉悅氣味有較大貢獻的苯乙醛、壬醛等醛類化合物含量差異較大。Chen 等研究不同干燥條件下香菇揮發(fā)性成分的變化發(fā)現(xiàn)，干燥度較低的樣品中揮發(fā)性風味物質(zhì)豐富，而干燥程度對揮發(fā)性風味品質(zhì)的影響大于干燥速率。主成分分析能夠有效地將不同干燥條件的香菇區(qū)分。研究表明，基于GC-IMS 技術(shù)的高靈敏、高分離的檢測優(yōu)勢，能較好地鑒定區(qū)分不同樣品間的風味成分，因此本文采用GC-IMS 技術(shù)對比分析超高壓和熱處理對茭白汁中的揮發(fā)性風味成分的影響，并綜合茭白汁理化品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)、抗氧化特性等指標的變化，以期為超高壓NFC 茭白汁的加工提供理論依據(jù)及技術(shù)指導。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

茭白 購于寧波市東柳菜市場，貯存于（4±1）℃，相對濕度為85%～95%的冷庫中，24 h 內(nèi)進行實驗處理；無水碳酸鈉、無水乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉 分析純，國藥控股化學試劑有限公司；福林酚試劑 北京索萊寶科技有限公司；沒食子酸標準品上海麥克林生化科技有限公司；蘆丁標準品 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；DPPH 自由基清除能力試劑盒 南京建成科技有限公司。

CQC2L-600 型全液相超高壓設(shè)備（容積為2000 mL，最大壓力為600 MPa，升壓時間<5 min）北京速原中天股份有限公司；Ci60 便攜式色差儀愛色麗（上海）色彩科技有限公司；FE-28 型pH 計梅特勒-托利多（上海）儀器公司；MS105DU 電子分析天平 Mettler Toledo 儀器有限公司；MJ-JS2018A榨汁機 廣東美的集團股份有限公司；PAL-BX/ACID F5 型數(shù)顯糖酸度計 ATAGO（愛拓）中國分公司；752S 型紫外/可見分光度計 上海棱光技術(shù)有限公司；H1850R 型臺式高速冷凍離心機 湖南湘儀離心機儀器有限公司；FlavourSpec?風味分析儀德國G.A.S.公司。

1.2 茭白汁樣品制備

將新鮮茭白去皮，置于原汁機中榨汁并用200目紗布進行過濾，濾后的茭白汁存放于耐高壓聚乙烯塑料瓶中，置于?4 ℃冰箱冷藏備用。

超高壓處理：將制得的茭白汁樣品置于超高壓處理倉中，選取超高壓壓力400、450、500 MPa，處理時間為5、10 min 進行處理，超高壓的升壓時間為3 min，泄壓時間為10 s，溫度為25～30 ℃，處理后的茭白汁樣品存于?80 ℃，待測。

熱處理：將制得的茭白汁存放于耐高溫塑料瓶中，采用傳統(tǒng)巴氏殺菌（80 ℃、10 min）處理，處理后的茭白汁樣品存于?80 ℃，待測。

1.3 茭白汁品質(zhì)特性和揮發(fā)性風味成分的測定

1.3.1 理化品質(zhì)測定 可溶性固形物、可滴定酸含量測定：可溶性固形物（TSS）和可滴定酸（TA）含量均采用數(shù)顯糖酸度計進行測定，每個樣品重復測定3 次。

pH 測定：將待測茭白汁搖勻，取30 mL 于燒杯中，采用pH 計在室溫下測定pH，待示數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)。每個樣品重復測定3 次。

色澤測定：采用色差儀進行測定，在室溫條件下，將樣品搖勻置于比色皿中，測定模式為反射測量，測定口徑為30 mm，測定亮度（）、紅度（）、黃度（）值。

1.3.2 總酚含量測定 采用福林酚法，參照Jung等的方法略做修改。取茭白汁1 mL 置20 mL 試管中，加入5 mL 蒸餾水，加入稀釋一倍的福林酚試劑1 mL，加入質(zhì)量分數(shù)為7.5%的碳酸鈉溶液3 mL，黑暗中顯色2 h，在765 nm 下測定吸光值。代入標準曲線方程y=0.0106x?0.0095（=0.9997），即得茭白汁的總酚含量（mg/L）。

1.3.3 黃酮含量測定 采用亞硝酸鈉法，參照Veronica 等的方法略做修改。取1 mL 茭白汁置于10 mL 具塞試管中，加0.3 mL 的5%亞硝酸鈉溶液，放置6 min，然后加入0.3 mL 的10%硝酸鋁溶液，放置6 min；加1 mol/L 的NaOH 溶液4 mL，并用60%乙醇溶液稀釋至刻度，搖勻。暗處放置15 min，于510 nm 波長下測吸光度。代入標準曲線y=0.0012x+0.0009（=0.9999），即可茭白汁的黃酮含量（mg/L）。

1.3.4 DPPH 自由基清除率測定 使用DPPH 自由基清除率試劑盒進行測定，測定方法嚴格按照試劑盒說明書。

1.3.5 揮發(fā)性風味成分測定 樣品前處理：制備的茭白汁樣品常溫水浴解凍，解凍后置于冰水浴中待用。量取茭白汁1 mL，裝入20 mL 頂空瓶中，50 ℃孵育15 min 后進樣。

GC-IMS 條件：進樣體積500 μL，孵育時間15 min，孵育溫度50 ℃，進樣針溫度85 ℃，孵化轉(zhuǎn)速500 r/min。色譜柱類型為FS-SE-54-CB-1，柱溫60 ℃，載氣為氮氣，IMS 溫度為45 ℃。

定性分析：通過VOCal 軟件內(nèi)置的NIST 數(shù)據(jù)庫和IMS 數(shù)據(jù)庫對物質(zhì)進行定性分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

各組數(shù)據(jù)以平均值±標準差（mean±SD）表示，應用SPSS 26.0 軟件（美國SPSS 公司）對實驗數(shù)據(jù)進行組間比較和差異顯著性分析，以<0.05 為存在顯著性差異；應用GC-IMS 軟件內(nèi)置的NIST 數(shù)據(jù)庫和IMS 數(shù)據(jù)庫對物質(zhì)進行定性分析，運用Reporter插件直接對比樣品之間的譜圖差異，并且采用Gallery Plot 插件進行指紋圖譜對比，通過dynamic PCA 插件程序進行動態(tài)主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 超高壓對NFC 茭白汁基本理化品質(zhì)的影響

pH、可溶性固形物和可滴定酸含量是各種新鮮和加工果蔬汁的重要指標，由表1 可知，超高壓處理茭白汁的pH 顯著降低（<0.05），可能由于超高壓影響水溶液的電離平衡,使弱酸向生成更多H的方向電離，致使pH 改變；而超高壓和熱處理都使TA的含量有較小的下降趨勢；經(jīng)超高壓處理后，TSS 在2.60～3.40 之間波動，可能是超高壓使茭白汁的折射率發(fā)生變化，而當壓力過高會造成一定的溫度上升，使得茭白汁出現(xiàn)少量絮狀沉淀物。Moussa-Ayoub等發(fā)現(xiàn)超高壓處理后的仙人掌汁的可溶性固形物含量與對照組未發(fā)生顯著性變化?？傊邏汉蜔崽幚砗筌字膒H、TSS 和TA 均在小范圍內(nèi)變化，說明不同殺菌方法對pH、TSS 和TA 的影響較小。

表1 超高壓對NFC 茭白汁pH、TSS、TA 的影響Table 1 Effects of high pressure processing on pH,TSS and TA of NFC water bamboo juice

色澤是評價果蔬及其加工制品品質(zhì)的一個重要指標，因為色澤會影響消費者的購買欲望。由表2可知，熱殺菌和超高壓殺菌使茭白汁色澤亮度值上升，而且隨著壓力的升高，值也逐漸增大，與陸海霞等超高壓處理研究結(jié)果類似。同時超高壓處理顯著降低了茭白汁的值和值，說明超高壓處理可以降低茭白皮衣中帶有的綠色，使顏色更加明亮，而熱處理則顯著升高了值和值（<0.05），可能是由于熱殺菌過程中伴隨著美拉德反應和焦糖化反應，導致其值上升，這與張微的研究結(jié)果一致。綜上超高壓處理可以更好地保持茭白汁樣品原有色澤。

表2 超高壓對NFC 茭白汁色澤的影響Table 2 Effect of high pressure processing on the color of NFC water bamboo juice

2.2 超高壓對NFC 茭白汁總酚和黃酮含量的影響

超高壓和熱處理后茭白汁的總酚、黃酮含量的變化見圖1。結(jié)果顯示，超高壓處理總酚含量有所增加且500 MPa、5 min 含量最高，總酚含量的少量增加可能是由于超高壓造成的植物細胞膜的通透性升高，導致一些抗氧化成分物質(zhì)的提取率增加。熱處理茭白汁中的總酚含量顯著性降低（<0.05），原因可能是高溫作用下，酚類物質(zhì)熱不穩(wěn)定，高溫短時處理可能使得部分酚類物質(zhì)發(fā)生降解；而超高壓不破壞分子內(nèi)部共價鍵，從而對酚類物質(zhì)的影響相對較小。由圖1b 可知，超高壓茭白汁中的黃酮含量有所增加且在450 MPa、10 min 時含量最高，變化趨勢與對總酚含量影響相接近，這是因為多數(shù)黃酮類化合物屬于酚類物質(zhì)，而超高壓對酚類物質(zhì)的影響較小。Wang 等研究也發(fā)現(xiàn)，熱處理后的桑椹汁中總黃酮降低，與本研究結(jié)果相一致。

圖1 超高壓對NFC 茭白汁總酚（a）、黃酮（b）含量的影響Fig.1 Effect of high pressure processing on total phenol (a) and flavonoid (b) content of NFC water bamboo juice

2.3 超高壓對NFC 茭白汁DPPH 自由基清除率的影響

DPPH 是一種含有不對稱價電子的氮族自由基，易與具有氫原子供體的物質(zhì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移,當有自由基清除劑存在時，與抗氧化劑反應，由于與其單電子配對而使其吸收逐漸消失，呈現(xiàn)的顏色越淺，廣泛用于測定樣品的抗氧化能力。不同殺菌方式對茭白汁的DPPH 自由基清除率如圖2 所示，結(jié)果顯示，與未處理組相比，熱處理茭白汁的DPPH 清除率有所下降，而400 MPa 超高壓茭白汁的DPPH 清除率顯著性上升（<0.05），該變化規(guī)律與上述總酚含量的變化規(guī)律相一致，這是由于總酚在抗氧化能力方面起到重要作用。王慧倩等研究發(fā)現(xiàn)，鮮切西蘭花中DPPH 自由基、超氧陰離子自由基和羥自由基清除能力都呈先上升后下降趨勢，與總酚和黃酮含量的變化趨勢相似，閆亞茹等研究芹菜的抗氧化活性發(fā)現(xiàn)，多酚含量與DPPH 自由基清除率、ARAP 值呈正相關(guān)。其他研究也相繼發(fā)現(xiàn)果蔬中的抗氧化能力與總酚、黃酮含量高度相關(guān)。

圖2 超高壓對NFC 茭白汁DPPH 自由基清除率的影響Fig.2 Effect of high pressure processing on the scavenging rate of DPPH free radicals in NFC water bamboo juice

2.4 超高壓對NFC 茭白汁中揮發(fā)性風味成分的影響

圖3 為基于GC-IMS 風味分析超高壓和熱處理對茭白汁中揮發(fā)性風味化合物的三維圖譜和二維圖譜。圖中GC-IMS 俯視圖縱坐標代表氣相色譜的保留時間，橫坐標代表離子遷移時間，橫坐標1.0 處豎線為RIP 峰（反應離子峰，經(jīng)歸一化處理），RIP 峰兩側(cè)的每一個點代表一種揮發(fā)性有機物，顏色代表物質(zhì)的濃度，白色表示濃度較低，紅色表示濃度較高，顏色越深表示濃度越大。圖3 俯視圖可以直觀看出不同滅菌方式茭白汁中揮發(fā)性有機物的差異，為了更加明顯地對比這種差異，采用差異對比圖進行分析。

圖3 超高壓處理NFC 茭白汁揮發(fā)性風味成分的三維譜圖（a）和二維圖譜（b）Fig.3 3D (a) and 2D (b) of volatile compounds in NFC water bamboo juice treated with high pressure processing

圖4 為超高壓和熱處理茭白汁的差異圖。首先選取B1 的譜圖（空白組）作為參比，其他樣品的譜圖扣減參比，如果二者揮發(fā)性有機物一致，則扣減后的背景為白色，而紅色代表該物質(zhì)的濃度高于參比，藍色代表該物質(zhì)的濃度低于參比。由圖5 可知，茭白汁滅菌前后揮發(fā)性有機物發(fā)生了變化，加熱滅菌和高壓滅菌的茭白汁中的揮發(fā)性有機物存在差異，紅色區(qū)域內(nèi)，雖然超高壓和熱處理都會使揮發(fā)性有機物濃度升高，但是，超高壓處理，其增加的趨勢更高，葉田等研究超高壓和巴氏殺菌對鮮榨西芹汁揮發(fā)性成分的影響時發(fā)現(xiàn)，超高壓處理對西芹汁的揮發(fā)性成分的影響較小,能更好的維持西芹汁的天然香氣，與本研究結(jié)果一致。

圖4 超高壓處理NFC 茭白汁揮發(fā)性風味成分的差異圖Fig.4 Difference diagram of volatile compounds in high pressure processing treatment of NFC water bamboo juice

圖5 超高壓處理NFC 茭白汁揮發(fā)性化合物的指紋圖譜Fig.5 Fingerprinting of volatile compounds in NFC water bamboo juice with high pressure processing treatment

圖5 為超高壓和熱處理茭白汁中揮發(fā)性化合物指紋圖譜。圖中每一行代表一個樣品中選取的全部信號峰，每一列代表同一揮發(fā)性有機物在不同樣品中的信號峰。黃色區(qū)域中表示，超高壓處理后茭白汁的揮發(fā)性物質(zhì)含量高于對照組和熱處理組，正丁醛、2-辛酮、2-甲基丁酸乙酯、乙酸乙酯等物質(zhì)含量明顯升高，且其中2-辛酮（蘋果香）和正丁醛（紅酸栗味）含量隨壓力和時間升高而增加；乙酸乙酯（水果香）含量隨壓力和時間升高而降低。橙色區(qū)域中表示，茭白汁經(jīng)超高壓和熱處理后1-丁醇和1-己醇含量均明顯減少，尤其是1-丁醇（酒精味），說明超高壓和熱處理降低了茭白汁發(fā)酵的趨勢，使產(chǎn)生的酒香類物質(zhì)減少。茭白汁經(jīng)熱處理后，紅色區(qū)域中1-戊醇、2-丁醇、3-甲基丁醇等物質(zhì)含量明顯上升，而超高壓處理則會降低，綠色區(qū)域中反-2-辛烯醛、反-2-庚醛、反-2-己烯醛、3-辛酮等物質(zhì)含量明顯降低，說明熱處理會使茭白汁出現(xiàn)發(fā)酵的趨勢，導致部分酒香類物質(zhì)含量增加，反而使部分草香和水果香等物質(zhì)含量減少。所以超高壓處理可以更好的保持茭白汁香氣成分。

通過GC-IMS 對超高壓和熱處理茭白汁揮發(fā)性風味成分的檢測，共鑒定出29 種揮發(fā)性化合物，如表3 所示，主要包括醇類、烯醛類、醛類、酮類和酯類等，其中醇類物質(zhì)最多且乙醇含量較高。酯類揮發(fā)性成分大多具有令人愉悅的香氣，乙酸乙酯具有清甜、微帶果香的酒香香氣，而醛類化合物如己醛、順-2-己烯醛等呈青草香，其中含量最高的乙醇是典型的酒香氣物質(zhì)。茭白汁中酮類揮發(fā)性成分含量較少，可能這些成分對茭白汁的香氣貢獻度不高。

表3 超高壓處理NFC 茭白汁中揮發(fā)性風味化合物的種類Table 3 Types of volatile compounds in NFC water bamboo juice with high pressure processing treatment

圖6 為超高壓和熱處理茭白汁的PCA 圖（主成分分析圖）。由圖所示，PC1 貢獻率為48%，PC2 貢獻率為23%，PC1 和PC2 的累計貢獻率為71%，樣品之間距離近則代表差異小，距離遠則代表差異明顯。從圖6 中可以看出，主成分分析將不同滅菌方式的茭白汁很好的區(qū)分開來，且滅菌前后揮發(fā)性有機物發(fā)生了明顯變化，加熱滅菌和高壓滅菌的茭白汁中的揮發(fā)性有機物存在較大差異，而不同壓力和時間滅菌的茭白汁中的揮發(fā)性有機物比較相似，與上述差異圖得到的結(jié)論一致。

圖6 超高壓處理NFC 茭白汁的PCA 圖Fig.6 PCA plots of NFC water bamboo juice treated with high pressure processing

3 結(jié)論

本文研究了超高壓和熱處理對NFC 茭白汁的營養(yǎng)品質(zhì)和揮發(fā)性風味成分的影響，研究結(jié)果表明超高壓處理提升了茭白汁的感官品質(zhì)，而熱處理茭白汁出現(xiàn)了明顯的分層且感官品質(zhì)降低；對于總酚、黃酮含量和抗氧化能力（DPPH 自由基清除率），超高壓處理后其含量都顯著增加（<0.05）。利用GC-IMS 風味分析技術(shù)對超高壓和熱處理的茭白汁的揮發(fā)性風味成分進行檢測與分析，共檢測出29 種揮發(fā)性香氣物質(zhì)，PCA 可以將超高壓處理組、熱處理組和未處理組明顯區(qū)分開，而不同參數(shù)超高壓組（400～500 MPa，5～10 min）之間香氣物質(zhì)較為相似。經(jīng)熱處理后，一些草香和果香的揮發(fā)性化合物含量有所降低，而酒香的物質(zhì)含量有所升高，從而對茭白汁的香氣影響較大，超高壓處理增加了茭白汁的果香和草香，提升了茭白汁的風味。綜上，超高壓處理不僅提高了茭白汁的營養(yǎng)品質(zhì)，而且在保持茭白汁特征風味方面具有顯著優(yōu)勢。