超高压处理对鲜榨茭白汁营养品质、抗氧化特性及挥发性风味的影响

林旭东，孙瑞洋,2，崔燕，尚海涛，邓文艺，凌建刚，宣晓婷,

（1.宁波市农业科学研究院农产品加工研究所，国家蔬菜加工技术研发专业中心，浙江宁波 315000；2.宁波大学食品与药学学院，浙江宁波 315000；3.湖南一品东方生物科技有限公司，湖南长沙 410000）

茭白（L），又被称为菰、高瓜、高笋等，属禾本科宿根性多年水生草本植物，是我国江浙地区特有的水生蔬菜，茭白肉口感脆嫩鲜美，营养丰富，富含水量高达93%，是餐桌上的美味佳肴。现代研究发现，茭白不仅具有一定的预防高血压和动脉硬化的药用功能，还有清热解毒和预防肠道疾病的功效，被誉为“水中人参”，又含有多糖、黄酮、多种维生素等物质，具有一定的抗氧化活性，深受消费者的青睐，具有良好的经济效益和社会效益。

目前，茭白大多作为新鲜蔬菜销售，而深加工程度较低，常见的研究大多集中在茭白的栽培及保鲜上，而对于茭白的加工制品却鲜为研究。宣晓婷等在研究杨梅复合果蔬汁的贮藏品质时，只对茭白汁的一些基础指标（糖、酸）进行了分析，至于其他指标或者风味成分并未涉及。此外，杀菌作为食品加工中的关键环节，可以抑制微生物的生长，从而延长食品的保质期。其中果蔬汁常见的杀菌方式主要分为热杀菌和非热杀菌，传统的热处理（Thermal processing,TP）极易损失产品中的热敏性营养成分，从而降低产品的品质，而超高压（High pressure processing，HPP）是目前较为成熟的非热杀菌技术，是指将密封在弹性容器里的样品置于水或其他液体作为传压介质的压力系统中，经100 MPa 以上的压力处理，在常温甚至更低的温度下，达到杀菌、灭酶及改善食品功能特性的作用。相比较传统热处理，超高压处理很好的保持了食品原有的营养、色泽和风味。米瑞芳等研究不同杀菌方式对胡萝卜片在贮藏期间的挥发性风味成分发现，超高压处理后胡萝卜片的萜烯类物质的含量最高，且较好地保持了胡萝卜原有的香脂气味以及松木芳香味。宋永程等研究发现，超高压能更好的保持苦笋复合果蔬汁原有的颜色，且相较于热处理，超高压更好的保留总酚、黄酮含量及抗氧化活性。王欢欢对番茄汁特征香气组分的保持技术研究发现，热处理后番茄汁风味组分损失严重，与超高压相比，热处理使番茄汁总OAV 值降低为9.58%，超高压能更好的保持番茄汁的风味成分。目前对于果蔬汁的研究，大多是以胡萝卜汁、黄瓜汁和番茄汁或复合果蔬汁为研究对象，探讨加工工艺方法或不同条件对其品质的影响，但对于茭白制品的研究较少。

气相色谱-离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS）是一种融合了气相色谱的高分离度和离子迁移谱快速响应、高灵敏度的检测技术，样品无需进行预处理（无损检测），因此，广泛应用于不同处理方式和不同样品间挥发性风味成分的检测。曹荣等基于GC-IMS 技术鉴定出坛紫菜与条斑紫菜的36 种挥发性成分。其中，条斑紫菜中正己醇、丁内酯、苯乙醛、壬醛等挥发性风味物质的含量比坛紫菜高，且对紫菜整体愉悦气味有较大贡献的苯乙醛、壬醛等醛类化合物含量差异较大。Chen 等研究不同干燥条件下香菇挥发性成分的变化发现，干燥度较低的样品中挥发性风味物质丰富，而干燥程度对挥发性风味品质的影响大于干燥速率。主成分分析能够有效地将不同干燥条件的香菇区分。研究表明，基于GC-IMS 技术的高灵敏、高分离的检测优势，能较好地鉴定区分不同样品间的风味成分，因此本文采用GC-IMS 技术对比分析超高压和热处理对茭白汁中的挥发性风味成分的影响，并综合茭白汁理化品质、营养品质、抗氧化特性等指标的变化，以期为超高压NFC 茭白汁的加工提供理论依据及技术指导。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

茭白 购于宁波市东柳菜市场，贮存于（4±1）℃，相对湿度为85%～95%的冷库中，24 h 内进行实验处理；无水碳酸钠、无水乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠 分析纯，国药控股化学试剂有限公司；福林酚试剂 北京索莱宝科技有限公司；没食子酸标准品上海麦克林生化科技有限公司；芦丁标准品 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；DPPH 自由基清除能力试剂盒 南京建成科技有限公司。

CQC2L-600 型全液相超高压设备（容积为2000 mL，最大压力为600 MPa，升压时间<5 min）北京速原中天股份有限公司；Ci60 便携式色差仪爱色丽（上海）色彩科技有限公司；FE-28 型pH 计梅特勒-托利多（上海）仪器公司；MS105DU 电子分析天平 Mettler Toledo 仪器有限公司；MJ-JS2018A榨汁机 广东美的集团股份有限公司；PAL-BX/ACID F5 型数显糖酸度计 ATAGO（爱拓）中国分公司；752S 型紫外/可见分光度计 上海棱光技术有限公司；H1850R 型台式高速冷冻离心机 湖南湘仪离心机仪器有限公司；FlavourSpec®风味分析仪德国G.A.S.公司。

1.2 茭白汁样品制备

将新鲜茭白去皮，置于原汁机中榨汁并用200目纱布进行过滤，滤后的茭白汁存放于耐高压聚乙烯塑料瓶中，置于−4 ℃冰箱冷藏备用。

超高压处理：将制得的茭白汁样品置于超高压处理仓中，选取超高压压力400、450、500 MPa，处理时间为5、10 min 进行处理，超高压的升压时间为3 min，泄压时间为10 s，温度为25～30 ℃，处理后的茭白汁样品存于−80 ℃，待测。

热处理：将制得的茭白汁存放于耐高温塑料瓶中，采用传统巴氏杀菌（80 ℃、10 min）处理，处理后的茭白汁样品存于−80 ℃，待测。

1.3 茭白汁品质特性和挥发性风味成分的测定

1.3.1 理化品质测定 可溶性固形物、可滴定酸含量测定：可溶性固形物（TSS）和可滴定酸（TA）含量均采用数显糖酸度计进行测定，每个样品重复测定3 次。

pH 测定：将待测茭白汁摇匀，取30 mL 于烧杯中，采用pH 计在室温下测定pH，待示数稳定后读数。每个样品重复测定3 次。

色泽测定：采用色差仪进行测定，在室温条件下，将样品摇匀置于比色皿中，测定模式为反射测量，测定口径为30 mm，测定亮度（）、红度（）、黄度（）值。

1.3.2 总酚含量测定 采用福林酚法，参照Jung等的方法略做修改。取茭白汁1 mL 置20 mL 试管中，加入5 mL 蒸馏水，加入稀释一倍的福林酚试剂1 mL，加入质量分数为7.5%的碳酸钠溶液3 mL，黑暗中显色2 h，在765 nm 下测定吸光值。代入标准曲线方程y=0.0106x−0.0095（=0.9997），即得茭白汁的总酚含量（mg/L）。

1.3.3 黄酮含量测定 采用亚硝酸钠法，参照Veronica 等的方法略做修改。取1 mL 茭白汁置于10 mL 具塞试管中，加0.3 mL 的5%亚硝酸钠溶液，放置6 min，然后加入0.3 mL 的10%硝酸铝溶液，放置6 min；加1 mol/L 的NaOH 溶液4 mL，并用60%乙醇溶液稀释至刻度，摇匀。暗处放置15 min，于510 nm 波长下测吸光度。代入标准曲线y=0.0012x+0.0009（=0.9999），即可茭白汁的黄酮含量（mg/L）。

1.3.4 DPPH 自由基清除率测定 使用DPPH 自由基清除率试剂盒进行测定，测定方法严格按照试剂盒说明书。

1.3.5 挥发性风味成分测定 样品前处理：制备的茭白汁样品常温水浴解冻，解冻后置于冰水浴中待用。量取茭白汁1 mL，装入20 mL 顶空瓶中，50 ℃孵育15 min 后进样。

GC-IMS 条件：进样体积500 μL，孵育时间15 min，孵育温度50 ℃，进样针温度85 ℃，孵化转速500 r/min。色谱柱类型为FS-SE-54-CB-1，柱温60 ℃，载气为氮气，IMS 温度为45 ℃。

定性分析：通过VOCal 软件内置的NIST 数据库和IMS 数据库对物质进行定性分析。

1.4 数据处理

各组数据以平均值±标准差（mean±SD）表示，应用SPSS 26.0 软件（美国SPSS 公司）对实验数据进行组间比较和差异显著性分析，以<0.05 为存在显著性差异；应用GC-IMS 软件内置的NIST 数据库和IMS 数据库对物质进行定性分析，运用Reporter插件直接对比样品之间的谱图差异，并且采用Gallery Plot 插件进行指纹图谱对比，通过dynamic PCA 插件程序进行动态主成分分析。

2 结果与分析

2.1 超高压对NFC 茭白汁基本理化品质的影响

pH、可溶性固形物和可滴定酸含量是各种新鲜和加工果蔬汁的重要指标，由表1 可知，超高压处理茭白汁的pH 显著降低（<0.05），可能由于超高压影响水溶液的电离平衡,使弱酸向生成更多H的方向电离，致使pH 改变；而超高压和热处理都使TA的含量有较小的下降趋势；经超高压处理后，TSS 在2.60～3.40 之间波动，可能是超高压使茭白汁的折射率发生变化，而当压力过高会造成一定的温度上升，使得茭白汁出现少量絮状沉淀物。Moussa-Ayoub等发现超高压处理后的仙人掌汁的可溶性固形物含量与对照组未发生显著性变化。总之超高压和热处理后茭白汁的pH、TSS 和TA 均在小范围内变化，说明不同杀菌方法对pH、TSS 和TA 的影响较小。

表1 超高压对NFC 茭白汁pH、TSS、TA 的影响Table 1 Effects of high pressure processing on pH,TSS and TA of NFC water bamboo juice

色泽是评价果蔬及其加工制品品质的一个重要指标，因为色泽会影响消费者的购买欲望。由表2可知，热杀菌和超高压杀菌使茭白汁色泽亮度值上升，而且随着压力的升高，值也逐渐增大，与陆海霞等超高压处理研究结果类似。同时超高压处理显著降低了茭白汁的值和值，说明超高压处理可以降低茭白皮衣中带有的绿色，使颜色更加明亮，而热处理则显著升高了值和值（<0.05），可能是由于热杀菌过程中伴随着美拉德反应和焦糖化反应，导致其值上升，这与张微的研究结果一致。综上超高压处理可以更好地保持茭白汁样品原有色泽。

表2 超高压对NFC 茭白汁色泽的影响Table 2 Effect of high pressure processing on the color of NFC water bamboo juice

2.2 超高压对NFC 茭白汁总酚和黄酮含量的影响

超高压和热处理后茭白汁的总酚、黄酮含量的变化见图1。结果显示，超高压处理总酚含量有所增加且500 MPa、5 min 含量最高，总酚含量的少量增加可能是由于超高压造成的植物细胞膜的通透性升高，导致一些抗氧化成分物质的提取率增加。热处理茭白汁中的总酚含量显著性降低（<0.05），原因可能是高温作用下，酚类物质热不稳定，高温短时处理可能使得部分酚类物质发生降解；而超高压不破坏分子内部共价键，从而对酚类物质的影响相对较小。由图1b 可知，超高压茭白汁中的黄酮含量有所增加且在450 MPa、10 min 时含量最高，变化趋势与对总酚含量影响相接近，这是因为多数黄酮类化合物属于酚类物质，而超高压对酚类物质的影响较小。Wang 等研究也发现，热处理后的桑椹汁中总黄酮降低，与本研究结果相一致。

图1 超高压对NFC 茭白汁总酚（a）、黄酮（b）含量的影响Fig.1 Effect of high pressure processing on total phenol (a) and flavonoid (b) content of NFC water bamboo juice

2.3 超高压对NFC 茭白汁DPPH 自由基清除率的影响

DPPH 是一种含有不对称价电子的氮族自由基，易与具有氢原子供体的物质发生电子转移,当有自由基清除剂存在时，与抗氧化剂反应，由于与其单电子配对而使其吸收逐渐消失，呈现的颜色越浅，广泛用于测定样品的抗氧化能力。不同杀菌方式对茭白汁的DPPH 自由基清除率如图2 所示，结果显示，与未处理组相比，热处理茭白汁的DPPH 清除率有所下降，而400 MPa 超高压茭白汁的DPPH 清除率显著性上升（<0.05），该变化规律与上述总酚含量的变化规律相一致，这是由于总酚在抗氧化能力方面起到重要作用。王慧倩等研究发现，鲜切西兰花中DPPH 自由基、超氧阴离子自由基和羟自由基清除能力都呈先上升后下降趋势，与总酚和黄酮含量的变化趋势相似，闫亚茹等研究芹菜的抗氧化活性发现，多酚含量与DPPH 自由基清除率、ARAP 值呈正相关。其他研究也相继发现果蔬中的抗氧化能力与总酚、黄酮含量高度相关。

图2 超高压对NFC 茭白汁DPPH 自由基清除率的影响Fig.2 Effect of high pressure processing on the scavenging rate of DPPH free radicals in NFC water bamboo juice

2.4 超高压对NFC 茭白汁中挥发性风味成分的影响

图3 为基于GC-IMS 风味分析超高压和热处理对茭白汁中挥发性风味化合物的三维图谱和二维图谱。图中GC-IMS 俯视图纵坐标代表气相色谱的保留时间，横坐标代表离子迁移时间，横坐标1.0 处竖线为RIP 峰（反应离子峰，经归一化处理），RIP 峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物，颜色代表物质的浓度，白色表示浓度较低，红色表示浓度较高，颜色越深表示浓度越大。图3 俯视图可以直观看出不同灭菌方式茭白汁中挥发性有机物的差异，为了更加明显地对比这种差异，采用差异对比图进行分析。

图3 超高压处理NFC 茭白汁挥发性风味成分的三维谱图（a）和二维图谱（b）Fig.3 3D (a) and 2D (b) of volatile compounds in NFC water bamboo juice treated with high pressure processing

图4 为超高压和热处理茭白汁的差异图。首先选取B1 的谱图（空白组）作为参比，其他样品的谱图扣减参比，如果二者挥发性有机物一致，则扣减后的背景为白色，而红色代表该物质的浓度高于参比，蓝色代表该物质的浓度低于参比。由图5 可知，茭白汁灭菌前后挥发性有机物发生了变化，加热灭菌和高压灭菌的茭白汁中的挥发性有机物存在差异，红色区域内，虽然超高压和热处理都会使挥发性有机物浓度升高，但是，超高压处理，其增加的趋势更高，叶田等研究超高压和巴氏杀菌对鲜榨西芹汁挥发性成分的影响时发现，超高压处理对西芹汁的挥发性成分的影响较小,能更好的维持西芹汁的天然香气，与本研究结果一致。

图4 超高压处理NFC 茭白汁挥发性风味成分的差异图Fig.4 Difference diagram of volatile compounds in high pressure processing treatment of NFC water bamboo juice

图5 超高压处理NFC 茭白汁挥发性化合物的指纹图谱Fig.5 Fingerprinting of volatile compounds in NFC water bamboo juice with high pressure processing treatment

图5 为超高压和热处理茭白汁中挥发性化合物指纹图谱。图中每一行代表一个样品中选取的全部信号峰，每一列代表同一挥发性有机物在不同样品中的信号峰。黄色区域中表示，超高压处理后茭白汁的挥发性物质含量高于对照组和热处理组，正丁醛、2-辛酮、2-甲基丁酸乙酯、乙酸乙酯等物质含量明显升高，且其中2-辛酮（苹果香）和正丁醛（红酸栗味）含量随压力和时间升高而增加；乙酸乙酯（水果香）含量随压力和时间升高而降低。橙色区域中表示，茭白汁经超高压和热处理后1-丁醇和1-己醇含量均明显减少，尤其是1-丁醇（酒精味），说明超高压和热处理降低了茭白汁发酵的趋势，使产生的酒香类物质减少。茭白汁经热处理后，红色区域中1-戊醇、2-丁醇、3-甲基丁醇等物质含量明显上升，而超高压处理则会降低，绿色区域中反-2-辛烯醛、反-2-庚醛、反-2-己烯醛、3-辛酮等物质含量明显降低，说明热处理会使茭白汁出现发酵的趋势，导致部分酒香类物质含量增加，反而使部分草香和水果香等物质含量减少。所以超高压处理可以更好的保持茭白汁香气成分。

通过GC-IMS 对超高压和热处理茭白汁挥发性风味成分的检测，共鉴定出29 种挥发性化合物，如表3 所示，主要包括醇类、烯醛类、醛类、酮类和酯类等，其中醇类物质最多且乙醇含量较高。酯类挥发性成分大多具有令人愉悦的香气，乙酸乙酯具有清甜、微带果香的酒香香气，而醛类化合物如己醛、顺-2-己烯醛等呈青草香，其中含量最高的乙醇是典型的酒香气物质。茭白汁中酮类挥发性成分含量较少，可能这些成分对茭白汁的香气贡献度不高。

表3 超高压处理NFC 茭白汁中挥发性风味化合物的种类Table 3 Types of volatile compounds in NFC water bamboo juice with high pressure processing treatment

图6 为超高压和热处理茭白汁的PCA 图（主成分分析图）。由图所示，PC1 贡献率为48%，PC2 贡献率为23%，PC1 和PC2 的累计贡献率为71%，样品之间距离近则代表差异小，距离远则代表差异明显。从图6 中可以看出，主成分分析将不同灭菌方式的茭白汁很好的区分开来，且灭菌前后挥发性有机物发生了明显变化，加热灭菌和高压灭菌的茭白汁中的挥发性有机物存在较大差异，而不同压力和时间灭菌的茭白汁中的挥发性有机物比较相似，与上述差异图得到的结论一致。

图6 超高压处理NFC 茭白汁的PCA 图Fig.6 PCA plots of NFC water bamboo juice treated with high pressure processing

3 结论

本文研究了超高压和热处理对NFC 茭白汁的营养品质和挥发性风味成分的影响，研究结果表明超高压处理提升了茭白汁的感官品质，而热处理茭白汁出现了明显的分层且感官品质降低；对于总酚、黄酮含量和抗氧化能力（DPPH 自由基清除率），超高压处理后其含量都显著增加（<0.05）。利用GC-IMS 风味分析技术对超高压和热处理的茭白汁的挥发性风味成分进行检测与分析，共检测出29 种挥发性香气物质，PCA 可以将超高压处理组、热处理组和未处理组明显区分开，而不同参数超高压组（400～500 MPa，5～10 min）之间香气物质较为相似。经热处理后，一些草香和果香的挥发性化合物含量有所降低，而酒香的物质含量有所升高，从而对茭白汁的香气影响较大，超高压处理增加了茭白汁的果香和草香，提升了茭白汁的风味。综上，超高压处理不仅提高了茭白汁的营养品质，而且在保持茭白汁特征风味方面具有显著优势。