电子束辐照和超高压处理对红枣浓浆风味的影响

陈美玲，简 磊，原秋艳，贾明月，贵香茹，徐怀德

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100）

红枣（Ziziphus jujubaMill.）为鼠李科枣属植物，原产于中国，具有4 000多年的栽培历史[1]。我国红枣资源丰富、产量高，占全球总产量的97%以上。红枣富含有机酸、多酚、三萜酸、环磷酸腺苷和多糖等多种营养物质[2]，极具加工潜力。红枣浓浆为枣制品之一，可作为食品配料添加到面包、饼干、蛋糕、牛奶和咖啡等食品中，提高食品营养和风味的同时，亦可丰富食品种类，能够较好满足消费者的营养需求[3]。

但是由于红枣浓浆水分低、黏度高，传统热处理方式不仅能耗高，还会导致红枣浓浆食用品质受损，出现不良风味[4]。电子束（electron beam，EB）辐照技术和超高压（ultra-high pressure，HP）技术作为新型非热加工技术，与传统热处理相比，不仅杀菌效果好，时间短、耗能少；而且在处理过程中引起食品内部温度变化极小，能够很好地保持食品原有的色、香、味及功能活性成分[5]。目前电子束辐照在果蔬贮藏与保鲜中应用较多，Ramakrishnan等[6]用3 种电子束剂量（0、0.4、1 kGy）对葡萄柚和柠檬进行处理，结果发现1 kGy的电子束辐照可以延长葡萄柚和柠檬的保质期，并维持较好的感官品质。Culleré等[7]发现1.5 kGy的电子束辐照剂量可以提高黑松露中大多数芳香化合物含量。超高压技术在果蔬汁杀菌灭酶和传质提取等方面应用广泛，胡秦佳宝等[8]研究发现超高压技术对果汁中大部分营养成分影响较小，可以较好地保持果汁特征香气。Zhu Danshi等[9]也发现相比于巴氏杀菌和微波杀菌，超高压杀菌能更有效地保留果汁中的风味和营养品质。郑楚瑶等[5]的实验结果表明超高压技术能有效保持百香果鲜果浆的色泽和风味。上述研究表明电子束辐照处理和超高压处理均是有效提升产品品质的冷杀菌方式。

红枣浓浆的食用品质主要在于风味品质，其风味受还原糖、有机酸和挥发性芳香物质含量影响[10]。一般将甜味、鲜味、质地和香味作为评价红枣浓浆食用品质的指标。甜味取决于红枣浓浆中的葡萄糖、果糖等物质含量，质地和黏度主要受多糖和蛋白质等物质的影响，香味取决于挥发性成分[11]。研究表明，电子鼻和电子舌具有良好的灵敏度和重现性，可以模拟人类的嗅觉和味觉感知，客观地检测和分析不同样品香气和滋味的细微变化，在食品生产、食品监督和日常生活中发挥着重要作用[12-13]。电子鼻采用了一种感官阵列设置，模拟哺乳动物的鼻子，对挥发性物质的气味变化产生反应，将传感器探测到的气味物质强度转换成数据，再结合化学计量学等方法和模型，最终形成能够反映样品总体气味轮廓的图谱从而区分样品[13-14]。电子舌通过人工膜脂表面可以吸附样品中的呈味物质，导致呈味物质之间产生静电作用或者疏水性相互作用，从而引起膜电势变化，并将膜电势变化作为输出信号传输到“大脑”进行分析，从而识别样品味觉强度及味觉特征[15]。这两种技术被广泛应用于葡萄酒、啤酒和黄米酒的质量评价中，具有良好的检测与识别效果[16]。

然而，目前关于辐照处理和超高压处理对红枣浓浆风味的影响研究较少，故本实验采用电子束辐照和超高压技术处理红枣浓浆，以巴氏杀菌和未处理红枣浓浆样品为对照，通过高效液相色谱法、电子鼻、电子舌和感官评价等方式分析不同处理对红枣浓浆品质（游离氨基酸、还原糖、气味和滋味）的影响，同时结合主成分分析（principal component analysis，PCA）对不同处理的红枣浓浆品质进行差异性分析，以期为改善红枣浓浆的风味、促进红枣多值化利用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

陕北木枣购于陕西省榆林市清涧县，果实质量（6.3±0.5）g，含水量为（18±2）%。

甲醇、乙腈（均为色谱级），氨水、仲辛醇（均为分析级），果胶酶（酶活力为50 000 U/g）、纤维素酶（酶活力为5 000 U/g），果糖、葡萄糖标准品 北京索莱宝生物科技有限公司；17 种氨基酸标样混合标样美国Sigma-Aldrich公司。

1.2 仪器与设备

ESS-010-03电子束辐照设备 杨凌核盛辐照有限公司；SHPP-10L超高压设备 山西三水河科技股份公司；R-100旋转蒸发仪 瑞士布奇公司；PEN3型电子鼻德国Airsense公司；萃取头（二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（DVB/CAR/PDMS）50/30 μm）美国Supelco公司；LC-2030 Plus高效液相色谱仪 日本岛津公司；1100高效液相色谱仪 美国安捷伦公司；α-ASTREE电子舌系统 法国Alpha MOS公司。

1.3 方法

1.3.1 红枣浓浆处理

挑选无破损、无病虫害且外观品质较好的木枣清洗后与纯净水按1∶3的质量体积比混合，经过软化、去皮去核、打浆、过滤、酶解、均质、浓缩等处理后，将得到的红枣浓浆样品充分混匀后装入食品级聚乙烯塑封袋中，每10 g为一袋，然后进行以下处理：

对照组（CK组）：不做处理，并与处理组置于相同环境下；巴氏杀菌组（PS组）：将红枣浓浆置于80 ℃水浴锅中处理30 min后使用流动水快速冷却至室温；电子束辐照杀菌组：采用ESS-010-03电子加速器对红枣浓浆进行处理，其能级为10 MeV，功率水平为20 kW，平均剂量率为98 kGy/min，辐照时间小于2 s。辐照剂量分别为3、5 kGy和7 kGy，实际剂量均在目标剂量±0.3 kGy以内（用EB-3、EB-5和EB-7代表电子束辐照样品）；超高压处理：将红枣浓浆置于高压增压装置中，高压装置升压速率约为7.5 MPa/s，卸压时间小于30 s，温度约为30 ℃。以蒸馏水为传压介质，进行400、500、600 MPa，6 min超高压处理（用HP-400、HP-500和HP-600代表不同超高压处理样品）。

1.3.2 微生物指标测定

参考GB 4789.2—2016《食品微生物学检验 菌落总数测定》测定菌落总数，结果以对数表示。

1.3.3 游离氨基酸含量测定

参照张家旭等[17]的检测方法，精确称取样品约1.00 g溶解于1%磺基水杨酸（50 mL）中，用0.45 μm滤膜过滤后使用1100高效液相色谱仪进行检测。色谱条件：色谱柱为hypersil ODS C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），柱温：40 ℃，流速：1.0 mL/min，紫外检测器：254 nm，流动相A为甲醇，流动相B为80%乙腈溶液，流动相C为0.05 mol/L乙酸钠-乙酸缓冲液（pH 6.5），采用外标法测得样品中17 种氨基酸含量。

1.3.4 还原糖含量测定

参照Bouhlali等[18]的研究方法稍作修改。准确称取1.00 g样品充分溶解于超纯水并定容至50 mL，经0.45 μm孔径滤膜过滤后进入LC-2030 Plus高效液相色谱系统进行分析。色谱条件：色谱柱为Bridge Amide色谱柱（4.6 mm×250 mm，3.5 μm），流动相A：0.02%氨水溶液，流动相B：75%乙腈溶液，流速：0.60 mL/min，进样量：10 μL，柱温：35 ℃。采用外标法测得样品中葡萄糖和果糖的含量。

1.3.5 电子鼻分析

参考王永伦等[19]的方法进行电子鼻分析。准确称取各红枣浓浆样品1.00 g，分别置于40 mL顶空瓶中加盖密封，静置120 min，通过顶空进样的方式检测。采样完成后，经活性炭过滤后的洁净空气被泵入电子鼻，对传感器进行清洗并使其恢复到初始状态。每个样品做5 个平行。程序设置：样品准备时间5 s，测试时间60 s，传感器清洗时间240 s，进样流量400 mL/min。传感信号在40 s后基本稳定，选定信号采集时间为45～50 s。

1.3.6 电子舌分析

采用α-ASTREE电子舌系统，该电子舌配有ZZ、JE、BB、CA、GA、HA和JB共7 个传感器，每个传感器对酸、咸、甜、苦和鲜味敏感，但程度不一。实验开始前，对电子舌仪器的味觉传感器系统进行活化、校正、诊断，待传感器通过检验后开始实验。参考程茜等[12]的测定方法，将红枣浓浆稀释50 倍后进行抽滤，取澄清液85 mL于电子舌专用烧杯，放入传感器进行检测。单次信号采集时间为120 s，每次分析时间为3 min。每检测一个样品对所使用的传感器用纯净水进行一次彻底清洗，清洗时间为10 s，每个样品进行3 次平行测定。

1.3.7 感官评价

参考易宇文等[20]的方法，召集年龄阶段在20～25、26～30、31～35、36～40 岁和41～50 岁男女各2 人对红枣浓浆滋味、香味、色泽、形态和冲调性进行评价打分（0～15 分），5 个感官属性样品被随机编号，以减少偏差。感官评分标准如表1所示。

表1 红枣浓浆感官评分标准Table 1 Sensory evaluation criteria for jujube pulp

1.4 数据统计分析

2 结果与分析

2.1 不同处理对红枣浓浆中菌落总数的影响

由图1 可知，未处理的红枣浓浆菌落总数达2.32（lg（CFU/g））。经过EB-3、HP-400、HP-400和HP-600处理后，样品中菌落总数分别下降为1.30、1.54、1.30、1.15（lg（CFU/g）），而于EB-5和EB-7样品中未检测到微生物。结果表明，PS、EB和HP处理均符合GB 7101—2015《饮料》的要求，且EB处理杀菌效果最佳。这可能是因为EB处理可导致生物分子如DNA、RNA和蛋白质的解体，从而抑制微生物生长繁殖[21]。然而，经HP处理后样品中仍有少数微生物存在，这可能是由于红枣浓浆中高糖溶液对微生物具有保护作用[22]。

图1 不同处理方式对红枣浓浆菌落总数的影响Fig.1 Effect of different treatments on total bacterial count in jujube pulp

2.2 不同处理对红枣浓浆中游离氨基酸含量的影响

游离氨基酸是食物中重要的风味物质和香气前体物质，在食品的味觉特征中发挥着非常重要的作用[16,23]。氨基酸标准品分离色谱图见图2，不同处理对红枣浓浆中游离氨基酸含量的影响如表2 所示，8 组样品中均检测到17 种游离氨基酸，其总含量为353.97～370.79 mg/100 g。其中甜味氨基酸含量最高，占总游离氨基酸含量82.17%～82.94%。而脯氨酸是甜味氨基酸中最主要的氨基酸，占其总含量的76.70%～79.09%。不同处理对红枣浓浆中游离氨基酸含量影响不同，PS处理组样品中总游离氨基酸含量显著低于其他处理组，这可能是由于在温度较高的情况下，红枣浓浆中的多糖与氨基酸发生美拉德反应，从而导致游离氨基酸含量有所降低[24]。EB处理后，部分氨基酸含量增加，但是游离氨基酸总量显著下降，这与石梦琦等[25]的研究结果一致。

图2 氨基酸标准品分离色谱图Fig.2 Chromatograms of amino acid standards

表2 不同处理对红枣浓浆游离氨基酸含量的影响Table 2 Effects of different treatments on free amino acid contents of jujube pulp mg/100 g

姜雪等[26]研究发现枣果苦味差异与苦味氨基酸组成密切相关。相比于CK处理组，PS、EB和HP处理后，苦味和芳香味氨基酸含量显著上升；PS处理组甜味和鲜味氨基酸含量显著降低；EB组的甜味氨基酸含量有所升高，但随着辐照剂量增大，鲜味氨基酸含量有所降低；HP处理后甜味氨基酸（以脯氨酸为主）含量增加程度最大，这与Bao Chenligen等[27]的研究结果一致，通过分析超高压协同酶解对红黄芪风味的影响，发现与对照组相比，超高压处理可显著提升甜味氨基酸（丝氨酸、甘氨酸、脯氨酸和丙氨酸）的含量。上述结果可说明PS处理不利于红枣浓浆中游离氨基酸良好风味的呈现，而EB和HP处理可促进甜味氨基酸含量上升，从而促进红枣浓浆甜味增加。

进一步分析不同处理对红枣浓浆中游离氨基酸含量的影响（图3），可以发现HP处理显著提高了红枣浓浆中脯氨酸、酪氨酸、丝氨酸、异亮氨酸、天冬氨酸、甲硫氨酸的含量。EB-3处理显著增加了天冬氨酸、苯丙氨酸和谷氨酸含量，而对其他氨基酸影响不明显，这可能是辐照剂量较低，从而产生的影响较小。

图3 不同处理方式下红枣浓浆中游离氨基酸热图Fig.3 Heatmap of free amino acids in jujube pulp with different treatments

相比于CK组，EB-5和EB-7均显著提高了半胱氨酸、精氨酸、缬氨酸、亮氨酸的含量。此外，EB处理显著降低了甲硫氨酸含量，Nam等[28]的实验结果表明辐照可以使肉类食品中含硫氨基酸发生降解反应，从而导致含硫水溶性化合物产生。而PS处理主要提升了精氨酸、缬氨酸和亮氨酸等多种苦味氨基酸的含量，降低了苯丙氨酸和谷氨酸含量。有研究表明，热处理会导致食物中的游离氨基酸、多肽和蛋白质降低，并导致苦味化合物的增加，说明PS处理可能会导致红枣浓浆呈现苦涩味[29]。

2.3 不同处理对红枣浓浆中还原糖含量的影响

常见还原糖一般包括葡萄糖、果糖、半乳糖和乳糖等。红枣浓浆中葡萄糖、果糖含量丰富，可提供愉悦的口感[30]。如图4所示，不同处理得到的红枣浓浆中最丰富的为果糖，其含量为4.5～6.1 mg/g，其次为葡萄糖（2.9～3.8 mg/g）。与CK组相比，PS处理样品中果糖含量降低，葡萄糖含量无显著变化；EB处理显著提高了红枣浓浆中果糖和葡萄糖含量，不同辐照剂量对果糖和葡萄糖含量无显著影响。有研究表明电离辐射处理可以提高生物质中还原糖含量，张玥等[31]通过电子加速器对新鲜板栗进行不同剂量（0、150、300、450、600、750、900 Gy）辐照处理，发现辐照处理有利于板栗中还原糖的生成。Ribeiro等[32]通过电子束辐照处理甘蔗渣，发现30 kGy的辐照剂量改变了甘蔗渣的结构和组成，使得纤维素和半纤维素裂解形成低聚糖、葡萄糖和阿拉伯糖。Kapoor等[33]的研究结果表明由于辐照破坏了甘蔗渣的纤维素细胞壁，从而使其总还原糖产量提高了3 倍。HP处理后红枣浓浆果糖含量与压力呈正相关（4.6、5.0、6.1 mg/g），这可能是HP处理促进了果胶分子结构的断裂和多糖的水解所致。

图4 不同处理对红枣浓浆中还原糖含量的影响Fig.4 Effects of different treatments on reducing sugar contents in jujube pulp

2.4 电子鼻分析

电子鼻可以通过一系列模拟人类嗅觉系统的化学传感器识别和区分复杂的挥发物。图5为电子鼻中10 个传感器对红枣浓浆样品挥发性成分的响应值。

如图5a所示，不同处理方式下红枣浓浆样品雷达指纹图轮廓相似，但传感器响应值存在显著差异。传感器W1W（硫化物）、W1S（碳氢化合物）、W5S（氮氧化合物）和W2S（醇和部分芳香族化合物）的响应值较其他传感器更高。说明不同处理红枣浓浆样品中主要风味物质为无机硫化物、萜烯类物质、碳氢化合物、醇类、酮类和脂肪酸类等物质。就WS5（氮氧化合物）和W1W（硫化物、萜烯类物质）探头而言，EB处理样品的响应值显著高于其他处理，且辐照剂量越大，响应值越高，说明辐照处理后红枣浓浆样品中氮氧化合物和硫化物浓度显著高于其他处理，且呈剂量依赖型增加。氮氧化合物浓度增加可能是辐照引起的蛋白质的氧化、蛋白质骨架的破坏、二级结构的损伤及氨基酸水解所致；除此之外，辐照还会导致含硫氨基酸降解，从而使硫化物含量增加[34-35]。廖涛等[34]通过测定辐照后猪肉的挥发性气味发现辐照后挥发性物质含量增多，并且产生了二甲基硫等含硫化合物。王甜等[35]使用0～8 kGy的辐照剂量对腊肉进行处理，发现辐照后的腊肉品在传感器W1W（硫化物）的响应值最高，这与本研究结果一致。HP处理组样品在W2S传感器（醇类、醛类、酮类）和W1S（碳氢化合物）传感器处的响应值略高于其他处理，说明超高压处理对提升醇、醛、酮类风味物质的效果最显著。而其余6 个传感器的响应值几乎重叠，说明这6 个传感器不能对8 种不同处理样品做出明显区分。

采用PCA法分析了10 个传感器的响应值，以确定不同处理之间的风味差异（图5b）。PC1和PC2的贡献率分别为51.6%和24.2%，总体贡献率为75.8%，说明PC1和PC2可反映红枣浓浆风味成分的完整数据。平行样品之间的距离较近或有重叠，说明样品的重复性较好。同时，样品间的距离表明，PCA可较好地区分不同样品的香气成分[36]。

2.5 电子舌分析

如图6a所示，不同杀菌方式下红枣浓浆样品滋味雷达指纹图轮廓相似，但传感器响应值存在显著差异。总体来看，不同处理的样品在HA和JE传感器处响应值差距最大，其次是JB、CA、BB传感器，而在ZZ传感器处无明显差异。EB处理组在HA传感器下响应值显著低于其他处理组；HP处理样品在JE传感器下响应值显著低于其他处理组，在BB传感器下响应值显著高于其他处理；PS和CK处理组响应值差异最小。

图6 不同处理方式下红枣浓浆样品电子舌评价Fig.6 Electronic tongue analysis of jujube pulp samples with different treatments

采用PCA对不同处理的红枣浓浆滋味差异进行分析，由图6b可知，PC1占比62.5%，PC2占比35.9%，前2 个PC总贡献率超过98.4%，说明PC1和PC2已经包含主要信息。不同区域代表不同处理红枣浓浆样品的整体味觉特性分布，数据采集点之间的分散程度越大，各组的差异越明显[37]。PS处理组和对照组样品分布在同一区域，而EB处理组和HP处理组样品分别在另外两区域，说明EB、HP处理组的红枣浓浆滋味与对照组的滋味特征存在明显差异，而PS处理组与对照组样品滋味特征相近。

2.6 感官评价

为评价不同处理后红枣浓浆的食用品质，本研究从5 个方面对样品进行了分析。如表3所示，HP和EB样品感官平均分高于PS样品，尤其是在滋味、形态和色泽方面。这可能是由于PS处理导致美拉德反应产物类黑精的产生，从而产生颜色黑化，导致色泽评分较低且形态更为黏稠[38]。而EB和HP处理为冷杀菌技术，与热加工比较，对其天然的风味以及颜色的褐变影响程度较小。

表3 红枣浓浆食用品质评分Table 3 Sensory evaluation scores of jujube pulp

其中，不同处理得分差距最明显的是冲调性，冲调性是决定红枣浓浆食用品质的重要标准之一[39]。由图7可知，由CK和PS处理样品配制而成的溶液中含有少量块状，这可能是由于红枣浓浆的多糖含量十分丰富，导致红枣浓浆黏度大且溶解性较低。此外，HP处理样品在水溶液中呈明显块状，溶解程度显著低于其他处理，这可能是由于超高压处理对分子具有改性作用，可对蛋白质的二、三、四级结构产生影响，从而使蛋白质肽链折叠，分子结构发生变化，蛋白质溶解性下降[40]。相比之下，EB处理样品冲调性最佳，样品在水中的分散较好，其溶解程度与辐照剂量呈正相关，造成上述现象的原因可能是EB处理可以提高多糖的溶解性，从而降低样品黏度，使样品能够快速溶解在水中[41-42]。

图7 不同处理对红枣浓浆冲调性的影响Fig.7 Effects of different treatments on reconstitutability of jujube pulp

综上所述，感官评价结果显示，相比于PS和CK处理，HP和EB处理样品具有更理想的外观、色泽和滋味；相比于其他处理，EB处理可改善红枣浓浆样品的冲调性，使其能够快速溶解。

3 结论

经过EB和HP处理后，红枣浓浆中微生物数量均符合国家标准；HP处理后游离氨基酸含量（以甜味氨基酸为主）显著高于其他处理；与对照组相比，EB和HP处理均可显著提升红枣浓浆样品中还原糖含量；EB处理后红枣浓浆样品中挥发性物质含量增多，氮氧化合物和硫化物浓度显著高于其他处理；由感官评价结果可知，HP和EB处理样品获得的感官属性评分高于CK和PS处理。其中，EB处理样品冲调性最佳。综上所述，与PS处理相比，EB和HP处理能够更好地提升红枣浓浆口感，改善红枣浓浆的风味品质，故两种处理均可作为红枣浓浆的新型冷加工方式。