超高壓及熱處理對(duì)中國沙棘原漿揮發(fā)性成分影響的比較

黃 蕊，盛文軍，李霽昕，馮麗丹，畢 陽*

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

沙棘（Hippophae rhamnoides L.）為胡頹子科酸刺屬的灌木或小喬木，別名黑刺、酸刺，主要分布于中國、蒙古、俄羅斯和印度等國[1]。我國是世界上最大的沙棘生產(chǎn)國，華北、西北和西南地區(qū)是重要產(chǎn)區(qū)[2]。沙棘漿果富含VC、黃酮及不飽和脂肪酸等活性成分[3]，具有顯著的抗氧化與保健功能[4]。沙棘原漿是將沙棘漿果壓榨后的果漿產(chǎn)品，常作為沙棘果實(shí)制品加工的原料。現(xiàn)有的果漿加工主要采用熱力殺菌，該方法雖能夠有效延長(zhǎng)果漿的保質(zhì)期，但可明顯造成果漿的揮發(fā)性成分損失[5-6]。有報(bào)道表明，冷殺菌技術(shù)超高壓（ultra-high pressure，UHP）處理可有效保持水果制品的香氣[7]。菠蘿汁經(jīng)UHP處理后，酯類、酸類、醛類、酮類的含量及種類減少，而醇類和雜環(huán)化合物的含量及種類增加[8]。杏汁經(jīng)UHP處理后，醛類、醇類等香味成分的含量增加，酯類及內(nèi)酯類成分的含量有所降低，酮類成分則變化不大[9]。草莓漿經(jīng)UHP處理后，酮類及部分酯類香氣物質(zhì)含量顯著增加，而乙酸甲酯等酯類物質(zhì)的含量減少[10]。但關(guān)于UHP處理對(duì)沙棘原漿揮發(fā)性成分的影響鮮見報(bào)道。

本研究采用UHP處理沙棘原漿，以熱處理作對(duì)照，采用頂空固相微萃取法和氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用法，分析處理對(duì)沙棘原漿揮發(fā)性成分的影響，比較與熱處理對(duì)揮發(fā)性成分影響的差異。以期為沙棘原漿的品質(zhì)控制提供理論和方法依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試沙棘原漿由甘肅省高原圣果華池公司于2015年12月提供，可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.54%。

2-辛醇（色譜純） 美國Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HPP.L2-600/2超高壓設(shè)備 天津市華泰森淼生物工程技術(shù)有限公司；SW-CJ-2FD超凈工作臺(tái) 蘇凈集團(tuán)蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；LDZX-30KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械廠；DHP-9272B恒溫培養(yǎng)箱上海一恒科技有限公司；HH-4恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市榮華儀器有限公司；FS-300熱封機(jī) 永康市特力包裝機(jī)械有限公司；固相微萃取頭、50 μm二乙基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷萃取纖維 美國Supelco公司；OV1701色譜柱（60 m×0.20 mm i.d.，0.5 μm） 中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所；Autosystem XL-TurboMass GC-MS聯(lián)用儀、Clarus 500 GC儀 美國Perlan Etmer公司。

1.3 方法

1.3.1 沙棘原漿樣品的處理

UHP處理（處理組）：參照張文佳等[11]的方法并作修改，將100 mL沙棘原漿樣品裝入15 cm×20 cm聚乙烯真空袋，熱封口。將袋裝樣品置于超高壓設(shè)備的壓力腔內(nèi)，并浸沒于傳壓介質(zhì)中，在500 MPa、30 ℃處理15 min。樣品處理后在4 ℃條件下貯藏待測(cè)。

熱處理（對(duì)照組）：參照蔣和體等[12]的方法并作修改，將100 mL沙棘原漿樣品裝入15 cm×20 cm聚乙烯真空袋，熱封口。將袋裝樣品置于水浴鍋內(nèi)，90 ℃處理40 min。樣品處理后在4 ℃條件下貯藏待測(cè)。

1.3.2 揮發(fā)性成分分析

1.3.2.1 頂空固相微萃取

將待測(cè)樣品置于室溫平衡10 min，準(zhǔn)確吸取樣品5 mL于15 mL固相微萃取專用樣品瓶中，加入2.0 g NaCl、5 μL 2-辛醇-乙醇溶液（88.2 mg/L）及磁力攪拌子，蓋緊樣品瓶蓋，在40 ℃水浴中平衡15 min。先將固相微萃取的萃取頭在GC儀的進(jìn)樣口250 ℃老化1 h，再將老化好的固相微萃取頭插入到樣品瓶中，調(diào)節(jié)插入高度后推出纖維頭，距離液面1.5 cm，40 ℃水浴頂空吸附40 min，隨后縮回纖維頭，從樣品瓶中拔出萃取頭，再將萃取頭直接插入GC-MS聯(lián)用儀，推出纖維頭，直接進(jìn)樣[13]。250 ℃解吸10 min，同時(shí)啟動(dòng)儀器采集數(shù)據(jù)。每個(gè)樣品重復(fù)3 次。

1.3.2.2 GC-MS條件[14]

GC條件：HP25毛細(xì)管柱（30.0 m×250 μm，0.25 μm）；載氣為高純He，進(jìn)樣方式為不分流，流速1.0 mL/min；程序升溫：起始溫度60 ℃，保持10 min，以3 ℃/min升至150 ℃保持2 min，再以5 ℃/min升至250 ℃，保持5 min，進(jìn)樣口溫度250 ℃；15 min后打開分流閥，分流比20∶1。

MS條件：四極桿質(zhì)譜，電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；連接桿溫度250 ℃；傳輸線溫度280 ℃；質(zhì)量掃描范圍50～450 u；采集方式0.2 s/次。

1.3.3 定性和定量分析

利用GC-MS的掃描（Scan）模式，2-辛醇作為內(nèi)標(biāo)，利用質(zhì)譜化學(xué)工作站（Hewlett Packard MS Chem Station）對(duì)譜圖進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。定性分析：將檢測(cè)信息用NIST標(biāo)準(zhǔn)譜庫的檢索，對(duì)樣品中各揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行核對(duì)和確認(rèn)（相似指數(shù)≥80）；定量分析：采用峰面積歸一化法計(jì)算各種成分的含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

實(shí)驗(yàn)所有測(cè)定均作3 次重復(fù)。全部數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件計(jì)算平均值及標(biāo)準(zhǔn)誤，部分?jǐn)?shù)據(jù)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行Duncan’s多重差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 UHP及熱處理沙棘原漿的揮發(fā)性成分總離子流色譜圖

圖1 UHP（A）及熱處理（B）的沙棘原漿GC-MS總離子流色譜圖Fig. 1 GC-MS total ion current chromatogram of UHP (A) and heat treated (B) seabuckthorn pulp

如圖1所示，處理組和對(duì)照組分別檢出82 種和93 種揮發(fā)性成分，相同成分有69 種。

2.2 UHP及熱處理對(duì)沙棘原漿揮發(fā)性成分種類及含量的影響

表1 UHP及熱處理對(duì)沙棘原漿揮發(fā)性成分含量的影響Table 1 Effects of UHP and heat treatment on the content of volatile compounds of seabuckthorn pulp

續(xù)表1

續(xù)表1

如表1所示，處理組和對(duì)照組揮發(fā)性成分總含量存在較大差異，處理組高于對(duì)照組61%。從含量上看，處理組每類成分均與對(duì)照組差異顯著，處理組和對(duì)照組的揮發(fā)性成分均由醇類、酯類、醛類、酮類、酸類、萜烯類、烴類和其他化合物組成，其中以醇類所占比例最大（58.58%），其次為酯類（29.8%）。處理組醇類、酯類、酮類、烴類及醚類化合物的含量顯著高于對(duì)照組，其中醇類和酯類分別增加對(duì)照組1.06 倍和0.48 倍。但處理組醛類和酸類分別低于對(duì)照組54%和46%。該結(jié)果與王孝榮[15]及Selli[16]等采用UHP處理橙汁的結(jié)果相似，但與郭曉暉等[17]的結(jié)果略有差異，發(fā)現(xiàn)草莓原漿經(jīng)UHP處理后酯類和醛類含量顯著提高。

從種類上看，處理組的酯類和酸類均低于對(duì)照組，其他組分與對(duì)照組之間無差異（表1）。處理組的揮發(fā)性物質(zhì)種類主要是醇類（32.1%）、酯類（34.6%）、酮類（12.3%）和酸類（3.7%）。含量較多的醇類有2-丁醇、苯乙醇、3-甲基正丁醇，酯類有3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、異戊酸異戊酯、己酸丁酯，酮類有1-（2-呋喃基）乙酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮，酸類有3-羥基-3-甲基丁酸。對(duì)照組的揮發(fā)性成分種類主要是醇類（25%）、酯類（36.5%）、酮類（10.4%）和酸類（9.4%）。含量較多的醇類有乙醇、苯乙醇、正辛醇，酯類有3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、戊酸-1-甲基丙酯、苯甲酸-1-甲基丙酯，酮類有2H-吡喃-2,6（3H）-二酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮。

2.3 UHP及熱處理對(duì)沙棘原漿氣味活性值（odor activity values，OAV）

各組分對(duì)香氣的貢獻(xiàn)取決于它們的濃度和閾值，按照OAV，即濃度與其閾值之比的計(jì)算方法，根據(jù)OAV大于0.2的原則，確定了12 種對(duì)沙棘原漿香氣貢獻(xiàn)較大的組分，其中10 種處理組較高，2 種對(duì)照組較高，如表2所示。

表2 UHP及熱處理對(duì)沙棘原漿揮發(fā)性成分OAV的影響Table 2 Effects of UHP and heat treatments on the odor activity values(OAVs) of volatile compounds of seabuckthorn pulp

處理組α-松油醇和芳樟醇的OAV分別是對(duì)照組的1.85 倍和2.19 倍。正己醇、正庚醇、正辛醇及苯甲醇的OAV分別是對(duì)照組的1.41、1.67、1.69 倍及2.48 倍。根據(jù)Le Chatelier理論，高壓有利于體積縮小的反應(yīng)，隨著壓力升高，反應(yīng)的速率將會(huì)增大。一些在常壓條件下不能進(jìn)行或緩慢進(jìn)行的有機(jī)反應(yīng)，在高壓條件下可以順利進(jìn)行。α-松油醇在UHP處理后OAV增大是由檸檬烯在高壓條件下快速水合反應(yīng)引起的[24]。芳樟醇常與糖苷結(jié)合形成非揮發(fā)性的結(jié)合態(tài)芳香物質(zhì)，但可在糖苷酶的作用下裂解糖苷鍵釋放配糖基，產(chǎn)生揮發(fā)性的游離態(tài)芳香物質(zhì)。UHP處理能激活糖苷酶的活性[25]，從而促進(jìn)芳樟醇的釋放。

處理組己酸乙酯、辛酸乙酯和γ-辛內(nèi)酯的OAV分別是對(duì)照組的4.35、1.28 倍和2.86 倍，說明UHP處理能使某些酯類物質(zhì)含量增加。UHP處理可激活酯酶[26]，還可壓縮分子間空間，促進(jìn)了醇類和酸類發(fā)生酯化反應(yīng)[27-28]。處理組β-大馬酮的OAV是對(duì)照組的2.34 倍。可能是由于較高壓力下物質(zhì)濃度增加，分子運(yùn)動(dòng)碰撞加劇，促進(jìn)了新物質(zhì)的合成[29]。處理組壬醛和3-甲基丁酸的OAV分別低于對(duì)照組40%和32%。說明熱處理會(huì)促進(jìn)醛類物質(zhì)的產(chǎn)生[30-31]，以及某些物質(zhì)的酯化。

3 結(jié) 論

UHP處理可顯著增加沙棘原漿的揮發(fā)性成分，處理組揮發(fā)性成分的總含量顯著高于對(duì)照組，各類揮發(fā)性成分含量均與對(duì)照組存在顯著差異，其中以醇類和酯類揮發(fā)性成分的含量顯著高于對(duì)照組，但處理組酯類和酸類揮發(fā)性成分的種類低于對(duì)照組。超高壓處理可顯著增加沙棘原漿中的揮發(fā)性成分，其作用與促進(jìn)底物釋放，激活糖苷酶和酯酶分解結(jié)合態(tài)揮發(fā)性成分密切相關(guān)。因此，相比熱殺菌處理，UHP處理更有利于提高沙棘原漿的品質(zhì)。