超高壓處理對鮮切馬鈴薯質地及細胞壁多糖含量的影響

黃 歡,王紹帆,韓育梅

(內蒙古農業大學食品科學與工程學院,內蒙古呼和浩特 010018)

馬鈴薯富含多種有益人體健康的元素,目前市場上其產品多以薯片、薯條、精制淀粉等形式存在,鮮切產品相對缺乏。隨著人們生活節奏的加快和健康消費意識的提高,鮮切果蔬的需求量日益增加。因此鮮切馬鈴薯的加工已成為馬鈴薯產品發展的必然趨勢,有助于拓寬產品市場。然而鮮切果蔬更易產生組織變色、質地軟化、風味下降、微生物侵染等問題,從而導致貨架期縮短,品質評價降低,限制了鮮切果蔬加工業的發展[1]。針對這一問題,最常用的保鮮方法是熱處理,依靠高溫作為確保食品的微生物安全性,保持其色澤品質同時延長保質期的方法。然而,這一過程受到傳熱的限制,食品外部到內部的溫度梯度大,過度加工導致對感官及營養嚴重損害。因此新興的非熱保鮮技術應運而生,其中超高壓處理(HPP)應用廣泛,初具商業規模,保鮮效果良好。

作為一種非熱處理手段,HPP屬于物理方式,介質環境的溫度穩定,不會破壞食品中的共價鍵,對食品組分影響小,能很好地保持其色、香、味及營養和功能成分,提高食用價值[2]。HPP也因此被認為是最小化加工的一種方式,符合人們對自然、新鮮、無添加的健康飲食的追求。汪薇等[3]研究發現使用HPP處理鮮切蓮藕,當壓力增加到400 MPa 以上時,滅菌率可達到 99%以上,起到了良好的殺菌效果,同時可以最大程度地保持蓮藕的營養價值。HPP技術在鮮切產品加工中具有較好的應用性,但HPP處理后大部分鮮切果蔬硬度存在明顯下降的現象。植物細胞壁由三種主要的多糖組成:纖維素、半纖維素和果膠,纖維素與半纖維素一起形成壁的骨架,其嵌入在果膠網絡中。研究表明,這種果膠網絡主要影響組織的堅固性,并且是食品加工過程中質地變化的原因[4]。Sun等[5]探究高壓加工下萵筍質地改變與果膠的相關聯系,發現萵筍在300 MPa下質地軟化與其螯合性果膠的損失密切相關。HPP處理中可促使果蔬組織結構重排及化學反應的發生,進而影響細胞壁多糖的變化,這可能是HPP處理后食品質地改變的原因。

本研究考慮地域性及市場需要等因素,以鮮切馬鈴薯為研究對象,考察高壓處理對其質地、細胞壁多糖含量及相關酶活性的影響,同時為了評估超高壓處理是否優于傳統的熱加工方法,設置熱處理進行比較。以便進一步明確HPP處理后,鮮切馬鈴薯質地下降的原因,為采取相應的質地保持措施提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯(品種:冀張) 內蒙古呼和浩特市武川縣;D-半乳糖醛酸 Solarbio科技有限公司;多聚半乳糖醛酸 源葉生物有限公司;果膠、環己二胺四乙酸、咔唑、水楊苷 羅恩化學試劑;羧甲基纖維素鈉、微晶纖維素 國藥化學試劑有限公司;其它試劑 均為分析純。

HPP-600-5L型超高壓設備(工作壓力:0～600 MPa,有效容積:5 L,工作溫度:室溫,工作介質:水) 包頭科發高壓科技有限責任公司;TA-XT Plus質構儀 英國 Stable Micro System 公司;UV5紫外可見分光光度計 瑞士梅特勒-托利多儀器(中國)有限公司;TGL-16M型冷凍離心機 上海盧湘儀離心機儀器有限公司;DDSJ-318雷磁電導率儀 上海儀電科學儀器有限公司;CR-20色差儀 日本柯尼卡美能達有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 取新鮮馬鈴薯洗凈,去皮,切片(厚度0.5 cm)。用干凈紗布吸干表面細胞液,隨機取7片裝入PE袋,進行真空包裝。超高壓處理:將上述處理后樣品浸泡于超高壓容器的傳壓介質水中,密閉,于室溫下在100、300、500、600 MPa壓力下處理,保壓時間10 min(參考實驗前期研究),卸壓時間3 s。熱處理:以鈍化過氧化物酶為標準,經預實驗選擇的熱燙條件為 100 ℃ 處理80 s。將真空包裝后的馬鈴薯片置于沸水浴中處理80 s,迅速取出冷卻至室溫。以未經處理的真空包裝后的馬鈴薯片為空白。

1.2.2 色差值的確定 利用手持式色差儀測定鮮切馬鈴薯片的L*、a*、b*值,以初次測定色差值的馬鈴薯片部位為固定觀察點,放置于空氣中每60 min記錄一次L*、a*、b*值,共記錄3次,進行色差ΔE的計算,以判斷鮮切馬鈴薯顏色變化。其中L*代表亮度值,a*表示紅綠色值,b*值表示黃藍色值。

式(1)

1.2.3 質構指標測定 在馬鈴薯片的內髓部取一個點,外髓及維管束環處均勻取三個點,進行質構測定。四個位置上測得的數值取平均后為該片馬鈴薯的質構指標數值,包括硬度、咀嚼度。每個處理下測定7片。測試參數:測試模式:全質構模式(TPA);探頭:P5;測前速度2.00 mm/s,測試速度2.00 mm/s,測后速度2.00 mm/s,應變50%,兩次間隔時間5 s。

1.2.4 細胞壁多糖降解酶活性的測定 纖維素酶是降解纖維素的多組分酶系,主要包括外切葡聚糖酶(Exoglucanase,C1)、內切葡聚糖酶(Endoglucanase,Cx)和β-葡萄糖苷酶三種,以上三種酶活性測定采用 DNS 比色法,具體方法參照辜青青等[6]。果膠甲酯酶(PME)活性測定參照徐曉波[7]的方法,酶活性以每分鐘釋放 1 μmol 的甲酯所需要的酶量為一個酶活力單位,結果以 U/g 表示;多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性測定參照曹建康[8]的方法。

1.2.5 細胞壁物質的提取及多糖的分離 細胞壁物質(AIR)的提取及分離參考 Nguema-Ona[9]和 Moore等[10]的方法并略有改變。

圖1 超高壓處理對鮮切馬鈴薯色澤的影響Fig.1 Effects of ultra high pressure treatment on colours of fresh-cut potato 注:A:L*;B:a*;C:b*;D:ΔE。不同小寫字母表示各組數據間差異顯著(P<0.05)。

1.2.6 細胞壁多糖物質成分含量測定 果膠(水溶性果膠、螯合性果膠、堿溶性果膠)含量測定采用咔唑比色法[8]:1 mL提取液,加入濃硫酸6 mL,然后沸水浴20 min,取出冷卻至室溫,加入0.2 mL 0.2%的咔唑溶液,暗處放置30 min,測定反應液在530 nm處的吸光度值,標準曲線采用0～100 μg/mL D-半乳糖醛酸繪制:y=0.0068x-0.0194,R2=0.9902。結果以每克細胞壁干物質中果膠的質量表示。半纖維素含量測定采用苯酚硫酸法,標準曲線方程為:y=0.0091x+0.0149,R2=0.9939;纖維素含量測定采用凍干稱重法。

1.3 數據處理

所有試驗均重復三次,采用SPSS 19.0軟件對數據進行顯著性分析(比較均值),相關性分析(Pearson相關系數)。利用Origin 2018進行數據的曲線及圖形繪制,主要以柱狀圖的形式呈現。

2 結果與分析

2.1 超高壓對鮮切馬鈴薯色澤的影響

由圖1可知,空白組鮮切馬鈴薯在放置前L*為57.4、a*為0.8、b*為27.2,即新鮮馬鈴薯去皮切片后,其色澤鮮亮、色調偏黃。隨著在空氣中放置時間的延長,空白組a*值顯著(P<0.05)增大,b*值顯著(P<0.05)降低,放置120 min后L*值顯著下降(P<0.05),這說明在放置過程中,鮮切馬鈴薯發生褐變,表現在色澤上為紅色值增大,亮度及黃色值降低。經超高壓及熱處理后的鮮切馬鈴薯L*均在一定程度上高于空白,這一方面是由于熱處理及超高壓處理可以通過抑制酶活降低產品褐變度[11];另一方面,熱處理及一定條件的超高壓處理可使馬鈴薯部分淀粉發生糊化[12],細胞透性提高,導致馬鈴薯片亮度增大。其中熱處理及超高壓100、500、600 MPa處理后的馬鈴薯在放置過程中L*保持較好,在空白組水平以上;300 MPa下L*隨放置時間延長顯著(P<0.05)下降,且均低于空白,最低為32.4。熱處理0 min鮮切馬鈴薯a*值相對空白顯著(P<0.05)增大,但在后續放置中與初始無顯著差異(P>0.05)。超高壓處理后a*值隨放置時間基本呈上升趨勢,其中100、500、600 MPa下a*值顯著(P<0.05)低于空白,300 MPa下a*值相對空白顯著(P<0.05)增大(0 min除外)。熱處理后的鮮切馬鈴薯在放置過程中,b*值變化不顯著,保持良好。相比熱處理,超高壓處理后b*值相對較低,但在放置期間均高于空白。一般來講,總色差更能表現樣品處理前后顏色的變化。超高壓及熱處理后鮮切馬鈴薯與空白存在一定的色差,但在后期放置120 min,熱處理、超高壓100、500、600 MPa處理下馬鈴薯色差值均低于空白水平,其中600 MPa處理效果最好;300 MPa處理下(120 min)色差值顯著(P<0.05)增大且高于空白組,說明該處理下馬鈴薯褐變最嚴重。這可能由于壓力為300 MPa時,一方面對多酚氧化酶活性鈍化不完全;另一方面該壓力下對馬鈴薯細胞損傷嚴重,增大了酶和底物的接觸面積,更利于酶促褐變的進行。韓文娥[11]研究表明,在壓力為400 MPa時,鮮切馬鈴薯褐變度超過未處理樣品值;當壓力為≥500 MPa時,褐變度出現顯著(P<0.05)下降的趨勢(P<0.05)且隨著貯藏時間上升的幅度很小,與本研究結果相似。

2.2 超高壓對鮮切馬鈴薯質地的影響

超高壓對鮮切馬鈴薯硬度的影響如圖2A所示。相較空白,熱處理后的馬鈴薯硬度下降最大。可能是高溫導致細胞出現膨脹,存在壓縮損失,胞間層分離,同時細胞壁中的果膠物質在高溫下發生β-消除反應而降解所導致的[13]。相比熱處理,超高壓處理能夠更好的保持馬鈴薯硬度。然而相較空白,超高壓處理后馬鈴薯硬度均有一定程度的下降,

圖2 超高壓處理對鮮切馬鈴薯質構的影響Fig.2 Effect of ultra-high pressure treatment on the texture of fresh-cut potatoes注:不同字母則表示存在顯著差異(P<0.05),圖3～圖6同。

這是由于超高壓處理導致馬鈴薯組織細胞體積壓縮,生物高分子立體結構受到破壞,引起氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價鍵變化以及蛋白質、淀粉等大分子變性,對細胞結構造成損傷,影響其硬度[14]。其中300 MPa 時硬度下降程度最大,相較空白下降了33.93%;壓力增大到500 MPa時,其硬度出現逐漸回升的現象,繼續升高壓力,馬鈴薯硬度無顯著變化(P>0.05)。這一現象符合Basak等[15]的研究,HPP處理中,果蔬質地的初始損失歸因于壓力的快速效應,也稱為瞬時壓力軟化(IPS);隨后出現具有保持性的逐漸質地恢復。參考Ans等[16]及國內外大部分研究這一現象的產生主要由于HPP處理過程中果蔬細胞壁成分的變化,尤其是果膠和二價陽離子。HPP處理下馬鈴薯細胞遭到破壞,導致其硬度下降,同時由于馬鈴薯作為高淀粉含量食品,超高壓及熱處理都在一定程度上使淀粉顆粒發生糊化,從而降低鮮切馬鈴薯硬度;但同時HPP促使細胞膜通透性增加,細胞壁相關酶、底物和陽離子從細胞中的不同區室釋放出來并在HPP處理期間彼此相互作用。有研究表明果蔬的結構受到一定程度的破壞后,果膠甲酯酶(PME)從細胞中釋放并與底物充分接觸,使高甲酯化果膠去甲基形成低甲酯化果膠,進而通過共價鍵結合金屬離子,導致果蔬硬度增大[17]。同時根據Martin等[18]的研究,分析馬鈴薯細胞組織中的空氣在較高壓力作用下被全部排出,細胞間經壓縮呈現緊密的排列,使硬度存在上升的趨勢。

咀嚼度表示將食物咀嚼到可吞咽狀態所做的功,可以從口感上對食品質地進行描述、區分,數值上用膠著性與彈性的乘積表示[19]。不同處理下鮮切馬鈴薯咀嚼度變化如圖1B所示,其中空白組咀嚼度為508.55 g,熱處理后鮮切馬鈴薯咀嚼度下降了51.88%。相對熱處理,超高壓處理后鮮切馬鈴薯咀嚼度具有一定的保持性。其中與空白相比,100 MPa下鮮切馬鈴薯咀嚼度顯著提高;300 MPa下咀嚼度下降為414.39 g;500 MPa處理后表現出回升的趨勢;600 MPa處理后鮮切馬鈴薯咀嚼度與空白相比無顯著差異(P>0.05)。

2.3 超高壓處理對鮮切馬鈴薯細胞壁相關酶活性的影響

2.3.1 超高壓處理對鮮切馬鈴薯果膠酶活性的影響 多聚半乳糖醛酸酶(PG)和果膠甲酯酶(PME)是果膠物質的關鍵代謝酶,PME使果膠去甲酯化,利于PG水解果膠,從而增加了AIR網絡的水合性質,影響細胞壁的完整性和堅實度,促進質地軟化,PME促使多聚半乳糖醛酸(HGA)積累負電荷,HGA分子中帶負電荷的半乳糖醛酸殘基結構域通過離子鍵與金屬離子締合,形成交聯,增加了細胞壁強度并為大部分細胞提供了結合力;此外,低甲酯果膠不易發生β-消除反應,減小了果膠物質的非酶降解,利于質地保持[20]。

不同處理對鮮切馬鈴薯PME活性的影響如圖3A所示。相較空白,熱處理后馬鈴薯PME活性顯著(P<0.05)降低,說明其具有熱不穩定性。而100 MPa處理后PME活變化不顯著(P>0.05);300及500 MPa處理后,酶活性顯著提高(P<0.05);600 MPa下PME活性顯著下降(P<0.05),與Sila等[21]的研究結果相似。由此可知,馬鈴薯PME 酶具有一定的壓力穩定性,不易被高壓鈍化。酶保持較高活性的原因一方面可能是超高壓處理(在相對較低的壓力水平下)降解了細胞組織,破壞生物膜,促進酶和底物的接觸[22];另一方面歸因于超高壓促進向體積減小方向進行的化學反應的發生,而PME作用下果膠去甲氧基化,促使帶電游離羧基附近的水偶極子緊密排列,導致體積減少[23]。600 MPa下PME活性下降,分析可能600 MPa是鮮切馬鈴薯PME保持壓力穩定性的臨界壓力,由于壓力范圍限制,未能對更高的壓力進行討論。

圖3 超高壓處理對鮮切馬鈴薯果膠酶活性的影響Fig.3 Effect of ultrahigh pressure treatment on pectinase activity of fresh-cut potato

不同處理對鮮切馬鈴薯PG活性的影響如圖3B所示。熱處理后鮮切馬鈴薯PG活性相對對照仍保留72.46%,說明馬鈴薯PG具有一定的耐熱性,熱處理下不易失活,Rodrigo等[24]研究也表明通過熱處理難以將PG酶敲除。超高壓處理相比對照,100 MPa下,PG活性提高,后隨壓力的增加,PG活性呈下降趨勢;500 MPa下,PG活力下降43.25%,繼續升高壓力,對該酶的抑制效果加強。由于酶的本質是蛋白質,HPP處理迫使水分進入蛋白質基質內部導致其構象解聚及改變,即疏水和靜電相互作用破壞蛋白質三級結構,由此破壞酶的活性中心。同時根據Le Chatelier原則分析,升高的壓力將抑制伴隨基質與酶活性位點結合時體積增加的反應[25]。綜合大部分研究表明隨著壓力的增加,PG活性迅速下降,但PME活性具有壓力穩定性,甚至活化性。

2.3.2 超高壓處理對鮮切馬鈴薯纖維素酶活性的影響 纖維素酶根據其催化反應功能的不同將纖維素酶分成三類:C1酶、Cx酶和β葡糖苷酶。C1酶是對纖維素最初起作用的酶,破壞纖維素鏈的結晶結構;Cx酶作用于經C1酶活化的纖維素,分解β-1,4-糖苷鍵、降解纖維素,導致細胞壁中“經緯結構”松散,促進果膠質被果膠酶分解,加速果實軟化;β-葡糖苷酶可以將纖維二糖、纖維三糖及其他低分子纖維糊精分解為葡萄糖[26]。

超高壓處理對纖維素酶系的影響如圖4所示,鮮切馬鈴薯C1酶活性在100、500、600 MPa處理后相比空白顯著(P<0.05)升高,300 MPa下顯著降低(P<0.05)。其中在研究范圍內500 MPa下C1酶活性最高,高于對照28.34%。繼續升高壓力,C1酶活性顯著(P<0.05)下降。熱處理相對超高壓(低于600 MPa)對C1酶抑制性強。

Cx酶活性變化見圖4B,結果顯示超高壓處理后鮮切馬鈴薯Cx酶活性水平均低于空白。β-葡萄糖苷酶隨壓力的變化趨勢與C1酶相同。壓力對纖維素酶具有雙向作用。一方面有研究表明離子濃度升高會抑制纖維素酶的活性,而超高壓及熱處理一定程度上均對馬鈴薯細胞內的細胞器產生不同程度的破壞,離子溶出,增加了細胞液的離子濃度[27]。另一方面在一定的壓力范圍,可促進酶分子活性中心的催化基團和結合基團相互靠近并定向,有利于其余底物分子迅速形成過渡態,加速酶促反應;當壓力進一步升高時,酶活性中心的空間變小,阻礙了底物進入活性中心,酶與底物結合力降低,導致酶促反應降低[28]。本研究表明在一定的壓力范圍內HPP處理對馬鈴薯β-葡萄糖苷酶及C1酶活性具有增強作用,而具體變化趨勢的確定有待進一步探究;對Cx酶具有抑制作用,以上三種纖維素酶均在300 MPa下表現最低活性。

圖4 超高壓處理對鮮切馬鈴薯纖維素酶活性的影響Fig.4 Effect of ultra high pressure treatment on cellulase activity of fresh-cut potato

2.4 超高壓處理對鮮切馬鈴薯細胞壁物質含量的影響

2.4.1 超高壓處理對鮮切馬鈴薯果膠含量的影響 果膠分子是以半乳糖醛酸(GalA)為主鏈結合多種單糖組成的雜多糖,其中主要為GalA,因此很多研究以GalA含量作為細胞壁總果膠含量的指標[29]。由圖5A可以看出,熱處理由于高溫,果膠和細胞壁之間的結合力降低,導致果膠的提取量顯著增加(P<0.05)。因此,GalA含量的增加可能

圖5 超高壓處理對鮮切馬鈴薯果膠含量的影響Fig.5 Effect of ultra high pressure treatment on pectin contents of fresh-cut potato

是熱處理后馬鈴薯硬度降低的一個原因。Xie等[30]研究發現熱處理后蓮藕硬度與其GalA含量成負相關。同時HPP處理中100 MPa處理后馬鈴薯GalA含量較低,其硬度也得到了較好的保持。

果膠多糖通過化學鍵與細胞壁結合,根據結合方式不同,利用不同的溶劑進行分級溶解,分為水溶性果膠(WSF)、螯合性果膠(CSF)和堿溶性果膠(NSF)。其中WSF通過非離子鍵或非共價鍵與細胞壁交聯,是果膠總量的重要組成部分;CSF是通過離子鍵與細胞壁上二價陽離子結合的果膠;NSP通過共價鍵與細胞壁多糖結合[31]。本研究分析了高壓處理對馬鈴薯細胞壁中的WSF、CSF 和NSF半乳糖醛酸含量的影響。

由圖5B～圖5D可知,空白組鮮切馬鈴薯果膠多糖的組成為WSF(65.34%)、CSF(14.94%)和NSF(19.69%),其中WSF是馬鈴薯果膠中含量最高的組分。在熱處理和HPP處理過程中,果膠組分含量均發生了變化。熱處理后,WSF含量顯著(P<0.05)增大,CSF和NSF含量都顯著下降(P<0.05),這一結果表明熱處理導致了果膠的降解和溶解,這與謝瑋[32]的研究結果相似。同時有研究表明熱處理導致大量組織軟化,其特征在于細胞分離增加,伴隨WSF的增加與CSF和NSF果膠的減少[33]。HPP處理中100 MPa處理后WSF含量顯著(P<0.05)下降,CSF和NSF含量顯著(P<0.05)增大。這種果膠組分的轉變可能是該壓力處理下馬鈴薯質構保持較好的原因之一。因為CSF和NSF含量較多時,果膠質的穩定性更好,不易解離,細胞間的粘合力較大。300 MPa下WSF含量與空白相比無顯著變化(P>0.05),CSF含量顯著(P<0.05)下降,而NSF含量顯著增大(P<0.05)。500 MPa下WSF含量與空白相比無顯著變化(P>0.05),NSF及CSF含量顯著增大(P<0.05)。超高壓處理下CSF的增加,可能是由于PME具有壓力穩定性,PME作用下導致果膠分子酯化度下降,游離羧基增多,更易與組織中的金屬離子形成交聯。600 MPa下WSF、CSF含量顯著(P<0.05)下降,NSF含量顯著增大(P<0.05),同時600 MPa下馬鈴薯質地相對于其他組較優,推測NSF含量對其質地有一定的影響。NSF含量增大的原因可能是高壓作用下使果膠形成了可以與碳酸鹽結合的特定酯鍵[33]。姚佳[34]對萵筍三種組分果膠在高壓下變化進行研究,發現在100、300、500 MPa處理后,NSP含量均顯著增大,認為NSP含量是影響萵筍硬度的關鍵組分。綜上可知,馬鈴薯堅硬度的喪失與總水溶性果膠的減少以及原代細胞壁和中間片層結構的分解有關。

2.4.2 超高壓對鮮切馬鈴薯纖維素和半纖維素含量的影響 半纖維素(HC)含量可一定程度表達細胞壁組分的溶出和轉化,HC解聚和阿拉伯糖損失是細胞壁解聚的主要因素之一[35]。超高壓處理對鮮切馬鈴薯HC含量的影響如圖6A所示,HPP處理后馬鈴薯HC含量均低于空白,這為超高壓后鮮切馬鈴薯半乳糖醛酸含量的提高提供了解釋,由于半纖維素具有親水性能,利于細胞壁的潤脹,可促進果膠物質的溶出;同時可增強纖維彈性以及纖維間的結合力,便于質地的保持,這也可能是超高壓處理后鮮切馬鈴薯質地有所下降的原因。Shi等[36]研究表明細胞壁代謝對果實質地的影響主要通過改變HC含量來實現。Zhang等[37]在研究不同品種黑莓果肉硬度變化的原因時發現質地較軟品種中具有較低水平的AIR、CSF、NSF和HC以及較高水平的WSF。然而熱處理后馬鈴薯HC含量顯著提高(P<0.05),這可能與熱處理中降低了相關酶活性,抑制了酶促降解有關。但熱處理后鮮切馬鈴薯質地損失極其明顯,說明質地這一指標不受單一因素影響。同時也有部分學者認為HC含量與果蔬質地變化之間沒有直接關系[38]。這可能與研究對象以及處理方法的不同有關。

圖6 超高壓處理對鮮切馬鈴薯半纖維素(HC) 和纖維素(CEL)含量的影響Fig.6 Effect of ultrahigh pressure treatment on fresh cut potato cellulose(CEL)and hemicellulose(HC)contents

鮮切馬鈴薯纖維素(CEL)含量的改變如圖6B所示。有部分研究表明,CEL含量與果蔬質地成正比關系[35]。超高壓后鮮切馬鈴薯CEL含量相對空白有所提高,而熱處理后CEL含量顯著下降(P<0.05),

表1 馬鈴薯硬度、咀嚼度與細胞壁各組分及酶活力的相關性分析Table 1 Correlation analysis between potato hardness,chewing degree and cell wall components and enzyme activity

注:*在0.05水平(雙側)顯著相關;**在0.01水平(雙側)極顯著相關;-代表兩組變量相同。

這可能是超高壓相對熱處理能夠保持良好質地的原因。這與纖維素酶活性結果不呈現負相關。有研究表明纖維素酶活性與其的轉錄水平不完全一致,即當纖維素酶活性降低時,其表達未顯示下降,CEL含量得到了保持,這表明纖維素酶活性可能受翻譯后機制的調節[39]。

2.5 超高壓處理下鮮切馬鈴薯果實質構、細胞壁成分含量和酶活性的相關分析

由表1可知,超高壓處理后鮮切馬鈴薯硬度、咀嚼度與CSF、NSF、CEL含量呈顯著或極顯著(P<0.05或P<0.01)正相關,與WSF含量呈極顯著負相關(P<0.01),與HC含量相關性不顯著。PME活性及纖維素酶活性對馬鈴薯質構影響較大,呈顯著或極顯著正相關(P<0.05或P<0.01)。其中纖維素酶與CEL含量在表達上不一致,與HC含量呈顯著(P<0.05)負相關。CEL和HC交織而成的細胞壁經緯結構的變化及胞間層果膠物質的降解是影響果實質地的主要因素,這一過程受PG、PME等多種酶的影響。超高壓處理后鮮切馬鈴薯硬度與咀嚼度高度正相關,兩者與WSF含量呈極顯著(P<0.01)負相關,由于WSF含量升高意味著果膠溶解性增大,胞間結合力降低,熱處理后WSF含量的顯著(P<0.05)增大,是該處理下質地指標下降的主要因素;與CSF含量呈正相關,CSF作為離子螯合型果膠,其含量的提高有利于增強果膠結構強度,抑制其降解。

超高壓處理可維持甚至增大PME活性,而PME有利于果膠與金屬離子交聯,可促進WSF向CSF的轉化,這是超高壓處理相比傳統熱處理能較好地維持鮮切馬鈴薯質地的原因之一。同時相關性分析表明,PME與硬度、咀嚼度及CSF含量呈顯著正相關,這說明PME一定程度上利于鮮切馬鈴薯質地的保持。NSF與硬度、脆度均呈顯著或極顯著正相關,且超高壓處理后馬鈴薯NSP含量顯著增大,這說明NSF含量可能與馬鈴薯質地的硬度和咀嚼度有關,但具體關系需進一步實驗論證說明。超高壓處理后鮮切馬鈴薯HC含量下降,但相關性分析顯示HC與硬度、咀嚼度無顯著相關性;高CEL含量有利于馬鈴薯質地的保持。超高壓處理對纖維素酶存在雙向影響,其在果實質地形成中的作用還需要進一步研究。

3 結論

熱處理及一定壓力下的HPP處理對鮮切馬鈴薯的色澤具有保持作用,其中HPP壓力(≥500 MPa)可以很好地抑制鮮切馬鈴薯的褐變,但300 MPa下處理鮮切馬鈴薯片褐變程度高于空白組。HPP處理導致鮮切馬鈴薯硬度相對空白顯著下降(P<0.05),在壓力500 MPa時出現回升趨勢;咀嚼度在100 MPa下相對空白顯著(P<0.05)提高,后隨升高壓力下降,顯著(P<0.05)低于空白水平,500 MPa下表現出回升的趨勢繼續升至600 MPa后與空白無顯著差異(P>0.05);同時鮮切馬鈴薯的質地指標,硬度與咀嚼度,具有高度相關性。相較傳統熱處理,HPP能夠更好的保持馬鈴薯質地。HPP改變了馬鈴薯細胞壁相關酶活及多糖的組成含量,從而影響了其質地。其中馬鈴薯PME活性表現出壓力穩定性及熱不穩定性;HPP抑制PG活性;在一定的壓力范圍內HPP處理對馬鈴薯β-葡萄糖苷酶及C1酶活性具有增強作用;對Cx酶具有抑制作用,以上三種纖維素酶均在300 MPa下表現最低活性。HPP處理后鮮切馬鈴薯CEL、CSF、NSF含量提高,WSF、HC含量下降。馬鈴薯質地與GalA含量呈負相關,CSF與NSF含量的提高,能保持馬鈴薯質地。WSF、CSF、NSF、CEL 4種細胞壁物質和PME、纖維素酶活力在超高壓處理后的變化,是引起鮮切馬鈴薯質地差異的主要因素。接下來將對細胞微觀結構進行直觀的觀察,同時進一步分析細胞壁多糖的單糖組成,以完善HPP處理對鮮切馬鈴薯質地影響的機制。