沙棘原漿關鍵加工環(huán)節(jié)品質動態(tài)變化

收稿日期：2024-07-04

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)重點研發(fā)項目（2022B02005-2-3）；新疆維吾爾自治區(qū)研究生科研創(chuàng)新計劃項目（XJ2024G141）

作者簡介：李顏博（1998-），男，山東菏澤人，碩士研究生，主要研究方向為食品加工。（E-mail）18764513650@163.com

通訊作者：王 偉，（E-mail）ww2shz@163.com

摘要： 為明確沙棘原漿在加工過程中的品質變化，本研究以新疆大果沙棘為試驗材料，系統(tǒng)探究破壁處理、酶解處理、均質處理和滅菌處理對沙棘原漿營養(yǎng)指標及抗氧化能力的影響，并基于氣相色譜-離子遷移譜（GC-IMS）技術探究沙棘原漿揮發(fā)性物質的動態(tài)變化。結果表明，與對照相比，破壁處理后的沙棘原漿中抗壞血酸含量顯著降低（P＜0.05）；與破壁處理后的沙棘原漿相比，酶解處理后的沙棘原漿中總酚含量、抗壞血酸含量、抗氧化能力顯著提高（P＜0.05）；與均質處理后的沙棘原漿相比，滅菌處理后的沙棘原漿中總酚含量、抗壞血酸含量、抗氧化能力顯著降低（P＜0.05）。雙邊檢驗結果表明，酶解處理和滅菌處理是影響沙棘原漿風味的關鍵加工環(huán)節(jié)。正交偏最小二乘法判別分析（OPLS-DA）結果表明，乙縮醛、2-戊酮、丙酮、2-丁酮、乙酸甲酯是區(qū)分對照、酶解處理后的沙棘原漿和滅菌處理后的沙棘原漿的關鍵特征化合物。本研究結果可為沙棘原漿的品質控制及加工工藝優(yōu)化提供科學依據(jù)。

關鍵詞： 沙棘原漿；加工環(huán)節(jié)；品質；揮發(fā)性物質

中圖分類號： S793.6"" 文獻標識碼： A"" 文章編號： 1000-4440（2025）02-0362-10

Dynamic quality changes of sea buckthorn puree in key processing stages

LI Yanbo， DU Qingping， YANG Rui， LI Wei， ZHANG Lusi， SONG Ankang， LI Wei， LI Xuewen， WANG Wei

（College of Food Science and Pharmacy， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China）

Abstract： To clarify the quality changes of sea buckthorn puree during processing， this study used Xinjiang large-fruit sea buckthorn as the experimental material， systematically explored the effects of wall-breaking treatment， enzymatic hydrolysis treatment， homogenization treatment， and sterilization treatment on the nutritional indexes and antioxidant capacity of sea buckthorn puree. Moreover， based on the gas chromatography-ion mobility spectrometry （GC-IMS） technology， the dynamic changes of volatile substances in sea buckthorn puree were investigated. The results showed that， compared with the control， the ascorbic acid content of sea buckthorn puree after wall-breaking treatment decreased significantly（P＜0.05）. Compared with the sea buckthorn puree after wall-breaking treatment， the total phenol content， ascorbic acid content， and antioxidant capacity of sea buckthorn puree after enzymatic hydrolysis treatment increased significantly （P＜0.05）. Compared with the sea buckthorn puree after homogenization treatment， the total phenol content， ascorbic acid content， and antioxidant capacity of sea buckthorn puree after sterilization treatment decreased significantly （P＜0.05）. The results of the two-tailed test indicated that enzymatic hydrolysis treatment and sterilization treatment were the key processing steps affecting the flavor of sea buckthorn puree. The results of orthogonal partial least squares discriminant analysis （OPLS-DA） showed that acetal， 2-pentanone， acetone， 2-butanone， and methyl acetate were the key characteristic compounds differentiating the sea buckthorn puree in the control， the sea buckthorn puree treated by enzymatic hydrolysis， and the sea buckthorn puree treated by sterilization. The results of this study can provide a scientific basis for the quality control and processing technology optimization of sea buckthorn puree.

Key words： sea buckthorn puree；processing stage；quality；volatile substances

沙棘（Hippophae rhamnoides L.）屬胡頹子科，在中國、俄羅斯、印度等國家廣泛種植^[1]。新疆阿勒泰地區(qū)是中國主要的沙棘種植區(qū)域，全區(qū)種植面積達1.87×10⁴ hm2，年產量達1.2×10⁴ t，主要品種包括深秋紅、狀元黃、無刺豐等^[2]。阿勒泰地區(qū)種植的沙棘具有果粒大，產量高、品質優(yōu)良的特點，其果實富含抗壞血酸、黃酮、萜類、有機酸等多種營養(yǎng)成分^[3]，同時具有降血壓、降血脂和保護肝臟等藥用功效^[4]。目前，市場上的沙棘產品有沙棘原漿、沙棘果油、沙棘果粉、沙棘茶等^[5]。

沙棘果汁的加工工藝同其他果汁類似，主要包括清洗、榨汁、均質、滅菌等環(huán)節(jié)。不同加工步驟對果汁品質具有重要影響。Xu等^[6]研究結果表明，熱處理能夠加速沙棘果汁中抗壞血酸的降解。Aaby等^[7]研究發(fā)現(xiàn)，熱處理能提升沙棘原漿中類胡蘿卜素的含量，均質處理則使果汁顏色變黃。高文濤等^[8]研究發(fā)現(xiàn)，酶解處理可以提高黃花菜果汁中的總酚含量和抗氧化能力。Zhu等^[9]研究發(fā)現(xiàn)，榨汁處理能夠提升蘋果汁中的脂類揮發(fā)性物質含量，而醛類物質含量降低。宋自娟等^[10]研究結果表明，冷榨汁處理更有利于保留果汁中的揮發(fā)性物質。目前，關于沙棘原漿在加工過程中品質變化的研究相對較少，這在一定程度上制約了沙棘產業(yè)的發(fā)展。

氣相色譜-離子遷移譜（GC-IMS）技術結合了氣相色譜高分離度和離子遷移譜高靈敏度的優(yōu)勢^[11]，無需復雜的樣品前處理即可快速檢測痕量揮發(fā)性有機化合物^[12]。目前，該技術已被廣泛應用于甜瓜汁^[13]、橙汁^[14]、水蜜桃汁^[15]、獼猴桃汁^[16]等多種果汁香氣風味研究中，并取得了顯著成效。

本研究擬對加工過程中沙棘原漿的理化性質、營養(yǎng)品質及抗氧化能力進行系統(tǒng)分析，同時基于GC-IMS技術探究關鍵加工環(huán)節(jié)對沙棘原漿揮發(fā)性化合物的影響。本研究結果將為優(yōu)化沙棘原漿加工工藝及完善質量標準提供科學依據(jù)，對于提升沙棘原漿的產品質量具有重要意義。

1 材料與方法

試驗材料沙棘果選用中國新疆阿勒泰地區(qū)主栽品種深秋紅，果實深紅色，完全成熟，平均縱徑13.58 mm，平均橫徑8.01 mm；果膠酶購自天津盛豐商貿有限公司；纖維素酶購自滄州夏盛酶技術有限公司；正構酮（2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮和2-壬酮）、無水乙醇、碳酸鈉等均為分析純。

SP902S多功能破壁機購自蘇泊爾集團有限公司，UV-1200紫外分光光度計購自上海美譜達儀器有限公司，PHS-3C數(shù)顯pH計購自上海儀電科學儀器股份有限公司，JN-Mini Pro連續(xù)超高壓均質機購自廣東聚能納米生物科技有限公司，F(xiàn)lavourSpec氣相離子遷移譜購自德國G.A.S.公司，CTC-PAL 3靜態(tài)頂空自動進樣裝置購自瑞士CTC Analytics AG公司。

1.1 試驗方法

1.1.1 樣品處理 選取同一批次沙棘果，混合均勻。使用自來水清洗沙棘果，迅速瀝干水分，在冰浴條件下研磨成果漿（對照），取適量果漿，放入破壁機中榨汁（破壁處理），取破壁處理得到的沙棘汁，加入果膠酶和纖維素酶，在41 ℃條件下酶解93 min后過濾（酶解處理），采用超高壓均質機，以37 MPa壓力進行均質（均質處理），取均質處理得到的沙棘汁，65 ℃恒溫水浴30 min，然后迅速降溫至5 ℃（滅菌處理）。將每一步處理得到的樣品置于4 ℃冰箱備用。

1.1.2 抗壞血酸含量的測定 參照GB 5009.86-2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》中的2，6-二氯酚靛酚滴定法進行測定。

1.1.3 總酚含量的測定 采用Folin-Ciocalteu比色法^[17]測定，建立標準曲線，回歸方程Y=0.134 7x+0.012 9。樣品處理后，在765 nm波長處測定其吸光度值，并根據(jù)標準曲線計算樣品中的總酚含量。

1.1.4 DPPH自由基清除率的測定 參照Fawoie等^[18]的方法并稍作修改，樣品用乙醇定容后靜置30 min，再離心，取上清液2 mL和2 mL DPPH（1，1-二苯基-2-三硝基苯肼）甲醇溶液混合，置于黑暗中反應30 min，在517 nm波長處測定吸光度，根據(jù)公式（1）計算清除率。

DPPH自由基清除率=1-A2-A3A1×100%（1）

式中，A1為甲醇溶液＋甲醇溶液的吸光度；A2為DPPH甲醇溶液＋樣品的吸光度；A3為甲醇溶液＋樣品的吸光值。

1.1.5 雙邊檢驗 參照GB/T 16291.1-2012《感官分析 選拔、培訓與管理評價員一般導則》，采用三點檢驗法篩選出20名嗅覺靈敏的食品專業(yè)人員（漢族），男女數(shù)量比例為1∶1，年齡為23～30歲。參照GB/T 10220-2012《感官分析 方法學 總論》對相鄰加工環(huán)節(jié)的沙棘原漿進行差異性雙邊檢驗，從而確定對揮發(fā)性成分影響較大的加工環(huán)節(jié)。原假設為對相鄰加工環(huán)節(jié)沙棘原漿的偏愛程度沒有顯著差異性，記為PA=PB，備擇假設記為PA≠PB，即PA＞PB或者PA＜PB。

1.1.6 揮發(fā)性成分的測定 稱取2 g樣品置于20 mL頂空瓶中，60 ℃條件下孵育20 min后進樣，進樣體積500 μL，采用不分流進樣模式，孵化轉速設為500 r/min，進樣針溫度設為85 ℃。

1.1.6.1 GC條件 采用MXT-WAX毛細管色譜柱（30.00 m×0.53 mm，1.00 μm），色譜柱溫度設為60 ℃，載氣為高純氮氣（純度≥99.999%）。在程序開始時，載氣（高純氮氣）的流速設置為 2 mL/min，保持2 min，在接下來的8 min內，載氣流速從 2 mL/min 均勻增加到 10 mL/min，再經過10 min，載氣流速繼續(xù)從10 mL/min均勻增加到100 mL/min，保持30 min。整個載氣程序運行時間為50 min。進樣口溫度設為80 ℃。

1.1.6.2 IMS條件 電離源為氚源（³H）；離子遷移管長度為53 mm，電場強度為500 V/cm；遷移管溫度設為45 ℃，使用高純氮氣（純度≥99.999%）作為漂移氣體，漂移氣體的流速設為75 mL/min，采用正離子模式。

1.1.6.3 揮發(fā)性化合物定性及相對含量計算 檢測6種酮的混合標準樣品，建立保留時間和保留指數(shù)的校準曲線，隨后通過目標物的保留時間計算其保留指數(shù)，使用VOCal軟件內置的GC保留指數(shù)（NIST 2020）數(shù)據(jù)庫和IMS遷移時間數(shù)據(jù)庫進行檢索和比對，從而對目標物進行定性分析。

采用面積歸一法計算不同揮發(fā)性化合物的相對含量，計算公式如下：

相對含量=特定組分的峰面積/總峰面積×100%（2）

1.2 數(shù)據(jù)處理

每處理重復3次，采用Excel 2019、SPPS 23和Origin 2021進行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制；利用VOCal數(shù)據(jù)處理軟件生成揮發(fā)性成分的指紋圖譜，并計算樣品間歐式距離；利用SIMCA 14.1軟件進行正交偏最小二乘判別分析（Orthogonal partial least squares discriminant analysis，OPLS-DA），并計算變量投影重要度。

2 結果與分析

2.1 不同加工環(huán)節(jié)沙棘原漿總酚和pH值的變化

如圖1A所示，破壁處理后的沙棘原漿的總酚含量和對照相比無顯著差異（P＞0.05）。酶解處理后的沙棘原漿的總酚含量顯著高于破壁處理后的沙棘原漿（P＜0.05），均質處理后的沙棘原漿的總酚含量顯著高于酶解處理后的沙棘原漿（P＜0.05），這是因為酶解處理和均質處理均能破壞細胞壁，導致細胞內容物進一步釋放^[19-20]。而滅菌處理后的沙棘原漿的總酚含量顯著低于均質處理后的沙棘原漿（P＜0.05）。

如圖1B所示，加工過程中，沙棘原漿的pH值為2.70～2.95。破壁處理后的沙棘原漿的pH值和對照相比無顯著差異（P＞0.05），酶解處理后的沙棘原漿的pH值顯著低于破壁處理后的沙棘原漿（P＜0.05），均質處理后的沙棘原漿的pH值顯著低于酶解處理后的沙棘原漿（P＜0.05），滅菌處理后的沙棘原漿的pH值顯著高于均質處理后的沙棘原漿（P＜0.05）。這可能是因為加熱導致果汁中共軛堿基的中和能力下降，使H⁺含量降低，從而提高pH值^[21]。

2.2 不同加工環(huán)節(jié)沙棘原漿抗壞血酸含量和DPPH自由基清除率的變化

如圖2A所示，與對照相比，破壁處理后的沙棘原漿的抗壞血酸含量顯著下降（P＜0.05）。酶解處理后的沙棘原漿的抗壞血酸含量顯著高于破壁處理后的沙棘原漿（P＜0.05）。均質處理后的沙棘原漿的抗壞血酸含量和酶解處理后的沙棘原漿相比無顯著差異（P＞0.05）。滅菌處理后的沙棘原漿的抗壞血酸含量顯著低于均質處理后的沙棘原漿（P＜0.05）。表明果膠酶和纖維素酶能夠有效促進沙棘原漿中抗壞血酸的析出，而榨汁處理的物理破壞和滅菌處理的高溫是影響沙棘原漿中抗壞血酸含量降低的主要原因。

如圖2B所示，酶解處理后的沙棘原漿對DPPH自由基的清除率顯著高于破壁處理后的沙棘原漿（P＜0.05），酶解處理和均質處理后的沙棘原漿對DPPH自由基的清除率較高，分別達90.56%和91.37%。滅菌處理后的沙棘原漿對DPPH自由基的清除率顯著低于均質處理后的沙棘原漿（P＜0.05）。有研究結果表明，抗氧化能力與抗壞血酸含量有關^[22]，沙棘原漿中抗壞血酸含量的變化可能直接影響其抗氧化能力。

2.3 關鍵加工環(huán)節(jié)的篩選

雙邊檢驗旨在區(qū)分樣品之間的差異，通過比較臨近加工環(huán)節(jié)樣品的整體香氣差異，可以確定對風味影響較大的加工環(huán)節(jié)，結果如表1所示，對照（A）和破壁處理（B）后的沙棘原漿香氣輪廓沒有顯著差異（PA=PB），酶處理（A）后和均質處理（B）后的沙棘原漿香氣輪廓沒有顯著差異（PA=PB）。而破壁處理和酶解處理比較組中，有18人更偏愛酶解處理后的沙棘原漿，均質處理和滅菌處理比較組中有16人偏愛均質處理后的沙棘原漿，即酶解處理和滅菌處理是影響沙棘原漿揮發(fā)性成分變化的關鍵步驟，滿足備擇假設PA≠PB。

2.4 關鍵加工環(huán)節(jié)沙棘原漿揮發(fā)性成分

2.4.1 關鍵加工環(huán)節(jié)沙棘原漿揮發(fā)性成分定性分析 如表2所示，從對照、酶解處理后和滅菌處理后的沙棘原漿中共鑒定出83個吸收峰，包括酯類化合物34種、醇類化合物11種、醛類化合物21種、酮類化合物5種、萜烯類化合物5種、吡嗪類化合物4種、酸類化合物2種和含硫化合物1種。

為更加直觀地觀察不同加工環(huán)節(jié)之間沙棘原漿揮發(fā)性物質相對含量的變化，對其進行統(tǒng)計歸類。如圖3所示，脂類化合物在沙棘原漿整體香氣物質中占比最大，這與前人研究結果一致^[23-25]。與對照相比，酶解處理后的沙棘原漿中醛類物質相對含量從14.94%降至13.01%，酯類化合物相對含量從56.00%升至58.32%。與對照相比，酶解處理后的沙棘原漿中乙縮醛和2-戊酮的含量顯著增加，乙縮醛具有綠色、泥土味和甜味特征，2-戊酮則呈現(xiàn)甜果香味、酒香味和木質香味，表明酶解處理可賦予沙棘原漿獨特的香氣。與酶解處理后的沙棘原漿相比，滅菌處理后的沙棘原漿中醛類物質相對含量上升，而脂類和吡嗪類物質的相對含量下降。

2.4.2 關鍵加工環(huán)節(jié)沙棘原漿揮發(fā)性成分差異分析 為明確沙棘原漿風味物質的具體成分，揭示關鍵加工環(huán)節(jié)對揮發(fā)性物質的影響，基于GC-IMS技術，對沙棘鮮果、酶解、滅菌環(huán)節(jié)樣品的揮發(fā)性物質進行分析。圖4為GC-IMS差異圖譜，當酶解處理后的沙棘原漿中揮發(fā)性有機物含量、滅菌處理后的沙棘原漿中揮發(fā)性有機物含量和對照相同時，背景為白色，而顏色越深表示酶解處理后的沙棘原漿中揮發(fā)性有機物含量、滅菌處理后的沙棘原漿中揮發(fā)性有機物含量和對照差異越大。盡管差異譜圖能夠直觀展示不同加工環(huán)節(jié)沙棘原漿中揮發(fā)性成分含量差異，但尚未經過精確驗證，還需要對揮發(fā)性成分含量進行模型校準。

正交偏最小二乘法判別分析（OPLS-DA）是一種有監(jiān)督的判別分析統(tǒng)計方法，用于建立揮發(fā)性化合物與樣品類別之間的關系模型，并實現(xiàn)樣品分類^[26]。如圖5所示，各加工環(huán)節(jié)沙棘原漿中揮發(fā)性物質區(qū)分度明顯，3組預測模型的參數(shù)分別為：R²X=0.98，R²Y=1.00，Q²=1.00（圖5A）；R²X=0.98，R²Y=1.00，Q²=1.00（圖5B）；R²X=0.93，R²Y=1.00，Q²=1.00（圖5C）。3組模型的R²和Q²均接近或等于1，說明OPLS-DA模型擬合精度較高。此外，對3個模型進行200次的置換檢驗，回歸線與y軸相交且斜率較大，Q²intercept均小于0，表明模型可靠。

通過OPLS-DA分析，每個化合物可以得到一個變量投影重要性值（VIP），VIP＞1的揮發(fā)性化合物在樣品區(qū)分中起關鍵作用^[27]。如圖5A所示，對照和酶解處理后的沙棘原漿的差異性化合物包括乙縮醛、2-戊酮、丙酮、2-丁酮、乙酸甲酯等27種化合物。如圖5B所示，對照和滅菌處理后的沙棘原漿的差異性化合物包括乙縮醛、2-丁酮、異戊酸異戊酯（D）、乙酸乙酯、丙酮等28種化合物。如圖5C所示，酶解處理后的沙棘原漿和滅菌處理后的沙棘原漿的差異性化合物包括2-戊酮、乙醇、乙酸甲酯、丙酮、乙酸乙酯、乙縮醛等23種化合物。綜上，乙縮醛、2-戊酮、丙酮、2-丁酮、乙酸甲酯是區(qū)分對照、酶解處理后的沙棘原漿和滅菌處理后的沙棘原漿的關鍵差異性化合物。

基于最近鄰算法計算3組樣品之間的歐氏距離。如圖6所示，各加工環(huán)節(jié)沙棘原漿中揮發(fā)性化合物在空間分布上存在顯著差異，表明酶解處理后的沙棘原漿和滅菌處理后的沙棘原漿中揮發(fā)性化合物的組成發(fā)生顯著變化，相似度較低。這一結果與OPLS-DA分析結果一致。

3 結論

各加工環(huán)節(jié)均會對沙棘原漿的品質產生影響。與對照相比，破壁處理后的沙棘原漿中抗壞血酸含量顯著降低（P＜0.05）；與破壁處理后的沙棘原漿相比，酶解處理后的沙棘原漿總酚含量、抗壞血酸含量、抗氧化能力顯著提高（P＜0.05）；與均質處理后的沙棘原漿相比，滅菌處理后的沙棘原漿總酚含量、抗壞血酸含量、抗氧化能力顯著降低（P＜0.05）。雙邊檢驗結果表明，酶解處理和滅菌處理是影響沙棘原漿風味的關鍵加工環(huán)節(jié)。利用GC-IMS技術，在對照、酶解處理后的沙棘原漿和滅菌處理后的沙棘原漿中共鑒定出34種酯類化合物、11種醇類化合物、21種醛類化合物、5種酮類化合物、5種萜烯類化合物、4種吡嗪類化合物、2種酸類化合物和1種含硫化合物，這些化合物在加工過程中一直存在，但含量隨著不同加工環(huán)節(jié)發(fā)生變化。其中乙縮醛、2-戊酮、丙酮、2-丁酮、乙酸甲酯是區(qū)分對照、酶解處理后的沙棘原漿和滅菌處理后的沙棘原漿的關鍵揮發(fā)性化合物。本研究不僅揭示了加工過程中沙棘原漿品質的動態(tài)變化規(guī)律，同時為優(yōu)化沙棘原漿加工工藝及提升產品品質提供了理論依據(jù)。

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（責任編輯：成紓寒）