張莉會 喬 宇 汪 超 安可婧 廖 李*

（1 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所 武漢430064 2 湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院 武漢430064 3 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 廣州510642）

草莓是夏季最受歡迎的漿果之一，具有非常令人滿意的風(fēng)味，色澤鮮艷，味道鮮美。草莓富含多種生物活性化合物，包括類黃酮、多酚、花青素和維生素等，這些物質(zhì)對人體健康有益[1]。然而，由于呼吸率高，質(zhì)地柔軟，對溫度敏感，且易機械損傷，導(dǎo)致新鮮草莓貯藏困難[2]。目前，作為一種傳統(tǒng)的加工方式，干燥被視為易腐果蔬的高效加工技術(shù)之一。

真空冷凍干燥能較好地保護產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)和形狀，營養(yǎng)成分損失較低，然而干燥時間長，能耗和成本較高。為了提升干燥果蔬產(chǎn)品的質(zhì)量，在干燥處理前，通常需對果蔬進行預(yù)處理，從而達(dá)到滅酶、護色等目的，同時減少能耗，提高產(chǎn)品品質(zhì)。一般用于食品脫水的超聲波頻率在20～40 kHz 之間[3]。超聲過程中會發(fā)生熱、擴散、機械斷裂以及一系列的化學(xué)效應(yīng)，物料不斷地被壓縮和膨脹，就像海綿被反復(fù)擠壓和釋放一樣[4]。超聲時所產(chǎn)生的表面張力使水分保持在果實的毛細(xì)管中，從而形成減少水分去除的微通道[5]。此外，超聲空化有利于去除附著在固體上的水分。有研究表明，超聲處理對各種水果和蔬菜中生物活性化合物的保留既有積極影響，又有消極影響，這取決于所涉及的原料類型和加工方法[6]。吳曉霞等[7]研究了超聲對白蘿卜滲透脫水的強化作用，結(jié)果表明，超聲增大了傳質(zhì)推動力，提高了白蘿卜的脫水速率。Colucci 等[8]采用超聲輔助茄子常壓冷凍干燥，當(dāng)超聲功率為25 W 時，平均水分?jǐn)U散系數(shù)比非超聲輔助干燥提高了380%。Silva 等[9]指出，在干燥過程中，經(jīng)超聲處理的檸檬有效水分?jǐn)U散率降低約25%，超聲波處理30 min 后，干燥時間縮短12.8%。超聲預(yù)處理可以提高茄子冷凍干燥速率，從而縮短加工時間，且酚類化合物、黃酮類化合物和槲皮素等植物化學(xué)成分含量增加[10]。超高壓廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)，包括破壞微生物、鈍化酶活性、控制相變以及改變生物聚合物的構(gòu)象[11-12]。超高壓也會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)脆性材料的某些結(jié)構(gòu)變化，例如細(xì)胞變形。超高壓的使用增加了傳質(zhì)速率，提高了細(xì)胞通透性以及次級代謝物擴散[13]。有研究表明，超高壓處理只影響果蔬中非共價鍵酚類化合物，而對共價鍵的酚類化合物沒有影響，因此能較好地保持果蔬原有的營養(yǎng)品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、色澤等[14]。

目前，將超高壓結(jié)合超聲應(yīng)用于干燥預(yù)處理的研究報道較少。由于草莓屬漿果質(zhì)地較軟，若超高壓壓力過大，超高壓時間和超聲時間過長，會導(dǎo)致草莓片完全坍塌，不易干燥成型。本研究以草莓為原料，采用超高壓結(jié)合超聲對草莓片進行預(yù)處理，然后真空冷凍干燥，研究超高壓結(jié)合超聲預(yù)處理對真空冷凍干燥草莓片中水分、硬度、色澤等感官品質(zhì)以及抗氧化活性活性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 原料與試劑 草莓：品種為天仙醉，由湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所提供。采收于4月20日，7～8 成熟[可溶性固形物含量（10.65±0.12）g/100 g，pH3.89±0.30]，采后置于4 ℃冰箱進行預(yù)冷。

無水乙醇，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；沒食子酸（分析純），國藥集團化學(xué)試劑有限公司；薯蕷皂苷（分析純），國藥集團化學(xué)試劑有限公司；蘆?。ㄉ噭?，上海展元化工有限公司；水楊酸（分析純），國藥集團化學(xué)試劑有限公司；DPPH（分析純），京東化成工業(yè)株式會社。

1.1.2 儀器與設(shè)備 HE53/Z02 水分測定儀，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；Ta.XT 2i/50 質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro System 公司；CR-400 色差儀，Konica Minolta （柯尼卡美能達(dá)）；UV-3802分光光度計，上海尤尼科儀器有限公司；KQ5200DE 型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；HPPL2-600MPa/2L 超高壓實驗機，天津華泰森淼生物工程技術(shù)股份有限公司；FD-1000冷凍干燥機，東京理化器械株式會社。

1.2 試驗方法

1.2.1 草莓片制備工藝 草莓→清洗→切片→裝袋→-40 ℃冷凍48 h→預(yù)處理→-40 ℃預(yù)凍→真空冷凍干燥。

1.2.2 預(yù)處理條件 以水為介質(zhì)，先采用超高壓處理，后超聲處理（功率200 W），具體參數(shù)如下：

1）超高壓壓力0，50，100，150，200 MPa，超高壓時間5 min，超聲時間25 min。

2）超高壓時間0，1，3，5，7 min，超高壓壓力150 MPa，超聲時間25 min。

3）超聲時間0，5，15，25，35 min，超高壓壓力150 MPa，超高壓時間5 min。

1.2.3 草莓片色澤的測定 采用HunterLab-D25LT 型色差儀，重復(fù)5 次測定草莓片表面的a*值（紅或綠值）。

1.2.4 水分含量和質(zhì)構(gòu)特性的測定 水分含量的測定采用水分測定儀，每個樣品測定3 次。

采用P/2 探頭測定草莓片質(zhì)構(gòu)特性，測試前速度、測試速度、測試后速度分別為2，1.00 mm/s，10.00 mm/s；測試距離、觸發(fā)應(yīng)力、取點頻率分別為10 mm、5、200 pps，樣品的硬度以N 為單位。

1.2.5 草莓片中花色苷含量的測定 草莓片中花色苷含量采用pH 示差法[15]測定。將10 g 樣品與100 mL 含有乙醇（70%）和0.1 mol/L 鹽酸（85∶15）的溶液（溶劑）混合，超聲提取1 h，然后在4 ℃1 100 r/min 離心10 min。收集上清液，在0.025 mol/L 氯化鉀緩沖液（pH 1.0）和0.4 mol/L 乙酸鈉緩沖液（pH 4.5）（各5.0 mL）中稀釋。在520 nm 和700 nm 處測定其吸光值。

1.2.6 抗氧化活性成分的提取 將草莓片研磨成粉，稱取5.00 g 草莓粉，用25 mL 70%乙醇溶液超聲提取30 min，然后于6 000 r/min 離心15 min，收集上清液，沉淀物按上述操作重復(fù)提取2次。合并上清液，用70%乙醇溶液定容50 mL。

1.2.6.1 草莓片中總酚含量的測定 草莓片中總酚含量采用Folin-Ciocalteau 法測定[16]。將0.1 mL提取液與1 mL Folin Ciocalteau 試劑混合均勻，加入1 mL 10% 碳酸鈉溶液，加蒸餾水至5 mL，反應(yīng)1 h，在765 nm 處測定吸光度。以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)樣品，按照相同條件制備標(biāo)準(zhǔn)曲線，即：y=184.28x+0.0277，R2=0.999。

1.2.6.2 草莓片中黃酮含量的測定 總黃酮含量采用張成等[17]描述的方法，在1 mL 提取液中加入70%乙醇至12.5 mL，然后加入1.0 mL 5% NaNO2溶液，混合均勻，靜置5 min，分別加入1.0 mL 10%Al（NO3）3和5 mL 1 moL/L NaOH 溶液，搖勻后加入70%乙醇至25 mL，用分光光度計在波長415 nm 處測定其吸光值。以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品，制備標(biāo)準(zhǔn)曲線（y=10.775x-0.0026，R2=0.997）。

1.2.7 草莓片中VC 含量的測定 將0.5 mL 樣品提取液與0.5 mL7.5%三氯乙酸溶液混合，在4 ℃下反應(yīng)5 min，過濾，上清液為VC 提取液。將0.2 mL提取液、2 mL 蒸餾水混合，室溫下保持10 min 后，在波長760 nm 處測量吸光度。以抗壞血酸為標(biāo)準(zhǔn)溶液制備校準(zhǔn)曲線，結(jié)果表示為每100 g 草莓片干物質(zhì)中抗壞血酸的質(zhì)量（mg）。

1.2.8 草莓片抗氧化能力的測定

1.2.8.1 鐵離子還原能力的測定 （FRAP 法） 草莓片鐵離子還原能力（FRAP）按照Oyaizu[18]的方法測定。FRAP 溶液是以10∶1∶1 的比例混合醋酸鹽緩沖液 （pH 3.6）、氯化鐵溶液 （20 mmol/L） 和10 mmol/L TPTZ 溶液配制的。將0.2 mL 提取液與6 mL FRAP 溶液、0.6 mL 蒸餾水混合，在37 ℃下反應(yīng)10 min，然后用分光光度計在593 nm 處測定吸光度。以FeSO4溶液為標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照同樣的步驟制備標(biāo)準(zhǔn)曲（y=0.555x-0.0652，R2=0.995）。

1.2.8.2 羥基自由基清除能力的測定 草莓片羥基自由基清除能力根據(jù)陳月英等[19]的方法測定。在1 mL 樣品提取液中分別加入1 mL 9 mmol/L FeSO4溶液，1 mL 9 mmol/L 水楊酸-乙醇溶液和1 mL 8.8 mmol/L H2O2溶液，在37 ℃下反應(yīng)0.5 h，然后用分光光度計在波長510 nm 處測定其吸光值。以1 mL 蒸餾水代替上述8.8 mmol/L H2O2溶液作為待測溶液的本底吸收值，在510 nm 處測定吸光值。

1.2.8.3 DPPH 自由基清除能力的測定 DPPH 自由基清除試驗是根據(jù)Atoui 等[20]的方法測定。制備0.1mol/L DPPH 溶液，然后將其與等體積的樣品溶液混合，在黑暗中反應(yīng)30 min，然后在波長517 nm 處測定其吸光值。

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)為3 次重復(fù)試驗的平均值，用SPSS.19 軟件進行“one-wayANOVA”差異顯著性分析。P<0.05 表示差異顯著，P<0.01 表示差異極顯著。采用Origin 8.5 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 超高壓結(jié)合超聲處理對草莓片水分含量和硬度的影響

經(jīng)超高壓結(jié)合超聲預(yù)處理的真空冷凍干燥草莓片的水分含量和硬度如圖1所示。經(jīng)不同超高壓壓力、超高壓時間和超聲時間處理的凍干草莓片水分含量和硬度之間差異顯著（P<0.05），且水分含量均隨超高壓壓力、超高壓時間和超聲時間的增加呈先減小后增大的趨勢，草莓片硬度呈先上升后下降的趨勢。當(dāng)超高壓壓力為150 MPa 時，草莓片水分含量最低（5.14%），硬度達(dá)到最大值（1 175.88 g）；草莓片水分含量和硬度在超高壓時間為5 min 時分別達(dá)到最小值5.14%和最大值1 175.88 g。草莓水分含量降低主要與高壓引起的細(xì)胞機械損傷和細(xì)胞壁物質(zhì)降解有關(guān)[21]。Araya等[22]認(rèn)為可能存在一定的壓力臨界值，當(dāng)壓力大于該值后，植物組織將不再變化，流出的一部分汁液會重新回到組織中，導(dǎo)致水分含量增加。超聲時間為25 min 時，草莓片水分含量最低（5.14%），硬度達(dá)到最大值（1 175.88 g）。這是由于超聲一定時間時，產(chǎn)生了空化效應(yīng)，細(xì)胞破裂和微通道形成導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化，從而提高了水的有效擴散速率[23]。由此可見，當(dāng)超高壓壓力150 MPa、超高壓時間5 min，超聲時間25 min 時，草莓片水分含量降低，提高硬度的效果最佳。

2.2 超高壓結(jié)合超聲處理對草莓片花色苷和色澤的影響

花色苷是一類水溶性色素，是草莓中重要的呈色物質(zhì)和活性成分。經(jīng)不同條件超高壓結(jié)合超聲處理后真空冷凍干燥草莓片色澤見圖2?；ㄉ蘸懿环€(wěn)定，外界因素及果蔬內(nèi)源酶特別是多酚氧化酶都會導(dǎo)致花色苷的降解[24]。由圖3可知，草莓片經(jīng)超高壓和超聲處理后，產(chǎn)品的顏色差異顯著（P＜0.05），這與Krebbers B 等[25]研究結(jié)果類似。草莓片花色苷含量和色澤（a*）隨超高壓壓力和時間的升高呈先上升后下降的趨勢。當(dāng)超高壓壓力100 MPa 時，花色苷含量達(dá)到最大值304.39 mg/kg，此時a*值為31.01。超高壓時間為3 min 和5 min 時，a*值最大（29.71 和29.97），此時花色苷含量分別為237.43 mg/kg 和295.03 mg/kg。色澤（a*）隨著超聲時間的延長逐漸增大，而花色苷含量呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)超聲時間為35 min時，花色苷含量達(dá)到最大值329.41 mg/kg。當(dāng)超聲時間為25 min 和35 min 時，a*值最大，分別為29.97 和29.59。有研究表明，高壓會導(dǎo)致植物和細(xì)胞浸潤，這將破壞細(xì)胞液和花色苷釋放到細(xì)胞間隙中[26]。在高壓處理過程中細(xì)胞破裂導(dǎo)致花色苷滲漏到細(xì)胞間隙中，在草莓表面產(chǎn)生更強烈的紅色[27-29]。由于草莓中存在一些使花色苷降解的酶類物質(zhì)，超高壓處理鈍化這些酶的活性，從而使花色苷含量有所增加[30]。超聲預(yù)處理后草莓片中空化氣泡破裂時產(chǎn)生更大的能量，且在一定的時間內(nèi)更易形成空化氣泡[31]。同時空化作用促使水分子裂解為自由基，而自由基含有未配對電子，性質(zhì)非?；顫姡袕娧趸?，也會促進花色苷釋放[32]。而過長的超聲時間會導(dǎo)致空化泡來不及破裂，過多的氣泡對超聲波的傳播有所阻礙，因此當(dāng)超聲一定的時間時不會產(chǎn)生更大的影響。由此可見，超高壓結(jié)合超聲處理可以較好地保留甚至增加花色苷的含量以及a*值。當(dāng)條件為超高壓壓力100 MPa、超高壓時間5 min、超聲時間35 min 時草莓片花色苷含量和a*值最高。

圖1 超高壓結(jié)合超聲處理對草莓片水分含量和硬度的影響Fig.1 Effect of ultra high pressure combined with ultrasonic treatment on moisture content and hardness of strawberry slices

圖2 超高壓結(jié)合超聲處理后真空冷凍干燥草莓片的色澤Fig.2 The color of vacuum freeze-dired strawberry slices after ultra high pressure combined with ultrasonic treatment

圖3 超高壓結(jié)合超聲處理對草莓片花色苷和色澤的影響Fig.3 Effect of ultra high pressure combined with ultrasonic treatment on anthocyanins and color of strawberry slices

2.3 超高壓結(jié)合超聲處理對草莓片總酚和黃酮的影響

由圖4可知，經(jīng)不同超高壓壓力、超高壓時間、超聲時間處理后，草莓片總酚和黃酮含量具有顯著性差異（P＜0.05）。隨著超高壓壓力的升高，酚類物質(zhì)含量顯著增加，以150 MPa 壓力處理的樣品達(dá)到最大值11.79 mg/100 g。當(dāng)壓力超過150 MPa 后，總酚含量下降。黃酮含量在壓力100 MPa時達(dá)到最大值221.41 mg/100 g。隨著保壓時間的延長，總酚和黃酮含量增加，超高壓5 min 后總酚和黃酮含量均達(dá)到最大值，繼續(xù)增加超高壓時間，總酚含量顯著減少。隨著超聲時間的延長，草莓片總酚和黃酮含量均呈先上升后下降的趨勢，在超聲25 min 時達(dá)到最大值，分別為11.79 mg/100g，208.71 mg/100g。超高壓處理樣品中總酚含量的增加可能與滲透率的增加有關(guān)，進而導(dǎo)致某些生物活性物質(zhì)的釋放[33-34]。然而，壓力和超高壓時間過高使草莓中蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)改變，位于分子折疊結(jié)構(gòu)中易于接近的反應(yīng)位點暴露，從而降低了酚類物質(zhì)的含量[35]。超聲波處理降低草莓中溶解氧含量，減少酚類物質(zhì)氧化分解[36-37]。Ren F 等[10]研究表明，洋蔥經(jīng)超聲處理1 min 后進行熱風(fēng)干燥，總酚含量比對照組增加了10%。還有研究表明，超聲處理對各種水果和蔬菜中生物活性化合物保留既有積極影響也有消極影響，取決于原料特性和加工方式[38]。由此可見，超高壓和超聲處理能提高草莓片總酚和黃酮含量，當(dāng)超高壓壓力為100 MPa、超高壓時間5 min、超聲時間25 min 時效果最佳。

圖4 超高壓結(jié)合超聲處理對草莓片總酚和黃酮的影響Fig.4 Effect of ultra high pressure combined with ultrasonic treatment on total phenols and flavonoids of strawberry slices

2.4 超高壓結(jié)合超聲處理對草莓片VC 和鐵離子還原能力的影響

還原性能反映草莓片的抗氧化活性，還原力越大，抗氧化性越強[39]。如圖5所示，草莓片VC 含量和鐵離子還原能力隨著超高壓壓力的增大，整體呈先上升后下降的趨勢，且差異顯著（P＜0.05）。當(dāng)壓力為150 MPa 時，VC 含量達(dá)到最大值285.16 mg/100g，而鐵離子還原能力在壓力100 MPa 時最高，為0.062 mol/mL。VC 含量在超高壓時間5 min時到達(dá)最大值285.16 mg/100g，鐵離子還原能力在超高壓時間7 min 時到達(dá)最大值0.051 mol/mL。隨著超聲時間的延長，VC 含量和鐵離子還原能力逐漸增大，超聲25 min 時達(dá)到最大值。理論上，超高壓處理不會破壞共價鍵，小分子物質(zhì)會盡可能地保留下來[40]。VC 含量的增加歸因于高壓的萃取作用，高壓使細(xì)胞破裂，將細(xì)胞溶膠釋放到細(xì)胞外空間[41]。然而，當(dāng)超聲波作用時間超過25 min 時，顯著降低了草莓片的VC 含量（P<0.05），這是因為長時間處理導(dǎo)致自由基在草莓中大量積累，從而加速了VC 的氧化[42-43]。由此可見，適當(dāng)?shù)某邏航Y(jié)合超聲處理能提高草莓片VC 含量和鐵離子還原能力，當(dāng)超高壓壓力100 MPa、超高壓時間5 min、超聲時間25 min 時草莓片VC 含量和鐵離子還原能力最高。

圖5 超高壓結(jié)合超聲處理對草莓片VC 和鐵離子還原能力的影響Fig.5 Effect of ultra high pressure combined with ultrasonic treatment on VC and iron reduction ability of strawberry slices

2.5 超高壓結(jié)合超聲處理對草莓片DPPH 和-OH 清除率的影響

由圖6可以看出，隨著處理超高壓壓力的增大，草莓片對DPPH 和-OH 清除率先升高后降低，當(dāng)壓力分別為100 MPa 和150 MPa 時，對DPPH和-OH 清除率最大，分別為81.59%和95.26%。超高壓和超聲時間一定時，隨著超高壓時間的延長，草莓片對DPPH 清除率減小，而對-OH 清除率先增大后減小。據(jù)報道，超聲對樣品細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響可以促進酚類的釋放，從而提高其抗氧化能力[8]。此外，高壓提供了使降解酶失活的可能性，這可以解釋比其它方法更高的產(chǎn)率和抗氧化活性[44]。郭曉暉等[45]采用超高壓處理草莓果漿，結(jié)果表明：超高壓處理后草莓果漿對DPPH 自由基的清除能力顯著增加。草莓片對DPPH 和-OH 清除率隨著超聲時間的延長逐漸增大，在25 min 時達(dá)到最大值（分別為73.23%，95.26%），之后逐漸減小。其原因一方面是由于超聲波處理改變了草莓的組織結(jié)構(gòu)，有利于原先束縛的活性物質(zhì)釋放出來[46]，另一方面超聲波作用產(chǎn)生的自由基還可與酚類物質(zhì)的芳香環(huán)相互作用，從而有利于活性物質(zhì)抗氧化能力提升[47]。

圖6 超高壓結(jié)合超聲處理對草莓片DPPH 和-OH 清除率的影響Fig.6 Effect of ultra high pressure combined with ultrasonic treatment on DPPH and-OH clearance rate of strawberry slices

3 結(jié)論

本試驗研究了超高壓結(jié)合超聲預(yù)處理對真空冷凍干燥草莓片品質(zhì)和抗氧化活性的影響，結(jié)果表明：隨著超高壓壓力、超高壓時間、超聲時間的增加，凍干草莓片水分含量呈先降低后增加的趨勢，硬度、花色苷、a*值、抗氧化活反之；超高壓壓力在0～100 MPa 范圍，花色苷含量、a*值、抗氧化能力顯著增加，花色苷含量由114.25 mg/100g 增至304.39 mg/100 g；當(dāng)超高壓壓力超過100 MPa后，花色苷含量又逐漸降低；花色苷含量、a*值、抗氧化能力隨超高壓和超聲時間的延長先增強后減弱，分別在5 min 和25 min 達(dá)到最大值。預(yù)處理有利于草莓片水分?jǐn)U散，從而節(jié)約能耗。綜合所得，當(dāng)超高壓壓力100 MPa、超高壓時間5 min、超聲時間25 min 時，凍干草莓片品質(zhì)和抗氧化能力最高。