郭世豪 呂霞敏 黃建穎

(浙江工商大學食品與生物工程學院/浙江省食品安全重點實驗室，浙江 杭州 310018)

西蘭花(BrassicaoleraceaL.var. italic Planch.)，又名青花菜、花椰菜、意大利芥藍等，因其豐富的營養(yǎng)價值、高纖維和低熱量的特性而被稱為“蔬菜皇冠”。西蘭花中含有豐富的硫代葡萄苷，即蘿卜硫素(sulforaphane，SFN)的前體形式[1]。SFN分子是目前發(fā)現的抗癌活性最強的生物活性成分[2-4]，其對輔助治療2型糖尿病[5]和改善人體胃腸道菌群具有很好的效果[6]。西蘭花通常用于食用部分的占比不到其整體的50%，其余皆為廢棄物，包括莖、花序和葉子等部位。西蘭花采收過程中為保障產品品質，要求在采收后4～6 h內完成加工包裝，這也導致了西蘭花廢棄物的產生。研究發(fā)現西蘭花廢棄物也富含多種功能性成分，如硫代葡萄糖苷、酚類化合物和抗壞血酸[7-8]。盡管研究者已開始有意識地開發(fā)利用西蘭花廢棄物，然而其潛在的價值仍未被完全發(fā)掘，若能將其研制成具有附加值的產品，既可以實現資源再利用創(chuàng)造經濟價值，又能減緩廢棄物造成的其他負面影響。

蔬菜汁因其制作方便、營養(yǎng)健康的特點而越來越受到關注。最近的一項臨床研究發(fā)現，每天飲用半杯西蘭花芽飲料可以降低因空氣污染而帶來的健康風險[9]。因此，研制一種方便、營養(yǎng)價值高的西蘭花莖葉汁具有重要意義。但是，西蘭花因機械損傷導致的組織破壞會自發(fā)產生不理想的氣味，難以被人接受。目前已有較多有關預處理對果蔬和果蔬汁中揮發(fā)性成分影響的報道，牛麗影等[10]研究發(fā)現，乳熟期的甜玉米及糯玉米的生鮮玉米汁中揮發(fā)性成分均以直鏈醛醇類物質為主，而經熱漂處理后玉米汁中這些“強烈的”、“刺激的”醛醇類物質含量分別減少了64.3%和100.0%。此外，Varming等[11]研究熱處理對黑加侖汁香氣成分的影響發(fā)現，熱處理后樣品中大多數萜烯、醛類、呋喃類和酚類物質的含量增加，而酯類的含量略下降。Kaewtathip等[12]和Talens等[13]對菠蘿和獼猴桃的研究發(fā)現，反復凍融處理帶來的溫度波動會導致多種降解作用，損害細胞隔室的完整性，從而造成揮發(fā)性香氣化合物含量的減少。Kwaw等[14]發(fā)現超聲處理顯著增加了發(fā)酵桑葚汁中揮發(fā)性成分的含量，改善了氣味活性值和感官指標。林雯雯[15]發(fā)現超聲處理作為一種非熱加工技術，不僅可以殺菌滅酶，而且能在一定程度上釋放鍵合態(tài)香氣物質，較好地增加橙汁的香氣。目前僅有少數研究致力于不同預處理對西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分的影響，故本研究對西蘭花莖葉進行不同的前處理加工(熱燙、凍融和超聲處理)，探究其對西蘭花莖葉汁中揮發(fā)性成分的影響，以期為西蘭花廢棄物的利用和西蘭花莖葉汁的加工提供一定的理論依據和數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

氯化鈉(分析純)，西隴科學股份有限公司；2-乙基噻吩、庚醛、己醛、(E)-2-己烯醛、(E,E)-2,-4-庚二烯醛、二甲二硫醚、壬醛、1-辛醛、1-戊醇、硫氰酸甲酯，均為色譜純(>99%)，中國百靈威科技有限公司；西蘭花(綠雄90)莖葉原料由杭州市江干區(qū)下沙街道永輝超市提供。西蘭花莖葉在5月份進行收集，并于4℃冰箱儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要儀器與設備

7890A-5975C氣相色譜質譜聯用儀、SUPELCO 50/30 μm萃取頭(DVB/CAR/PDMS)、VF-WAX色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm，柱長×內徑×膜厚)，美國安捷倫科技有限公司；-80℃超低溫冰箱，上海汗諾儀器有限公司；JYL-C16V九陽榨汁機，中國九陽股份有限公司；EL 204-IC電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；KQ5200LH超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 西蘭花莖葉汁的制備 西蘭花莖葉如圖1所示，分別將清洗干凈的完整、形態(tài)大小相近的西蘭花莖葉(20 g/份)進行以下處理：

1)對照組(CK)：直接將西蘭花莖葉切成長度1 cm左右大小放入榨汁機中，按照1∶10(m∶v)的比例加入蒸餾水榨汁，榨汁時間為3 min。隨后經200目的濾布過濾得到未經處理的西蘭花莖葉汁，備用；

2)熱燙處理組：西蘭花莖葉放入沸水中(98±2℃)漂燙2 min，然后迅速取出放入蒸餾水中冷卻。將漂燙冷卻的西蘭花莖葉切成長度1 cm左右，按照1∶10(m∶v)的比例榨汁、過濾得到經熱燙處理的西蘭花莖葉汁，備用；

3)凍融處理組：西蘭花莖葉放入-80℃超低溫冰箱中24 h后取出，在室溫下解凍。解凍后的西蘭花莖葉切成長度1 cm左右，按照1∶10(m∶v)的比例榨汁、過濾得到經凍融處理的西蘭花莖葉汁，備用；

4)超聲處理組：西蘭花莖葉放入盛有一定蒸餾水的超聲波專用杯中，超聲波頻率40 kHz，時間8 min。將超聲處理后的西蘭花莖葉切成長度1 cm左右，按照1∶10(m∶v)的比例榨汁、過濾得到經超聲處理的西蘭花莖葉汁，備用。

圖1 西蘭花莖葉

1.3.2 西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分的測定 參考Lv等[16]和Koutidou等[17]的方法并作適當修改，分別量取10 mL經過不同預處理方式制備的西蘭花莖葉汁加入到15 mL頂空瓶中，加入2.0 g氯化鈉，用帶有硅橡膠隔墊的瓶蓋將其密封。頂空瓶50℃水浴平衡30 min后，將萃取頭插入頂空瓶中距離液面1 cm處，50℃吸附30 min，吸附結束后插入色譜進樣口，250℃解析2 min，之后用氣相質譜聯用儀(gas chromatography mass spectrometer，GC-MS)分析。

色譜條件：進樣口溫度為250℃，升溫程序為35℃保持3 min后，以2℃·min-1升溫至135℃，再以5℃·min-1升溫至220℃，保持5 min。柱流速為1 mL·min-1。 采用不分流進樣，恒流模式。

質譜條件：離子源為EI，離子源和四極桿溫度分別為230℃和150℃，掃描范圍：33～500 m/z。

1.3.3 揮發(fā)性成分的定性和定量分析 定性分析：通過計算機檢索與NIST/WILLEY標準質譜庫進行匹配，選擇有較高匹配度的檢索結果，并按照各成分的出峰保留時間進行人工解譜，確定揮發(fā)性化合物的各物質成分。

定量分析：絕大多數揮發(fā)性組分的定量采用峰面積歸一化法，選取10種特征性揮發(fā)性物質：(E)-2-己烯醛、己醛、2-乙基噻吩、庚醛、(E,E)-2,-4-庚二烯醛、二甲基二硫醚、壬醛、1-辛醛、1-戊醇、硫氰酸甲酯，利用外標法作標準曲線進行精確定量。

標準曲線的制作：用超純水配制濃度為200 μL·L-1的(E)-2-己烯醛、100 μL·L-1的己醛、20 μL·L-1的2-乙基噻吩、庚醛、(E,E)-2,-4-庚二烯醛、二甲基二硫醚、壬醛、1-辛醛、1-戊醇、硫氰酸甲酯標準液。根據西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分的峰面積調整相應濃度的標準溶液，然后分別吸取0.05、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80 mL配制好的標準溶液，并用超純水準確定容至10 mL加入頂空瓶中，用帶有硅橡膠隔墊的瓶蓋密封，進行測定。各成分標準曲線的回歸方程及相關系數見表1。

表1 西蘭花莖葉汁的異味成分定量標準曲線

1.4 數據處理

試驗設3個平行，采用Excel 2016進行數據統(tǒng)計分析，并應用Origin 8.0軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 對照組西蘭花莖葉汁的揮發(fā)性成分

由表2可知，CK組西蘭花莖葉汁中共檢出28種揮發(fā)性成分，相對含量為88.226%。其中醛類化合物12種、醇類化合物7種、酯類化合物2種、硫化物2種和其他類型化合物5種。西蘭花的風味主要由各種硫化物、醛類、醇類和芳香族化合物組成，西蘭花莖葉和西蘭花中的揮發(fā)性成分較相似[18]。CK組西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分中醛類的相對含量為75.099%、醇類為7.865%、酯類為1.875%、硫化物為0.367%、其他類型為3.020%。其中主要揮發(fā)性成分為(E)-2-己烯醛、己醛、(E)-3-己烯-1-醇、3-己烯醛、(E,Z)-2,4-己二烯醛，相對含量分別為60.700%、8.166%、5.489%、1.716%、1.762%，占揮發(fā)性成分總量的77.833%。

新鮮西蘭花會因機械損傷導致的組織破壞、酶反應或因烹飪過程中的熱降解產生不悅的氣味。西蘭花異味的形成可歸因于如下反應：(1)含硫氨基酸和硫代葡萄糖苷的酶解；(2)含硫氨基酸和硫代葡萄糖苷的熱降解；(3)不飽和脂肪酸降解；(4)美拉德及其副反應[19]。結合閾值和硫化物的氣味，引起西蘭花異味的化合物有二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、甲硫醇、己醛、庚醛、辛醛、壬醛、(E)-2-戊烯醛、(E)-2-己烯醛、(E)-2-庚醛、(E，E)-2,4-庚二烯醛、乙醇、1-戊醇、1-己醇、(Z)-3-己烯-1-醇、β-紫羅蘭酮和6-甲基-5-庚-2-酮[20]。其中西蘭花花球的硫化物二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、甲硫醇在本研究未經處理的西蘭花莖葉汁中未檢測到，西蘭花莖葉汁中的揮發(fā)性硫化物為2-乙基噻吩和硫氰酸甲酯，本研究主要針對上述揮發(fā)性成分進行分析比較，直接榨汁的主要異味成分為己醛、庚醛、壬醛、(E)-2-己烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、1-己醇、(E)-3-己烯-1-醇、β-紫羅蘭酮、2-乙基噻吩和硫氰酸甲酯，相對含量分別為8.166%、0.087%、0.067%、60.700%、0.795%、0.144%、5.489%、1.676%、0.308%和0.059%，占總揮發(fā)性成分的77.494%。

2.2 熱燙處理西蘭花莖葉汁的揮發(fā)性成分

由表2可知，熱燙處理的西蘭花莖葉汁中共檢出14種揮發(fā)性物質，相對含量為60.320%。其中醛類5種、醇類3種、酯類1種、硫化物2種，其他類型化合物3種，相對含量分別為醛類15.917%、醇類3.719%、酯類34.795%、硫化物2.056%、其他類型4.346%。與CK相比，熱燙處理的西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分發(fā)生了較大變化，其主要揮發(fā)性成分為乙酸乙酯、己醛、(E)-2-己烯醛、壬醛、丙酮、1-戊醇、(E)-3-己烯-1-醇、1-辛醇、二甲基二硫醚，相對含量分別為34.795%、5.822%、4.573%、4.200%、2.191%、1.074%、1.147%、1.498%、1.461%，占揮發(fā)性物質總量的56.761%。其中引起異味的揮發(fā)性成分為己醛、庚醛、(E)-2-己烯醛、壬醛、1-戊醇、(E)-3-己烯-1-醇、1-辛醇、甲硫醇、二甲基二硫醚和6-甲基-5-庚烯-2-酮，其相對含量分別為5.822%、0.733%、4.573%、4.200%、1.074%、1.147%、1.498%、0.595%、1.461%和0.787%，占揮發(fā)性物質總量的21.890%。與CK組西蘭花莖葉汁相比，熱燙處理大大減少了(E)-2-己烯醛和己醛的相對含量，提高了乙酸乙酯的相對含量，不同于CK的是熱燙處理西蘭花莖葉汁中揮發(fā)性硫化物為甲硫醇和二甲基二硫醚。

表2 不同預處理加工對西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分相對含量的影響

表2(續(xù))

2.3 凍融處理的西蘭花莖葉汁的揮發(fā)性成分

Nadulski等[21]研究指出，在壓榨蔬菜果肉前，可以使用冷凍和解凍預處理方式，又稱為凍融處理。由表2可知，凍融處理的西蘭花莖葉汁共檢測出揮發(fā)性成分28種，相對含量為89.282%。其中醛類12種、醇類6種、硫化物2種、其他類型8種。揮發(fā)性成分相對含量為醛類78.432%、醇類為3.960%、硫化物2.544%、其他類型4.346%。與CK相比，凍融處理的西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分變化較小，主要揮發(fā)性成分為(E)-2-己烯醛、己醛、2-乙基噻吩、(E,Z)-2,4-己二烯醛、(E)-3-己烯-1-醇、3-己烯醛、β-紫羅酮、1-戊烯-3-酮和(Z)-2-戊烯-1-醇，其相對含量分別為57.940%、14.462%、2.269%、1.974%、1.723%、1.119%、1.674%、1.189%和1.091%，占揮發(fā)性物質總量的83.441%。引起異味的主要揮發(fā)性成分為己醛、(E)-2-己烯醛、壬醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、1-己醇、(E)-3-己烯-1-醇、2-乙基噻吩、硫氰酸甲酯、6-甲基-5-庚烯-2-酮和β-紫羅酮，其相對含量分別為14.462%、57.940%、0.187%、0.737%、0.165%、1.723%、2.269%、0.275%、0.141%和1.674%，占揮發(fā)性物質總量的79.573%。

2.4 超聲處理的西蘭花莖葉汁的揮發(fā)性成分

由表2可知，西蘭花莖葉經超聲處理榨汁后共檢出26種揮發(fā)性成分，相對含量為88.935%，其中醛類12種、醇類6種、酯類1種、硫化物2種、其他類型5種。揮發(fā)性成分相對含量為醛類78.679%、醇類6.232%、酯類0.184%、硫化物為0.383%，其他類型3.457%。與CK組相比，西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分變化較少，主要的揮發(fā)性成分為(E)-2-己烯醛、己醛、(E)-3-己烯-1-醇、β-紫羅酮、(E,Z)-2,4-己二烯醛和3-己烯醛，相對含量分別為61.660%、11.471%、4.114%、2.246%、1.594%和1.195%，占總量的82.280%。其中引起異味的揮發(fā)性成分為己醛、壬醛、庚醛、(E)-2-己烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、1-己醇、(E)-3-己烯-1-醇、2-乙基噻吩、硫氰酸甲酯和β-紫羅蘭酮，其相對含量為11.471%、0.078%、0.088%、61.660%、0.790%、0.072%、4.114%、0.307%、0.076%和2.246%，占揮發(fā)性物質總量的80.902%。

2.5 3種預處理加工方式的比較

由圖2可知，與CK相比，超聲處理西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分的相對含量和種類變化不大；凍融處理西蘭花莖葉汁中僅酯類和其他類型化合物的數量發(fā)生了明顯變化；熱燙處理西蘭花莖葉汁中醛類和醇類的數量發(fā)生了較大的變化，醛類相對含量明顯減少，酯類相對含量明顯增加。經熱燙處理后，西蘭花莖葉汁的主要揮發(fā)性物質由醛類變?yōu)轷ヮ?，其中醛類化合物數量減少了57.1%，很好地改善了西蘭花莖葉汁的香氣，優(yōu)于其他2種處理。

為了更好地研究3種預處理方式對西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分的影響，本研究對西蘭花莖葉汁中一些主要的異味成分采用標準曲線進行定量分析。根據菲克(Fick)第一定律[22]，揮發(fā)成分固相微萃取(solid phase microextraction，SPME)萃取頭上的吸附量與其在樣品中該成分的濃度呈正比，吸附的成分全部解吸后，其響應的峰面積值與該成分的濃度呈正比，故可以使用峰面積法對其他的揮發(fā)性成分進行比較。將CK組西蘭花莖葉汁揮發(fā)性物質的峰面積定義為100%，根據同種物質峰面積的變化，計算3種處理相對于CK的含量變化。為了區(qū)別不同的揮發(fā)性物質，本試驗選用X1、X2、X3…加以區(qū)分。從峰面積的變化來表示含量的變化，定量的揮發(fā)性物質根據表1的標準曲線計算其含量。

表3 預處理加工對西蘭花莖葉汁的揮發(fā)性成分的影響

由表3、表4可知，CK組西蘭花莖葉汁中(E)-2-己烯醛、己醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、2-乙基噻吩、硫氰酸甲酯的含量分別為2.98、0.27、32.00×10-3、7.40×10-3、14.00×10-3μg·L-1。盡管部分揮發(fā)性成分的含量低，但由于其閾值較低，仍然會對西蘭花莖葉汁的風味造成較大的影響[20]。與CK組相比，超聲處理西蘭花莖葉汁的揮發(fā)性成分的含量無明顯變化，主要異味成分中1-己醇和(E)-3-己烯-1-醇的峰面積分別減少了20.7%和24.6%。熱燙處理的西蘭花莖葉汁中標記揮發(fā)性物質中己醛、(E)-2-己烯醛定量后含量極低，作未檢出處理，而(E,Z)-2,4-庚二烯醛均未被檢測到；與CK相比，熱燙處理的西蘭花莖葉汁定量的異味成分含量減少了93.85%，未定量的標記化合物1-己醇峰面積減少了100%，(E)-3-己烯-1-醇的峰面積減少了89.60%，乙酸乙酯的峰面積增加了96.10%，雖然產生了其他不利的氣味，如1-戊醇、1-辛醇和二甲基二硫醚，但未檢測到CK中含有的2-乙基噻吩和硫氰酸甲酯這2種硫化物。凍融處理相比于CK西蘭花莖葉汁，庚醛、(E)-2-己烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、β-紫羅酮含量分別減少了43.64%、44.30%、43.75%、38.80%，2-乙基噻吩和硫氰酸甲酯含量增加，硫化物的含量為0.088 μg·L-1。熱燙處理和凍融處理都改善了西蘭花莖葉的香氣，熱燙處理雖然導致甲硫醇和二甲二硫醚含量增加，但硫化物的含量少于凍融處理組，且對醛類和酯類的改善效果也優(yōu)于凍融處理。

表4 預處理加工對的西蘭花莖葉汁的香氣成分的影響

3 討論

本研究主要探究了西蘭花莖葉經過不同預處理后制成西蘭花莖葉汁中揮發(fā)性成分的變化，研究發(fā)現，西蘭花莖葉汁的主要異味成分為己醛、庚醛、壬醛、(E)-2-己烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、1-戊醇、1-辛醇、1-己醇、(E)-3-己烯-1-醇、甲硫醇、2-乙基噻吩、硫氰酸甲酯、二甲基二硫醚、β-紫羅酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮。Lv[16]等采用正壬烷為內標物對鮮切西蘭花的揮發(fā)性成分進行了研究，其中硫氰酸甲酯的含量為0.51 μg·kg-1；而本研究CK組中硫氰酸甲酯的含量為0.014 μg·L-1，榨汁比例為1∶10(m∶v)，可以得出西蘭花莖葉中硫氰酸甲酯含量為0.14 μg·kg-1， 出現上述差異主要是因為西蘭花研究部位、采取的研究手段和試驗條件不同。與CK相比，熱燙處理的西蘭花莖葉汁中醛類含量大大減少，酯類含量增加。Aguiló-Aguayo等[23]在研究熱處理和高強度脈沖電場對草莓汁風味的影響中發(fā)現，已烯醛含量減少可能與脂肪氧合酶(lipoxygenase，LOX)的鈍化有關。本研究發(fā)現，與CK相比，熱燙處理使得西蘭花莖葉汁異味成分的種類和含量大大減少，但也產生了其他不利的氣味，如1-戊醇、1-辛醇、甲硫醇和二甲基二硫醚，且已有研究證實熱燙處理會導致二甲基二硫醚含量增加[24]。本研究中熱燙處理的西蘭花莖葉汁中2-乙基噻吩和硫氰酸甲酯消失的原因可能是西蘭花組織破碎之前使得黑芥子酶活性降低，而硫代葡糖苷需要在黑芥子酶的作用下的才能降解產生異硫氰酸鹽、硫氰酸鹽、吲哚和腈等化合物[24]。與CK相比，凍融處理西蘭花莖葉汁中庚醛、(E)-2-己烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、β-紫羅酮含量分別減少了43.64%、44.30%、43.75%、38.80%，硫化物2-乙基噻吩和硫氰酸甲酯含量增加。凍融處理損害了細胞隔室的完整性，造成揮發(fā)性香氣化合物減少，但同時使得硫代葡糖苷和黑芥子酶相互接觸導致2-乙基噻吩和硫氰酸甲酯含量增加[25]。Xiao等[26]研究發(fā)現反復凍融黑孢塊菌會使其產生硫的味道。熱燙處理和凍融處理主要通過減弱酶活性來減少揮發(fā)性物質的含量。LOX有助于醛類和大量含硫揮發(fā)物的產生，這些揮發(fā)物來源于各種s-取代半胱氨酸及其亞砜的分解[27]。張方方等[28]研究發(fā)現，葡萄經凍融處理后，其汁液中揮發(fā)性風味物質含量普遍呈現下降趨勢，只有無機硫化物顯著增加，說明葡萄經冷凍、解凍處理后組織細胞受損，致使揮發(fā)性物質與細胞間的結合能力下降，使得部分香氣成分含量減少。與本研究結果相似，凍融處理雖然會使揮發(fā)性性成分含量減少，但會增加硫化物含量。

4 結論

本研究發(fā)現，3種預處理加工方式均會影響西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分的種類和含量，超聲處理對西蘭花莖葉汁揮發(fā)性成分的影響較小。與CK相比，熱燙處理和凍融處理可以較好降低西蘭花莖葉汁中的異味成分。與凍融處理相比，熱燙處理的西蘭花莖葉汁，醛類和硫化物的含量更低，酯類含量更高，熱燙處理的效果優(yōu)于凍融處理。在本研究的基礎上，后續(xù)可以進一步研究不同預處理加工方式對西蘭花莖葉汁各營養(yǎng)成分及其穩(wěn)定性的影響。