劉貝妮，曹 曄，余 影，李丹丹，韓永斌，陶 陽

（南京農(nóng)業(yè)大學食品科技學院，江蘇南京 210095）

西蘭花（Brassica oleraceaL. var.Italica）屬于十字花科蕓薹屬甘藍變種，富含蛋白質(zhì)、硫代葡萄糖苷、異硫氰酸酯、酚類化合物、維生素等[1]。近年來，其營養(yǎng)價值受到了越來越多的重視，眾多研究表明，長期食用西蘭花可以降低胃、肝、膀胱等器官的癌變幾率[2]。西蘭花的防癌抗癌功能與其含有的含硫化合物——硫苷密切相關(guān)[3]。在西蘭花加工過程中，硫苷容易發(fā)生酶促降解。當黑芥子酶接觸到硫苷后，其部分化學鍵斷裂，水解形成D-葡萄糖和不穩(wěn)定的中間體thiohydroximate-O-sulfonate，該中間體在不同pH和多種專一性蛋白的影響下會進一步形成能賦予西蘭花產(chǎn)品特殊風味和較高營養(yǎng)價值的異硫氰酸酯以及硫氰酸酯、腈類化合物和唑惡烷-2-硫酮等物質(zhì)[2]。4-甲基硫氧丁基硫苷是西蘭花中含量最多的硫苷，它在黑芥子酶的作用下會水解產(chǎn)生蘿卜硫素，蘿卜硫素被認為是一種功能強大的天然抗癌物質(zhì)，具有抗炎癥和化學預防的作用[4]。西蘭花中硫苷除發(fā)生酶促降解之外，還容易在Fe2+的催化作用下發(fā)生非酶促降解，形成功能性較低的腈類物質(zhì)和硫酰胺[5?6]。在西蘭花干燥過程中發(fā)生的這兩種降解途徑與干燥溫度、水分含量、抗壞血酸含量、Fe2+含量、酚酸含量以及抗氧化活性密切相關(guān)[7]。干燥溫度與黑芥子酶、硫苷及其降解產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性密切相關(guān)，同時水分含量也會影響硫苷熱降解過程中的降解率[2]?？箟难嶙鳛楹诮孀用傅妮o因子，可以促進黑芥子酶的活性部位釋放葡萄糖分子，使不穩(wěn)定的糖苷配基發(fā)生洛森重排，在不同條件下形成不同的硫苷降解產(chǎn)物[8]。它還可以同酚酸一起將西蘭花中的Fe3+還原為能提高專一性蛋白活力并抑制異硫氰酸酯生成的Fe2+[6]。因此，為了靶向調(diào)控干燥過程中硫苷及其衍生物的轉(zhuǎn)化，需要針對上述組分和因素對硫苷組分的影響展開研究。

超聲波作為一種非熱加工技術(shù)，在合適的操作條件下并不會引起樣品溫度的額外升高，故在果蔬干燥領(lǐng)域有廣闊的應用前景。其強化果蔬干燥的方式主要有三種，即：超聲預處理[9]、接觸式超聲強化熱風干燥[10]和氣介式超聲強化熱風干燥[11]。超聲預處理對后續(xù)干燥傳質(zhì)的促進作用有限，且容易導致果蔬營養(yǎng)物質(zhì)的損失[12]，而接觸式超聲波目前因技術(shù)原因和成本很難大規(guī)模應用到傳統(tǒng)熱風干燥過程中[13]，故本研究選擇氣介式超聲波輔干燥西蘭花。目前已有關(guān)于氣介式超聲波應用于十字花科蔬菜干燥的研究報道，但研究主要集中于產(chǎn)品的干燥特性以及干燥前后一些基本理化指標的變化，如顏色、復水性、抗壞血酸含量和抗氧化能力等，對硫苷代謝途徑中相關(guān)物質(zhì)變化規(guī)律的研究還鮮有報道。目前，Tao等[14]發(fā)現(xiàn)甘藍在超聲干燥的過程中部分硫苷類物質(zhì)的含量出現(xiàn)先降低再升高的現(xiàn)象，故推斷在超聲場下含硫物質(zhì)的降解和體外合成反應可能同時發(fā)生，且超聲樣品和未超聲樣品的變化規(guī)律不完全一致。盡管十字花科蔬菜在熱加工過程中硫苷的降解機理已有報道[2,15]，但超聲的機械作用在強化十字花科蔬菜熱風干燥過程中對硫苷及其降解產(chǎn)物的影響尚未可知。為了明晰超聲強化西蘭花熱風干燥過程中硫苷代謝途徑中相關(guān)物質(zhì)的變化情況，一方面需要分析硫苷及其降解產(chǎn)物和黑芥子酶的變化過程，另一方面需要對影響硫苷酶促降解和非酶促降解途徑的因素展開研究，同時需要考慮超聲波與物質(zhì)組分、干燥溫度等因素之間的相互作用對硫苷及其降解產(chǎn)物變化的影響。

因此，本研究采用氣介式超聲波聯(lián)合熱風干燥西蘭花小花球，測定干燥過程中的干基含水量、溫度、硫苷含量、蘿卜硫素含量和黑芥子酶活力，同時測定干燥過程中抗壞血酸、Fe2+、游離酚酸含量以及抗氧化活性，以期為研究超聲干燥過程中硫苷的代謝變化提供理論依據(jù)，并為超聲技術(shù)在果蔬干燥中的實際應用提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮綠色的西蘭花（品種“優(yōu)秀”） 產(chǎn)地為南京市江寧區(qū)潤鴻蔬菜有限公司，協(xié)約定購于江蘇省南京市蘇果超市；4-甲基硫氧丁基硫苷、3-丁烯基硫苷、3-吲哚甲基硫苷、黑芥子苷、蘿卜硫素 美國Sigma公司；4-甲氧基-3-吲哚甲基硫苷 上海甄準生物科技有限公司；三氟乙酸、乙腈、甲醇 國藥集團化學試劑有限公司；HEPES緩沖液、單體酚標準品 上海源葉生物科技有限公司；D-Fructose/D-Glucose 分析試劑盒 愛爾蘭Megazyme。

超聲聯(lián)合熱風干燥設備 無錫新上佳生物科技有限公司；LC-2010A島津高效液相色譜儀 日本島津公司；Synergy-2型酶標儀 美國Biotek公司；K型/J型熱電偶溫度計 深圳華盛昌機械實業(yè)有限公司；TDL-40B離心機 上海安亭科學儀器廠；UV-5100B紫外-可見光分光光度計 上海元析儀器有限公司；RE-52旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠；Nexera X2超高液相色譜（UHPLC）、LC-2010A高效液相色譜（HPLC） 日本島津； AB SCIEX TripleTOF 4600 Triple-TOF-MS 系統(tǒng) USA； Eclipse XDBC18（ 5 μm，4.6 mm×150 mm）、色譜柱ZOBAX-C18（5 μm，4.6 mm×250 mm） Agilent。

1.2 干燥方法

稱取切成約1 cm3的西蘭花小花球平鋪于物料盤，然后將物料盤置于實驗室自行研制的超聲聯(lián)合熱風干燥箱內(nèi)的超聲探頭（超聲頻率20 kHz，探頭直徑5 cm）正下方。試驗所用設備工作原理示意圖見圖1。樣品距離超聲探頭約5 mm，設定風速為2 m/s，干燥溫度為60 ℃，超聲強度為125.2和180.1 W/dm2，超聲波模式為5 s開5 s關(guān)。除關(guān)閉該設備的超聲波外，單獨熱風干燥的其余條件與氣介式超聲干燥一致。定期檢測樣品重量直至達到平衡，進而建立干燥動力學曲線。在干燥的同時，采用熱電偶溫度計記錄西蘭花莖的表面和中心部位溫度的變化。在明確好西蘭花干燥特性后，分別在干燥0、0.5、1、2、3、4 h和干燥終點（干燥終點的干基含水量為0.25 kg/kg DW）取樣，用于后續(xù)的理化分析。理化分析前樣品密封保存于?18 ℃。

圖1 超聲聯(lián)合熱風干燥設備示意圖Fig.1 Diagram of the experimental setup for air drying coupled with air-borne ultrasound

1.3 理化分析

1.3.1 干基含水量測定 初始干基含水量按照AOAC的方法執(zhí)行[16]，挑選新鮮綠色的西蘭花，將花球修剪成約1 cm3的小塊，在105 ℃下干燥12 h測定得出。干基含水量的計算公式為：

式中：M為干基含水量，kg/kg DW；mt為t時刻樣品的質(zhì)量，kg；md為樣品的干物質(zhì)質(zhì)量，kg。

1.3.2 硫苷含量測定 西蘭花硫苷含量的測定參照Baenas等[17]方法并稍作修改。分別稱取0.4 g鮮樣、干燥0.5和1 h的樣品，0.2 g干燥2和3 h的樣品，和0.1 g干燥4 h和干燥終點的樣品，加3 mL、70%（v/v）的甲醇在70 ℃下水浴20 min充分滅酶，然后取出并充分研磨，再在70 ℃下水浴20 min提取硫苷，用10000 r/min離心10 min后收集上清液，殘渣再用70%（v/v）的甲醇重復提取一次并離心，合并兩次提取的上清液，在45 ℃下真空干燥至恒重，用2 mL、0.05%（v/v）的三氟乙酸復溶，過0.45 μm水系膜后用于液相檢測。提取液先用UHPLC串聯(lián)Triple-TOF-MS系統(tǒng)進行硫苷鑒定，條件如下：電噴霧離子源（ESI），負離子檢測模式，質(zhì)量掃描范圍（m/z）為50~1500，檢測波長為280 nm，進樣量為2 μL，流動相A為0.1%（v/v）的甲酸，流動相B為乙腈，洗脫梯度：0~2 min，5%B；2~19 min，5%~70%B；19~21 min，70%~90%B；21~25 min，90%B；25~25.1 min，90%~5%B；25.1~30 min，5%B。然后再在HPLC上進行定量檢測，液相條件如下：色譜柱為Eclipse XDB-C18（5 μm，4.6 mm×150 mm），檢測波長為227 nm，流速為1.0 mL/min，柱溫為30 ℃，進樣量為20 μL，流動相A為0.05%（v/v）三氟乙酸，流動相B為乙腈，洗脫梯度：0~15 min，0%B；15~25 min，0%~5%B；25~40 min，5%~20%B；40~50 min，20%~35%B；50~55 min，35%~99%B；55~60 min，99%~0%B。硫苷含量表示為mg/g DW。

1.3.3 黑芥子酶活力測定 西蘭花黑芥子酶活力的測定參照Guo等[18]的方法并稍作修改。分別稱取0.4 g鮮樣、干燥0.5和1 h的樣品，0.2 g干燥2和3 h的樣品，和0.1 g干燥4 h和干燥終點的樣品，加3 mL、0.1 mol/L磷酸鈉緩沖液（pH6.5）在冰浴中充分研磨，10000 r/min 離心15 min，收集上清液作為粗酶液。將500 μL粗酶液和500 μL、0.25 mmol/L黑芥子苷（sinigrin）溶液混合，37 ℃下反應15 min后，煮沸5 min使酶失活。黑芥子酶和底物反應過程中生成的葡萄糖含量用D-Fructose/D-Glucose分析試劑盒測定。37 ℃下每分鐘從黑芥子苷中釋放1 μmol葡萄糖的量定義為一個酶活力，黑芥子酶活力單位用U/g DW表示。

1.3.4 蘿卜硫素含量測定 西蘭花蘿卜硫素含量的測定參照Guo等[18]方法并稍作修改。分別稱取0.4 g鮮樣、干燥0.5和1 h的樣品，0.2 g干燥2和3 h的樣品，和0.1 g干燥4 h和干燥終點的樣品，加入4 mL蒸餾水后充分研磨，然后在37 ℃下恒溫水浴振蕩水解3 h，再用10 mL乙酸乙酯提取三次，每次提取完用一次性滴管將上層乙酸乙酯組分吸出，合并三次的提取液，加1 g無水硫酸鈉除水，讓提取液在35 ℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，最后用2 mL乙腈復溶，過0.45 μm有機膜后用于液相檢測。液相測定條件：色譜柱為Eclipse XDB-C18（5 μm，4.6 mm×150 mm），檢測波長為254 nm，流速為1.0 mL/min，柱溫為30 ℃，進樣量為20 μL，流動相A為水，流動相B為乙腈，洗脫梯度：0~15 min，20%~60%B；15~20 min，60%~100%B。蘿卜硫素含量表示為mg/g DW。

1.3.5 抗壞血酸含量測定 西蘭花抗壞血酸含量的測定參照仇宏偉等[19]方法。分別稱取0.4 g鮮樣、干燥0.5和1 h的樣品，0.2 g干燥2和3 h的樣品，和0.1 g干燥4 h和干燥終點的樣品，加入4 mL、2%（w/v）草酸充分研磨，渦旋1 min后10000 r/min離心10 min，收集上清液過0.45 μm水系膜后用于液相檢測。液相條件：色譜柱為Agilent ZOBAXC18（5 μm，4.6 mm×250 mm），檢測波長為254 nm，流速為0.8 mL/min，柱溫為30 ℃，進樣量為20 μL，流動相為0.1%草酸-甲醇溶液（95:5，v/v）。抗壞血酸含量表示為mg/g DW。

1.3.6 亞鐵離子（Fe2+）含量測定 西蘭花Fe2+含量的測定參照Bellostas等[6]的方法并稍作修改。分別稱取0.4 g鮮樣、干燥0.5和1 h的樣品，0.2 g干燥2和3 h的樣品，和0.1 g干燥4 h和干燥終點的樣品，加4 mL蒸餾水充分研磨，吸取2 mL研磨液與1 mL非還原性蛋白沉淀溶液混合（配制方法：1 g三氯乙酸和1 mL、 37%鹽酸，用蒸餾水定容至10 mL），混合液在室溫下靜置過夜，然后10000 r/min離心15 min。吸取100 μL上清液、200 μL HEPES緩沖液（0.3 mol/L、pH9.9）和25 μL菲洛嗪溶液（5 mg/mL、水溶）加入96孔板，迅速用酶標儀在570 nm下測定樣品的吸光值。用硫酸亞鐵標準品繪制標準曲線，F(xiàn)e2+含量用mg/100 g DW表示。

1.3.7 游離酚酸含量測定 西蘭花游離酚酸含量的測定參照Thomas等[20]的方法并稍作修改。分別稱取0.4 g鮮樣、干燥0.5和1 h的樣品，0.2 g干燥2和3 h的樣品以及0.1 g干燥4 h和干燥終點的樣品，加4 mL、80%（v/v）甲醇充分研磨，超聲處理30 min，在37 ℃下水浴振蕩提取4 h，10000 r/min離心10 min后收集上清液，殘渣用80%（v/v）甲醇再提取一次，離心后合并兩次的上清液，制備好的樣品溶液過0.45 μm的有機膜后用于液相檢測。液相測定條件參照Wang等[21]：色譜柱為Inertsil ODS-3（3.5 μm，4.6 mm×250 mm），檢測波長為280 nm，流速為0.6 mL/min，柱溫為25 ℃，進樣量為20 μL，流動相A為1%醋酸-水，流動相B為1%醋酸-甲醇，洗脫梯度：0~10 min，10%~26%B；10~25 min，26%~40%B；25~45 min，40%~65%B；45~55 min，65%~95%B；55~58 min，95%~10%B；58~65 min，10%B。根據(jù)標準品的色譜圖和標準曲線對樣品中的游離酚酸進行定性和定量，結(jié)果表示為μg/g DW。

1.3.8 體外抗氧化活性（ABTS+·清除能力和鐵離子還原能力）測定 分別稱取0.4 g鮮樣、干燥0.5和1 h的樣品，0.2 g干燥2和3 h的樣品以及0.1 g干燥4 h和干燥終點的樣品，抗氧化活性物質(zhì)的提取方法同1.3.7，樣品提取液中ABTS+·清除能力的測定參照Ling等[22]方法，以Trolox濃度為橫坐標，抑制率為縱坐標繪制標準曲線，結(jié)果用Trolox當量表示，即μmol Trolox/g DW；樣品提取液中鐵離子還原能力的測定參照Tao等[12]方法，以FeSO4濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制標準曲線，結(jié)果用Fe2+濃度表示，即μmol Fe2+/g DW。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組實驗重復三次，數(shù)據(jù)用平均值±標準差表示。采用Origin 2021繪圖，采用SAS V8進行方差分析和Duncan’s多重比較，采用SPSS Statistics 25進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 60 ℃下西蘭花干燥特性分析

圖2 和圖3分別為西蘭花小花球干燥動力學曲線及干燥過程中內(nèi)外溫度的變化情況。選擇干基含水量到達0.25 kg/kg DW時對應的時刻作為超聲干燥的終點，因為此時的干基含水量接近平衡時的水分含量。由圖2可知，當樣品到達干燥終點時，單獨熱風干燥、125.2 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥、180.1 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥分別需要450、400和370 min，即125.2和180.1 W/dm2超聲處理使得干燥時間分別縮短了11.1%和17.8%。超聲探頭發(fā)射出的聲波不僅能夠在氣固界面形成一定的壓力變化、振蕩速度和微湍流，還能在物料內(nèi)部形成快速的膨脹-壓縮交替循環(huán)（海綿作用），從而提高水分子的蒸發(fā)、傳質(zhì)和擴散速率，有效強化單獨熱風干燥過程[14]。此外，125.2 W/dm2超聲干燥樣品的升溫速度最快，表面超聲處理并未導致西蘭花出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象。

圖2 西蘭花小花球干燥動力學曲線Fig.2 Drying kinetics of broccoli florets during air drying with and without air-borne ultrasonic assistance

圖3 西蘭花小花球干燥過程中內(nèi)外溫度的變化Fig.3 Inner and outer temperature curves of broccoli florets during air drying with and without air-borne ultrasonic assistance

2.2 西蘭花干燥過程中硫苷含量變化

表1 ~表2分別為西蘭花小花球在干燥過程中硫苷類物質(zhì)的鑒定結(jié)果及含量的變化。由表可知，西蘭花中主要含有以下4種硫苷：4-甲基硫氧丁基硫苷、3-丁烯基硫苷、3-吲哚甲基硫苷及4-甲氧基-3-吲哚甲基硫苷，新鮮樣品中含量最高的是4-甲基硫氧丁基硫苷（7.61 mg/g DW），然后依次是3-吲哚甲基硫苷（3.67 mg/g DW）、4-甲氧基-3-吲哚甲基硫苷（3.26 mg/g DW）和3-丁烯基硫苷（0.43 mg/g DW），該結(jié)果和Vallejo等[23]及Park等[24]的報道類似?？傮w上，4-甲氧基-3-吲哚甲基硫苷在干燥0.5 h后含量顯著降低，這可能是因為干燥引起的硫苷酶促和非酶促反應使其降解形成不同的產(chǎn)物[7,25]。然而在干燥0~2 h過程中，3-丁烯基硫苷和3-吲哚甲基硫苷含量卻出現(xiàn)明顯升高現(xiàn)象，尤其是超聲干燥的樣品，在干燥2 h時其3-丁烯基硫苷和3-吲哚甲基硫苷含量相比鮮樣分別增加了67.4%~95.3%和52.3%~78.2%，盡管在干燥后期有所下降，但干燥終點的含量仍然高于鮮樣。干燥終點樣品中的3-丁烯基硫苷和3-吲哚甲基硫苷含量分別比鮮樣中的高出7.0%~34.9%和22.3%~35.4%，且在Yábar等[26]采摘、干燥三種瑪卡和Tao等[14]用超聲聯(lián)合熱風干燥包心菜的文獻中也有類似的報道。西蘭花小花球干燥過程中3-丁烯基硫苷和3-吲哚甲基硫苷含量的增加可能與西蘭花需要合成更多的硫苷來防御自身免疫機制受到的損傷有關(guān)[27]。

表1 西蘭花硫苷成分鑒定Table 1 Identification of glucosinolates in broccoli florets

表2 西蘭花干燥過程中硫苷含量的變化Table 2 Variation of glucosinolates contents of broccoli florets during air drying with and without air-borne ultrasonic assistance

4-甲基硫氧丁基硫苷又名蘿卜硫苷，與黑芥子酶反應可生成蘿卜硫素。由表2可以看出，單獨熱風樣品中4-甲基硫氧丁基硫苷含量在干燥2 h后出現(xiàn)了額外的升高，且在干燥后期（4 h~干燥終點）超過了氣介式超聲聯(lián)合熱風的樣品。干燥終點處單獨熱風、125.2和180.1 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風樣品的4-甲基硫氧丁基硫苷含量分別較鮮樣降低了42.7%、50.5%和46.9%。Mahn等[4]研究熱風干燥西蘭花過程中也出現(xiàn)了4-甲基硫氧丁基硫苷含量升高的現(xiàn)象，并將其解釋為干燥時物料熱收縮使4-甲基硫氧丁基硫苷逐漸釋放。更有研究表明，4-甲基硫氧丁基硫苷側(cè)鏈上的亞砜基會發(fā)生可逆性氧化或還原，分別形成4-（甲基磺?；┒』蜍蘸?-甲硫丁基硫苷，它們可以被黑芥子酶水解形成蘿卜硫素、糖芥靈和甘油三芥酸酯的生物活性類似物[28]。

此外，不同種類硫苷的熱敏性存在差異。研究表明，十字花科蔬菜在進行熱處理時，吲哚族硫苷的熱穩(wěn)定性不如脂肪族硫苷[2]。由表2可知，在干燥期間，相比于3-吲哚甲基硫苷和4-甲氧基-3-吲哚甲基硫苷含量的變化，西蘭花樣品中4-甲基硫氧丁基硫苷和3-丁烯基硫苷的含量出現(xiàn)更大幅度的變化。由于超聲處理可以使物料更快地達到設定的溫度，故相比于脂肪族硫苷，熱穩(wěn)定性較弱的吲哚族硫苷更容易受超聲作用的影響，且溫度升高越快，含量變化越明顯。Hennig等[15]的研究也曾報道3-吲哚甲基硫苷的熱降解速度約為4-甲基硫氧丁基硫苷的2倍。此外，Hanschen等[29]的研究表明，當熱處理溫度達到62 ℃時三種蕓薹屬蔬菜（甘藍、包心菜、紫色包心菜）的細胞均開始融解，而硫苷組分的溶出動力學由各自的化學結(jié)構(gòu)決定，其中，4-甲氧基-3-吲哚甲基硫苷的溶出速率高于脂肪族硫苷。結(jié)合上述結(jié)論可知，超聲處理能加速植物組織細胞壁的破壞，促進了硫苷釋放，使其更容易被黑芥子酶水解成葡萄糖和其它不穩(wěn)定的中間體，或發(fā)生非酶促降解形成其它物質(zhì)[30]，而超聲樣品比單獨熱風樣品擁有更高的3-吲哚甲基硫苷含量可能是超聲處理在一定程度上加強了西蘭花應對脅迫作用的能力。

2.3 西蘭花干燥過程中黑芥子酶活力及蘿卜硫素含量變化

圖4 和圖5分別為西蘭花小花球在干燥過程中黑芥子酶活力及蘿卜硫素含量的變化。由圖4可知，西蘭花鮮樣中的黑芥子酶活力為12.39±1.86 U/g DW，該結(jié)果和Charron等[31]報道的類似。干燥過程中，三種處理下的黑芥子酶活力均呈逐漸下降的趨勢。干燥達到終點時，單獨熱風、125.2 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風、180.1 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥樣品的黑芥子酶活力分別為4.14±0.19、2.61±0.17、4.77±0.18 U/g DW，比鮮樣低61.5%~78.9%。Oliviero等[32]研究西蘭花黑芥子酶活力和熱處理之間的關(guān)系時也得到了相似的結(jié)果。黑芥子酶在干燥過程中酶活性的變化與其分子擁擠/體積排斥效應和構(gòu)象移動性有關(guān)。干燥前，鮮樣中充足的水分給予酶構(gòu)象足夠的伸展空間，隨著干燥過程的進行，留給蛋白質(zhì)伸展的體積隨著水分的去除逐漸減少，且黑芥子酶會在不斷升高的溫度下發(fā)生不可逆變性[33?34]。此外，在干燥過程中，180.1 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥樣品的黑芥子酶活力下降的速度最慢，且殘留的黑芥子酶活力最高，比單獨熱風干燥高出15.2%。該現(xiàn)象不僅與分子擁擠和體積排斥效應相關(guān)，還可能和水的增塑作用有關(guān)。Oliviero等[32]的研究結(jié)果表明，當水分活度下降時，黑芥子酶的穩(wěn)定性增加。在這三種干燥方式中，180.1 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥能最快除去西蘭花樣品中的水分，故180.1 W/dm2氣介式超聲干燥樣品在干燥過程中的黑芥子酶穩(wěn)定性最強。

圖4 西蘭花干燥過程中黑芥子酶活力的變化Fig.4 Variation of myrosinase activity of broccoli florets during air drying with and without air-borne ultrasonic assistance

圖5 西蘭花干燥過程中蘿卜硫素含量的變化Fig.5 Variation of sulforaphane content of broccoli florets during air drying with and without air-borne ultrasonic assistance

由圖5可知，鮮樣中蘿卜硫素的含量為2.66±0.28 mg/g DW，干燥前0.5 h蘿卜硫素含量明顯降低。Lekcharoenkul等[35]的研究表明蘿卜硫素在樣品溫度達到42~43 ℃時開始降解，Tanongkankit等[30]也曾報道一旦卷心菜溫度達到50.5~53.5 ℃時蘿卜硫素就會迅速分解成硫脲，但有時候熱處理也會激發(fā)蘿卜硫素的應激反應，故具體的蘿卜硫素降解速度還是取決于物料熱處理的方式、溫度等多個因素。對于氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥的樣品而言，蘿卜硫素的含量從1 h左右開始持續(xù)升高，并在干燥4 h至干燥終點階段基本保持穩(wěn)定，這可能是超聲干燥樣品中黑芥子酶的活力更強，且超聲處理能加速物料內(nèi)部溫度的升高，使促進腈類物質(zhì)形成的環(huán)硫?qū)Ｒ恍缘鞍祝‥SP）快速失活[35]。Mathsheski等[36]用熱風干燥、真空干燥及低壓過熱蒸汽干燥技術(shù)聯(lián)合干燥卷心菜外葉時發(fā)現(xiàn)ESP的活性容易受溫度影響，當樣品溫度超過47~49 ℃時，ESP開始失活，而黑芥子酶在60 ℃時依然存在活性。干燥結(jié)束后，單獨熱風、125.2和180.1 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥的樣品中蘿卜硫素含量分別為2.42±0.40、2.94±0.26和3.05±0.07 mg/g DW，即超聲處理的樣品中蘿卜硫素含量比單獨熱風處理的樣品高出了21.5%~26.0%。Tian等[37]的研究表明，不同水分含量會影響蘿卜硫素的降解機制，即樣品的含水量會對蘿卜硫素的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因為蘿卜硫素能和水分子中的羥基反應形成二聚體，加速了蘿卜硫素的降解，這可能也是導致單獨熱風樣品中蘿卜硫素含量更低的原因之一。

2.4 西蘭花干燥過程中抗壞血酸和Fe2+含量變化

抗壞血酸是黑芥子酶的輔因子，與硫苷酶促降解密切相關(guān)[8]。同時，一分子的Fe2+可以和兩分子的硫苷結(jié)合形成硫苷-金屬復合物，從而使硫苷發(fā)生非酶促降解[2]。西蘭花小花球在干燥過程中抗壞血酸和Fe2+含量的變化見圖6和圖7。由圖6可知，鮮樣中抗壞血酸的含量為15.28±0.57 mg/g DW，干燥開始后抗壞血酸含量顯著降低。125.2 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風和單獨熱風干燥的樣品在干燥終點處的抗壞血酸保留率分別為15.4%和14.7%，180.1 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥樣品在干燥終點處的抗壞血酸保留率最低，為8.1%。該現(xiàn)象一方面可能與高溫和氧氣的存在相關(guān)，樣品過熱和長時間干燥暴露在氧氣中都會導致抗壞血酸的降解[38]。另一方面，抗壞血酸的降解與抗壞血酸氧化酶（AOX）和抗壞血酸過氧化酶（APX）催化的氧化反應有關(guān)，該反應可以清除在應激條件下產(chǎn)生的大量ROS自由基，如H2O2等。因為功率超聲處理會加速植物基質(zhì)的破壞，使抗壞血酸更容易同AOX和APX接觸，從而加快抗壞血酸的氧化進程[39]。Hanschen等[8]的研究表明抗壞血酸是黑芥子酶的輔因子，在含量充足的情況下能夠促進黑芥子酶活性部位釋放葡萄糖分子。然而，由表3可知，盡管皮爾森相關(guān)系數(shù)表明在本實驗中抗壞血酸含量和黑芥子酶活力之間存在顯著正相關(guān)（P<0.01，相關(guān)系數(shù)為0.661），但抗壞血酸對黑芥子酶活力的促進作用并未體現(xiàn)在本研究結(jié)果中，這可能是因為抗壞血酸在熱加工過程中很容易降解，保留率相對較低。

表3 皮爾森相關(guān)系數(shù)Table 3 Pearson correlation coefficients

圖6 西蘭花干燥過程中抗壞血酸含量變化曲線Fig.6 Variation of ascorbic acid content of broccoli florets during air drying with and without air-borne ultrasonic assistance

圖7 西蘭花干燥過程中Fe2+含量變化曲線Fig.7 Variation of Fe2+ content of broccoli florets during air drying with and without air-borne ultrasonic assistance

由圖7可知，單獨熱風樣品的Fe2+含量在干燥過程中始終高于氣介式超聲聯(lián)合熱風樣品，但125.2和180.1 W/dm2氣介式超聲干燥過程中樣品的Fe2+含量之間無明顯差異，其中在180.1 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥0.5 h時西蘭花樣品的Fe2+含量最低，為14.03±2.06 mg/100 g DW。上述情況的產(chǎn)生可能有以下兩個原因：一方面，超聲波對植物細胞壁的破壞促進了氧氣的進入，使Fe2+自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+；另一方面是因為在干燥前期，單獨熱風樣品的抗壞血酸含量略高于氣介式超聲聯(lián)合熱風的樣品[6]。Hanschen等[40]研究脂肪族硫苷的熱降解機制時發(fā)現(xiàn)，抗壞血酸的氧化還原作用可以將Fe3+還原為Fe2+，從而促進Fe2+催化硫苷降解過程，使其更容易生成腈類物質(zhì)。相關(guān)性分析結(jié)果表明本實驗中抗壞血酸和Fe2+含量之間存在顯著極正相關(guān)（P<0.01，相關(guān)系數(shù)為0.723）。結(jié)合圖5可知，干燥0.5 h后，單獨熱風干燥的樣品中Fe2+含量顯著增加(P<0.05) ，導致蘿卜硫素含量大幅下降，而Fe2+含量相對較低的氣介式超聲樣品在干燥過程中蘿卜硫素含量逐漸增多，且在3 h后蘿卜硫素含量超過單獨熱風干燥的樣品。Williams等[41]的研究也表明，在水芹中加入Fe2+的螯合劑EDTA能顯著抑制苯乙腈的生成，使苯基異硫氰酸酯顯著增加。

2.5 西蘭花干燥過程中游離酚酸含量變化

酚類化合物是西蘭花中除了抗壞血酸之外另一類重要的抗氧化物質(zhì)。本研究采用HPLC-MS/MS鑒定出干燥過程中西蘭花小花球中的5種酚酸，分別是：沒食子酸、原兒茶酸、咖啡酸、對香豆酸和阿魏酸，該結(jié)果和Gliszczyńska-?wig?o等[42]報道的結(jié)果類似。表4為西蘭花在干燥過程中游離酚酸含量的變化，由表4可知，氣介式超聲和未超聲處理的樣品中5種酚酸的含量在干燥初期（0.5~2 h）均呈現(xiàn)下降的趨勢，因為酚類物質(zhì)熱不穩(wěn)定，熱處理會導致其發(fā)生氧化、聚合或者分解[43]。但隨著干燥時間的延長，酚酸含量逐漸增多。這可能是由于隨著干燥時間的延長，多酚氧化酶的活力隨溫度的升高而逐漸下降，甚至變性失活，從而阻止酚類物質(zhì)被進一步氧化[44]。除此之外，干燥脫水可能會削弱多酚與細胞壁的相互結(jié)合作用，導致部分多酚發(fā)生解離，由結(jié)合酚向游離酚轉(zhuǎn)變[45]?？傮w而言，氣介式超聲樣品的酚酸降解量要高于單獨熱風的樣品，特別是180.1 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥終點樣品中的原兒茶酸和咖啡酸含量，分別為單獨熱風干燥終點樣品的67.7%和65.8%。這可能是因為相比于單獨熱風干燥導致的樣品結(jié)構(gòu)緩慢皺縮，超聲波對組織細胞的破壞作用更加徹底，使得各游離酚酸更容易被多酚氧化酶或過氧化酶等氧化。

表4 西蘭花干燥過程中游離酚酸含量的變化Table 4 Variations of free phenolic acid contents of broccoli florets during air drying with and without air-borne ultrasonic assistance

2.6 西蘭花干燥過程中體外抗氧化活性變化

圖8 為西蘭花小花球在干燥過程中ABTS+·清除能力和鐵離子還原能力的變化。由圖8可知，西蘭花鮮樣中ABTS+·清除能力和鐵離子還原能力分別為88.09±6.93 μmol Trolox/g DW和155.63±5.60 μmol Fe2+/g DW，該結(jié)果和Heimler等[46]報道的十字花科蔬菜（甘藍、西蘭花、包菜）類似。西蘭花ABTS+·清除能力和鐵離子還原能力在干燥過程中均呈現(xiàn)先降低（0~0.5/1 h）后升高（0.5/1 h~干燥終點）的趨勢。單獨熱風干燥、125.2 W/dm2和180.1 W/dm2氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥終點樣品的鐵離子還原能力分別為94.46±5.43、88.86±6.96和96.78±7.88 μmol Fe2+/g DW，即相比鮮樣降低了37.8%~42.9%。然而，鮮樣的ABTS+·清除能力和干燥終點的樣品之間無顯著性差異（P>0.05），這是因為西蘭花提取物的抗氧化能力并不僅僅是單體酚抗氧化能力的簡單相加，還是它們協(xié)同作用的結(jié)果[47]。曾有研究表明，超聲處理能夠引起植物結(jié)構(gòu)的嚴重改變，降解細胞壁成分并加速多酚氧化酶的釋放，使酚類化合物更容易氧化，且水分的快速去除也會增加酚類化合物氧化的敏感性[48?49]。但該結(jié)果在本研究中體現(xiàn)的不明顯，因為氣介式超聲和未超聲樣品間的ABTS+·清除能力和鐵離子還原能力無顯著性差異。這可能與西蘭花小花球的傘狀結(jié)構(gòu)有關(guān)，該結(jié)構(gòu)削弱了樣品干燥時對聲波能的吸收，使得超聲處理對傳質(zhì)傳熱的強化作用及組織細胞的破壞作用減弱[50]，也可能是干燥前期樣品含水量較高使降解反應速度更快，而超聲處理能更快除去干燥前期的水分，縮短該過程。

圖8 西蘭花干燥過程中ABTS·+自由基清除能力和鐵離子還原能力變化Fig.8 Variations of ABTS+· scavenging activity and ferric ion reducing antioxidant power of broccoli florets during air drying with and without air-borne ultrasonic assistance

3 結(jié)論

本文研究了氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥（20 kHz，60 ℃，125.2和180.1 W/dm2）對西蘭花小花球干燥特性、硫苷及蘿卜硫素的衍變以及硫苷分解代謝相關(guān)影響因子的影響。研究發(fā)現(xiàn)，氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥能夠在單獨熱風干燥的基礎上縮短11.1%~17.8%的干燥時間，加快樣品的升溫進程，且超聲干燥樣品具有更高的3-吲哚甲基硫苷含量和黑芥子酶活力。盡管干燥過程中氣介式超聲和未超聲樣品的抗壞血酸含量、游離酚酸含量和體外抗氧化活性差異不明顯，但抗壞血酸和酚類化合物能將Fe3+還原為Fe2+，其中180.1 W/dm2氣介式超聲樣品的Fe2+含量最低，其干燥終點處的蘿卜硫素含量也相對較高，為3.05±0.07 mg/g DW。

綜上所述，相比于單獨熱風干燥而言，氣介式超聲聯(lián)合熱風干燥能夠強化西蘭花的干燥過程并減少生物活性成分的損失，有利于4-甲基硫氧丁基硫苷向蘿卜硫素的方向轉(zhuǎn)化，該研究為揭示超聲場下硫苷代謝途徑相關(guān)物質(zhì)的變化及在西蘭花產(chǎn)品超聲干燥應用方面具有重要意義。但本研究仍然存在一些不足，如在西蘭花干燥的過程中沒有檢測專一性蛋白（如環(huán)硫?qū)Ｒ恍缘鞍?、腈專一性蛋白及硫氰酸酯形成蛋白等）的活力和腈類物質(zhì)的含量，也沒有考慮硫苷降解產(chǎn)物進一步降解的情況，所以無法明確干燥過程中活性物質(zhì)變化的具體原因。因此，未來在研究超聲聯(lián)合熱風干燥西蘭花過程中硫苷的代謝機理時，可以著重考慮上述因素，同時通過外源添加的方式驗證其它組分對硫苷降解途徑的影響，實現(xiàn)對硫苷降解途徑的定向調(diào)控。