不同解冻方式对速冻西兰花品质影响

仇宏伟,王宏达,郭丽萍,*

(1.青岛农业大学学报编辑部,山东青岛 266109;2.青岛农业大学食品科学与工程学院,山东青岛 266109)

西兰花又称青花菜、绿菜花、意大利芥蓝,属十字花科芸薹属甘蓝的一个变种[1]。西兰花含有丰富的维生素C、维生素A、维生素E、维生素B族及Ca、K、Fe、Se等多种微量元素;此外,还含有丰富的膳食纤维、酚类物质、花色苷、类胡萝卜素、硫代葡萄糖苷(简称硫苷)等重要生物活性物质,被称为天然的抗氧化蔬菜[2]。其中,硫苷在黑芥子酶作用下产生的异硫氰酸酯可以抑制Ⅰ型致癌酶的活力和提高Ⅱ型解毒酶的活力,从而产生抗癌作用[3],因此受到广泛关注。

冷冻是食品的一种初加工方式,也是能够长期保存食品的贮藏方式。冷冻蔬菜是我国出口蔬菜主要的一种形式。西兰花营养价值较高,是我国出口创汇的主要蔬菜种类之一,西兰花采后易黄化腐烂,影响其感官质量、营养品质和商品价值,是冷冻蔬菜的主要代表[4]。关于冷冻蔬菜解冻方式对营养品质的影响已有报道。陈宏运等[5]研究表明微波解冻较空气解冻、水浴解冻和冷藏解冻更利于维持速冻荔枝果肉的可溶性固形物、游离氨基酸成分。陈晓维等[6]用微波、超声波、水浴、自然四种解冻方式解冻速冻蓝莓,发现解冻处理后的蓝莓总酚含量均高于新鲜蓝莓,其中微波解冻后总酚含量最高,水浴解冻后的蓝莓果实硬度特性差,可溶性固形物含量低,导致活性成分降低的最多。刘雪梅等[7]研究了微波、水浴、超声波、空气解冻对速冻草莓品质的影响,结果表明空气解冻后抗坏血酸含量下降最快,水浴解冻后还原糖含量最低。Cai等[8]发现冷冻处理可以提高西兰花中抗氧化物质含量,但目前关于西兰花解冻的研究还未见报道。本研究采用微波解冻、汽蒸解冻、自然解冻和静水解冻四种解冻方式,对冷冻西兰花解冻后的总酚、类胡萝卜素、抗坏血酸、硫苷代谢系统、抗氧化能力进行了研究,为西兰花产品的综合开发利用提供科学的理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

西兰花 购自青岛城阳春阳路大润发超市;烯丙基硫苷标准品、萝卜硫素标准品、硫酸酯酶、抗坏血酸 美国Sigma公司;DEAE Sephadex TMA-25离子交换树脂、咪唑 北京索莱宝科技有限公司;甲醇、福林酚、碳酸钠溶液、磷酸盐缓冲液、过氧化氢溶液、无水乙醇、铁氰化钾溶液、三氯乙酸、氯化铁溶液、95%乙醇、没食子酸、二氯甲烷、氨乙醇、DNS溶液、DPPH·溶液、2,6-二氯靛酚、草酸 均购自国药集团上海化学试剂公司。

Agilent 1200液相色谱仪 美国安捷伦科技公司;分析天平 上海奥斯豪公司;752型紫外可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司;TDL-40B离心机 上海安亭科学仪器厂;DK-S24型电热恒温水浴锅 龙口市先科仪器公司;BCD-257SL型冰箱 中国海尔集团;Sartorius电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 将清洗后的新鲜的西兰花花球切分成直径3～4 cm、茎梗2～3 cm的小花,汽蒸90 s,速冻后于-18 ℃冻藏15 d后进行解冻处理。四种不同解冻方式分别为:微波解冻:将300 g冷冻西兰花平铺于托盘中,光波模式下进行解冻,功率为800 W;汽蒸解冻:将蒸锅中的水烧开达到100 ℃产生均匀蒸汽时,将300 g冷冻西兰花置于蒸汽中进行解冻;自然解冻:将冷冻西兰花放置于托盘中于室温下自然解冻,室温为25 ℃;静水解冻:将冷冻西兰花放于25 ℃的水中进行解冻。以新鲜西兰花和未解冻西兰花为对照。

1.2.2 测定指标与方法

1.2.2.1 解冻时间确定 采用温度计记录从解冻开始到西兰花中心温度达到4 ℃时的时间,即为解冻时间。

1.2.2.2 总酚含量的测定 参照Guo等[9]的方法:取0.2 g西兰花,用5 mL的50%甲醇溶液研磨匀浆后倒入离心管中,10000×g离心15 min收集上清液。取1 mL上清液,加入1 mL福林酚和2 mL 2% Na2CO3,室温避光反应2 h,于765 nm处测定吸光值,计算总酚含量。

1.2.2.3 类胡萝卜素含量的测定 按照王学奎[10]的方法并稍作修改,称取1.0 g西兰花,加入95%乙醇研磨并定容至25 mL,分别在波长665、649和470 nm下测定吸光度。计算类胡萝卜素含量。

1.2.2.4 抗坏血酸含量的测定 参照郭丽萍等[11]的方法,取5.0 g西兰花样品,用10 mL草酸(20 mg/mL)研磨匀浆,10000×g离心10 min后取上清液,进行HPLC测定。HPLC条件:色谱柱:Eclipse XDB-C18column(4.6 mm×150 mm,5 μm);检测波长:254 nm;流速:0.8 mL/min;进样量:20 μL;柱温:30 ℃;流动相:0.1 g/100 mL草酸-甲醇(95∶5,v/v)。

1.2.2.5 总硫苷含量的测定 参考Wei等[12]的方法,取5.0 g西兰花,加15 mL煮沸的甲醇研磨,10000×g离心10 min,取5 mL上清液流经DEAE SephadexTMA-25离子交换柱,用2 mL 0.02 mol/L醋酸钠分2次冲洗柱子,然后加入800 μL 0.1%硫酸酯酶(1.4 U),在35 ℃的条件下反应16 h后,用3 mL去离子水洗脱,经滤膜过滤后进HPLC分析。HPLC色谱条件:色谱柱:Eclipse XDB-C18column(4.6 mm×150 mm,5 μm);检测波长:226 nm;流速:1 mL/min;进样量:20 μL;柱温:30 ℃;流动相:超纯水和20%乙腈,先用水洗脱1 min,1～21～26 min内乙腈浓度线性梯度为0%～100%～0%。

1.2.2.6 异硫氰酸酯含量的测定 参考王志英等[13]的方法。取0.2 g西兰花,用5 mL蒸馏水研磨后,于37 ℃水浴下与40 mg黑芥子酶酶解反应3 h,离心,取100 μL上清液加2 mL甲醇、1.8 mL硼砂缓冲液、200 μL的1,2-苯二硫醇混匀后于65 ℃反应1 h,进HPLC分析。HPLC条件:色谱柱:Eclipse XDB-C18column(4.6 mm×150 mm,5 μm);检测波长:365 nm;流速:1.0 mL/min;进样量:20 μL;柱温:30 ℃;流动相:70%甲醇。

1.2.2.7 黑芥子酶活性的测定 参考Guo等[9]的方法:取0.5 g西兰花,用6 mL pH6.5磷酸缓冲液,研磨成匀浆,然后在10000×g离心15 min后收集上清液。取1 mL上清液,加入1 mL烯丙基硫苷,于37 ℃水浴锅中反应15 min后灭酶,测定葡萄糖含量。以每分钟被黑芥子酶转化生成1 nmol 葡萄糖为1个酶活力单位。

1.2.2.8 抗氧化能力测定 清除DPPH·能力根据龚春燕等[14]的方法。取0.2 g西兰花,加入5 mL 50%甲醇研磨,10000×g离心,取0.1 mL上清液加入1 mL 400 μmol/L的DPPH溶液与1 mL无水乙醇混合均匀,于517 nm比色测得吸光值A1,同时测定不加上清液的空白组吸光值为A0,不加DPPH溶液的对照组的吸光值为A2。

还原能力测定参照郭丽萍等[15]的方法,取0.5 g西兰花样品,加2.5 mL的磷酸缓冲液(pH6.6)研磨,10000×g离心后取1 mL上清液与2.5 mL 1%的铁氰化钾溶液混合,50 ℃水浴反应20 min,加入2.5 mL 10%三氯乙酸,3000×g离心10 min后取上清液4 mL,加入4 mL蒸馏水和0.1% FeCl3溶液0.8 mL,700 nm处测得吸光值。

1.3 数据处理

试验设3次重复,采用SigmaPlot 10.0作图,试验数据采用软件SPSS 19.0进行统计分析,均值间比较采用Duncan’s多重比较,在0.05水平上进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同解冻方式对西兰花解冻时间影响

由表1可以看出,不同解冻方式解冻西兰花的时间为:微波解冻<汽蒸解冻<静水解冻<自然解冻。汽蒸解冻、自然解冻和静水解冻主要依靠热交换的方式进行解冻,相对于自然解冻,汽蒸解冻和静水解冻的导热系数更大,所以自然解冻速度最慢,静水解冻次之;微波解冻是依靠物料的介电特性产热,达到冰晶快速融化的效果,从而使解冻时间明显缩短[16]。

表1 不同解冻方式对西兰花解冻时间影响Table 1 Effect of thawing methods on thawing time in broccoli

2.2 不同解冻方式对西兰花总酚含量影响

如图1所示,冷冻后西兰花中总酚含量较新鲜西兰花下降25.4%;微波解冻、汽蒸解冻与冷冻西兰花之间总酚含量无显著差异。而自然解冻和静水解冻后总酚含量较冷冻西兰花分别下降19.4%和48.7%;微波解冻后的总酚含量分别是汽蒸解冻、自然解冻和静水解冻的1.01、1.15和1.80倍。微波解冻和汽蒸解冻能较好地保留西兰花中总酚含量，可能是由于解冻时间较短,缩短了多酚氧化酶与酚类物质的接触时间,从而减缓了氧化反应[17]。同时,自然解冻时间较长,静水解冻导致总酚溶于水中,因此流失较严重。张瑜等[17]研究表明微波解冻后香菇中多酚含量高于常温空气解冻。章宁瑛等[18]也发现微波解冻下蓝莓总酚含量显著高于水浴解冻、超声波解冻和常温解冻。

图1 不同解冻方式对西兰花总酚含量影响Fig.1 Effect of thawing methods on total phenolics content in broccoli注:不同小写字母表明在0.05水平上有显著差异；图2～图4同。

2.3 不同解冻方式对西兰花类胡萝卜素含量影响

如图2所示,冷冻处理降低西兰花中类胡萝卜素的含量,较新鲜西兰花降低22.7%。微波解冻和汽蒸解冻后类胡萝卜素含量与冷冻西兰花无显著差异;自然解冻和静水解冻类胡萝卜素含量较冷冻西兰花降低26.3%和43.9%。四种解冻处理后,类胡萝卜素含量顺序为微波解冻>汽蒸解冻>自然解冻>静水解冻,这可能是由于微波处理对西兰花组织破坏较小,水溶性色素流失较少,而自然解冻因为速率慢、时间长,冰晶对组织破坏严重[19]。

图2 不同解冻方式对西兰花类胡萝卜素含量影响Fig.2 Effect of thawing methods on carotenoid content in broccoli

2.4 不同解冻方式对西兰花抗坏血酸含量影响

如图3所示,冷冻西兰花中抗坏血酸的含量较新鲜西兰花降低了14.4%。微波解冻后西兰花中抗坏血酸含量与冷冻西兰花无显著差异,汽蒸解冻后含量略有下降,自然解冻和静水解冻抗坏血酸损失更多,较冷冻西兰花分别降低了47.9%和39.1%。牛红霞等[20]研究表明,不同解冻方式对沙棘果抗坏血酸保存率影响显著,顺序为:微波解冻>超声解冻>静水解冻>自然解冻,原因是自然解冻和静水解冻速度慢,果实在氧气环境中暴露时间较长,抗坏血酸中氧化酶和抗坏血酸发生非酶促氧化反应,导致抗坏血酸损失量增加;超声波解冻和微波解冻速度快、时间相对短,抗坏血酸损失量小。此外,微波解冻后,蓝莓中抗坏血酸含量显著高于常温解冻、超声波解冻和水浴解冻[18]。本研究中自然解冻和静水解冻下抗坏血酸含量显著地低于微波解冻和汽蒸解冻,这与总酚和类胡萝卜素含量趋势一致(P<0.05)。

图3 不同解冻方式对西兰花抗坏血酸含量影响Fig.3 Effect of thawing methods on ascorbic acid content in broccoli

2.5 不同解冻方式对西兰花硫苷-黑芥子酶系统影响

硫苷-黑芥子酶系统是十字花科植物中特有的防御系统,能够抵御病原菌侵染、虫害、环境伤害等。在完整的细胞中,硫苷和黑芥子酶处于不同的位置,当细胞破碎后,两者结合生成异硫氰酸酯、硫氰酸酯和腈类等物质,其中异硫氰酸酯具有显著的抗癌、抑菌、抗氧化、抗炎等功效[21-22]。由图4A可知,新鲜西兰花总硫苷含量和冷冻西兰花之间无显著差异,这表明在冷冻状态黑芥子酶与硫苷并不会接触,或者虽然冻结导致细胞破碎但黑芥子酶在冻结状态下并不会与硫苷发生反应[23]。解冻后总硫苷含量均显著下降(P<0.05),微波解冻和汽蒸解冻之间无显著差异,自然解冻和静水解冻导致硫苷流失较严重,硫苷含量分别较新鲜西兰花降低26.5%和37.5%,较微波解冻降低了16.9%和29.3%。解冻后硫苷含量流失严重,尤其是自然解冻和静水解冻硫苷含量更低。一方面原因是随着汁液的流失,硫苷流失较多,一部分溶于水中;另一方面,自然解冻和静水解冻时间相对较长,在解冻过程中细胞破碎,硫苷和黑芥子酶接触生成异硫氰酸酯等物质,因此硫苷含量降低。Miao等[24]研究发现,在水中解冻西兰花,硫苷损失更多,这与本研究结果一致。Yuan等[25]研究发现,硫苷具有较强的热稳定性,煮制较蒸、微波、炒制硫苷含量较少主要是一部分硫苷在煮的过程中溶于水所致。

图4 不同解冻方式对西兰花硫苷代谢系统影响Fig.4 Effect of thawing methods on glucosinolate metabolism system in broccoli

由图4B表明,西兰花经过冷冻处理后,异硫氰酸酯形成量较新鲜西兰花增加51.1%,原因可能与冷冻后黑芥子酶活力显著提高有关[23]。解冻后,异硫氰酸酯形成量较冷冻西兰花显著下降(P<0.05);微波、汽蒸、自然、静水解冻后西兰花中异硫氰酸酯形成量较冷冻西兰花分别下降52.1%、56.3%、24.3%和34.2%。因此微波解冻和汽蒸解冻硫苷含量较高,但部分黑芥子酶失活,因此生成的异硫氰酸酯减少。另外,自然解冻和静水解冻虽然造成硫苷损失,但黑芥子酶活力较高,提高了硫苷向异硫氰酸酯的转化率。

从图4C可以看出,冷冻处理后的西兰花黑芥子酶的活力是新鲜西兰花的1.59倍,这与Guo等[23]在冷冻西兰花芽苗菜研究结果一致。自然解冻和静水解冻后西兰花黑芥子酶活力与冷冻西兰花无显著差异。微波解冻和汽蒸解冻后西兰花黑芥子酶活力较冷冻西兰花分别下降47.3%和57.7%,这是由于解冻温度较高,因此造成部分黑芥子酶失活。微波解冻的西兰花黑芥子酶活力与新鲜西兰花无显著差异,其酶活力是自然解冻的54.9%。

2.6 不同解冻方式对西兰花抗氧化能力影响

由图5A可以看出,冷冻西兰花DPPH·清除能力较新鲜西兰花下降22.6%。微波解冻和汽蒸解冻与冷冻西兰花之间无显著差异。自然解冻和静水解冻后DPPH·清除率较冷冻西兰花降低了18.8%和34.1%。微波解冻后的DPPH·清除率是静水解冻的1.38倍。

图5B结果表明,西兰花经冷冻处理后还原能力与新鲜西兰花无显著差异。解冻后还原能力下降;微波、汽蒸、自然和静水解冻后,西兰花的还原能力分别较新鲜西兰花显著下降(P<0.05)，分别降低了10.1%、19.2%、38.5%和47.8%,其中微波解冻后西兰花还原能力最强,是静水解冻的1.72倍。酚类物质、抗坏血酸、类胡萝卜素都是抗氧化物质,微波解冻下含量最高,因此清除DPPH·能力和还原能力也最高。

图5 不同解冻方式对西兰花中抗氧化能力的影响Fig.5 Effect of thawing methods on antioxidant ability in broccoli

3 结论

本研究发现,冷冻后西兰花中总酚、类胡萝卜素和抗坏血酸含量较新鲜西兰花显著下降(P<0.05),硫苷无显著变化,黑芥子酶活力显著增强,因而异硫氰酸酯产量显著提高。四种解冻方式中,自然解冻速度最慢,自然解冻和静水解冻过程中酚类物质、类胡萝卜素、抗坏血酸和硫苷流失,静水解冻流失更严重,因此含量最低;抗氧化能力也较差。微波解冻效率最高、水溶性物质流失少,除异硫氰酸酯外,总酚、硫苷、类胡萝卜素、抗坏血酸含量和抗氧化能力都最高;汽蒸解冻后西兰花在总酚、类胡萝卜素和硫苷含量与微波解冻无显著性差异,但抗坏血酸含量低于微波解冻。因此,综合来看,微波解冻是速冻西兰花加工过程中较为合适的一种解冻方法。