真空油炸和常壓油炸對紫甘藍微觀結構和生理活性物質的影響

尹 培，樓樂燕，陳虹霖，陳健初*，葉興乾，劉東紅

（浙江大學生物系統工程與食品科學學院，馥莉食品研究院，浙江省農產品加工技術研究重點實驗室，浙江 杭州 310058）

紫甘藍又稱紅甘藍、紫包菜，屬于十字花科結球甘藍的一種。它起源于地中海沿岸，目前在我國大范圍種植，其適應能力強、產量高、價格低廉，已經成為餐桌上的常見菜之一。紫甘藍顏色鮮艷、營養豐富，含有較多的多酚、花色苷、硫代葡萄糖苷（以下簡稱硫苷）、維生素等生物活性物質[1]。目前有研究表明，花色苷、硫苷可以有效抑制腫瘤的發生[2-3]。

常壓油炸（atmospheric frying，AF）是一種傳統的烹飪方式。在油炸過程中，食物會發生脫水并產生令人愉悅的顏色、氣味、口感，油炸食品一直受到消費者的喜愛。但是近年來很多研究表明，高溫油炸會破壞食物中的營養物質，生成丙烯酰胺、羥甲基糠醛等有害物質。加上其自身較高的含油量，油炸食品已經不能滿足人們對健康飲食的需求。真空油炸（vacuum frying，VF）是近年來興起的一種食品加工技術，在遠低于大氣壓的壓力（小于6.65 kPa）下對食物進行低溫油炸和脫水[4]。相比于常壓油炸，真空油炸后的產品含油量大幅降低，最大限度地保護了食物自身的顏色和營養物質[5]，減少了由于高溫油炸產生的一些有害物質。目前，真空油炸已經廣泛應用于甘薯、馬鈴薯、胡蘿卜、蘋果、山藥、豌豆、蓮藕、香菇、香蕉[4-9]等果蔬脆片，以及一些淀粉制品[10]和魚、肉制品[11]的加工生產中。

紫甘藍的食用方法相對單一，主要是調拌沙拉和腌制泡菜。目前已有學者研究不同脫水方式對甘藍脆片營養物質的影響[12]，以及常見烹飪方式如水煮、汽蒸、微波、炒制對紫甘藍營養物質的影響[1]。對真空油炸食品的研究更多集中在油炸工藝的優化和對色澤、質構、微觀結構、感官等物理特性的評價，對食品自身營養物質受油炸方式和油炸條件影響的研究還比較少。目前，國內外鮮有利用真空油炸工藝生產紫甘藍脆片。本研究通過比較總酚、總黃酮、L-抗壞血酸、硫苷等物質含量和抗氧化能力的變化，比較了真空油炸和常壓油炸對紫甘藍營養物質的影響，并利用掃描電子顯微鏡（scanning electron microscopy，SEM）、激光共聚焦電子顯微鏡（confocal laser scanning microscopy，CLSM）觀察油炸方式和條件對紫甘藍微觀結構的影響。旨在提高紫甘藍的生產利用率，為紫甘藍提供營養健康的新食用方式，為后續新型脆片小吃的發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮紫甘藍 浙江杭州三墩沃爾瑪超市；食用棕櫚油上海益海嘉里公司。

沒食子酸、黑芥子苷、矢車菊素-3,5-雙葡萄糖苷、水溶性VE（Trolox）、L-抗壞血酸、尼羅紅二乙胺基乙基纖維素（diethylaminoethyl cellulose，DEAE）葡萄糖凝膠美國Sigma公司；甲醇、甲酸（色譜級） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；正己烷、氫氧化鈉、碳酸鈉、草酸、乙酸銨、醋酸鈉、咪唑等均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

js-05型真空油炸機 上海勁森輕工機械有限公司；多功能小型油炸鍋 中山豪通電器有限公司；FW135型中草藥粉碎機 天津泰斯特儀器有限公司；1510全波長酶標儀 美國Thermo Fisher公司；MB100-2A微孔板恒溫振蕩器 北京佳源興業科技有限公司；UV-2550紫外分光光度計 日本島津公司；111150115D冷凍干燥機 美國Labcanco公司；e2695-2998高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）儀美國Waters公司；TCS SP2型CLSM 德國Leica公司；XL30EAEM型SEM 荷蘭Philips公司。

1.3 方法

1.3.1 油炸前預處理

將新鮮紫甘藍撥片、清洗后切成3 cmh3 cm的小塊備用。瀝干水分后，將塊狀紫甘藍放入－20 ℃冰箱冷凍12 h。以新鮮紫甘藍作為對照。

1.3.2 油炸條件

為了比較常壓油炸和真空油炸，引入等效熱驅動力[13]的概念。熱驅動力指的是在一定的工作壓力條件下水的沸點和此時油溫的差值（△T）。將真空油炸的真空度設置為0.091 MPa，選取△T＝40、50、60 ℃ 3 個熱驅動力，真空油炸溫度分別設為85、95、105 ℃，并以80 Hz的頻率脫油4 min；常壓油炸溫度分別設為140、150、160 ℃。真空油炸時間設為700 s左右，常壓油炸時間為240 s左右。油炸終點由泡沫消失的時間決定[6]；在同樣熱驅動力條件下，常壓油炸后的產品應與真空油炸后的產品擁有相近的顏色，并以此判斷油炸終點 。油炸結束后，用吸油紙吸去產品表面的油脂。

1.3.3 水分質量分數的測定

水分質量分數參照GB 5009.3ü2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中方法測定。

1.3.4 油脂質量分數的測定

油脂質量分數參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中方法測定。

1.3.5 SEM觀察樣品結構

將樣品油脂用正己烷脫去，置于SEM專用樣品套件上，對其表面鍍金后進行觀察。

1.3.6 CLSM觀察油脂分布

參照Zhu Yaodi等[6]的方法并稍作修改。以丙酮為溶劑，將尼羅紅配成0.025 mg/mL的溶液。取適量尼羅紅染料加入到炸鍋內，避光染色30 min。樣品經過染色后放置在載玻片上，用蓋玻片固定，避光保存。具體參數設置：掃描像素1 024h1 024，掃描頻率400 Hz，激發波長552 nm，發射波長范圍638～768 nm。

1.3.7 樣品的脫油處理

將油炸后的樣品用液氮冷凍粉碎，以料液比1∶6向樣品中加入正己烷，靜置1 h，以3 000 r/min離心15 min，重復3 次[14]。將樣品放置于通風櫥過夜風干，再進行冷凍干燥48 h。將冷凍干燥的樣品粉末貯存在－80 ℃的冰箱內保存。

1.3.8 L-抗壞血酸含量的測定

L-抗壞血酸含量的測定參照初婷等[15]的方法并稍作修改。取0.05 g干燥樣品粉末，用2 mL質量分數2%草酸溶液溶解，以10 000 r/min離心15 min，再過0.22 μm有機濾膜，用于HPLC檢測。HPLC條件：色譜柱：ZORBAX SB C18（250 mmh4.6 mm，5 μm）；流動相：質量分數0.1%草酸和甲醇以體積比95∶5混合；檢測波長：254 nm；流速：0.8 mL/min；進樣量：20 μL；柱溫：30 ℃；等度洗脫。用L-抗壞血酸標準品制作標準曲線，根據標準曲線計算L-抗壞血酸含量（mg/100 g），結果以干質量計。

1.3.9 硫苷含量的測定

稱取0.5 g凍干樣品粉末，向其中加入3 mL蒸餾水，沸水浴10 min，收集提取液，將沉淀重復提取2 次，將提取液定容至10 mL[16]。取1 mL DMEM懸浮液傾入3 mL層析管，待排干之后加入2 mL 6 mol/L咪唑甲酸，用2 mL蒸餾水清洗兩遍。取2 mL樣品提取液緩慢流過層析柱，再加入1 mL 0.1 mol/L pH 4醋酸鈉，清洗層析柱兩遍。最后加入200 μL硫酸酯酶，于35 ℃下反應16 h，用2 mL蒸餾水洗脫，洗脫液過0.22 μm有機慮膜后用于HPLC分析[17]。HPLC條件：色譜柱：ZORBAX SB C18（250 mmh4.6 mm，5 μm）；流動相：A相為30 mmol/L pH 5乙酸銨，B相為甲醇；洗脫程序：0～5 min，體積分數100%流動相A；5～20 min，體積分數70%流動相A；20～31 min，體積分數100%流動相A；檢測波長：226 nm；流速：1 mL/min；進樣量：10 μL；柱溫：30 ℃。用黑芥子苷標準品制作標準曲線，根據標準曲線計算硫苷含量，結果以每100 g干物質中含有黑芥子苷的質量表示。

1.3.10 樣品提取液的制備

稱取0.1 g冷凍干燥樣品粉末，加入4 mL體積分數0.1%甲醇溶液，漩渦振蕩30 s，超聲提取30 min。以8 000 r/min離心15 min。重復提取3 次，收集提取液，定容至10 mL。將樣品提取液置于4 ℃冰箱待測。

1.3.11 總酚含量的測定

總酚含量的測定參照Ainsworth等[18]的方法并稍作修改。取0.2 mL樣品提取液，向其中加入0.8 mL蒸餾水，混勻，再加入1 mL 0.2 mol/L福林-酚試劑和1 mL質量分數5% Na2CO3溶液，混勻后再加入2 mL蒸餾水，室溫下避光反應1.5 h，于波長765 nm處檢測吸光度。用沒食子酸制作標準曲線，根據標準曲線計算總酚含量，結果以每100 g干物質中沒食子酸的質量表示。

1.3.12 花色苷含量的測定

花色苷含量的測定參照Tiwari等[19]的方法。取適量樣品提取液過0.22 μm有機濾膜，用于HPLC分析。HPLC條件：色譜柱：ZORBAX SB C18（250 mmh4.6 mm，5 μm）；流動相：A相為質量分數5%甲酸溶液，B相為甲醇；洗脫程序：0～25 min，體積分數15%～35%流動相B；25～30 min，體積分數35%～15%流動相B；檢測波長：520 nm；流速：1 mL/min；進樣量：10 μL；柱溫：30 ℃。用矢車菊素-3-葡萄糖苷制作標準曲線，根據標準曲線計算花色苷含量，結果以每100 g干物質中矢車菊素-3-葡萄糖苷的質量表示。

1.3.13 總抗氧化能力的測定

1.3.13.1 鐵離子還原能力

采用鐵離子還原能力（ferric ion reducing antioxidant power，FRAP）試劑盒法測定。用2,4,6-三吡啶-S-三嗪（tripyridyltriazine，TPTZ）稀釋液、TPTZ檢測緩沖液和TPTZ溶液按體積比10∶1∶1配制FRAP工作液，使用前加熱到37 ℃。將5 μL樣品與180 μL FRAP工作液混合，在37 ℃下保存5 min，然后在593 nm波長處測定反應混合物的吸光度。用Trolox制作標準曲線，根據標準曲線計算FRAP，結果以達到相同FRAP時每100 g干物質相當于Trolox的質量表示。

1.3.13.2 ABTS陽離子自由基清除能力

采用2,2’-聯氮雙（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（2,2’-azino bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）試劑盒法測定。將檢測緩沖液、ABTS溶液、1/1 000過氧化氫溶液以體積比76∶5∶4配制ABTS工作液。將20 μL過氧化氫酶溶液加入10 μL樣品，混合，加入170 μL ABTS工作液，37 ℃下保存6 min，于414 nm波長處測定吸光度。用Trolox制作標準曲線，根據標準曲線計算ABTS陽離子自由基清除能力。結果以達到相同ABTS陽離子自由基清除能力時每100 g干物質相當于Trolox的質量表示。

1.4 數據統計與分析

實驗設3 次重復，測定結果以fs表示。數據采用Excel軟件和SPSS 20.0軟件進行統計分析，采用方差分析進行Duncan’s差異分析，在0.05水平上進行顯著性檢驗。采用Excel軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 油炸方式對紫甘藍水分質量分數和油脂質量分數的影響

如表1所示，與對照組相比，真空油炸和常壓油炸都會顯著減少紫甘藍的水分質量分數（P＜0.05）；隨著熱驅動力的增加，水分質量分數逐漸降低。在相同的熱驅動力條件下，真空油炸比常壓油炸能更快地降低紫甘藍的水分質量分數（P＜0.05）；當油炸溫度達到95 ℃以上時，真空油炸樣品水分質量分數已經低于5%。新鮮紫甘藍的脂肪質量分數在4.5%左右，油炸過后，其油脂質量分數大幅增加，但兩種油炸方式對油脂質量分數的影響并不顯著（P＞0.05），與文獻中報道的真空油炸能顯著降低產品油脂質量分數的結論[20]不符。Zhu Yinyin等[21]研究表明，羧甲基纖維素鈉涂層、熱風預干燥、真空微波預干燥3 種預處理方式都可以減少真空油炸豌豆的油脂質量分數，與對照組相比，涂層后的油炸豌豆油脂質量分數降低了15%左右。浸漬、冷凍等預處理條件，油炸溫度、油炸時間、油炸真空度等油炸參數[8]，以及脫油速率、脫油時間等脫油參數都可以影響產品的油脂質量分數。本研究僅在油炸之前冷凍12 h，未做其他預處理，油炸和脫油參數在預實驗過程中大致確定，但并未進行全面的優化；同時，紫甘藍初始水分質量分數較大，這可能是實驗結果中兩種油炸方式對產品油脂質量分數影響不顯著的原因。

表1 油炸條件對紫甘藍水分質量分數和油脂質量分數的影響Table1 Effect of different frying conditions on moisture content and oil content of red cabbage

2.2 油炸方式對紫甘藍微觀結構和脂肪分布的影響

圖1 油炸紫甘藍的SEM圖Fig.1 Scanning electron microscope images of fried red cabbage

由于兩種油炸方式對紫甘藍水分質量分數的影響差異明顯，為了更好地觀察樣品的結構，樣品脫油之后都進行了冷凍干燥。紫甘藍經過不同方式油炸后，其微觀結構間存在較大差異，而油炸溫度對結構的影響不明顯。選取熱驅動力ΔT＝50 ℃組進行觀察。與對照組相比，常壓油炸后樣品結構變得更加緊湊、致密，而真空油炸使樣品結構變得疏松，以整齊的層片狀排列。這可能是由于真空油炸鍋中的真空環境與外界大氣壓形成壓力差，并且當油溫達到水的沸點時，樣品中的水分快速蒸發，造成其內部結構較為疏松[9]。常壓油炸對樣品的孔隙幾乎不造成損傷，這可能是其促進吸油的因素之一。通過尼羅紅對紫甘藍進行染色油炸，不僅可以看到油脂的分布，還可以觀察到細胞結構和孔洞結構。圖2顯示了紫甘藍表面的油脂分布情況（紅色為被染料染色的油脂、黑色為細胞）。由圖2B可以看出，常壓油炸后，大部分紫甘藍細胞都充滿了油脂，可能是油炸過程中細胞破碎，油脂進入了細胞內部[6]。相比之下，真空油炸后細胞間隙處油脂含量較高，部分細胞內的油脂含量較少甚至沒有油脂。結果表明，紫甘藍經過真空油炸后油脂含量略低于常壓油炸，但并無明顯差異，這與2.1節的結果基本一致。

圖2 油炸紫甘藍油脂分布CLSM二維圖Fig.2 2D Confocal laser scanning microscopic images of oil distribution of fried red cabbage

2.3 油炸方式對紫甘藍L-抗壞血酸含量的影響

圖3 油炸條件對紫甘藍L-抗壞血酸的影響Fig.3 Effect of different frying conditions on the content of L-ascorbic acid in red cabbage

紫甘藍含有豐富的L-抗壞血酸，其具有較強的抗氧化性，對人體的很多生理反應都有有益的影響。如圖3所示，新鮮紫甘藍中L-抗壞血酸的含量大約為140 mg/100 g。由2.1節可知，新鮮紫甘藍的水分質量分數在81%左右，將干質量轉化成鮮質量后得到的實驗結果與文獻[22]中報道的30～100 mg/100 g有差異，這可能是由于油炸之前在－20 ℃冷凍12 h所致。在冷凍過程中由于形成了冰晶而對紫甘藍細胞組織造成損傷，使L-抗壞血酸在解凍過程中損失[23]。有文獻報道，冷凍對甘藍中L-抗壞血酸質量分數造成的損失大概在20%～60%之間[24]。同時，季節等因素對甘藍中營養物質的含量也有很大影響[25]。油炸后L-抗壞血酸的含量大幅降低，這可能是由于其易溶于水且不穩定，光、氧、熱、金屬離子等都能造成其降解。相同的熱驅動力下，真空油炸比常壓油炸能更好地保留L-抗壞血酸（P＜0.05）；其中，熱驅動力△T＝40 ℃時，真空油炸后的紫甘藍仍然保留了新鮮樣品50%左右的L-抗壞血酸。隨著熱驅動力的增加，L-抗壞血酸的含量呈下降趨勢，當常壓油炸溫度達到1 6 0 ℃時，L-抗壞血酸幾乎全部損失。Martínez-Hernández等[26]的研究表明，相比于其他烹飪方式，真空油炸和常壓油炸對西蘭花L-抗壞血酸含量的影響很小，油溫、油的成分對其都有影響。

2.4 油炸方式對紫甘藍硫苷含量的影響

圖4 油炸條件對紫甘藍硫苷含量的影響Fig.4 Effect of different frying conditions on the content of glucosinolates in red cabbage

硫苷是一種存在于十字花科植物中的次級代謝產物，受熱容易降解。已有很多研究證明硫苷及其分解產物具有抗癌能力[27]。如圖4所示，油炸之后紫甘藍的硫苷含量顯著減少（P＜0.05），且隨著熱驅動力的增加逐漸降低。當熱驅動力相同時，真空油炸能更好地保留硫苷。當ΔT＝40 ℃時，真空油炸和常壓油炸紫甘藍硫苷的損失率最低，分別為32%、54%。有文獻報道紫甘藍經過炒制之后硫苷含量降低了77%[1]；西蘭花經過油炸之后硫苷損失了84%[28]。也有文獻表明，微波處理和炒制會增加大白菜的硫苷質量分數，特別在炒制的前1 min內，硫苷質量分數增加了30%～100%[29]。

2.5 油炸方式對紫甘藍總酚含量的影響

如圖5所示，在相同的熱驅動力下，真空油炸后紫甘藍的總酚含量顯著高于常壓油炸（P＜0.05）。隨著熱驅動力的增加，真空油炸紫甘藍的總酚含量也隨之增加，與對照組相比分別增加了25%、72%、129%；常壓油炸紫甘藍的總酚含量也緩慢增加，分別增加了－8.8%、－2.5%、30%。新鮮紫甘藍總酚含量為246.22 mg/100 g（干質量），與Murador等[30]報道的28.54 mg/100 g（鮮質量）水平相當。Korus等[31]的研究表明，煮制和蒸制會使甘藍的總酚含量減少；相反地，炒制會使其含量增加。這可能是由于在油炸過程中隔絕了與水的接觸，減少了酚類物質的損失[1]；同時，高溫可以軟化并破壞部分組織，促進酚類物質從細胞基質中釋放[32]。Dueik等[33]向淀粉中加入從橄欖葉中提取的酚類物質，再分別進行真空油炸和常壓油炸，結果表明真空油炸之后的產品還含有70.6%的酚類物質，而常壓油炸僅保留了添加量的42.5%。

圖5 油炸條件對紫甘藍總酚含量的影響Fig.5 Effect of different frying conditions on the content of total polyphenols in red cabbage

2.6 油炸方式對紫甘藍花色苷含量的影響

表2 油炸條件對紫甘藍花色苷含量的影響Table2 Effect of different frying conditions on the content of anthocyanins in red cabbage

花色苷的含量及組成是影響深色蔬菜自身顏色的主要原因，但其十分不穩定，易受溫度影響而損失。本研究由于未做HPLC-質譜聯用分析，無法推斷所含花色苷種類。如表2所示，真空油炸和常壓油炸都減少了紫甘藍花色苷含量，真空油炸后花色苷總量的損失率（85、95、105 ℃時分別為38%、33%、53%）相比于常壓油炸（140、150、160 ℃時分別為30%、43%、46%）更大，但二者差異并不顯著（P＞0.05）。常規的熱烹飪方式包括水煮、蒸汽、微波、炒、炸等都會造成紫甘藍花色苷的損失[1,9]。da Silva等[34]的研究表明，紫薯經過真空油炸之后花色苷的保留率為66%，而經過常壓油炸之后只有26%。

2.7 油炸方式對紫甘藍總抗氧化能力的影響

圖6 油炸條件對紫甘藍FRAP的影響Fig.6 Effect of different frying conditions on FRAP of red cabbage

圖7 油炸條件對紫甘藍ABTS陽離子自由基清除能力的影響Fig.7 Effect of different frying conditions on ABTS radical scavenging capacity of red cabbage

如圖6所示，當熱驅動力△T＝60 ℃時，真空油炸后紫甘藍的FRAP為1 609.7 mg/100 g，對照組僅為1 247.6 mg/100 g，其抗氧化活性顯著增加（P＜0.05）。ΔT＝50、60 ℃時，在相同的熱驅動力下，真空油炸后產品的抗氧化活性明顯強于常壓油炸。隨著熱驅動力的增加，真空油炸紫甘藍的抗氧化活性逐漸增加，而常壓油炸呈現緩慢減弱的趨勢。如圖7所示，ABTS陽離子自由基清除能力呈現相似的趨勢。當熱驅動力△T＝50、60 ℃時，真空油炸后紫甘藍的ABTS陽離子自由基清除能力較對照組有所增加，但差異并不顯著（P＞0.05）。Feng Xu[1]和Murador[30]等的研究表明，常見的熱烹飪方式包括煮制、蒸制、炒制等可以增加紫甘藍的氧自由基吸收能力、FRAP、ABTS陽離子自由基清除能力、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除能力。熱處理可以軟化組織，促進生物活性物質的溶出，并且會造成一些化合物的分解，導致酚類物質含量的增加以及組成的改變。有研究表明，蔬菜的抗氧化活性與總酚含量具有相關性[35]。但Dueik等[33]的研究表明，真空油炸后樣品的抗氧化活性明顯低于常壓油炸，這可能是由于真空油炸溫度較低，限制了在常壓油炸過程中美拉德產物的產生，這種產物通常具有較強的氧化性[36]。

3 結 論

真空油炸和常壓油炸都會顯著增加紫甘藍的油脂質量分數，且兩種烹飪方式無顯著差異。油炸會造成紫甘藍營養物質的流失，包括L-抗壞血酸、硫苷、花色苷等。但是與常壓油炸相比，真空油炸能減少L-抗壞血酸和硫苷的損失，使其含量仍處于較高的水平。此外，真空油炸能提高紫甘藍的總酚含量，并增強其抗氧化活性，而常壓油炸對其影響不顯著。綜上，真空油炸不僅可以很好地脫去紫甘藍中的水分，還能更好地保存其營養物質。真空油炸紫甘藍脆片作為一種新型的小吃具有很大的市場前景。