真空油炸和常压油炸对紫甘蓝微观结构和生理活性物质的影响

尹 培，楼乐燕，陈虹霖，陈健初*，叶兴乾，刘东红

（浙江大学生物系统工程与食品科学学院，馥莉食品研究院，浙江省农产品加工技术研究重点实验室，浙江 杭州 310058）

紫甘蓝又称红甘蓝、紫包菜，属于十字花科结球甘蓝的一种。它起源于地中海沿岸，目前在我国大范围种植，其适应能力强、产量高、价格低廉，已经成为餐桌上的常见菜之一。紫甘蓝颜色鲜艳、营养丰富，含有较多的多酚、花色苷、硫代葡萄糖苷（以下简称硫苷）、维生素等生物活性物质[1]。目前有研究表明，花色苷、硫苷可以有效抑制肿瘤的发生[2-3]。

常压油炸（atmospheric frying，AF）是一种传统的烹饪方式。在油炸过程中，食物会发生脱水并产生令人愉悦的颜色、气味、口感，油炸食品一直受到消费者的喜爱。但是近年来很多研究表明，高温油炸会破坏食物中的营养物质，生成丙烯酰胺、羟甲基糠醛等有害物质。加上其自身较高的含油量，油炸食品已经不能满足人们对健康饮食的需求。真空油炸（vacuum frying，VF）是近年来兴起的一种食品加工技术，在远低于大气压的压力（小于6.65 kPa）下对食物进行低温油炸和脱水[4]。相比于常压油炸，真空油炸后的产品含油量大幅降低，最大限度地保护了食物自身的颜色和营养物质[5]，减少了由于高温油炸产生的一些有害物质。目前，真空油炸已经广泛应用于甘薯、马铃薯、胡萝卜、苹果、山药、豌豆、莲藕、香菇、香蕉[4-9]等果蔬脆片，以及一些淀粉制品[10]和鱼、肉制品[11]的加工生产中。

紫甘蓝的食用方法相对单一，主要是调拌沙拉和腌制泡菜。目前已有学者研究不同脱水方式对甘蓝脆片营养物质的影响[12]，以及常见烹饪方式如水煮、汽蒸、微波、炒制对紫甘蓝营养物质的影响[1]。对真空油炸食品的研究更多集中在油炸工艺的优化和对色泽、质构、微观结构、感官等物理特性的评价，对食品自身营养物质受油炸方式和油炸条件影响的研究还比较少。目前，国内外鲜有利用真空油炸工艺生产紫甘蓝脆片。本研究通过比较总酚、总黄酮、L-抗坏血酸、硫苷等物质含量和抗氧化能力的变化，比较了真空油炸和常压油炸对紫甘蓝营养物质的影响，并利用扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）、激光共聚焦电子显微镜（confocal laser scanning microscopy，CLSM）观察油炸方式和条件对紫甘蓝微观结构的影响。旨在提高紫甘蓝的生产利用率，为紫甘蓝提供营养健康的新食用方式，为后续新型脆片小吃的发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜紫甘蓝 浙江杭州三墩沃尔玛超市；食用棕榈油上海益海嘉里公司。

没食子酸、黑芥子苷、矢车菊素-3,5-双葡萄糖苷、水溶性VE（Trolox）、L-抗坏血酸、尼罗红二乙胺基乙基纤维素（diethylaminoethyl cellulose，DEAE）葡萄糖凝胶美国Sigma公司；甲醇、甲酸（色谱级） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；正己烷、氢氧化钠、碳酸钠、草酸、乙酸铵、醋酸钠、咪唑等均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

js-05型真空油炸机 上海劲森轻工机械有限公司；多功能小型油炸锅 中山豪通电器有限公司；FW135型中草药粉碎机 天津泰斯特仪器有限公司；1510全波长酶标仪 美国Thermo Fisher公司；MB100-2A微孔板恒温振荡器 北京佳源兴业科技有限公司；UV-2550紫外分光光度计 日本岛津公司；111150115D冷冻干燥机 美国Labcanco公司；e2695-2998高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）仪美国Waters公司；TCS SP2型CLSM 德国Leica公司；XL30EAEM型SEM 荷兰Philips公司。

1.3 方法

1.3.1 油炸前预处理

将新鲜紫甘蓝拨片、清洗后切成3 cmh3 cm的小块备用。沥干水分后，将块状紫甘蓝放入－20 ℃冰箱冷冻12 h。以新鲜紫甘蓝作为对照。

1.3.2 油炸条件

为了比较常压油炸和真空油炸，引入等效热驱动力[13]的概念。热驱动力指的是在一定的工作压力条件下水的沸点和此时油温的差值（△T）。将真空油炸的真空度设置为0.091 MPa，选取△T＝40、50、60 ℃ 3 个热驱动力，真空油炸温度分别设为85、95、105 ℃，并以80 Hz的频率脱油4 min；常压油炸温度分别设为140、150、160 ℃。真空油炸时间设为700 s左右，常压油炸时间为240 s左右。油炸终点由泡沫消失的时间决定[6]；在同样热驱动力条件下，常压油炸后的产品应与真空油炸后的产品拥有相近的颜色，并以此判断油炸终点 。油炸结束后，用吸油纸吸去产品表面的油脂。

1.3.3 水分质量分数的测定

水分质量分数参照GB 5009.3ü2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中方法测定。

1.3.4 油脂质量分数的测定

油脂质量分数参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中方法测定。

1.3.5 SEM观察样品结构

将样品油脂用正己烷脱去，置于SEM专用样品套件上，对其表面镀金后进行观察。

1.3.6 CLSM观察油脂分布

参照Zhu Yaodi等[6]的方法并稍作修改。以丙酮为溶剂，将尼罗红配成0.025 mg/mL的溶液。取适量尼罗红染料加入到炸锅内，避光染色30 min。样品经过染色后放置在载玻片上，用盖玻片固定，避光保存。具体参数设置：扫描像素1 024h1 024，扫描频率400 Hz，激发波长552 nm，发射波长范围638～768 nm。

1.3.7 样品的脱油处理

将油炸后的样品用液氮冷冻粉碎，以料液比1∶6向样品中加入正己烷，静置1 h，以3 000 r/min离心15 min，重复3 次[14]。将样品放置于通风橱过夜风干，再进行冷冻干燥48 h。将冷冻干燥的样品粉末贮存在－80 ℃的冰箱内保存。

1.3.8 L-抗坏血酸含量的测定

L-抗坏血酸含量的测定参照初婷等[15]的方法并稍作修改。取0.05 g干燥样品粉末，用2 mL质量分数2%草酸溶液溶解，以10 000 r/min离心15 min，再过0.22 μm有机滤膜，用于HPLC检测。HPLC条件：色谱柱：ZORBAX SB C18（250 mmh4.6 mm，5 μm）；流动相：质量分数0.1%草酸和甲醇以体积比95∶5混合；检测波长：254 nm；流速：0.8 mL/min；进样量：20 μL；柱温：30 ℃；等度洗脱。用L-抗坏血酸标准品制作标准曲线，根据标准曲线计算L-抗坏血酸含量（mg/100 g），结果以干质量计。

1.3.9 硫苷含量的测定

称取0.5 g冻干样品粉末，向其中加入3 mL蒸馏水，沸水浴10 min，收集提取液，将沉淀重复提取2 次，将提取液定容至10 mL[16]。取1 mL DMEM悬浮液倾入3 mL层析管，待排干之后加入2 mL 6 mol/L咪唑甲酸，用2 mL蒸馏水清洗两遍。取2 mL样品提取液缓慢流过层析柱，再加入1 mL 0.1 mol/L pH 4醋酸钠，清洗层析柱两遍。最后加入200 μL硫酸酯酶，于35 ℃下反应16 h，用2 mL蒸馏水洗脱，洗脱液过0.22 μm有机虑膜后用于HPLC分析[17]。HPLC条件：色谱柱：ZORBAX SB C18（250 mmh4.6 mm，5 μm）；流动相：A相为30 mmol/L pH 5乙酸铵，B相为甲醇；洗脱程序：0～5 min，体积分数100%流动相A；5～20 min，体积分数70%流动相A；20～31 min，体积分数100%流动相A；检测波长：226 nm；流速：1 mL/min；进样量：10 μL；柱温：30 ℃。用黑芥子苷标准品制作标准曲线，根据标准曲线计算硫苷含量，结果以每100 g干物质中含有黑芥子苷的质量表示。

1.3.10 样品提取液的制备

称取0.1 g冷冻干燥样品粉末，加入4 mL体积分数0.1%甲醇溶液，漩涡振荡30 s，超声提取30 min。以8 000 r/min离心15 min。重复提取3 次，收集提取液，定容至10 mL。将样品提取液置于4 ℃冰箱待测。

1.3.11 总酚含量的测定

总酚含量的测定参照Ainsworth等[18]的方法并稍作修改。取0.2 mL样品提取液，向其中加入0.8 mL蒸馏水，混匀，再加入1 mL 0.2 mol/L福林-酚试剂和1 mL质量分数5% Na2CO3溶液，混匀后再加入2 mL蒸馏水，室温下避光反应1.5 h，于波长765 nm处检测吸光度。用没食子酸制作标准曲线，根据标准曲线计算总酚含量，结果以每100 g干物质中没食子酸的质量表示。

1.3.12 花色苷含量的测定

花色苷含量的测定参照Tiwari等[19]的方法。取适量样品提取液过0.22 μm有机滤膜，用于HPLC分析。HPLC条件：色谱柱：ZORBAX SB C18（250 mmh4.6 mm，5 μm）；流动相：A相为质量分数5%甲酸溶液，B相为甲醇；洗脱程序：0～25 min，体积分数15%～35%流动相B；25～30 min，体积分数35%～15%流动相B；检测波长：520 nm；流速：1 mL/min；进样量：10 μL；柱温：30 ℃。用矢车菊素-3-葡萄糖苷制作标准曲线，根据标准曲线计算花色苷含量，结果以每100 g干物质中矢车菊素-3-葡萄糖苷的质量表示。

1.3.13 总抗氧化能力的测定

1.3.13.1 铁离子还原能力

采用铁离子还原能力（ferric ion reducing antioxidant power，FRAP）试剂盒法测定。用2,4,6-三吡啶-S-三嗪（tripyridyltriazine，TPTZ）稀释液、TPTZ检测缓冲液和TPTZ溶液按体积比10∶1∶1配制FRAP工作液，使用前加热到37 ℃。将5 μL样品与180 μL FRAP工作液混合，在37 ℃下保存5 min，然后在593 nm波长处测定反应混合物的吸光度。用Trolox制作标准曲线，根据标准曲线计算FRAP，结果以达到相同FRAP时每100 g干物质相当于Trolox的质量表示。

1.3.13.2 ABTS阳离子自由基清除能力

采用2,2’-联氮双（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（2,2’-azino bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）试剂盒法测定。将检测缓冲液、ABTS溶液、1/1 000过氧化氢溶液以体积比76∶5∶4配制ABTS工作液。将20 μL过氧化氢酶溶液加入10 μL样品，混合，加入170 μL ABTS工作液，37 ℃下保存6 min，于414 nm波长处测定吸光度。用Trolox制作标准曲线，根据标准曲线计算ABTS阳离子自由基清除能力。结果以达到相同ABTS阳离子自由基清除能力时每100 g干物质相当于Trolox的质量表示。

1.4 数据统计与分析

实验设3 次重复，测定结果以fs表示。数据采用Excel软件和SPSS 20.0软件进行统计分析，采用方差分析进行Duncan’s差异分析，在0.05水平上进行显著性检验。采用Excel软件作图。

2 结果与分析

2.1 油炸方式对紫甘蓝水分质量分数和油脂质量分数的影响

如表1所示，与对照组相比，真空油炸和常压油炸都会显著减少紫甘蓝的水分质量分数（P＜0.05）；随着热驱动力的增加，水分质量分数逐渐降低。在相同的热驱动力条件下，真空油炸比常压油炸能更快地降低紫甘蓝的水分质量分数（P＜0.05）；当油炸温度达到95 ℃以上时，真空油炸样品水分质量分数已经低于5%。新鲜紫甘蓝的脂肪质量分数在4.5%左右，油炸过后，其油脂质量分数大幅增加，但两种油炸方式对油脂质量分数的影响并不显著（P＞0.05），与文献中报道的真空油炸能显著降低产品油脂质量分数的结论[20]不符。Zhu Yinyin等[21]研究表明，羧甲基纤维素钠涂层、热风预干燥、真空微波预干燥3 种预处理方式都可以减少真空油炸豌豆的油脂质量分数，与对照组相比，涂层后的油炸豌豆油脂质量分数降低了15%左右。浸渍、冷冻等预处理条件，油炸温度、油炸时间、油炸真空度等油炸参数[8]，以及脱油速率、脱油时间等脱油参数都可以影响产品的油脂质量分数。本研究仅在油炸之前冷冻12 h，未做其他预处理，油炸和脱油参数在预实验过程中大致确定，但并未进行全面的优化；同时，紫甘蓝初始水分质量分数较大，这可能是实验结果中两种油炸方式对产品油脂质量分数影响不显著的原因。

表1 油炸条件对紫甘蓝水分质量分数和油脂质量分数的影响Table1 Effect of different frying conditions on moisture content and oil content of red cabbage

2.2 油炸方式对紫甘蓝微观结构和脂肪分布的影响

图1 油炸紫甘蓝的SEM图Fig.1 Scanning electron microscope images of fried red cabbage

由于两种油炸方式对紫甘蓝水分质量分数的影响差异明显，为了更好地观察样品的结构，样品脱油之后都进行了冷冻干燥。紫甘蓝经过不同方式油炸后，其微观结构间存在较大差异，而油炸温度对结构的影响不明显。选取热驱动力ΔT＝50 ℃组进行观察。与对照组相比，常压油炸后样品结构变得更加紧凑、致密，而真空油炸使样品结构变得疏松，以整齐的层片状排列。这可能是由于真空油炸锅中的真空环境与外界大气压形成压力差，并且当油温达到水的沸点时，样品中的水分快速蒸发，造成其内部结构较为疏松[9]。常压油炸对样品的孔隙几乎不造成损伤，这可能是其促进吸油的因素之一。通过尼罗红对紫甘蓝进行染色油炸，不仅可以看到油脂的分布，还可以观察到细胞结构和孔洞结构。图2显示了紫甘蓝表面的油脂分布情况（红色为被染料染色的油脂、黑色为细胞）。由图2B可以看出，常压油炸后，大部分紫甘蓝细胞都充满了油脂，可能是油炸过程中细胞破碎，油脂进入了细胞内部[6]。相比之下，真空油炸后细胞间隙处油脂含量较高，部分细胞内的油脂含量较少甚至没有油脂。结果表明，紫甘蓝经过真空油炸后油脂含量略低于常压油炸，但并无明显差异，这与2.1节的结果基本一致。

图2 油炸紫甘蓝油脂分布CLSM二维图Fig.2 2D Confocal laser scanning microscopic images of oil distribution of fried red cabbage

2.3 油炸方式对紫甘蓝L-抗坏血酸含量的影响

图3 油炸条件对紫甘蓝L-抗坏血酸的影响Fig.3 Effect of different frying conditions on the content of L-ascorbic acid in red cabbage

紫甘蓝含有丰富的L-抗坏血酸，其具有较强的抗氧化性，对人体的很多生理反应都有有益的影响。如图3所示，新鲜紫甘蓝中L-抗坏血酸的含量大约为140 mg/100 g。由2.1节可知，新鲜紫甘蓝的水分质量分数在81%左右，将干质量转化成鲜质量后得到的实验结果与文献[22]中报道的30～100 mg/100 g有差异，这可能是由于油炸之前在－20 ℃冷冻12 h所致。在冷冻过程中由于形成了冰晶而对紫甘蓝细胞组织造成损伤，使L-抗坏血酸在解冻过程中损失[23]。有文献报道，冷冻对甘蓝中L-抗坏血酸质量分数造成的损失大概在20%～60%之间[24]。同时，季节等因素对甘蓝中营养物质的含量也有很大影响[25]。油炸后L-抗坏血酸的含量大幅降低，这可能是由于其易溶于水且不稳定，光、氧、热、金属离子等都能造成其降解。相同的热驱动力下，真空油炸比常压油炸能更好地保留L-抗坏血酸（P＜0.05）；其中，热驱动力△T＝40 ℃时，真空油炸后的紫甘蓝仍然保留了新鲜样品50%左右的L-抗坏血酸。随着热驱动力的增加，L-抗坏血酸的含量呈下降趋势，当常压油炸温度达到1 6 0 ℃时，L-抗坏血酸几乎全部损失。Martínez-Hernández等[26]的研究表明，相比于其他烹饪方式，真空油炸和常压油炸对西兰花L-抗坏血酸含量的影响很小，油温、油的成分对其都有影响。

2.4 油炸方式对紫甘蓝硫苷含量的影响

图4 油炸条件对紫甘蓝硫苷含量的影响Fig.4 Effect of different frying conditions on the content of glucosinolates in red cabbage

硫苷是一种存在于十字花科植物中的次级代谢产物，受热容易降解。已有很多研究证明硫苷及其分解产物具有抗癌能力[27]。如图4所示，油炸之后紫甘蓝的硫苷含量显著减少（P＜0.05），且随着热驱动力的增加逐渐降低。当热驱动力相同时，真空油炸能更好地保留硫苷。当ΔT＝40 ℃时，真空油炸和常压油炸紫甘蓝硫苷的损失率最低，分别为32%、54%。有文献报道紫甘蓝经过炒制之后硫苷含量降低了77%[1]；西兰花经过油炸之后硫苷损失了84%[28]。也有文献表明，微波处理和炒制会增加大白菜的硫苷质量分数，特别在炒制的前1 min内，硫苷质量分数增加了30%～100%[29]。

2.5 油炸方式对紫甘蓝总酚含量的影响

如图5所示，在相同的热驱动力下，真空油炸后紫甘蓝的总酚含量显著高于常压油炸（P＜0.05）。随着热驱动力的增加，真空油炸紫甘蓝的总酚含量也随之增加，与对照组相比分别增加了25%、72%、129%；常压油炸紫甘蓝的总酚含量也缓慢增加，分别增加了－8.8%、－2.5%、30%。新鲜紫甘蓝总酚含量为246.22 mg/100 g（干质量），与Murador等[30]报道的28.54 mg/100 g（鲜质量）水平相当。Korus等[31]的研究表明，煮制和蒸制会使甘蓝的总酚含量减少；相反地，炒制会使其含量增加。这可能是由于在油炸过程中隔绝了与水的接触，减少了酚类物质的损失[1]；同时，高温可以软化并破坏部分组织，促进酚类物质从细胞基质中释放[32]。Dueik等[33]向淀粉中加入从橄榄叶中提取的酚类物质，再分别进行真空油炸和常压油炸，结果表明真空油炸之后的产品还含有70.6%的酚类物质，而常压油炸仅保留了添加量的42.5%。

图5 油炸条件对紫甘蓝总酚含量的影响Fig.5 Effect of different frying conditions on the content of total polyphenols in red cabbage

2.6 油炸方式对紫甘蓝花色苷含量的影响

表2 油炸条件对紫甘蓝花色苷含量的影响Table2 Effect of different frying conditions on the content of anthocyanins in red cabbage

花色苷的含量及组成是影响深色蔬菜自身颜色的主要原因，但其十分不稳定，易受温度影响而损失。本研究由于未做HPLC-质谱联用分析，无法推断所含花色苷种类。如表2所示，真空油炸和常压油炸都减少了紫甘蓝花色苷含量，真空油炸后花色苷总量的损失率（85、95、105 ℃时分别为38%、33%、53%）相比于常压油炸（140、150、160 ℃时分别为30%、43%、46%）更大，但二者差异并不显著（P＞0.05）。常规的热烹饪方式包括水煮、蒸汽、微波、炒、炸等都会造成紫甘蓝花色苷的损失[1,9]。da Silva等[34]的研究表明，紫薯经过真空油炸之后花色苷的保留率为66%，而经过常压油炸之后只有26%。

2.7 油炸方式对紫甘蓝总抗氧化能力的影响

图6 油炸条件对紫甘蓝FRAP的影响Fig.6 Effect of different frying conditions on FRAP of red cabbage

图7 油炸条件对紫甘蓝ABTS阳离子自由基清除能力的影响Fig.7 Effect of different frying conditions on ABTS radical scavenging capacity of red cabbage

如图6所示，当热驱动力△T＝60 ℃时，真空油炸后紫甘蓝的FRAP为1 609.7 mg/100 g，对照组仅为1 247.6 mg/100 g，其抗氧化活性显著增加（P＜0.05）。ΔT＝50、60 ℃时，在相同的热驱动力下，真空油炸后产品的抗氧化活性明显强于常压油炸。随着热驱动力的增加，真空油炸紫甘蓝的抗氧化活性逐渐增加，而常压油炸呈现缓慢减弱的趋势。如图7所示，ABTS阳离子自由基清除能力呈现相似的趋势。当热驱动力△T＝50、60 ℃时，真空油炸后紫甘蓝的ABTS阳离子自由基清除能力较对照组有所增加，但差异并不显著（P＞0.05）。Feng Xu[1]和Murador[30]等的研究表明，常见的热烹饪方式包括煮制、蒸制、炒制等可以增加紫甘蓝的氧自由基吸收能力、FRAP、ABTS阳离子自由基清除能力、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除能力。热处理可以软化组织，促进生物活性物质的溶出，并且会造成一些化合物的分解，导致酚类物质含量的增加以及组成的改变。有研究表明，蔬菜的抗氧化活性与总酚含量具有相关性[35]。但Dueik等[33]的研究表明，真空油炸后样品的抗氧化活性明显低于常压油炸，这可能是由于真空油炸温度较低，限制了在常压油炸过程中美拉德产物的产生，这种产物通常具有较强的氧化性[36]。

3 结 论

真空油炸和常压油炸都会显著增加紫甘蓝的油脂质量分数，且两种烹饪方式无显著差异。油炸会造成紫甘蓝营养物质的流失，包括L-抗坏血酸、硫苷、花色苷等。但是与常压油炸相比，真空油炸能减少L-抗坏血酸和硫苷的损失，使其含量仍处于较高的水平。此外，真空油炸能提高紫甘蓝的总酚含量，并增强其抗氧化活性，而常压油炸对其影响不显著。综上，真空油炸不仅可以很好地脱去紫甘蓝中的水分，还能更好地保存其营养物质。真空油炸紫甘蓝脆片作为一种新型的小吃具有很大的市场前景。