紫甘蓝，又名红甘蓝，属十字花科甘蓝属，适应能力强、产量高，目前在全球广泛种植，富含维生素、膳食纤维、矿物质（铜、铁、硒、钙、锰、锌等）及多种生物活性物质，如硫代葡萄糖苷、多酚、花色苷等，具有抗癌、抗肿瘤、改善心血管疾病、保护皮肤及预防糖尿病等作用，其具备开发为健康蔬菜休闲食品的优势。

　　传统蔬菜类休闲食品以腌渍、热风干燥类产品为主，因其长时间腌渍、高温会导致色泽劣变、质地硬化、活性成分损失严重等问题，且高糖、高盐不利于人体健康，而新型蔬菜类休闲食品主要集中在油炸类，其含油量高、活性成分保留量少，且存在因非酶促褐变和油脂降解产生致癌化合物等缺点。随着消费者饮食健康意识的增强，对植物基、低糖低盐低油、活性成分保留好、便捷的休闲食品需求量越来越高。因此，如何通过现代低温加工技术将蔬菜加工成低糖、低盐、低油且活性成分保留好、感官佳的休闲食品尤为重要。真空冷冻干燥技术作为新的果蔬干燥方式，具有能够很好地保留新鲜果蔬色、香、味、形及活性成分等优点，产品越来越受消费者的欢迎，但也存在干燥效率低、产品成本高等问题。研究表明，预处理可改变果蔬表面、细胞组织结构，提高果蔬真空冷冻干燥效率和改善果蔬品质，预处理分为热处理和非热处理。热处理可有效提高果蔬干燥效率，但会导致果蔬发生不良变化，如细胞汁液流失、形成某些危害健康的化合物（丙烯酰胺、呋喃或丙烯醛），对风味、质地和色泽造成负面影响等。非热处理可使果蔬组织的实质性结构改变，有效提高果蔬干燥效率，改善果蔬产品品质，但缺乏灭活氧化酶的能力，其中，超声波（ultrasound，US）处理可提高果蔬干燥效率达15%以上，改善样品的色泽、复水性及保留营养成分等；冻融（freeze-thaw，FT）处理也可有效提高果蔬干燥效率（达18%以上），在改善果蔬干制品的质构特性、色泽等方面具有优势。目前，部分研究发现两种不同预处理联合能够更好地提高干燥效率和改善产品品质，但US、FT及联合预处理对提高紫甘蓝干燥效率与改善干制品品质的研究鲜有报道。

　　宁夏大学食品科学与工程学院虎鑫、连敏、王梦泽*等采用US、FT及超声联合冻融（U&FT）处理，分析其对真空冷冻干燥紫甘蓝脆片干燥特性、物理特性（能耗、色泽、质构特性）、化学特性（花色苷、总酚、硫苷和VC等）及抗氧化特性及挥发性成分的影响，并从水分分布、微观结构等方面揭示预处理提高冻干紫甘蓝脆片干燥效率与改善品质的原因，旨在为开发健康、营养、口感佳的紫甘蓝脆片休闲食品提供理论依据和技术支撑。

　　由图1A、B可知，与CK样品相比，处理组样品显著缩短了样品的干燥时间并降低了能耗（

　　P＜0.05），US、FT及U&FT样品干燥时间分别缩短了16.28%、14.03%、20.04%，能耗分别降低了28.55%、11.58%、31.45%，U&FT样品干燥时间最短、能耗最低。由图1C可知，与CK样品相比，US、FT及U&FT样品初始含水量分别增加了2.39%、2.44%、0.14%，且U&FT样品初始含水量变化不显著（P＞0.05），说明处理组样品初始含水量变化不是干燥时间缩短及能耗降低的主要原因，可能归因于预处理使紫甘蓝细胞组织水分扩散速率增大，提高了紫甘蓝片干燥效率。

　　干燥曲线A可知，随着干燥时间延长，不同处理样品的水分比呈现先快速降低后趋于平缓，且在干燥各阶段处理组样品的干燥速率明显高于CK样品，尤其是干燥前10 h，处理组样品水分比下降明显比对照组快，干燥10 h后，处理组样品能在较短时间达到最终干制品的水分比，样品水分比下降速率依次为CK＜FT＜US＜U&FT，其中，US-U&FT样品水分比下降最快。由图2B可知，与CK样品相比，处理组样品干燥速率明显加快，尤其在样品干基含水率≥80%时，干燥速率依次为CK＜FT＜US＜U&FT，这与样品水分比下降趋势相印证。表明US、FT、U&FT可有效提高紫甘蓝片干燥效率，且U&FT干燥效率最高，进一步印证了2.1.1节的结果。这可能归因于US“空化”效应和FT冰晶生长对细胞组织的机械穿刺，使细胞组织结构发生不可逆的损伤，导致细胞组织水分分布发生改变、细胞间隙和孔隙增大，进而促进干燥过程水分的扩散，干燥速率提高，且US和FT联合作用效果更强。

　　果蔬组织内部不同状态水分的分布状态可通过T2表征，紧密结合于细胞壁、通过强氢键作用且难以移除的结合水T21集中在1～10 ms；存在于细胞质与细胞间隙中不易流动水T22集中在10～100 ms；位于液泡中的自由水T23大于100 ms，且每个峰对应的面积分别为A21、A22、A23，代表样品中相应类型的水分含量。由图3可知，与CK样品相比，处理组鲜样品弛豫峰整体呈现向右移动的趋势，即T2变长，说明样品中自由水含量增加，结合水含量减少。由表1可知，与CK样品相比，所有处理组鲜样品A21减小、A23增加，而US鲜样品A22减小，FT和U&FT鲜样品A22增加，且差异显著（

　　＜0.05）。表明所有处理组样品部分结合水转化为不易流动水或自由水，整体流动性增强，自由水含量增多，促进了水分的迁移。这是因为预处理促使细胞壁多糖（果胶、纤维素和半纤维素）上的水和羟基质子之间相互作用减弱，提升了氢质子的自由度，导致细胞壁中的结合水减少，同时增强了细胞质和细胞间隙中水分的流动性，使更多的水分从结合态和不易流动态向自由态转化，进而促进了真空冷冻干燥过程水分迁移 。这些结果也进一步验证了水分分布状态的改变是干燥效率提高的主要原因之一。

　　果蔬细胞结构主要由细胞壁中纤维素、半纤维素和果胶通过交联、结合等作用方式构成，对植物组织细胞起到支撑作用。如图4所示，CK组样品组织结构致密完整，呈蜂窝状结构；与CK样品相比，US组样品较好地保留了细胞结构，但细胞间隙增加；FT组样品细胞结构较完整，但部分细胞壁被破坏，且细胞孔径明显增大、孔隙更多；U&FT组样品细胞组织结构明显被严重破坏，细胞壁结构完整性几乎丧失，且孔径、孔隙增大。这是由于US空化效应和FT冰晶生长双重作用使细胞组织结构发生不可逆损伤，细胞壁和细胞膜被完全破坏，这一结果与2.1.2节相印证，证实预处理使紫甘蓝片细胞结构发生了不同程度破损、诱导细胞膜分解，使细胞间隙和孔隙增大、通透性增加，导致水分迁移通道增大、增多，从而提高了组织水分扩散速率，进一步说明细胞组织结构破损是冻干紫甘蓝片干燥效率提高的主要原因，U&FT组样品细胞结构破损程度最大，干燥效率也最高。这与不同预处理对真空冷冻干燥秋葵、苹果、胡萝卜微观结构的影响结果一致。

　　值代表亮度，a值代表红绿度，b值代表黄蓝度，E值用于衡量整体色泽的变化，当E＞3时，样品间的色差肉眼可见 。由表2可知，与CK样品相比，FT样品 L* 值显著增加，US样品L值增加但不显著，而U&FT样品L值显著降低；US和FT样品的a值降低但不显著，而U&FT样品的a值显著升高；US和U&FT样品的b值显著降低，FT样品的b值显著升高；且以CK为参照，US、FT和U&FT样品的E值分别为1.52、1.78和13.10，U&FT与US、FT样品E值差异显著（P＜0.05）。综上，US、FT提高了样品的亮度，U&FT使样品颜色更紫，色泽最好；US、FT样品与CK样品视觉色泽无差异，而U&FT样品与CK样品视觉差异明显，这是由于花色苷大量释放，从而导致视觉颜色加深，并加速了褐变反应的发生，而干燥时间的缩短又抑制了氧化反应的进程，使样品色泽出现差异 。这一发现与先前关于U&FT处理微波联合干燥的桔梗和U&FT预处理芒果的研究结果一致 。

　　硬度、咀嚼性和脆度通常用于评估果蔬脆片的质构特性，为果蔬干制品品质的重要指标。如表3所示，与CK样品相比，US、FT、U&FT样品硬度分别降低7.17%、26.06%、39.22%，咀嚼性分别降低51.46%、54.37%、77.98%，脆度分别增加17.11%、44.84%、66.13%，且差异显著（

　　＜0.05）。表明所有预处理改变了冻干紫甘蓝脆片的质构特性，使紫甘蓝脆片口感更酥脆，且U&FT样品最酥脆。结合微观结构进行分析，这是由于US空化效应对样品细胞结构造成破坏，进而促使细胞膜通透性显著提升，细胞膨胀压力在这一过程中降低，致使样品孔径尺寸及孔隙率均呈现增大趋势，且细胞壁刚性亦随之减弱，纤维素链发生断裂，这些变化相互作用，最终导致样品硬度及咀嚼性降低，脆度增加；FT通过冰晶生长在植物组织内部形成间隙，使细胞孔径、孔隙增大，并降低细胞壁的刚性，部分细胞结构塌陷，从而导致样品的硬度和咀嚼性下降，脆度增加；在US基础上，FT使细胞结构塌陷更加严重，几乎无完整的细胞结构，降低了孔壁的刚性，并形成了大孔隙结构，导致U&FT硬度和咀嚼性最低，脆度最大 。

　　＜0.05）。说明U&FT能更好地促进VC的释放，保留酚类化合物和花色苷含量，而使硫苷损失严重。这是由于US空化效应以及FT过程中冰晶生长不同程度破坏了细胞组织结构，从而促进酚类化合物、花色苷、硫苷和VC释放，释放的硫苷更容易被酶水解为葡萄糖及其他不稳定的中间产物，或通过非酶促降解途径转化为其他物质，而U&FT能够有效降低样品组织中的溶解氧含量，从而有效防止酚类物质的氧化分解和花色苷的降解；U&FT叠加作用对细胞结构破坏程度不同，有利于VC从胞内释放，使得VC含量增加。

　　＞0.05），这主要归因于US促进了酚类等抗氧化物质释放，从而提高了抗氧化能力，FT冰晶生长增强了对细胞壁的破坏程度，增加生物分子的分解代谢，促进多酚、花色苷和VC等化学物质的浸出，并破坏了分子间的共价键，使得结合的植物化学物质在解冻过程中无法被细胞重新吸收，提升抗氧化能力 。综合来看，U&FT样品展现出更强的抗氧化能力。

　　通过GC-MS对所有样品中的挥发性风味物质进行鉴定分析，如表4所示，共鉴定出30 种挥发性化合物，包括醛类7 种、醇类6 种、酯类6 种、醚类2 种、含硫类3 种、腈类2 种、萜类1 种、杂环类2 种、噻唑类1 种，CK、US、FT、U&FT样品挥发性成分总质量浓度分别为47.24、69.15、9.92、3.33 μg/L，与CK相比，US样品挥发性成分含量显著增加，FT、U&FT样品挥发性成分含量显著减少（

　　＜0.05）。说明FT和U&FT不利于冻干紫甘蓝脆片总挥发性物质的保留，这可能是由于FT冰晶生长使细胞组织破坏，部分物质随汁液流失从而造成挥发性物质较大损失，而US样品总挥发性成分含量增加，可能归因于US处理破坏了细胞壁和细胞膜，使原本被束缚在细胞内的挥发性成分（如硫苷降解产物、醛类、醇类、酯类等）更容易释放。

　　如图7A所示，不同处理样品的挥发性成分种类相同，含量存在差异，其中腈类、含硫类、醛类、噻唑类物质含量较高，酯类和醇类次之，杂环类、萜类、醚类物质含量较低。CK样品腈类、含硫类、醛类物质占比分别为57.07%、11.24%和12.36%，以5-甲硫基戊腈、二甲基三硫和2-已烯醛为主，酯类、噻唑类和醇类物质占比分别为5.57%、6.41%和3.81%，以三芥子酸甘油酯、4,5-二甲基噻唑和4-甲基-2-戊醇为主；US样品腈类、含硫类、醛类物质占比分别为50.46%、16.49%和10.59%，以5-甲硫基戊腈、二甲基三硫和2-已烯醛为主，且不含醚类物质，酯类、噻唑类和醇类物质占比分别为2.44%、11.28%和7.55%，以三芥子酸甘油酯、4,5-二甲基噻唑和2-乙基己醇为主；FT样品腈类、含硫类、醇类物质占比分别为27.32%、22.38%和13.81%，以5-甲硫基戊腈、二甲基三硫和4-甲基-2-戊醇为主，醛类、杂环类和噻唑类物质占比分别为13.00%、9.38%和10.99%，以2-已烯醛、2-乙基呋喃和4,5-二甲基噻唑为主；U&FT样品含硫类、醇类、醛类物质占比分别为22.22%、35.13%和20.42%，以二甲基硫、4-甲基-2-戊醇和2-已烯醛为主，醚类、杂环类和噻唑类物质占比分别为7.81%、1.80%和4.80%，以二甲基四硫醚、2-乙基呋喃和4,5-二甲基噻唑为主。CK样品与处理组样品中挥发性物质的数量差异较小，但含量差异较大，说明不同预处理方式对挥发性物质存在一定的影响。由表4可知，处理组样品均新增了2-甲基丁醛、正己醛、二甲基硫、2-乙基呋喃等挥发性物质，且US使部分香气成分含量增加，并检测出了刺激性风味物质2-正戊基呋喃，FT、U&FT样品未检出异硫代氰酸酯。说明预处理可改善紫甘蓝的风味，FT、U&FT使紫甘蓝的部分辛辣味物质含量降低。可能是由于US处理引起糖类和氨基酸发生美拉德反应，FT处理过程中形成了大的冰晶，使紫甘蓝组织细胞被破坏，这部分物质随汁液流失从而造成较大损失，导致FT、U&FT使一些挥发性物质含量降低。紫甘蓝富含硫代葡萄糖苷生物活性物质，可水解为腈类、异硫酸氰酯等物质，通常在紫甘蓝产品中可检出具有强烈芥子刺激性臭味和辣味的异硫氰酸烯丙酯，以及带有洋葱气味的硫氰酸甲酯，但本实验中并未检测出这两种物质，说明真空冷冻干燥可将紫甘蓝的强烈芥子刺激性臭味、辣味及洋葱气味去除，从而进一步改善了紫甘蓝脆片的风味，这是由于异硫氰酸烯丙酯和硫氰酸甲酯易挥发，在干燥过程中蒸发损失。

　　主成分分析（principal component analysis，PCA）是一种多变量统计分析技术，利用颜色差异区分样品中的挥发性化合物。对不同处理样品的挥发性有机化合物进行PCA，如图7B所示。PC1方差贡献率为50.9%，PC2方差贡献率为31.3%，累计方差贡献率达到82.2%，可以很好地反映对照组和处理组样品的差异。从不同样品气味分布距离来看，U&FT样品与CK样品距离最接近，表明这两组样品的风味成分较相似，其差异主要体现在PC1。而US、FT样品与CK样品距离较远，差异主要体现在PC2，说明U&FT样品中挥发性成分与CK和US、FT样品之间差异明显。因此，使用GC-MS技术结合PCA可以将不同处理组的样品准确地判别区分。

　　本研究结果表明，US、FT、U&FT预处理均能够有效缩短冻干紫甘蓝脆片干燥时间、降低能耗，并改善样品理化品质与风味，且U&FT作用效果最佳，样品干燥时间缩短20.04%、能耗降低31.45%，综合品质明显改善，颜色更紫，硬度咀嚼性分别降低39.22%和77.98%、脆度增加66.13%，化学活性成分保留最好，DPPH自由基清除能力、总抗氧化能力分别增加了57.17%和51.33%；通过微观结构、低场核磁共振分析揭示预处理使细胞组织结构破损是紫甘蓝脆片干燥时间缩短、能耗降低与品质改善的主要原因，鲜样品水分分布改变是干燥时间缩短、能耗降低的次要原因；挥发性成分分析表明U&FT促进了冻干紫甘蓝脆片异硫代氰酸酯等辛辣味物质去除，且真空冷冻干燥能够将紫甘蓝的强烈芥子刺激性臭味、辣味的异硫氰酸烯丙酯和带有洋葱气味的硫氰酸甲酯去除，从而改善了U&FT样品的风味。本研究可为紫甘蓝非热加工及休闲食品开发提供理论与技术支撑，推动非热加工技术在果蔬制品加工中的应用。

　　王梦泽，中共党员，博士，硕士生导师，现就职于宁夏大学食品与工程学院，主要从事果蔬（冷凉蔬菜、枸杞）保鲜、加工品品质控制与分子作用机制研究。2018年入选自治区青年拔尖人才培养工程，兼任自治区科技厅科技专员、银川市企业科技副总、同心县科技特配员，主持国家重点研发子课题1项、宁夏重点研发项目2项、企业委托横向课题7项，发表学术论文20余篇，其中SCI 高水平论文10余篇，授权国家实用新型、发明专利10余件，成果鉴定1件。曾主持完成多项果蔬保鲜、速冻、干制系列产品生产工艺、车间设计、产品质量技术体系与运行管理体系构建，果蔬液态类产品复合生产工艺、生产线及配套设施的设计，果蔬香气成分浓缩工艺开发与生产线设计，且均已投入运行。

　　虎鑫硕士研究生 就读于宁夏大学食品科学与工程学院，研究方向：特色果蔬加工与品质控制。