玉露香梨(Pyrus bretschneideri‘Yuluxiang’)作为我国自主培育的优良梨品种,以其糖酸比高、果肉细腻、石细胞少的特点深受消费者喜爱[1],近年来在新疆地区得到广泛种植。 随着果蔬汁加工产业的快速发展,果汁因其保留了果实的核心营养与风味,是健康饮品市场的重要品类之一[2]。 但是由于玉露香梨皮薄核小,对贮存和运输有着很高的要求,严重制约了玉露香梨高值化利用及产业发展。 因此,针对玉露香梨果实深度开发产品是目前玉露香梨优质高效生产面临的主要研究任务,综合利用酶解技术提高玉露香梨的附加值,实现原料就地加工转化,提值增效,也将为玉露香梨带领乡村振兴致富提供新的思路。
酶解技术是果蔬汁加工中的关键手段[3],已有的研究表明,果胶酶与纤维素酶通过协同作用,破坏细胞结构来降解细胞壁中的果胶、纤维素等大分子物质[4],促进细胞胞内营养成分释放来提高出汁率。此外,酶解处理还能通过水解作用,改变果汁中的醇类、醛类等物质含量,从而改良果汁挥发性风味[5],进而优化果汁的感官品质。 在蔓越莓汁、番石榴汁、刺梨汁等果蔬汁加工中酶解技术已得到广泛应用[6-8],但针对酶解处理对玉露香梨营养成分、体系稳定及风味特征的综合影响机制仍需系统探究。
本研究以玉露香梨为原料,通过分析酶解处理对梨汁可溶性固形物、透光率、总酚、总黄酮、DPPH 自由基清除率、ABTS 阳离子自由基清除率、羟自由基清除率、粒径、zeta 电位的影响,结合GC-MS 技术解析玉露香梨汁中风味物质的含量变化规律。 旨在明确酶解对玉露香梨汁综合品质及风味的调控机制,丰富玉露香梨深加工方向,为提升玉露香梨汁营养品质、稳定性及风味层次提供技术支撑,推动玉露香梨的高值化利用与产业发展,提质增效,满足消费者对功能性、高品质果汁的追求。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
玉露香梨,山西农业大学果树研究所。
果胶酶(酶活力50 000 U/g)、纤维素酶(酶活力20 000 U/g),河南万邦化工科技有限公司;氯化钠(分析纯),天津市恒兴化学试剂制造有限公司;芦丁、福林酚(均为分析纯),北京索莱宝科技有限公司;没食子酸、DPPH、ABTS(均为分析纯),上海蓝季生物有限公司;三氯化铁、过硫酸钾、硫酸亚铁、水杨酸、3,5-二硝基水扬酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)试剂、过氧化氢(均为分析纯),天津市北辰方正试剂厂;无水乙醇、2-辛醇(色谱纯),北京浦西标准技术有限公司。
1.2 仪器与设备
PAL-α 糖度计,日本ATAGO 公司;LJ150 破壁榨汁机,九阳股份有限公司;PR224ZH 电子天平,奥豪斯仪器(常州)有限公司;UV-1100 紫外可见分光光度计,上海美谱达仪器有限公司;Nano ZS90 电位分析仪,英国Malvern;Trace 1300 气相色谱-质谱联用仪,美国Thermo Fisher Scientific 公司;HH-8 电热恒温水浴锅,金坛市新航仪器厂;HC-2518R 高速冷冻离心机,安徽中科中佳科学仪器有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 玉露香梨汁提取工艺
玉露香梨若干,清洗后切块去茎、去核,用破壁机处理得到玉露香梨浆,将梨浆经100 目滤网过滤后所得梨汁设置为梨汁组(pear juice,PJ),每组样品设3个重复,其出汁率为(73.60 ±1.11)%;将梨浆进行酶解处理[复合酶(纤维素酶∶果胶酶)质量比1∶2.15、酶添加量26. 5 g/L、酶解时间93 min 和酶解温度58.9 ℃],后煮沸10 min 终止酶促反应,然后经100目滤网过滤后所得梨汁设置为酶解处理组(enzymatic treatment pear juice,ETPJ),每组样品设3 个重复。
1.3.2 出汁率的测定
出汁率：参考李远蓬等[9]的方法,将玉露香梨浆倒入100 目滤袋中,连续压榨2 次。 出汁率的计算如公式(1)所示：
1.3.3 可溶性固形物含量、透光率的测定
可溶性固形物(total soluble solids,TSS)含量：采用PAL-α 糖度计,根据仪器设置方法进行测定。
透光率：参考Perreault 等[7]的方法采用分光光度法测定,将酶处理组梨浆和原梨浆过滤后,经3 500 r/min 离心20 min,取上清液。 以蒸馏水为参照物,于660 nm 处测定透光率,透光率用%表示。
1.3.4 可溶性蛋白、还原糖含量测定
可溶性蛋白：采用考马斯亮蓝法[10]测定。 取酶解前后梨汁,40 ℃超声提取20 min,10 000 r/min 离心20 min,取上清液1 mL 进行测定,以牛血清蛋白溶液为标准样品建立标准曲线y =0.433 7x -0.005 5(R2 =0.996 9)还原糖：采用DNS 法测定[11]。 吸取梨汁上清液1 mL,加入DNS 试剂2 mL,随后沸水浴反应2 min 进行显色。 反应后取出冷却,再补足去离子水至最终体积为10 mL,在540 nm 处测定吸光值,以葡萄糖溶液为标准样品绘制标准曲线y =5.753 9x -0.041 9(R2 =0.996 1)。
1.3.5 总酚、黄酮含量测定测定
总酚：采用Folin-CiocaLteu 比色法测定[10]。 取3.0 mL 梨汁上清液样品于比色管中,加入3.0 mL 蒸馏水、3. 0 mL 7. 5% (质量分数) 碳酸钠溶液和1.0 mL Folin-酚显色剂,摇匀,室温下避光显色反应1 h,在760 nm 处测定吸光度。 以没食子酸制定标准曲线计算总酚含量。 标准曲线y =0.294 1x +0.005 9(R2 =0.994 1)。
总黄酮：采用氯化铝比色法[10]测定。 取2.0 mL梨汁上清液样品与0.5 mL NaNO2溶液(50 g/L)于比色管中混合均匀,室温静置5 min。 然后向比色管中加入0.5 mL AlCl3 溶液(100 g/L)混合均匀,室温静置5 min。 加入4.0 mL 1 mol/L NaOH 溶液和3.0 mL 60%乙醇,混合均匀,37 ℃水浴45 min,在470 nm 处测定吸光值。 以芦丁为标准曲线计算总黄酮含量。标准曲线y =0.130 2x -0.01(R2 =0.990 5)。
1.3.6 抗氧化活性的测定
1.3.6.1 DPPH 自由基清除率的测定
参考Romanet 等[12]的方法,在2 mL 样品中,加入DPPH 溶液2 mL(0. 02 mg/mL),室温避光条件30 min 后,517 nm 处测定吸光值,DPPH 自由基清除率的计算如公式(2)所示：
式中：A1,样品吸光度;A2,本底吸光度;A0,空白吸光度。
1.3.6.2 ABTS 阳离子自由基清除率的测定
参考Chao 等[13]的方法,ABTS 储备液：过硫酸钾溶液(2. 5 mmol/L)与ABTS 溶液(7 mmol/L),以体积比1∶1 混合12 h 避光。 工作液：稀释储备液至波长734 nm,吸光度0.70 ±0.02(无水乙醇稀释)。 试管中加入0.03 mL 样品与ABTS 工作液4 mL 混匀后避光放置10 min 后,734 nm 处测定吸光值,ABTS 阳离子自由基清除率的计算如公式(3)所示：
式中：Ax0,本底吸光度;Ax,样品吸光度;A0,空白吸光度。
1.3.6.3 羟自由基清除率的测定
参考Jaime 等[14]的方法,再2 mL 样品中加入H2O2(6 mmol/L)2 mL,再加入FeSO4 (6 mmol/L)2 mL,静置10 min,加入水杨酸(6 mmol/L)2 mL,37 ℃水浴60 min,波长510 nm 测定吸光值,羟自由基清除率的计算如公式(3)所示：
式中：A2,样品吸光度;A3,本底吸光度;A1,空白吸光度。
1.3.7 粒径、zeta 电位的测定
粒径及电位：样品离心20 min(10 000 r/min),适量蒸馏水稀释上清液,再通过0.45 μm 的微孔滤膜,25 ℃下进行120 s 平衡后开始进行粒径分布、zeta 电位测定,结果由仪器自带软件计算。
1.3.8 风味物质的测定
样品处理：顶空瓶中加入6 mL 样品,然后加入1.2 g NaCl,然后将20 μL,0.12%(体积分数)的二辛醇作为内标加入顶空瓶中。 每个样本设3 组平行。
色谱条件：DB-5MS 石英毛细柱(60 m ×0.25 mm,0.25 mm),初温35 ℃,保持6 min,以5 ℃/min 升到150 ℃,再以10 ℃/min 升到250 ℃。 进样口温度250 ℃,载气氦气(He);流速：1 mL/min;
MS 条件：电子电离源;接口温度、离子源温度为280、250 ℃,质量扫描范围m/z 30 ～500。
1.4 数据处理
利用IBM SPSS Statistics 24. 0、Design-Expert 等软件对数据进行处理。 获得的风味数据通过NIST 17.0 谱库进行定性,仅保留匹配度大于80%的成分;采用内标法(内标物质为二辛醇)定量计算各挥发性成分的含量。 使用Graphpad Prism 10.1.2 及Origin 2024作图,测定重复3 次。
2 结果与分析
2.1 理化指标测定结果与分析
2.1.1 酶解处理对可溶性固形物含量及透光率的影响
复合酶酶解后可溶性固形物含量显著增加,如图1-a 所示。 这归因于果胶酶与纤维素酶水解果实细胞壁中的刚性物质,对果实细胞壁产生了破坏,细胞内物质充分的释放,提升了梨汁中可溶性固形物的含量。 Tu 等[15]的研究证实了梨果实中果胶含量较高,梨果肉细胞壁中的果胶被果胶酶分解掉,此外纤维素酶也能够破坏植物细胞壁[16],影响果汁可溶性固形物的含量。 酶解蔓越莓汁[7],酶解菠萝汁[17]的研究也证实了这一观点。 此外,酶解后梨汁的透光率由酶解前的17. 28% 提升到45. 45%,原因是果胶酶和纤维素酶可以分解植物细胞的多聚糖类物质以及部分纤维素类物质和原果胶,破坏细胞壁的组成,果胶类物质也被分解成了水溶性的小分子物质[7,18-19],使果汁更加澄清、色泽更加稳定。
图1 酶处理前后梨汁的可溶性固形物、透光率,可溶性蛋白、还原糖
Fig.1 Total soluble solids, light transmittance, soluble protein,reducing sugar of pear juice before and after enzymatic treatment
注：ns 表示P≥0.05 差异不显著;*表示P≤0.05;**表示P≤0.01,***P≤0.001(下同)。
2.1.2 酶解处理对可溶性蛋白和还原糖的影响
果蔬中的大多数可溶性蛋白与新陈代谢有关[20]。 由图1-b 可知,可溶性蛋白含量显著下降(P≤0.01)从酶解前的65.8 g/L 下降到51.7 g/L。虽然本研究所用酶主要是多糖水解酶,但是部分蛋白与多糖结合形成了糖蛋白,导致了蛋白质含量的下降[20]。 此外酶解温度较高,较强的酶活性促进了蛋白质的分解,疏水性氨基酸残基不断释放,也导致可溶性蛋白质分子的溶解性下降[21]。 由图1-b 可知,还原糖含量由83.7 mg/mL 升高到92.11 mg/mL,这一方面是因为,酶促反应降解了果实细胞组织中的大分子物质,破化了细胞壁和细胞膜的刚性结构,使小分子还原糖和细胞内多糖充分暴露,另一方面是因为经过热处理,梨组织内部温度达到最佳酶活范围,淀粉酶活性增强加快了淀粉转化,促进了还原糖含量的增加[20]。
2.2 营养及抗氧化指标测定结果与分析
2.2.1 酶解处理对总酚、总黄酮和抗氧化活性的影响
梨汁酶解后总酚含量由1. 56 mg/mL 增加到1.67 mg/mL,如图2-a 所示,这是由于酚类物质在酶的作用下,从酚类前体物质转化或从细胞中释放出来,进而导致酶解后总酚含量的提升[20]。 此外,总黄酮含量也从酶解前的0.91 mg/mL 增加到1.13 mg/mL。黄酮类化合物广泛的存在于水果蔬菜的次生代谢类物质之中[7],黄酮含量的升高可以归因于,果胶物质分解为小分子物质后,黄酮类的化合物得到充分释放[19]。
图2 酶解处理前后梨汁的总酚、总黄酮、自由基清除率
Fig.2 Total phenols, total flavonoids, free radical scavenging rate of pear juice before and after enzymatic treatment
如图2-b 所示,DPPH 自由基和羟自由基清除率显著提升,ABTS 阳离子自由基清除率也有所提升。这一方面是由于果胶酶、纤维素酶能有效破坏梨果的植物细胞壁结构,打破石细胞,从而释放出更多的酚类与黄酮类活性物质[13,19],另一方面是酶解过程能将结合态的多酚转化为生物利用度与活性更高的游离态[13,19],增强了其对DPPH 自由基、ABTS 阳离子自由基等的清除能力。 这些机制共同作用,使得酶解成为提升梨汁营养品质与功能性的一种有效手段。
2.2.2 酶解处理对粒径、zeta 电位的影响
粒径的分布可以反应体系的稳定状态,颗粒的粒径、峰值和峰面积越小,就代表体系越稳定[8]。 梨汁的粒径分布如图3-a 所示,酶解前的粒径分布峰值粒径更大并且分布范围更宽,酶解后的粒径分布峰值变小、整体更集中,平均粒径由酶解前的932.3 nm 降低至690.6 nm,表明酶解显著减小了梨汁中的颗粒粒径。 这是由于酶解对果胶分子糖苷键的降解作用,破坏了梨汁中果胶、蛋白质等组分形成的颗粒聚集结构,这与番石榴汁、蓝莓汁等果蔬汁酶解研究的结论一致[8,22]。 此外,梨汁专用聚半乳糖醛酸酶的研究也指出,果胶的降解会降低梨汁颗粒间的结合力,大颗粒被分散为小颗粒[3]。
图3 酶解处理前后梨汁的粒径分布和zeta 电位
Fig.3 Particle size distribution and zeta potential of pear juice before and after enzymatic treatment
分散体系的稳定性可以由zeta 电位进行表征,绝对值越大,斥力越大,就不容易聚结从而更加稳定[8]。 图3-b 为酶解前后梨汁的zeta 电位,酶解处理后的zeta 电位绝对值增高,这是由于果胶酶降解果胶大分子,释放并暴露更多可解离的负电荷基团,同时改变体系中蛋白质、离子的分布状态,最终提升胶体颗粒的表面电荷密度,增强了静电斥力[22]。 结合粒径分布的变化,可知酶解增强了梨汁体系的稳定性。
2.3 风味特性测定结果与分析
2.3.1 酶解处理前后梨汁挥发性成分
根据GC-MS 的结果,梨汁样品中共鉴定出48 种挥发性化合物,包括醇类、醛类、酯类、烷烃类、酮类、芳香烃类等。 如表1 所示,PJ 样品中检出30 种化合物,ETPJ 样品中检出35 种化合物,2 种样品共有的化合物为17 种。 这表明,酶解能显著改变梨汁中挥发性物质的组成特征,其中醇类化合物最为丰富,占总化合物数的29.17%,其次是醛类(18.75%)、酯类(12.5%)和烷烃类(8. 33%)。 PJ 以2-辛酮(174. 56 μg/mL,浓松木香)、己醛(14. 98 μg/mL,青草香)和1-己醇(1.90 μg/mL,青草香)等为主要成分,风味以突出的青草香与松木香为主,而ETPJ 中2-辛酮含量降至45.31 μg/mL(松木香大幅减弱),2-己烯醛(青苹果香)从1.463 μg/mL 升至5.023 μg/mL(成为核心风味),同时新增(S)-2-辛醇(木质香)、(Z)-8-十二烯-1-醇乙酸酯(花香)、9-氧杂双环[6. 1. 0]壬烷(橄榄香)等化合物,PJ 中1-己醇、戊醛等青草香成分消失或含量降低。 在醇类转化上,酶促反应显著降低了1-己醇含量,同时大幅提高了2-辛醇异构体的含量,研究表明,糖苷键合态香气物质,在酸或酶的作用下水解,能释放出游离态醇类物质[23],并促进了特定醇类的立体异构体转化[24]。 在醛类转化方面戊醛含量显著降低,而2-己烯醛含量显著提高。 这归因于氧化还原作用导致部分醇类物质被氧化生成相应的醛类和酮类[25],同时使不饱和化合物的双键位置发生变化,游离态醇类与有机酸发生酯化反应[26],生成新的特征性酯类化合物。
表1 酶解前后梨汁中的挥发性化合物组成和含量
Table 1 Volatile compound composition and concentration in Pear juice before and after enzymatic hydrolysis
No化合物种类RTCAS中文名称香气描述词PJ/(μg/mL)ETPJ/(μg/mL)1 1.54141-43-5 乙醇胺温和胺香ND0.235 28 ±0.087 04 2.2835301-43-0 2-乙基环丁醇酒精气味ND0.105 46 ±0.110 85 3 3.34106-42-3 5-乙基-2-庚醇果香0.062 74 ±0.024 08ND 4 5.44123-51-3 3-甲基-1-丁醇发酵香气ND0.138 68 ±0.058 36 5 9.984536-23-6 (E)-2-己烯-1-醇新鲜青草香0.654 11 ±0.220 790.665 15 ±0.734 3 6 10.87106-67-2 2-乙基-4-甲基-1-戊醇果香0.003 24 ±0.003 67ND 7醇类11.1315250-22-3 2,7-二甲基-1-辛醇柑橘香0.032 17 ±0.0222 9ND 8 2 11.83111-27-3 1-己醇青草香1.898 08 ±0.639 51ND 9 14.99111-70-6 1-庚醇柠檬香0.303 47 ±0.456 791.333 25 ±0.865 94 1015.7970928-41-5 3-甲基-5-甲氧基-1-戊醇薄檬香0.013 66 ±0.002 96ND 1116.2854630-50-1 5-甲基-2-庚醇柑橘香ND0.012 19 ±0.003 76 1216.446169-06-8 (S)-2-辛醇木质香ND6.622 5 ±1.871 31 1316.48104-76-7 2-乙基己醇柑橘香0.635 3 ±0.2570 8ND 1432.1437011-95-3 E-7-十四烯醇果香0.130 71 ±0.130 610.018 31 ±0.030 54醇类14 种153.26638-37-9 丁二醛辛辣刺激味0.163 22 ±0.126 66ND 166.71110-62-3 戊醛青草香0.319 79 ±0.122 9ND 178.1766-25-1 己醛青草香气14.982 96 ±5.869 166.173 4 ±6.588 84 18醛类9.65505-57-7 2-己烯醛青苹果香1.463 09 ±1.655 445.022 6 ±5.753 02 1912.07111-71-7 庚醛青草香0.189 26 ±0.050 430.015 78 ±0.023 73 2013.7357266-86-1 (Z)-2-庚烯醛青草香0.204 69 ±0.117 760.076 5 ±0.083 81 2119.3419780-40-6 5-羟甲基糠醛焦糖香0.231 83 ±0.181 850.089 ±0.096 49 2221.14124-19-6 壬醛青草香0.218 73 ±0.240 680.496 87 ±0.012 35 2330.065115-81-1 (E)-2-己烯醛青草香5.612 17 ±1.452 760.038 58 ±0.065 52醛类9 种244.16141-78-6 乙酸乙酯甜果香4.011 98 ±2.184 451.037 29 ±1.641 68 257.66123-86-4 乙酸丁酯香蕉香0.159 62 ±0.104 450.111 79 ±0.132 26 26酯类8.6779-20-9 乙酸甲酯水果醚香ND3.665 1 ±1.610 03 2715.16106-32-1 辛酸乙酯玫瑰香ND0.117 82 ±0.103 04 2830.556687-68-4 2-己基-[1,1′-双环丙基]-2-辛酸甲酯 果酯香0.054 14 ±0.043 76ND 2931.9428079-04-1 (Z)-8-十二烯-1-醇乙酸酯花香ND0.006 78 ±0.001 47酯类6 种3010.42110-54-3 正己烷汽油气味0.486 28 ±0.106 13ND 31烷烃类18.5715869-93-9 3,5-二甲基辛烷甜果香0.049 77 ±0.012 35ND 3225.223891-98-3 2,6,10-三甲基十二烷木质香0.082 96 ±0.021 85ND 3338.28629-92-5 十九烷无气味ND0.003 62 ±0.001 22烷烃类4 种34酮类15.18110-93-0 6-甲基-5-庚烯-2-酮柑橘香0.102 12 ±0.054 53ND 3516.61111-13-7 2-辛酮松木香174.558 4 ±68.099 23 45.310 97 ±64.101 51酮类2 种36芳香烃2.9571-43-2 苯汽油气味ND0.025 3 ±0.038 82 376.73108-88-3 甲苯汽油味0.366 79 ±0.303 510.109 91 ±0.118 62芳香烃类2 种38 含氧化合物1.75645-88-5 O-羧甲基羟胺醋酸气味ND0.116 22 ±0.112 86 39 环氧化物1.8275-21-8 环氧乙烷刺激性气味ND0.007 48 ±0.007 65 40 酰胺2.172345-56-4 丙二酰胺奶油香0.019 96 ±0.026 410.185 51 ±0.174 53 41 氨基酸4.6187980-11-8 3-氨基-2,3-二氢苯甲酸药草香0.439 06 ±0.240 690.362 29 ±0.405 66 42 环氧化物10.18286-62-4 9-氧杂双环[6.1.0]壬烷橄榄香ND0.595 67 ±0.923 08 43 烯烃10.497423-69-0 3,5-二甲基-1-己烯木质香ND0.007 8 ±0.011 61 44 酚类10.69108-95-2 苯酚无气味0.109 21 ±0.063 22ND 45 酸类22.121883-13-2 3-羟基十二烷酸药草香0.032 03 ±0.018 390.128 84 ±0.147 09 46 氨基酸22.685965-66-2 3-氨基丁酸无气味ND0.024 02 ±0.040 63 47 硫醇29.43925-89-3 1-丙烯-1-硫醇无气味ND0.005 71 ±0.006 47 48 醚类33.123055-98-9 十二乙二醇单十二烷基醚鱼腥香ND0.087 48 ±0.099 84其他类11 种
注：ND 表示未检出。
2.3.2 酶解处理前后梨汁风味主成分分析(principal component analysis,PCA)
主成分分析结果如图4 所示,第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)共解释了样品总变异的80.98%(PC1：59.12%,PC2：21. 86%),这表明PCA 模型具有较好的解释能力,能够有效反映样品间的差异特征。 PJ(粉色点)集中在PC1 的负半轴区域,ETPJ(蓝色点)集中在PC1 的正半轴区域,酶解前后梨汁的挥发性成分组成存在显著统计学差异,PC1 是区分2 组的核心维度(对应之前成分分析中2-辛酮、2-己烯醛等差异显著的化合物)。 PJ 的点聚集紧密,说明未酶解梨汁的挥发性成分组成重复性好、个体波动小;ETPJ 的点虽略有分散,但仍集中在同一区域,表明酶解处理后的成分波动在可接受范围内,整体组内一致性仍较高。 PCA 图直观地显示了酶解前后梨汁的挥发性成分差异显著,PC1 是主要区分维度,组内重复性较好,组间分离明显,验证了酶解处理显著改变了梨汁的挥发性成分组成。
图4 酶解处理前后梨汁挥发性成分PCA 图
Fig.4 PCA diagram of volatile components of pear juice before and after enzymatic treatment
2.3.3 酶解处理前后梨汁风味正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares discrimination analysis,OPLS-DA)
OPLS-DA 散点图及置换检验图如图5 所示。 散点图里预测成分1 解释了71.8%的变异,PJ 与ETPJ在该维度完全分处正、负半轴且无重叠,组内点聚集稳定,说明酶解处理对梨汁挥发性成分的改变具有极显著、可重复的差异。 200 次置换检验验证了模型的可靠性,原始模型的R2 y =0.999、Q2 =0.989,置换后数据对应的指标远低于原始值且Q2 回归直线截距小于0,证明模型无过拟合,OPLS-DA 明确了酶解处理对梨汁挥发性成分的显著改变,确保了结论真实可信,与此前的成分差异结论形成了有效印证。
图5 酶解处理前后梨汁挥发性成分OPLS-DA 得分散点图、置换检验图
Fig.5 OPLS-DA score scatter plot and permutation test plot of volatile components of pear juice before and after enzymatic treatment
2.3.4 基于OPLS-DA 的特征差异挥发性成分解析
根据OPLS-DA 数据,绘制VIP 热图。 如图6-a所示,聚焦于对样品分类起核心驱动作用的关键化合物,这些物质的变量投影重要性(variable importance in projection, VIP)值均高于1.0 的判定阈值,意味着它们是区分PJ 与ETPJ 的核心标志物。 这些物质的定向变化正是酶解处理后梨汁风味从青草香、浓松木香的单一突出风格,转变为以青苹果香为主导、搭配花香、木质香等的多元协调风味的核心驱动。 此外,在48 个检测到的化合物中,根据OPLS-DA 模型计算绘制火山图(图6-b),通过VIP 值( ＞1.0)、P 值( ＜0.05)和FC(fold change)值(|log2FC| ＞2)进行多重筛选[27-29],确定了9 个显著上调,6 个显著下调的差异化合物,其余33 个化合物未达到显著性水平。 上调的9 种物质涵盖了1-庚醇、壬醛、2-己烯醛等风味物质,以及乙醇胺、丙二酰胺等弱风味物质,这类物质的上调会强化梨汁原本的青绿风味、补充甜香与花香风味,下调的6 种物质则包括乙酸丁酯、(E)-2-己烯醛、2,7-二甲基-1-辛醇等,其含量降低会削弱甜果香基底、浓郁青苹果香及木质果香,同时减少清新青草感。 这些物质的变化充分体现了酶解对梨汁挥发性成分及感官特征的特定调控作用。
图6 酶解处理前后梨汁挥发性成分VIP 值热图、火山图Fig.6 VIP value heatmap and Volcano plot of volatile components in pear juice before and after enzymatic treatment
挥发性成分聚类热图如图7 所示,揭示了15 种关键差异化合物在PJ 和ETPJ 样品中的相对含量变化模式。 使用Z-score 标准化的数据,通过颜色(粉色表示含量高,蓝色表示含量低)和大小直观地展示了化合物含量的相对变化。 热图列方向的聚类树将PJ 组与ETPJ 组完全分开,表明酶解处理前后的样品具有明显的区分度。 这种分组模式与之前的OPLSDA 结果相一致,进一步证实了酶解处理对梨汁挥发性成分的显著影响。 结合化合物的风味属性,热图颜色可直接对应风味差异,如(E)-2-己烯醛[2-hexenal,(E)-]在PJ 组中呈浅粉色,意味着PJ 的青草风味更突出,乙酸甲酯(acetic acid, methyl ester)在ETPJ 组中呈黄色,说明ETPJ 的水果香更鲜明,此外辛酸乙酯(octanoic acid,ethyl ester)的含量变化模式较为特殊,在ETPJ2 中含量较高,但在其他样品中表现出不同的分布特征,这可能反映了该化合物在酶解处理过程中的复杂转化过程。
图7 酶解处理前后梨汁挥发性成分聚类热图
Fig.7 Clustering heatmap of volatile components in pear juice before and after enzymatic treatment
综上,聚类热图可视化地验证了酶解显著改变梨汁挥发性成分,也直观展示了具体化合物的含量波动规律,同时通过组内一致性与聚类特征,进一步强化了数据的可靠性与物质变化的协同性。
3 结论
本研究明确了酶解对玉露香梨汁综合品质及风味的调控机制,酶解处理的梨汁相比未处理的营养指标显著提升,其中还原糖含量提高8.4 mg/mL、总酚含量提升至1.67 mg/mL,提高10.42%、黄酮含量提升至1.17 mg/mL,提高33.27%,并且DPPH 自由基、ABTS 阳离子自由基清除率也明显提高。 因此,运用复合酶酶解处理玉露香梨汁可以显著提升梨汁的营养价值,酶解处理还降低果汁的平均粒径从932.3 nm 降低至690.6 nm,增加了zeta 电位绝对值,更好地维持体系稳定性。 此外,酶解处理可以改善梨汁风味,使梨汁风味从青草,松木香的单一突出风格,转变为以青苹果香为主导、搭配花香、木质香等的多元协调风味,有效提升了梨汁的感官风味层次。 本研究结果为玉露香梨的高值化利用与功能性梨汁的开发奠定了基础,对促进玉露香梨产业的发展具有重要意义。
[1] Guan Y Q, Zhang Y, Gao C C, et al. Ozone reduces fruit decay in‘Yuluxiang’ pear during shelf life by altering surface microbial community structure[J]. Scientia Horticulturae, 2025, 353：114481.
[2] Yu W T, Zhang X N, Yan W W, et al. Effects of 1-methylcyclopropene on skin greasiness and quality of ‘Yuluxiang’ pear during storage at 20℃[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2024, 23(7)：2476 -2490.
[3] Amobonye A, Bhagwat P, Ruzengwe F, et al. Pear juice clarification using polygalacturonase from Beauveria bassiana：effects on rheological, antioxidant and quality properties[J]. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences, 2022：57 -67.
[4] Cai F G, Han J C, Zhu D H, et al. The effects of added cellulases and pectinases on ruminal fermentation parameters and bacterial communities in goats supplemented with Macadamia integrifolia husks：An in vitro study[J]. Animals, 2025, 15(22)：3337.
[5] Zhu X Q, Zhang S L, Duan J W, et al. The influence of different physical pretreatments on the enzymatic hydrolysis effect and flavor characteristics of high-temperature soybean meal[J]. Food Chemistry, 2025, 495：146549.
[6] Sheng X F, Huang M Z, Li T T, et al. Characterization of aroma compounds in Rosa roxburghii Tratt using solvent-assisted flavor evaporation headspace-solid phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry and gas chromatography-olfactometry[J]. Food Chemistry：X, 2023, 18：100632.
[7] Perreault V, Gouin N, Bérubé A, et al. Effect of pectinolytic enzyme pretreatment on the clarification of cranberry juice by ultrafiltration[J]. Membranes, 2021, 11(1)：55.
[8] Ninga K A, Carly Desobgo Z S, De S, et al. Pectinase hydrolysis of guava pulp：effect on the physicochemical characteristics of its juice[J]. Heliyon, 2021, 7(10)：e08141.
[9] 李远蓬, 朱棚伟, 何慧, 等. 果胶酶与半纤维素酶复合酶解制备费约果果汁的工艺优化[J]. 食品工业科技, 2024, 45(3)：179 -186.Li Y P, Zhu P W, He H, et al. Optimization of pectinase and hemicellulase complex enzymatic hydrolysis for the preparation of Feijoa fruit juice[J]. Science and Technology of Food Industry,2024, 45(3)：179 -186.
[10] Wang D Q, Ni Y, Li J W, et al. Comparison of the effects of different processing methods on the quality of pear paste：color, polyphenol compounds and antioxidant property[J]. Food Bioscience,2024, 61：104841.
[11] 李晨妍. 梨膏中Amadori 化合物的检测、调控及功能研究[D].无锡：江南大学, 2023.Li C Y. Detection, regulation and functionality study of Amadori compounds in pear syrup[D]. Wuxi：Jiangnan University, 2023.
[12] Romanet R, Sarhane Z, Bahut F, et al. Exploring the chemical space of white wine antioxidant capacity：a combined DPPH, EPR and FT-ICR-MS study[J]. Food Chemistry, 2021, 355：129566.
[13] Chao E P, Fan L P. Changes in polyphenolic compounds and antioxidant activities of seed-used pumpkin during hydrothermal treatment[J]. Food Chemistry, 2023, 414：135646.
[14] Zacarías-García J, Rey F, Gil J V, et al. Antioxidant capacity in fruit of Citrus cultivars with marked differences in pulp coloration：contribution of carotenoids and vitamin C[J]. Food Science and Technology International, 2021, 27(3)：210 -222.
[15] Tu T T, Yuan X H, Mao Y H, et al. Characterization of two pectic polysaccharides from Rosa roxburghii Tratt fruit and their protection on Bifidobacterium against antibiotic damage[J]. Food Bioscience,2025, 68：106340.
[16] Gao Y, Liao Y, Pei Y K, et al. Effect of different enzyme pretreatment on the structure and stability of soybean oil body[J].Food Chemistry, 2026, 498：147146.
[17] Carvalho J E, Gomes F R, Navas C A. Energy substrate utilization during nightly vocal activity in three species of Scinax (Anura/Hylidae)[J]. Journal of Comparative Physiology B, 2008, 178(4)：447 -456.
[18] Toy J Y H, Lu Y Y, Huang D J, et al. Enzymatic treatment, unfermented and fermented fruit-based products：current state of knowledge[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2022, 62(7)：1890 -1911.
[19] Kallel F, Chaibi Z, Neifar M, et al. Effect of enzymatic treatments and microfiltration on the physicochemical properties and antioxidant activities of two Tunisian prickly pear juices[J]. Process Biochemistry, 2023, 132：140 -151.
[20] 朱丹实, 张越怡, 党悦怡, 等. 加工过程对NFC 苹果浊汁营养品质的影响[J]. 中国食品学报, 2020, 20(4)：100 -107.Zhu D S, Zhang Y Y, Dang Y Y, et al. Effects of production process on the nutritional quality of NFC cloudy apple juice[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology,2020, 20(4)：100 -107.
[21] Bu
ko S, Katona J, Petrovic' L, et al. The influence of enzymatic hydrolysis on adsorption and interfacial dilatational properties of pumpkin (Cucurbita pepo) seed protein isolate[J]. Food Biophysics, 2018, 13(3)：217 -225.
[22] Cao X H, Zhao Y T, Wang Z N, et al. Effects of pretreatment on the quality and stability of blueberry juice[J]. IOP Conference Series：Earth and Environmental Science, 2019, 358(2)：022063.
[23] Zhu F M, Du B, Li J. Aroma enhancement and enzymolysis regulation of grape wine using β-glycosidase[J]. Food Science & Nutrition, 2014, 2(2)：139 -145.
[24] Hampel D, Robinson A L, Johnson A J, et al. Direct hydrolysis and analysis of glycosidically bound aroma compounds in grapes and wines：comparison of hydrolysis conditions and sample preparation methods：Glycoside analysis [ J]. Australian Journal of Grape and Wine Research, 2014, 20(3)：361 -377.
[25] Kaushik N, Rao P S, Mishra H N. Effect of high pressure and thermal processing on spoilage-causing enzymes in mango (Mangifera indica)[J]. Food Research International, 2017, 100：885 -893.
[26] Adelakun O E, Metcalfe D, Tshabalala P, et al. The effect of pectinase enzyme on some quality attributes of a Nigerian mango juice[J]. Nutrition & Food Science, 2013, 43(4)：374 -383.
[27] Zheng A R, Wei C K, Wang M S, et al. Characterization of the key flavor compounds in cream cheese by GC-MS, GC-IMS, sensory analysis and multivariable statistics[J]. Current Research in Food Science, 2024, 8：100772.
[28] Tufariello M, Pati S, Palombi L, et al. Use of multivariate statistics in the processing of data on wine volatile compounds obtained by HS-SPME-GC-MS[J]. Foods, 2022, 11(7)：910.
[29] Lv W W, Jiao X X, Zhang Z W, et al. Correlation between volatile oxidation products and inflammatory markers in docosahexaenoic acid：insights from OPLS-DA and predictive modeling[J]. Food Bioscience, 2025, 63：105756.