《食品科學》：河南省農業科學院王趙改研究員等：凍融處理對香椿品質和風味的影響

香椿（

Toona sinensis

(A. Juss.) Roem），系楝科香椿屬落葉喬木，源自中國。香椿嫩芽作為我國傳統的木本蔬菜，因具有獨特風味和豐富的營養價值而深受消費者喜愛。為了延長香椿的貯藏期，并最大限度地保持其特有的風味和營養成分，常用凍藏處理香椿。然而凍藏期間會不可避免地出現多次冷凍-解凍現象，凍融過程中的冰晶生成和溶解也會對細胞結構造成破壞，從而影響食品的質地和風味。

有學者發現凍融循環（FTC）處理能夠提高食品的孔隙率，較大限度保留食品的色、香、味，是一種先進的食品非熱加工技術。

河南省農業科學院農產品加工研究中心的張樂、史冠瑩、王趙改*等旨在通過探討不同凍結溫度和FTC對香椿品質和風味的影響，以期為香椿的品質優化和風味提升提供技術支撐，進而提升香椿產品的市場競爭力，推動香椿產業鏈的提質增效。

1 水分分布

圖1顯示了不同FTC處理香椿的

T

2 弛豫時間 分布譜圖，每個峰代表1 種類型的水分，峰面積表征該相態水的相對含量大小，峰面積越大則該相態水含量越多。根據水分弛豫時間的不同，將

T

2弛豫曲線分成3 個部分：

T

21 （0.01～2.768 ms）、

T

22 （3.917～505.263 ms）和

T

23 （622.257～2 171.118 ms） ，分別代表水分與組織中其他物質的相互作用程度，即為強結合水、弱結合水和自由水。從圖1可以看出，同未處理香椿樣品的

T

2弛豫 時間曲線相比，經不同溫度和FTC處理后的香椿樣品的

T

2弛豫 時間曲線均向左移動，即

T

2弛豫 時間變短，并且凍結溫度越低、FTC處理次數越多，樣品

T

2弛豫 時間曲線向左迀移的距離越大，

T

2弛豫 時間越短。這主要是因為FTC處理導致香椿汁液流失，水分含量減少，致使

T

2弛豫 時間變短。大蒜經多次FTC處理后發生了相同現象。隨著FTC次數的增加，峰面 積

M

21 減小，而

M

22 、

M

23 峰面積值增加 ，說明經FTC處理后結合水向弱結合水、自由水轉移，使其相對含量增加，與劉興麗等利用FTC處理油條胚的研究結果一致。

2 FTC處理對香椿營養成分的影響

2.1 FTC處理對還原糖的影響

從圖2可以看出，FTC處理對還原糖含量有顯著影響（

P

＜0.05），不同凍結溫度處理均顯著高于未處理組，且隨著FTC次數增加呈現先增加后降低趨勢，其中－40 ℃經2 次FTC處理組的含量最高，達25.85 mg/g。可能因為凍融處理一定程度上破壞了細胞結構，導致細胞膜的通透性發生改變、孔隙增大，利于細胞內汁液流出，一定程度上使還原糖含量提升。研究也表明，為了對抗冷凍環境，果蔬內的淀粉和酸類物質自發進行溶解，為細胞膜提供糖原料進行低溫保護，是大多數果實在逆境環境中的生理拮抗現象。但隨著FTC次數增加，細胞結構損傷加重，汁液流失多，從而導致還原糖含量下降。

2.2 FTC處理對可溶性蛋白的影響

可溶性蛋白參與果蔬生理生化代謝過程，與果蔬的生長發育、成熟衰老、抗逆性等密切相關，常作為評價果蔬品質和營養的重要指標。與未FTC處理的樣品相比，不同冷凍溫度和FTC處理后樣品中可溶性蛋白質含量均顯著下降（

P

＜0.05）（圖3），可能是蛋白質隨著解凍后的水分流失而含量降低。其中－40 ℃經2 次FTC處理組的保留率最高，為4.39 mg/g，且不同FTC次數處理組差異顯著。－20 ℃和－80 ℃經1 次和3 次FTC差異不顯著。另外FTC處理會引起蛋白質結構發生改變和蛋白質分子的重新排列，使蛋白質的功能特性發生變化，故FTC處理也成為常見的蛋白物理改性方法。

2.3 FTC處理對VC的影響

VC為水溶性維生素，可促進人體細胞對鐵的吸收、清除自由基以及減緩動脈粥樣硬化等，但人體自身不能合成抗壞血酸，必須通過食用富含抗壞血酸的果蔬食品吸收到體內，VC含量是鑒定水果蔬菜產品品質的一個重要指標。如圖4所示，各處理組的VC含量均有一定程度的下降趨勢，其中－20 ℃冷凍組下降程度最高，且隨著FTC次數增多，下降速度明顯加快。－40 ℃和－80 ℃經1 次FTC時，下降幅度較小，VC含量分別為對照組的95.7%和96.6%。

3 FTC處理對香椿PPO和POD的影響

PPO和POD是果蔬體內細胞中廣泛存在的氧化還原酶，也是引起果蔬酶促褐變的關鍵酶，酶活性的變化與代謝反應密切相關，影響果蔬的營養、風味和外觀品質。如圖5所示，經不同凍結溫度和凍融次數處理的香椿嫩芽PPO活性均顯著高于未處理組，其中－20 ℃和－40 ℃凍結溫度條件下隨著FTC次數增加呈現先增加后降低趨勢。在不同凍結溫度下經2 次FTC后PPO活性無顯著差異。由于PPO常與組織內囊體膜結合在一起，呈結合態，在冷凍過程中冰晶生成使細胞結構受損，PPO則被大量釋放到細胞基質中，呈游離態，接觸氧氣、底物，從而激活PPO和POD等活性。隨著FTC次數的增加，PPO活性呈現下降趨勢，這是因為反復的FTC處理會導致細胞組織的進一步破壞和酶的失活。POD活性經不同凍結溫度和FTC處理均顯著高于未處理組，其中－20 ℃和－40 ℃隨著FTC次數增加呈現先增加后降低趨勢，－80 ℃則呈現降低趨勢。

4 FTC處理對香椿風味酶的影響

4.1 FTC處理對GGT活性的影響

GGT在谷胱甘肽的代謝路徑中發揮著重要作用，對含硫風味化合物合成途徑的中間體表現出廣泛的底物特異性。據報道，香椿風味前體物質首先通過該酶促反應得到丙烯基硫醇，再經過進一步反應后得到(

E,E

)二-(1-丙烯基)二硫醚和(

E,Z

)-二-(1-丙烯基)二硫醚等香椿關鍵風味物質。如圖6所示，GGT活性在不同凍結溫度下呈現出一致的趨勢，隨FTC增加呈先上升后下降趨勢。該酶主要分布在細胞膜的外表面，通過亞基和細胞膜相連，初次凍融通常會導致香椿細胞的機械性破壞，促進GGT的釋放，故均顯著高于未處理組。但隨著FTC次數的增加，細胞組織的破壞會進一步加劇，破壞酶的空間結構，導致酶的活性顯著下降。其中－20 ℃經2 次FTC處理組的GGT活性最高，為7.96 U/g，相比未處理組提高了119%。

4.2 FTC處理對LOX活性的影響

脂肪酸是合成大多數直鏈酯類物質的關鍵前體，LOX是脂肪酸代謝途徑初始過程中重要的限速酶，它通過將脂肪酸轉化為氫過氧化物，參與以脂肪酸為前體的直鏈酯合成，并催化亞油酸和亞麻酸產生 C 6 和C 9 化合物 。由圖7可知，經FTC處理后LOX活性均顯著升高（

P

＜0.05），其中在－20 ℃和－40 ℃隨著FTC次數增加而增大，在－80 ℃則呈現先增加后降低趨勢。

4.3 FTC處理對ADH活性的影響

ADH是醇類物質合成的關鍵酶，存在于醛和醇之間的內在轉換中，使醛先轉化為酸或醇后再進一步轉化為酯類化合物，它可以為酯類化合物的合成提供前體。如圖8所示，ADH活性在－20 ℃和－80 ℃凍結溫度條件下隨FTC增加呈現一致趨勢，即先上升后下降趨勢，均為經2 次FTC處理時的酶活性最高，在－40 ℃凍結溫度條件下隨FTC增加而升高。在－40 ℃經3 次FTC和－80 ℃經2 次FTC處理組ADH活性比較高且兩組間沒有顯著差異，其中在－80 ℃經2 次FTC處理ADH活性最高，相比未處理組升高了75%左右。

5 FTC處理對氨基酸的影響

經2 次FTC處理的樣品品質較好，故對其進一步進行風味分析。由表1可以看出，經FTC處理后總氨基酸含量顯著升高（

P

＜0.05）。香椿樣品中含有8 種人體必需氨基酸，且必需氨基酸含量豐富。依據氨基酸呈味特性將其分為4 類，其中呈鮮味的氨基酸為天冬氨酸Asp、谷氨酸Glu，呈甜味為蘇氨酸Thr、絲氨酸Ser、甘氨酸Gly、丙氨酸Ala、脯氨酸Pro，呈苦味為纈氨酸Val、蛋氨酸Met、異亮氨酸Ile、亮氨酸Leu、苯丙氨酸Phe、組氨酸His、精氨酸Arg，無味為酪氨酸Tyr、賴氨酸Lys。所有樣品均為鮮味氨基酸含量最高，為1.79～2.55 g/100 g，這也是香椿味道鮮美的主要原因。在－80 ℃經2 次FTC處理后樣品的鮮味氨基酸含量提高了42.5%，氨基酸總量提高了38.4%，說明FTC處理對香椿提味效果顯著。FTC處理導致細胞結構的破壞，使得原本結合在細胞內的氨基酸轉化為游離態，導致其含量增加，另外可能激活了某些酶促反應，分解蛋白質并釋放氨基酸，從而使游離氨基酸含量顯著增加。

6 FTC處理對香椿揮發性化合物的影響

6.1 感官評價結果

為了評估新鮮香椿以及經FTC處理的香椿樣品的香氣特征，對香椿中綠色/青草味、熟洋蔥味/香椿類似味、泥土味、熟肉味、辛辣味和整體強度6 種氣味屬性進行評分，由圖9可知，從整體氣味輪廓來看，經FTC處理的香椿樣品總體香氣特征與新鮮香椿非常相似，在整體強度、熟洋蔥/香椿類似風味以及熟肉味屬性上均高于未處理組。

6.2 揮發性化合物定性和定量分析

采用GC-IMS對不同凍結溫度下香椿樣品經2 次FTC處理樣品中揮發性化合物進行分析。利用離子遷移時間和保留指數對揮發性有機化合物進行定性鑒別，共檢測出80 個色譜信號峰，定性出54 種揮發性化合物（表2），部分化合物濃度高會產生二聚體，它們保留時間與單體相近，但遷移時間不同，可區別開，單倍體、二聚體和三聚體分別以M、D和T表示。其中醇類5 種、醛類15 種、酸類2 種、萜烯類11 種、酮類3 種、酯類5 種、雜環類10 種和其他類3 種。醛類物質峰體積最大（圖10），占比最多，為27.40%～37.60%，包括丙醛、丁醛、3-甲基丁醛-M/D、2-甲基丁醛-M/D、戊醛-M/D、己醛-M/D、2-甲基-2-戊烯醛-M/D、(

E

)-2-己烯醛-M/D、5-甲基糠醛，多具有青草氣味、刺激性氣味、脂肪味以及果香。其次是萜烯類，占比20.18%～22.09%，包括

-蒎烯-M/D/T、月桂烯-M/D、

-水芹烯、檸檬烯-M/D、

-松油烯，具有樟腦、松木、檸檬、松油、香料味。醇類物質占比16.16%～19.93%，包括2,3-丁二醇、3-庚醇-M/D、芳樟醇、2-苯乙醇等，具有甜味、果味、柑橘、藍莓味、玫瑰花香。檢測到的雜環類物質占比9.56%～12.97%，主要為噻吩、呋喃及吡嗪類，具有木香、堅果、熟肉味、爆米花味。此外酯類占比6.92%～9.85%，酮類占比1.32%～2.58%。經FTC處理后總揮發性化合物的含量均有所提高，高達22.2%。

6.3 揮發性化合物的指紋圖譜分析

為更直觀可視化地探索不同FTC處理對香椿樣品中的揮發性化合物差異，采用GalleryPlot插件生成指紋圖譜（圖11），顏色深淺代表其濃度高低。斑點越亮說明揮發性化合物的濃度較高。化合物的單體和二聚體由具有相同化合物名稱的不同柱表示。未定性物質以阿拉伯數字編號。A區域為所有樣品中共有且峰體積較高的揮發性化合物，主要為醛類、醇類和萜烯類化合物，包括丙醛、己醛-D、(

E

)-2-己烯醛-M、芳樟醇、2-苯乙醇、

-蒎烯-M/D/T、月桂烯-M、

-水芹烯。B區域為在新鮮未處理組中峰體積較高的揮發性化合物，主要是酯類和醇類，包括3-庚醇-M、甲酸戊酯、甲酸葉醇酯、乙酸乙酯等。C區域為在－20 ℃和－40 ℃經2 次FTC處理組中出現的峰體積較高的揮發性化合物，主要是4-羥基-4-甲基-2-戊酮、5-甲基-2-甲酰基噻吩-D、(

E,E

)-2,4-庚二烯醛、1-羥基-2-丙酮、四氫呋喃、呋喃、戊醛-D/M、2-乙?；?1-吡咯啉-M/D等。D區域為在－80 ℃經2 次FTC處理組中出現的峰體積較高的揮發性化合物，主要是2-甲基-2-戊烯醛-M、3-甲基丁醛-D、乙酸、2-乙基吡啶、5-甲基糠醛、3-甲基丁醛-D、2-甲基丁醛-D、丁醛、2-丁酮等。

6.4 揮發性化合物的PLS-DA

PLS-DA是一種結合了PLS和DA的多變量統計分析方法，主要用于分類和判別問題。它是一種有監督的線性判別方法，特別適用于處理高維小樣本、多重共線性等問題。在PLS-DA中使用交叉驗證和置換檢驗可以評價模型的性能指標，

R

2 為模型的擬合能力，

Q

2 為對模 型預測能力的估計。以定性出的54 個化合物為x變量，以不同處理組香椿樣品為y變量，進行PLS-DA建立相關模型，模型的判別效果如圖12所示，

R

2 ＝0.991 51，

Q

2 ＝0.949 56 ，說明該模型的穩定性較好，具有良好的預測能力，第1組為鮮樣的樣點（第1象限），第2組為－20 ℃和－40 ℃經2 次FTC處理組的樣點（主要為第2、3象限），第3組為－80 ℃經2 次FTC處理組的樣點（第4象限）。

為了進一步分析不同處理組香椿樣品揮發性化合物的差異，計算并檢驗了PLS-DA模型的變量投影重要性（variable importance in projection，VIP）得分，并以“大于1”作為篩選標準，VIP值越大，表示該揮發性化合物在不同處理下的差異越顯著。最終篩選出11 種（VIP＞1）標志揮發性化合物，如圖13所示。其中，VIP值大于4的5-甲基-2-甲酰基噻吩-M是最為關鍵的區分因素，其次為己醛-D（VIP＞2），2-甲基-2-戊烯醛-D、吡咯、(

E

)-2-己烯醛-M、(

E,E

)-2,4-庚二烯醛、5-甲基-2-甲?；绶?D、2-乙酰基-1-吡咯啉-M、3-庚醇-D、四氫呋喃等VIP值也均大于1。5-甲基-2-甲?；绶院孔罡叩臑椋?0 ℃處理組，其次為－40 ℃處理組；己醛-D含量最高的為鮮樣。通過特征揮發性物質含量的差異熱圖（圖13右側）可知，在鮮樣中的特征揮發性物質為己醛-D和吡咯；－20 ℃處理組的特征揮發性物質是5-甲基-2-甲?；绶?M/D、(

E,E

)-2,4-庚二烯醛和2-乙?；?1-吡咯啉-M；－40 ℃處理組的特征揮發性物質是2-甲基-2-戊烯醛-M、(

E

)-2-己烯醛-M和四氫呋喃；－80 ℃處理組的特征揮發性物質是2-甲基-2-戊烯醛-D、3-庚醇-D。

7 酶活性與揮發性化合物相關性分析

將GGT、LOX和ADH 3 種香氣代謝合成酶活性與8 類化合物總含量進行相關性分析（圖14），結果表明：醛類與酸類之間存在顯著正相關關系（

P

＜0.05），與其他類之間呈極顯著正相關（

P

＜0.01），但與酯類呈顯著負相關（

P

＜0.05）；酸類與其他類之間呈極顯著正相關（

P

＜0.01），并與酯類呈顯著負相關（

P

＜0.05）；酯類則與其他類呈顯著負相關（

P

＜0.05）。GGT活性與雜環類呈高度正相關，與醛類、酸類、萜烯類、酮類及其他類呈正相關；而與醇、酯類呈高度負相關，這是因為香椿風味前體物質是通過該酶促反應轉化，雜環類中的噻吩化合物為香椿的關鍵風味成分。LOX活性與雜環類呈高度正相關，與醛類、酸類、萜烯類、酮類及其他類均呈正相關，因為醛類和酮類均屬不飽和脂肪酸氧化降解產物，而LOX活性與醇類和酯類呈負相關。ADH活性與醛類、酸類、萜烯類和其他類呈正相關，因為該酶存在于醛和醇之間的內在轉換中，而與醇類、酯類呈負相關，這是因為ADH介導的醇與醛、酮之間的相互轉化是一個可逆反應。

結論

不同凍結溫度和FTC處理對香椿營養成分、風味物質、酶活性等品質指標均有顯著影響。具體來說，經不同FTC處理后香椿樣品的水分含量減少，且結合水向弱結合水、自由水轉移?？扇苄缘鞍踪|和VC含量均顯著下降；還原糖含量顯著升高，且隨著FTC次數增加呈現先增加后降低趨勢。經不同凍結溫度和FTC處理PPO、POD和LOX的活性均顯著高于未處理組；GGT活性在不同凍結溫度下隨FTC增加均呈現出先上升后下降趨勢；ADH活性在－20 ℃和－80 ℃凍結溫度條件下隨FTC增加呈先上升后下降趨勢，且在－80 ℃經2 次FTC處理酶活性最高。鮮味氨基酸含量提高了42.5%，氨基酸總量提高了38.4%。在揮發性化合物方面，經FTC處理后含量增大或新出現了多種化合物，說明FTC處理有助于香椿風味增強。篩選出11 種標志揮發性化合物，其中VIP值大于4的5-甲基-2-甲?；绶?M是各處理最重要的區別因素。酶活性與揮發性化合物相關性分析顯示，GGT、LOX及ADH活性與醇、酯類均呈高度負相關，而與醛類、酸類、萜烯類、酮類及其他類呈正相關。

綜上所述，FTC處理有助于增強香椿風味，并且在－40 ℃經2 次FTC能夠較好地保持香椿原有品質。本研究為香椿的貨架期延長、加工工藝優化以及保持其天然風味提供了技術支撐，不僅有助于提升香椿產品的市場競爭力，也為其他類似蔬菜的加工提供了參考依據。但有關香椿FTC過程中的物理學特性變化以及FTC對微觀結構的影響，有待今后進一步研究和探索。

本文《凍融處理對香椿品質和風味的影響》來源于《食品科學》2025年46卷第15期286-296頁，作者：張 樂，史冠瑩，陳臻毅，蔣鵬飛，趙麗麗，史宇婷，張果，王趙改*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250121-155。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯：農夢琪；責任編輯：張睿梅。點擊下方 閱讀原文 即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網