蘋果渣果膠褐變的原因研究

撰文/何碧華 李衛(wèi)林

蘋果渣果膠褐變的原因研究

撰文/何碧華 * 李衛(wèi)林**

本文對(duì)以蘋果渣為原料提取的果膠發(fā)黑的原因進(jìn)行了研究。通過對(duì)果膠中蛋白質(zhì)含量的測(cè)定和對(duì)樣液中還原糖的測(cè)定分析，得出的結(jié)論是果膠在干燥過程中發(fā)生了Maillard反應(yīng)，而亞硫酸鈉實(shí)驗(yàn)顯示亞硫酸鹽能夠抑制果膠變黑，這一結(jié)果證明果膠褐變和美拉德反應(yīng)有關(guān)。

蘋果渣，果膠，褐變，美拉德反應(yīng)

果蔬加工企業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量的加工下腳料，比如果蔬的皮屑，核渣等，如果不能有效地進(jìn)行處理，這些廢物將會(huì)使企業(yè)的產(chǎn)品受到污染，并對(duì)造成環(huán)境造成不良影響。本文即對(duì)蘋果渣進(jìn)行研究以提取其中的果膠。但是，在提取果膠的過程中，在不同的提取條件下，溫度、pH值以及原料中成分的差異都會(huì)造成果膠產(chǎn)品的色澤出現(xiàn)異常。為了解決果膠色澤問題，本實(shí)驗(yàn)旨在通過分析蘋果渣的主要成分在果膠提取過程中的變化來確定褐變的主要原因，進(jìn)而提出合理的解決方案。

1、材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

亞硫酸鈉，硫酸銅，硫酸鉀，氫氧化鈉，硼酸，濃鹽酸，碳酸鈉，甲基紅，次甲基藍(lán)，無水乙醇，過氧化氫，葡萄糖,以上試劑均為分析純。

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮盛華儀器廠),數(shù)顯恒溫水浴鍋HH-4(國華電器有限公司),高速碎粉機(jī)(北京環(huán)亞天元機(jī)械技術(shù)有限公司),6173pH計(jì)(廈門索邁電子科技有限公司)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱取一定量的干燥至恒重的蘋果渣，量取等體積的蒸餾水，加入到樣品中，搖勻后放置24h。抽濾，將濾液濃縮，然后醇析，制得的果膠置于70℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥24h，比較果膠顏色。然后將濾渣再轉(zhuǎn)移至錐形瓶中，分別加入一定量的等量的pH值為1和2的酸液。置于相同溫度下水浴加熱相同時(shí)間，抽濾，將濾液濃縮，然后醇析，制得的果膠同樣置于70℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥24h，比較果膠顏色。

1.3 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定

蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用半微量凱式定氮法進(jìn)行。

1.4 還原糖含量的測(cè)定

采用堿性銅鹽（即菲林試劑）法測(cè)定還原糖的含量。

精確稱取一定量干燥至恒重的葡萄糖，配制成葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液。

用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)斐林試劑進(jìn)行標(biāo)定。然后用樣品溶液對(duì)已標(biāo)定的的斐林試劑進(jìn)行滴定，記錄所用體積。所用的體積越小，則說明樣液中含有的還原糖量越多。

準(zhǔn)確稱取等量已干至恒重的蘋果渣，分別量取等量的pH=1和pH=2的鹽酸溶液加入到樣品中。在同一溫度下水浴加熱相同時(shí)間。取出，分別量取10m L的樣品溶液，然后定容至250m L，然后用菲林試劑滴定以測(cè)定還原糖的含量。

1.5 亞硫酸鈉實(shí)驗(yàn)步驟

稱取一定量的干至恒重的蘋果渣兩份，按照一定的液料比加入已調(diào)至pH=1的鹽酸溶液，置于80℃水浴鍋中加熱1.5h，趁熱抽濾。為了保證濾液成分不出現(xiàn)大的差別，將抽濾所得的濾液合并，搖勻后再平均分開。然后一份加入一定量的亞硫酸鈉，使之充分溶解，另一份作對(duì)比。加入濾液4倍體積的無水乙醇，使果膠沉淀，然后抽濾。制得的果膠置于70℃的干燥箱中干燥24h。觀察兩組果膠的顏色。

2、結(jié)果與討論

2.1 果膠中成分含量

通過凱式定氮得知蘋果渣中的蛋白質(zhì)如表1、菲林試劑法測(cè)定蘋果渣中的還原糖的含量如表2。

由表2可以看出，滴定相同量的斐林試劑，消耗pH=1樣液的體積要明顯少于pH=2的樣液體積。也就是說，pH=1的樣液中的還原糖量要明顯高于pH=2的樣液。因此在醇析過程中，果膠沉淀時(shí)能夠包埋更多的還原性糖。

通過對(duì)樣品中的蛋白質(zhì)的測(cè)定及樣液中還原糖量的測(cè)定，結(jié)果表明，pH=1條件下提取果膠的樣液中含有較多的還原糖，果膠成品中含有較多的蛋白質(zhì)。

2.2 溶液pH對(duì)果膠色度的影響

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在采用水提和酸液提取時(shí)，所得產(chǎn)品的色度有明顯的分別（如表3）。

用水提取的果膠顏色為亮黃色，并未出現(xiàn)變黑的現(xiàn)象，而加酸后pH=1條件下提取的果膠出現(xiàn)變黑的現(xiàn)象，pH=2條件下提取的果膠沒有變黑。證明果膠顏色確實(shí)與pH值有關(guān)。

初步推斷，在pH=1條件下提取的果膠變黑的原因很可能是在條件，比如溫度，水分含量，pH值等適宜的時(shí)侯發(fā)生了Maillard反應(yīng)。Maillard反應(yīng)的影響因素為：反應(yīng)在酸堿條件下均可發(fā)生，但是蘋果渣提取果膠時(shí)酸性環(huán)境會(huì)包埋更多的蛋白質(zhì)，而氨基酸、肽類、蛋白質(zhì)、胺類均與褐變有關(guān)；另一個(gè)主要因素是果膠干燥時(shí)的溫度，溫度相差10℃，褐變速度相差3-5倍，一般在30℃以上褐變加快；提取或者干燥時(shí)的相對(duì)濕度也是一個(gè)重要的影響因素。

酸度的增加會(huì)促進(jìn)多糖的水解產(chǎn)生單糖，而單糖更容易發(fā)生美拉德反應(yīng)，造成褐變；而較低酸度時(shí)蛋白質(zhì)可能沒有達(dá)到其等電點(diǎn)，抽濾時(shí)蛋白質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)移到濾液中，而在pH=2的條件下可能在蘋果渣中蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)附近，使得一部分蛋白質(zhì)留在濾渣中，濾液中蛋白質(zhì)含量相對(duì)減少。在醇析過程中，pH=1的樣品中，果膠沉淀包埋了更多的單糖和蛋白質(zhì)，兩者相比，相同條件下pH=1的樣品更容易發(fā)生褐變。

2.3 亞硫酸鈉試驗(yàn)

亞硫酸鹽是廣泛使用且有效的美拉德反應(yīng)褐變抑制劑。通常使用的亞硫酸鹽包括了一組化合物，主要有亞硫酸鈉Na2SO3、亞硫酸氫鈉N aH SO3、焦亞硫酸鈉N a2S2O5、保險(xiǎn)粉Na2S2O4。

亞硫酸鹽能夠抑制美拉德反應(yīng)發(fā)生褐變，在于加成反應(yīng)反應(yīng)物的羰基可以和亞硫酸根結(jié)合形成加成化合物，其加成物能與氨基化合物縮合，但縮合產(chǎn)物不能再進(jìn)一步生成Schiff 堿和N-葡萄糖基胺,阻止了美拉德反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生，因而有明顯的抑制效果。此外，亞硫酸根還能與中間產(chǎn)物的羰基結(jié)合形成加成化合物，該加成化合物的褐變活性遠(yuǎn)低于氨基化合物和還原糖所形成的中間產(chǎn)物，使得生成類黑精的反應(yīng)難以發(fā)生。

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加成的結(jié)果使有機(jī)物失去雙鍵或減少雙鍵，因而消除或者降低使顏色變化的因素影響，因此亞硫酸鹽抑制美拉德反應(yīng)褐變主要是因?yàn)閬喠蛩猁}捕獲了強(qiáng)褐變活性的中間體，而生成了褐變活性很低的中間產(chǎn)物，從而抑制了美拉德反應(yīng)。亞硫酸鹽的試驗(yàn)的結(jié)果如表4。

由表4可以看出，亞硫酸鈉對(duì)褐變有明顯的抑制作用，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了果膠變黑的原因是發(fā)生了Maillard反應(yīng)。

3、結(jié)論

在果蔬加工過程中出現(xiàn)褐變情況主要原因是酶促褐變和非酶促褐變，酶促褐變發(fā)生的條件要求有多酚類物質(zhì)、酚酶以及氧，而在處理此類褐變時(shí)的手段：加熱處理、調(diào)節(jié)pH以及驅(qū)除氧法。

而對(duì)于非酶促褐變，本試驗(yàn)進(jìn)行的條件：溫度70℃，pH 1-2，蘋果中抗壞血酸即維生素C的含量豐富，就可起到消除氧的目的，因此通過本實(shí)驗(yàn)以確認(rèn)蘋果果膠生產(chǎn)中出現(xiàn)產(chǎn)品褐變是非酶促褐變。而通過對(duì)蛋白質(zhì)和對(duì)還原糖的測(cè)定，可知pH=1條件提取的果膠中含有更多的蛋白質(zhì)，而且蘋果渣中二糖或多糖水解程度要大于在pH=2的條件下的水解程度，從而導(dǎo)致果膠濃縮液中含有了更多的還原性糖。所以果膠生產(chǎn)中發(fā)生了Maillard 反應(yīng)，有了變黑的可能。可用亞硫酸鈉來抑制果膠(pH=1條件下制得)的褐變。

*福建廈門集美大學(xué)生物工程學(xué)院
**福建武夷山武夷學(xué)院茶學(xué)與生物系