板栗的酶促褐變特性及滅酶預(yù)處理研究

曾婷婷，張立彥，芮漢明

（華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640）

板栗的酶促褐變特性及滅酶預(yù)處理研究

曾婷婷，張立彥﹡，芮漢明

（華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640）

對(duì)凍藏板栗中多酚氧化酶（PPO）的活力及熱穩(wěn)定性進(jìn)行了比較，研究低糖板栗果脯滅酶預(yù)處理及其對(duì)后續(xù)滲糖過(guò)程的影響。結(jié)果表明：板栗中影響褐變的酶主要有PPO和POD，其中PPO較POD熱穩(wěn)定性略高。凍藏后的板栗中PPO最適溫度及pH分別為20℃和6.5。板栗加工中應(yīng)以板栗PPO活力降至8%以下作為是否滅酶充分的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)與熱水燙漂滅酶、蒸汽滅酶比較發(fā)現(xiàn)，微波熱燙處理可抑制低糖板栗果脯加工過(guò)程中的褐變，并有助于提高滲糖效率。微波滅酶的最佳條件是：功率密度4W/g，處理6min。

板栗，酶促褐變，微波熱燙

板栗原產(chǎn)我國(guó)，屬殼斗科栗屬（Castaneamiu）植物，是最早栽培的經(jīng)濟(jì)樹種之一。板栗是經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的干果之一，營(yíng)養(yǎng)十分豐富，其栗果中含有人體必需的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪和其他微量元素，是人們理想的食物來(lái)源[1]。目前我國(guó)板栗多以生栗原料銷售，板栗加工主要屬于粗加工[2-3]，板栗制品的花色品種不多，科技含量不高，加工技術(shù)比較落后。在板栗加工過(guò)程中，褐變是影響產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要問(wèn)題。它不僅影響板栗制品的外觀、風(fēng)味，還會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失，甚至食品的變質(zhì)。板栗的褐變包括酶促褐變和非酶促褐變[20]。酶促褐變主要是由多酚氧化酶（PPO）和過(guò)氧化物酶（POD）引起栗果中的酚類與單寧等成分氧化而產(chǎn)生的顏色變化[4]。通常，食品加工過(guò)程中采用燙漂的方法使PPO失活[5]。但是熱水燙漂滅酶容易使原料香味損失，影響口感和風(fēng)味。微波熱燙滅酶是一種較新的滅酶方式，它能迅速升溫，瞬時(shí)達(dá)到滅酶的效果[6]。國(guó)外已將微波用于加熱蔬菜、水果，進(jìn)行酶滅活的處理，避免了沸水或蒸汽“煮白”造成的物料的水溶性維生素和汁液的流失。本文對(duì)凍藏板栗的PPO活力進(jìn)行了研究，同時(shí)對(duì)板栗進(jìn)行微波熱燙滅酶，通過(guò)與熱燙滅酶、蒸汽滅酶比較，研究微波滅酶的效果及對(duì)后續(xù)滲糖過(guò)程的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮板栗 陽(yáng)朔中果紅油栗，市售；凍藏板栗 陽(yáng)朔中果紅油栗，市售板栗在-18℃下凍藏30d；PVP（聚乙烯吡咯烷酮）、PEG（聚乙二醇）、鄰苯二酚、愈創(chuàng)木酚、高錳酸鉀、碘化鉀、硫代硫酸鈉、雙氧水H2O2、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉（磷酸緩沖液） 均為分析純。

WD800G型Galanz微波爐 佛山市格蘭氏微波爐電器有限公司；NN-GS585M型松下變頻微波爐上海松下微波爐有限公司；Spectrumlab 22PC型紫外分光光度計(jì) 上海棱光技術(shù)有限公司；D2KW02電熱恒溫鍋 北京市永光明醫(yī)療儀器廠；Center 309 Datalogger thermometer Center Technology Corporation；pHS-3C型精密酸度計(jì) 上海大普儀器有限公司；80-2離心機(jī) 上海悅豐儀器儀表有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 酶的提取方法 取板栗仁100g，迅速加入200mL含1%PVP（w/v）和1%PEG的0.2mol/L磷酸緩沖溶液（pH7.0，預(yù)冷至4℃），迅速用高速組織搗碎機(jī)在5000r/min轉(zhuǎn)速下勻漿30s，勻漿液在4℃左右以7800r/min的速度離心10min，離心之后的上清液即為粗酶液，置4℃冰箱保存。

1.2.2 PPO活力測(cè)定方法 依次向試管中迅速加入0.2mol/L磷酸鹽緩沖液（pH7.0）1.8mL和0.2mol/L鄰苯二酚1.0mL，搖勻在30℃水浴中預(yù)熱10min，然后加入0.2mL粗酶液并鼓泡混勻，立即在410nm測(cè)定吸光值的變化。從酶液加入后開始計(jì)時(shí)，每1min記錄一次吸光度值，共記錄5min，對(duì)照不加酶液，重復(fù)測(cè)3次。

以1min吸光值增加0.001為一個(gè)酶活力單位（U），酶活力計(jì)算公式如下：

式中：XPPO-PPO酶活力，U/mL；U-酶活力單位，U；V-粗酶液體積，mL。

1.2.3 POD活力測(cè)定方法 依次向試管中加入0.2mol/L的磷酸鹽緩沖溶液（pH7.0）2.9mL、0.05mol/L的愈創(chuàng)木酚1mL和2%H2O21mL，30℃水浴預(yù)熱10min，再加入0.1mL酶液，立即在波長(zhǎng)470nm處測(cè)定吸光值的變化，從加入酶液時(shí)開始計(jì)時(shí)，記錄每隔1min的吸光度值，共記錄5min，對(duì)照不加酶液，重復(fù)測(cè)3次。

以1min吸光值增加0.001為一個(gè)酶活力單位（U），酶活力計(jì)算公式如下：

1.2.4 酶相對(duì)殘余活力計(jì)算方法 相對(duì)殘余酶活（%）=處理后樣品中的酶活/板栗原始酶活×100%

1.2.5 褐變值的測(cè)定 取樣品3g用粘磨磨碎，加10倍體積的水，在3500r/min的離心機(jī)中離心20min，去掉沉淀物，過(guò)濾后在分光光度計(jì)420nm處測(cè)定總褐變的吸光值。取0.1mL樣液加10mL水，280nm處測(cè)非酶褐變的吸光值。

1.2.6 微波滅酶處理與其它護(hù)色處理方式的比較對(duì)去殼后的板栗進(jìn)行如下處理后，比較其褐變吸光度值，分析其護(hù)色效果。另外通過(guò)比較不同護(hù)色處理后滲糖過(guò)程中果脯總糖含量的變化，分析不同護(hù)色處理對(duì)滲糖效果的促進(jìn)作用。

a.對(duì)照：不作任何處理，直接用40%的蔗糖液浸糖20h。

b.NaHSO3處理：用0.5%的NaHSO3溶液浸泡煮制20min，漂洗、瀝干用40%的蔗糖液浸糖20h。

c.煮制處理：將栗仁放入沸水中小火維持20min，然后瀝干用40%的蔗糖液浸20h。

d.冷凍處理：將栗仁置于冰箱中凍結(jié)1h，達(dá)到中心溫度-20℃，然后室溫解凍，用40%的蔗糖液浸糖20h。

e.微波處理：栗仁經(jīng)微波滅酶最佳工藝處理后，瀝干用40%的蔗糖液浸糖20h。

2 結(jié)果與討論

2.1 凍藏板栗PPO性質(zhì)的研究

2.1.1 溫度對(duì)板栗中PPO活力的影響 將新鮮板栗及凍藏板栗中的PPO分別在0～100℃下保溫10min，迅速冷卻后分別測(cè)定PPO活性，結(jié)果見圖1所示。

圖1 溫度對(duì)板栗PPO活力的影響

由圖1可知，凍藏后PPO在10～20℃和50℃左右酶活性較高，在60℃以上時(shí)，PPO開始受熱鈍化，熱穩(wěn)定性下降，80℃處理10min已經(jīng)基本失活。新鮮板栗PPO在20～50℃范圍內(nèi)活力較強(qiáng)。一般果蔬PPO在37～45℃時(shí)活性最高，50℃受到抑制，90℃時(shí)只需1min即可失活[7]，因此板栗中的PPO耐冷性和耐熱性都相對(duì)較高，作用的溫度范圍大，這也是板栗容易褐變的一個(gè)重要原因。與新鮮板栗相比，凍藏處理后的板栗PPO的耐冷性增強(qiáng)。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該避開PPO適合的溫度作用范圍，從而減緩由于PPO引起的褐變。

2.1.2 pH對(duì)凍藏板栗PPO活力的影響 研究了pH對(duì)凍藏板栗中PPO活力的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH對(duì)凍藏板栗PPO活性的影響

從圖2中可以看出，反應(yīng)體系的pH對(duì)PPO活力影響較明顯。pH在6.5時(shí)，PPO的活力達(dá)到最大；pH在小于4及大于8時(shí)，PPO活力受到顯著抑制。其原因主要在于PPO為含銅蛋白質(zhì)，在較強(qiáng)的酸性條件下，輔基銅將以銅的形式解離出來(lái)，從而使酶失活；而在堿性條件時(shí)，輔基銅會(huì)解離成氫氧化銅，使酶活力顯著降低。黎繼烈研究了新鮮板栗的最適pH在6.2～6.6之間[8]，這與本結(jié)論基本相符。說(shuō)明凍藏處理后的PPO的最適pH基本保持不變，生產(chǎn)中應(yīng)避開這段范圍。

2.2 凍藏板栗的PPO和POD熱穩(wěn)定性比較

對(duì)比研究了凍藏板栗中PPO及POD的熱穩(wěn)定性，結(jié)果見圖3所示。由圖3可見，凍藏板栗PPO的熱穩(wěn)定性比POD好。相同處理?xiàng)l件下，當(dāng)POD的相對(duì)殘余酶活降至8%時(shí)，PPO尚有較高活力（19.4%）[9]。因此，凍藏板栗滅酶應(yīng)以PPO活力作為標(biāo)準(zhǔn)。PPO活力隨著時(shí)間的變化在剛開始時(shí)下降明顯，在后期下降趨于緩慢，在低于8%時(shí)相對(duì)變化較小，因此應(yīng)以板栗PPO活力降低至8%以下作為滅酶充分的標(biāo)準(zhǔn)[10]。

圖3 熱處理時(shí)間對(duì)凍藏板栗PPO和POD相對(duì)殘余活性的影響

2.3 不同滅酶方式對(duì)板栗PPO活力的影響

研究了三種不同的滅酶方法：微波滅酶（4W/g）、熱水燙漂滅酶、蒸汽滅酶對(duì)凍藏板栗PPO活力的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同滅酶方法對(duì)凍藏板栗PPO活力的影響

由圖4可知，三種熱燙方式中采用4W/g功率密度的微波滅酶作用效果是最佳的，蒸汽滅酶的作用效果最差。微波的作用機(jī)制能讓介質(zhì)快速升溫，加速滅酶效果，同時(shí)微波本身還會(huì)對(duì)酶的蛋白結(jié)構(gòu)有強(qiáng)烈的破壞作用而使之失活[11]。

2.4 微波滅酶工藝的確定

2.4.1 微波處理?xiàng)l件對(duì)凍藏板栗PPO酶活力的影響從圖5可看出，微波處理對(duì)凍藏板栗PPO的鈍化作用很明顯，在2W/g的功率密度條件下，微波處理8min可使PPO的活力降到8%以下。而當(dāng)微波功率密度為12W/g時(shí)，微波處理3min可使PPO的活力降到8%以下。當(dāng)微波功率密度小于6W/g時(shí)，微波對(duì)PPO活力的影響分三個(gè)階段，初期酶活力的降低比較緩慢，而中期有加速過(guò)程，當(dāng)其相對(duì)活力為20%左右時(shí)又進(jìn)入了緩慢降低階段。而微波功率密度大于6W/g時(shí)，PPO活力的變化基本是一個(gè)急速降低的過(guò)程[12]。

圖5 微波處理對(duì)凍藏板栗PPO酶活力的影響

2.4.2 微波滅酶對(duì)板栗非酶褐變的影響 在微波滅酶處理過(guò)程中，板栗會(huì)發(fā)生褐變，主要屬于非酶褐變。本文研究了微波處理?xiàng)l件對(duì)板栗非酶褐變的影響，結(jié)果如圖6所示。

圖6 微波對(duì)板栗非酶褐變的影響

由圖6可以看出，隨著微波功率密度的增加，非酶褐變不斷加劇。并且初期增長(zhǎng)緩慢，隨著時(shí)間的增加，增長(zhǎng)速率不斷增加。這主要是由于微波的加熱機(jī)制并不是勻速加熱，并且隨著加熱時(shí)間增長(zhǎng)，溫度不斷增加，美拉德反應(yīng)加劇。后期可能還會(huì)出現(xiàn)焦化現(xiàn)象。之前的研究結(jié)果顯示，功率密度為2W/g的條件下，微波滅酶所需時(shí)間是8min；功率密度4W/g條件下，微波滅酶所需時(shí)間是6min；6W/g板栗仁時(shí)是5min。從滅酶過(guò)程中微波對(duì)板栗非酶褐變的影響來(lái)看，不同功率密度下板栗褐變急劇增加的時(shí)間不同，2W/g時(shí)是8min，4W/g時(shí)是6min，6W/g時(shí)是4min，由此可見當(dāng)微波功率密度大于4W/g滅酶后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的非酶褐變，從而影響滅酶的效果。因此板栗微波滅酶的最佳條件是4W/g功率密度下處理6min。

2.5 不同護(hù)色方式對(duì)低糖板栗果脯滲糖過(guò)程的影響

在果脯制作過(guò)程中滲糖速度的快慢是整個(gè)加工過(guò)程快慢的決定因素。通過(guò)測(cè)定糖液中的糖度來(lái)確定不同護(hù)色處理工藝對(duì)低糖板栗果脯滲糖過(guò)程的影響。圖7表明微波滅酶處理后的樣品糖液滲透速度最快，并且只要2h就達(dá)到滲透平衡，水煮處理次之。NaHSO3處理與水煮處理比較，在煮制過(guò)程中，NaHSO3對(duì)組織有一定的破壞作用，增加了水煮時(shí)的滲透速率。凍藏過(guò)程中，板栗的水分形成結(jié)晶，冰結(jié)晶對(duì)組織有一定的破壞作用，在解凍后組織脫水嚴(yán)重，組織質(zhì)地變軟，糖液滲透過(guò)程中糖液可以更快地滲透進(jìn)組織內(nèi)部。由上可見微波滅酶處理不但能夠有效抑制果脯加工過(guò)程中的褐變，而且有助于提高滲糖效率。

圖7 不同預(yù)處理方式對(duì)滲糖速率的影響

測(cè)定了經(jīng)過(guò)上述不同護(hù)色工藝處理后制備的低糖板栗果脯的含糖量及褐變值，結(jié)果見表1所示。

表1 不同護(hù)色處理工藝下低糖板栗果脯含糖量及褐變值

從表1可以看出，微波滅酶后所得到板栗果脯的總糖含量最高。微波加熱后的樣品由于內(nèi)部水分子的急劇汽化使得板栗組織膨脹，形成細(xì)小通道，通透性增加，蔗糖分子較易進(jìn)入組織內(nèi)部，所以總糖含量較高。經(jīng)煮制處理后的板栗果脯總糖含量要明顯高于沒(méi)有煮制的樣品，且高于凍藏板栗樣品。所以高溫對(duì)提高滲透速度有很大的影響。

NaHSO3處理能明顯改善樣品的褐變特性，微波處理效果次之。微波能在瞬時(shí)達(dá)到高溫所以能夠鈍化酶，但由于其作用時(shí)間短又不會(huì)明顯地加速非酶褐變，所以使整體褐變程度降低。由于NaHSO3處理在護(hù)色作用的可行性存在爭(zhēng)議，所以在低糖板栗果脯加工中采用微波處理滅酶護(hù)色可以達(dá)到安全、無(wú)殘留的目的。

3 結(jié)論

3.1 溫度在20℃，pH在6.2～6.6的條件下新鮮板栗的PPO有最高的活力。而凍藏處理后的板栗PPO最適溫度降為10℃，最適pH在6.2～6.6之間。凍藏板栗中PPO的熱穩(wěn)定性比POD好。

3.2 對(duì)凍藏板栗進(jìn)行滅酶，得出微波滅酶效果最好，熱水燙漂次之，蒸汽滅酶效果最差。最佳的微波滅酶條件是：微波功率密度為4W/g條件下處理6min。微波滅酶處理不但能夠有效抑制果脯加工過(guò)程中的褐變，而且有助于滲糖過(guò)程，提高生產(chǎn)效率。

[1]王向紅.不同品種板栗的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和品質(zhì)分析[J].食品科技,2004（2）:95-97.

[2]李全宏.板栗長(zhǎng)期貯運(yùn)技術(shù)及其生理變化規(guī)律的研究[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),1992.

[3]Jinsen Xu.The effect of low-temperature storage on the activity of polyphenol oxidase in Castanea henryi chestnuts[J].Postharvest Biology and Technology,2005,38:91-98.

[4]李月玲,張子德,王磊,等.速溶板栗粉加工過(guò)程中護(hù)色劑與穩(wěn)定劑的研究[J].保鮮與加工,2008（2）:52-55.

[5]高路.紫甘薯多酚氧化酶最適底物研究[J].糧食與油脂,2010（10）:27-28.

[6]徐俐，鄧芳,楊永祥.微波滅酶在山藥全粉加工過(guò)程中的應(yīng)用探討[J].食品科學(xué)，2004，25（10）:158-161.

[7]趙晨霞.果蔬貯藏加工技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2004：212-213.

[8]RobertCSoliva-Fortuny,PedroElez-Martinez,MerceSebastian-Caldero,et al.Kinetics of polyphenol oxidase activity inhibition and browning of avocado puree preserved by combined methods[J].Journal of Food Engineering,2002,55:131-137.

[9]黎繼烈,陳永安，唐松元，等.板栗產(chǎn)品的褐變及護(hù)色方法研究[J].林業(yè)科技通訊,2001（10）:10-12.

[10]Underhill S J R,et al.Cellular localization of polyphenol oxidase and peroxidase activity in litchi chinensis Sonn.pericarp[J].Australian Journal of Plant Physiology,1995,22（4）:627-632.

[11]屠用利.赤蘚糖醇與無(wú)糖糖果[J].食品工業(yè)，2000（6）：13-14.

[12]郭森.低糖果脯加工技術(shù)及保藏性研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué),2003.

Study on enzymatic browning and blanching methods of chestnut

ZENG Ting-ting,ZHANG Li-yan*,RUI Han-ming

（College of Light Industry and Food Sciences,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China）

The activity and thermal stability of polyphenol oxidase (PPO)in frozed chestnut were studied.The blanching methods and their effects on candying processing of chestnut were also investigated.Results showed that the thermal stability of PPO was higher than POD，the optimum temperature and pH of PPO were 20℃，6.5 respectively.When the relative activity of PPO was decreased to less than 8%，the enzymes causing browning in chestnut were estimated to be inactivated enough.Compared with the way of hot water and steam blanching，enzymatic browning in chestnut was inhibited efficiently by microwave blanching，and the sugar impregnation into chestnut was enhanced too in the processing of low-sugar candied chestnut.The optimal treatment of microwave blanching was that chestnut was heated at 4W/g power indensity for 6min.

chestnut；enzymatic browning；microwave blanching

TS201.2

A

1002-0306（2011）10-0110-04

2010-11-30 *通訊聯(lián)系人

曾婷婷（1986-），女，研究生，研究方向：食品加工與保藏。

廣東省科技計(jì)劃農(nóng)業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目（2010B020312004）。