蘋果多酚氧化酶特性及無硫護(hù)色脫水研究

劉樹興，王 樂

(陜西科技大學(xué)生命與工程學(xué)院，陜西西安710021)

蘋果多酚氧化酶特性及無硫護(hù)色脫水研究

劉樹興，王 樂*

(陜西科技大學(xué)生命與工程學(xué)院，陜西西安710021)

脫水蘋果片在加工過程中極易發(fā)生褐變。在對(duì)蘋果多酚氧化酶特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)得到最佳無硫護(hù)色劑組合，并初步確定真空干燥的條件。結(jié)果表明，蘋果多酚氧化酶的最適pH為6.0，最適溫度為36℃，100℃熱燙60s可使其完全失活。蘋果片的最佳無硫護(hù)色劑組合為0.6%檸檬酸、0.06%L-半胱氨酸、1.5%氯化鈉，在真空度為0.09MPa，溫度為50℃的條件下，可得到色澤較好的蘋果片。

脫水蘋果片，多酚氧化酶，無硫護(hù)色，真空干燥

蘋果 新鮮市售;檸檬酸、氯化鈉 食品級(jí);鄰苯二酚、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、甲醇、L-半胱氨酸分析純。

DZF型真空干燥箱、粉碎機(jī)FW-400A 北京科偉儀器有限公司;5810R型冷凍離心機(jī) 湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司;UV754紫外分光光度計(jì) 上海第三分析儀器廠;MF-50快速水分測(cè)定儀 上海禾工科學(xué)儀器有限公司;PB-10型pH測(cè)定儀 浙江賽因科學(xué)儀器有限公司;BCD-177AK型電冰箱 河南新飛電器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 蘋果粗酶液的提取 新鮮蘋果放入4℃冰箱中預(yù)冷30min，取出洗凈。稱取果肉1g，加入3mL 0.05mol/L磷酸緩沖液及少量石英砂，冰浴研磨，低溫離心(13000r/min，10min)，取上清液，即為粗酶液［3］。

1.2.2 PPO活性測(cè)定 反應(yīng)體系中加入1mL緩沖液，1.5mL 0.02mol/L鄰苯二酚，36℃保溫10min，迅速加入0.5mL酶液。在420nm下每隔30s測(cè)一次吸光值，共3min，重復(fù)測(cè)3次，以每分鐘吸光度改變0.001所需酶量為1個(gè)活力單位(0.001ΔA/min)［4］。

1.2.3 pH對(duì)PPO活性的影響 配制pH為2.0～8.0系列緩沖液，分別加入1.5mL 0.02mol/L鄰苯二酚和0.5mL酶液，按1.2.2方法測(cè)定不同pH對(duì)PPO活性的影響。

1.2.4 溫度對(duì)PPO活性的影響 吸取1mL緩沖液和1.5mL 0.02mol/L鄰苯二酚，分別在 20～80℃保溫10min，迅速加入0.5mL酶液，測(cè)定不同溫度對(duì)PPO活性的影響。

1.2.5 PPO的熱穩(wěn)定性 將蘋果粗酶液在100、90、80℃水浴中處理一定時(shí)間(10、20、30、40、50、60s)后，加入反應(yīng)體系，測(cè)定PPO的活性。

1.2.6 抑制劑對(duì)PPO活性的影響 用0.05mol/L磷酸緩沖液配制表1中不同濃度的抑制劑。在反應(yīng)體系中加入0.5mL抑制劑，混合反應(yīng)20min，再迅速加入0.5mL酶液，測(cè)定不同濃度抑制劑對(duì)PPO活性的影響。

表1 不同濃度抑制劑對(duì)PPO活性的影響

1.2.7 褐變度的測(cè)定 取數(shù)片蘋果片研磨成粉并過篩，稱取0.5g，按1∶10(W∶V)加入甲醇5mL，在40℃水浴鍋中浸提30min，立即冷卻，離心(13000r/min，10min)。取上清液在420nm下測(cè)定吸光度A420，褐變度BD以A420×10表示［5］。重復(fù)測(cè)定3次取平均值。

1.2.8 最佳無硫護(hù)色條件的確定 本實(shí)驗(yàn)選用檸檬酸、L-半胱氨酸、氯化鈉作為護(hù)色劑。蘋果經(jīng)去皮等預(yù)處理，切分成5mm厚的蘋果片，分別用不同濃度的護(hù)色劑處理，浸泡時(shí)間為20min，以初步確定護(hù)色劑適宜的濃度范圍，護(hù)色后的蘋果片，瀝干水分，置于真空干燥箱中脫水干燥。采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)方案，以檸檬酸、L-半胱氨酸及氯化鈉濃度、浸泡時(shí)間為考察因素，以蘋果片的褐變度為考察指標(biāo)，由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到最佳無硫護(hù)色劑組合。

1.2.9 蘋果片真空干燥實(shí)驗(yàn) 蘋果片經(jīng)最佳護(hù)色劑護(hù)色處理后，瀝干水分，均勻鋪放于真空干燥箱中進(jìn)行薄層干燥，至最終含水量為3%。保持真空度為0.09MPa，調(diào)節(jié)溫度分別為40、45、50、55、60℃，評(píng)價(jià)指標(biāo)為產(chǎn)品的褐變度、干燥時(shí)間及感官品質(zhì)，綜合比較得到最佳干燥條件。

表2 蘋果片感官指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 pH對(duì)PPO活性的影響

由圖1可知，蘋果多酚氧化酶的活性隨pH的增加而增加，在pH為6時(shí)，PPO活力最大為142ΔA/min，pH繼續(xù)增加，PPO活力開始下降。由此可知，pH對(duì)PPO活力影響顯著，偏酸或偏堿的條件都可對(duì)酶活性有較好抑制。對(duì)蘋果片進(jìn)行護(hù)色時(shí)，必須考慮pH的影響，可調(diào)節(jié)pH在2～3范圍內(nèi)。

圖1 pH對(duì)PPO活性的影響

2.2 溫度對(duì)PPO活性的影響

圖2表明，酶活力隨溫度的升高而發(fā)生較大變化，在36℃時(shí)達(dá)到最大值，當(dāng)溫度繼續(xù)上升時(shí)，酶活力顯著降低，在80℃條件下，酶活力僅為最大值的21%。因此在蘋果片加工過程中應(yīng)盡量避免多酚氧化酶的最適溫度即36℃。

圖2 溫度對(duì)PPO活性的影響

2.3 PPO的熱穩(wěn)定性

圖3顯示的是蘋果粗酶液經(jīng)100、90、80℃高溫處理10、20、30、40、50、60s后PPO的相對(duì)活性。經(jīng)高溫處理后，多酚氧化酶活性受到較大程度的抑制，溫度越高，處理時(shí)間越長(zhǎng)，抑制效果也越明顯。100℃水浴熱燙30s，大部分酶已失活，熱燙60s就可以使多酚氧化酶完全失活。在蘋果片加工的過程中，可以考慮使用高溫瞬間熱燙的方法來護(hù)色，但同時(shí)必須考慮到熱燙對(duì)果片風(fēng)味的不良影響。

圖3 PPO的熱穩(wěn)定性

2.4 抑制劑對(duì)PPO活性的抑制作用

由圖4可知，三種抑制劑對(duì)PPO活力的抑制效果依次為L(zhǎng)-半胱氨酸、檸檬酸、氯化鈉。L-半胱氨酸的抑制作用最顯著，隨著其濃度的增大，PPO的相對(duì)活性一直呈下降的趨勢(shì)，當(dāng)L-半胱氨酸濃度為0.06%時(shí)，PPO的相對(duì)活性僅為10%，當(dāng)其濃度繼續(xù)增大為0.08%時(shí)，PPO的相對(duì)活性為0。分析可能的原因是:L-半胱氨酸與酚氧化產(chǎn)物醌反應(yīng)生成一種新的無色物質(zhì)，避免醌與其他醌類、氨基酸、蛋白質(zhì)反應(yīng)生成有色物質(zhì);半胱氨酸還可通過與多酚氧化酶活性位點(diǎn)的銅離子不可逆結(jié)合，或者替代活性位點(diǎn)的組氨酸殘基而抑制酶活性［6］。

圖4 不同濃度護(hù)色劑對(duì)PPO活性抑制效果

檸檬酸護(hù)色原因有兩方面:第一，降低體系的pH，使其遠(yuǎn)低于蘋果多酚氧化酶的最適pH;第二，通過羧基與多酚氧化酶的輔基銅離子的螯合作用，抑制酶的活性［7］。增加檸檬酸溶液濃度，PPO活性下降，當(dāng)濃度為1.0%時(shí)，相對(duì)活性可降為36.1%。但考慮到此濃度會(huì)造成蘋果片口感過酸，在加工過程中可使用較低濃度并和其它護(hù)色劑聯(lián)合使用，以達(dá)到護(hù)色的效果。

蘋果多酚氧化酶的活性隨著氯化鈉濃度的升高呈下降趨勢(shì)，但是相對(duì)趨勢(shì)與以上兩種抑制劑相比較小。氯化鈉能護(hù)色在于它能部分排除溶于水中的氧氣，使酚類底物難以與氧接觸，氯化鈉溶液形成的高滲透壓也可使酶細(xì)胞脫水失活。但在實(shí)際添加過程中，必須注意氯化鈉濃度不能過高，否則影響產(chǎn)品的口感。

2.5 最佳無硫護(hù)色條件的確定

通過分析可得，以上四因素對(duì)蘋果片褐變度影響程度大小依次為B＞A＞D＞C，即L-半胱氨酸對(duì)蘋果片護(hù)色效果影響最大，其次為檸檬酸、浸泡時(shí)間、氯化鈉。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析得出最佳護(hù)色組合為A2B3C3D2，即0.6%檸檬酸、0.06%L-半胱氨酸、1.5%氯化鈉，浸泡時(shí)間為20min。

表3 蘋果片護(hù)色正交實(shí)驗(yàn)

2.6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)得到的最佳護(hù)色組合為A2B3C3D2，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測(cè)定褐變度為1.31，結(jié)果與正交實(shí)驗(yàn)相符，證明正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可信的。采用此復(fù)合護(hù)色劑處理的蘋果片，在整個(gè)加工過程中，包括護(hù)色處理及后續(xù)干燥脫水期間，無褐變現(xiàn)象，并且酸甜適中，具有蘋果特有的香味。

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

2.7 蘋果片真空干燥參數(shù)的確定

蘋果片護(hù)色后進(jìn)行真空干燥，可使水分在較低的溫度下蒸發(fā)，從而減輕普通熱風(fēng)干燥較高的溫度所帶來的非酶促褐變。同時(shí)干燥箱內(nèi)保持一個(gè)較低的氧氣濃度，可進(jìn)一步削弱脫水過程中酶促褐變和非酶促褐變的發(fā)生。從表5可以清楚地看到，在保持0.09MPa這個(gè)較高的真空度時(shí)，溫度越高，干燥速度越快，40℃條件下，果片干燥到安全水分含量需要8h之久。當(dāng)溫度高于50℃，雖然干燥速度快，但果片褐變較嚴(yán)重，測(cè)得60℃干燥的蘋果片吸光度最大;溫度較低時(shí)，由于達(dá)到3%含水量所需的干燥時(shí)間過長(zhǎng)(7～8h)，褐變現(xiàn)象反而更嚴(yán)重。綜合比較可知，50℃為最佳溫度，蘋果片無褐變、色澤好、脫水速度快，并且有良好的蘋果香味，最終含水量可達(dá)3%，適于長(zhǎng)期保存。

表5 真空干燥不同溫度對(duì)蘋果片綜合指標(biāo)的影響

3 結(jié)論

護(hù)色及干燥是蘋果片加工最關(guān)鍵的兩個(gè)工序，采用無硫護(hù)色劑處理，真空干燥脫水不僅可以保證產(chǎn)品的安全性，還可以最大程度地防止果片褐變。蘋果片防褐變的最佳無硫護(hù)色劑組合是0.6%檸檬酸、0.06%L-半胱氨酸、1.5%氯化鈉。采用此護(hù)色劑組合對(duì)蘋果片浸泡20min，在真空度為0.09MPa，50℃下干燥5.5h可得到色澤及風(fēng)味較好的蘋果片。

［1］廖小軍，胡小松.我國(guó)蘋果生產(chǎn)、加工現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2001，3(6):13-16

［2］龐韻華.組合干燥法生產(chǎn)蘋果片的研究［D］.江南大學(xué)，2008.

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［5］彭貴霞，郁志芳，夏志華，等.鮮切山藥片生產(chǎn)工藝技術(shù)的研究［J］.食品科學(xué)，2003，24(2):66-69.

［6］Negishi O，O zawa T.Inhibition of enzymatic browning and protection of sulfhydryl enzymes by thiol compounds［J］. Phytochemistry，2000，54:481-487.

［7］鄒波.果蔬加工過程中的褐變及護(hù)色措施［J］.黔東南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào):綜合版，2008，4(3):23-25.

Characteristics of polyphenol oxidase in apple and non-sulfur prevention of discoloration in dried apple slice processing

LIU Shu-xing，WANG Le*
(College of Life Science＆Engineering，Shaanxi University of Science＆Technology，Xi’an 710021，China)

Browning occured very easily during the procession of dried apple slice.In this study，the characteristics of polyphenol oxidase in apple were investigated.By an orthogonal experiment of L9(34)，a kind of mixed soaking solution which was safe and effective for color protection was obtained.The results showed that polyphenol oxidase in apple was actively at pH6.0 and 36℃，and the activity was almost lost in condition of 100℃，60s.After the apple were soaked in the mixed solution which consisted of 0.6%citric acid，0.06%L-cys and 1.5%NaCl，and dried at 50℃，0.09MPa，the color of the dried apple slice was good.

dried apple slice;polyphenol oxidase;non-sulfites color protection;vacuum drying

TS255.1

B

1002-0306(2011)03-0334-03

蘋果是我國(guó)產(chǎn)量最大的水果，而陜西省已成為我國(guó)最主要的蘋果兩大產(chǎn)區(qū)之一［1］。蘋果產(chǎn)量之大已超過了鮮銷的需求，對(duì)蘋果進(jìn)行深加工不僅可以解決鮮銷市場(chǎng)賣果難的問題，還可以實(shí)現(xiàn)加工增值［2］。由于新鮮蘋果加工制成的蘋果脆片，適用范圍廣泛，必將會(huì)以其獨(dú)特的口味吸引消費(fèi)者的目光，具有廣闊的市場(chǎng)前景。但蘋果在去皮切片后，如果不經(jīng)處理直接暴露在空氣中，會(huì)很快發(fā)生褐變，脫水干燥時(shí)還會(huì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，影響產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值。本研究擬分析蘋果多酚氧化酶特性，采用無硫護(hù)色劑對(duì)蘋果片護(hù)色，使用真空干燥法對(duì)其脫水干燥，盡可能減輕非酶促褐變的影響，旨在得到護(hù)色效果最好的無硫蘋果片。這一新工藝不同于傳統(tǒng)的硫處理防褐變方法，可避免由于食品中添加過量硫?qū)θ梭w產(chǎn)生的危害以及對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)為蘋果片的生產(chǎn)提供一種新的工藝路線，提高蘋果的綜合應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

2010-03-19 *通訊聯(lián)系人

劉樹興(1962-)，男，教授，碩士，研究方向:食品加工與食品添加劑研制。