不同微波預(yù)處理對(duì)蘋果汁褐變特性的影響

易建華，朱 丹，朱振寶（陜西科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安710021）

不同微波預(yù)處理對(duì)蘋果汁褐變特性的影響

易建華，朱 丹*，朱振寶
（陜西科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安710021）

為了抑制蘋果汁在加工過(guò)程中的褐變，將微波加熱技術(shù)與乳清分離蛋白（WPI）、抗壞血酸（AA）、檸檬酸（CA）三種褐變抑制劑相結(jié)合，采用不同的微波功率和時(shí)間處理蘋果原料，研究不同預(yù)處理方式對(duì)蘋果汁褐變特性的影響。結(jié)果表明，隨著微波功率提高和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，蘋果汁多酚氧化酶（PPO）活性降低，色澤提高；當(dāng)功率為720W，處理時(shí)間120s時(shí)，果汁PPO幾乎被完全抑制，色澤、總酚、氨基態(tài)氮含量增加，總糖含量下降，總酸含量略微提高。其中，經(jīng)WPI水浴微波處理后的果汁L值為91.14，與其他預(yù)處理后的果汁色澤相差不大，且總酚含量增幅最小，因而是較佳的抑制果汁褐變方法。

蘋果汁，微波，褐變，多酚氧化酶（PPO），乳清分離蛋白（WPI）

得益于成本和資源優(yōu)勢(shì)，中國(guó)蘋果加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)能居世界首位。其中，濃縮蘋果汁是蘋果加工的主要產(chǎn)品[1]。而蘋果汁生產(chǎn)中面臨的一大技術(shù)難題就是褐變，其主要原因在于蘋果多酚氧化酶（PPO）將多酚氧化成鄰醌，經(jīng)過(guò)非酶聚合途徑與氨基酸、蛋白質(zhì)或其他化合物作用形成褐色物質(zhì)[2]，從而影響果汁感官品質(zhì)，降低其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。傳統(tǒng)的鈍化酶活性的方法是高溫?zé)崽幚砘蛱砑右种泼富钚缘幕瘜W(xué)添加劑。工業(yè)生產(chǎn)蘋果漿采用93～98℃處理4～5min來(lái)鈍化酶活[3]，郝瑞峰等[4]研究表明75℃30s對(duì)PPO活性破壞較大且處理后的PPO酶活可以較好地被果汁自身低pH所抑制；Luo Yangguang等[5]添加亞氯酸鈉抑制鮮切蘋果塊的酶促褐變，趙盼[6]研究了殼聚糖對(duì)蘋果汁的抗褐變作用，Rosa等[7]添加蜂蜜提取物等天然物質(zhì)來(lái)抑制蘋果汁的酶促褐變。但是，高溫處理不僅影響產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)成分[8]，對(duì)于風(fēng)味物質(zhì)含量高的熱敏性食品如蘋果汁，高溫處理后其風(fēng)味、色澤受到很大的影響。微波加熱技術(shù)與傳統(tǒng)加熱方法相比，具有快速、均勻、穿透力強(qiáng)等特性[3]。Gerard等[9]研究發(fā)現(xiàn)，微波處理蘋果漿可以提高出汁率，使酶快速失活，降低褐變程度，改善蘋果汁的感官品質(zhì)；張少穎等[10]研究發(fā)現(xiàn)微波處理原料可以提高蘋果汁的色值，降低多酚氧化酶的活性。本實(shí)驗(yàn)將微波加熱技術(shù)與褐變抑制劑相結(jié)合，探究不同方式預(yù)處理原料對(duì)蘋果汁的PPO活性以及理化品質(zhì)的影響，以期得到一種快速、高效地抑制蘋果汁褐變方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

富士蘋果 購(gòu)于西安果蔬市場(chǎng)，選取大小均勻、顏色一致的蘋果，貯存于4℃?zhèn)溆?；乳清分離蛋白

Davisco WPI 95，上海福諾食品有限公司；Sigma Folin-Ciocalteu試劑 美國(guó)Sigma-Aldrich有限公司；抗壞血酸（AA）、檸檬酸（CA）、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、甲醛、30%過(guò)氧化氫、磷酸氫二鈉、檸檬酸、無(wú)水碳酸鈉等 分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司。

LG-WD900型微波爐 LG電子（天津）電器有限公司；CM-5型色差儀 日本Minolta公司；7200型可見分光光度計(jì) 尤尼柯上海儀器有限公司；501A型超級(jí)恒溫器 上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司；TDL-40B型臺(tái)式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；JYL-C020型九陽(yáng)料理機(jī) 山東九陽(yáng)股份有限公司；BS323S型電子天平、PB-10型精密酸度計(jì) 賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將蘋果洗凈，去皮去核，切塊，每份50g，浸泡于相同體積的WPI、AA、CA溶液中進(jìn)行水浴微波處理。經(jīng)前期實(shí)驗(yàn)，WPI的添加量為0.7%，經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，同時(shí)為了便于對(duì)比同等條件下三種抑制劑的效果，AA、CA的添加量也選為0.7%。處理功率設(shè)置為180、360、540、720、900W，處理時(shí)間設(shè)置為40、60、80、100、120s，處理完后迅速冷卻，加入50mL PBS（pH3.0）用料理機(jī)打漿，過(guò)濾后于3500r/min離心10min，取上清液得果汁。同時(shí)以未進(jìn)行微波處理的作為對(duì)照組。

1.3 分析方法

1.3.1 蘋果汁PPO活性的測(cè)定 根據(jù)Krapfenbauer G等[11]的方法，略有改動(dòng)。2.5mL McIlvane緩沖液（pH6.5），30s后加入0.1mL經(jīng)處理或未經(jīng)處理的蘋果汁，30s后再加入1mL兒茶酚（0.2mol/L），于420nm下測(cè)定其吸光值變化，連續(xù)2min。酶活性（U）由最初的反應(yīng)速率決定。蘋果汁PPO的相對(duì)活性（R）根據(jù)以下公式計(jì)算：

式中，U：經(jīng)微波預(yù)處理后的蘋果汁PPO活性，U0：未經(jīng)微波預(yù)處理后的蘋果汁PPO活性。

1.3.2 蘋果汁的色澤測(cè)定 應(yīng)用CIE LAB色彩空間，通過(guò)L、a、b值表示，三個(gè)基本坐標(biāo)表示顏色的亮度（L，L=0指示黑色而L=100指示白色），它在紅色和綠色之間的位置（a負(fù)值指示綠色而正值指示紅色）和它在黃色和藍(lán)色之間的位置（b負(fù)值指示藍(lán)色而正值指示黃色）。ΔΕ表示果汁總體色差，其值越小，表明褐變程度越小。

ΔΕ=[（ΔL）2+（Δa）2+（Δb）2]1/2

1.3.3 總酚的測(cè)定 采用Folin-Ciocalteu法[12]，略有改動(dòng)。

1.3.4 總酸的測(cè)定 參考GB/T 12456-2008食品中總酸的測(cè)定。

1.3.5 總糖的測(cè)定 采用直接滴定法[13]。

1.3.6 氨基態(tài)氮的測(cè)定 采用甲醛值法，參考GB/T 12143-2008飲料通用分析方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次；采用SPSS 14.0軟件中One-Way ANOVA進(jìn)行處理和差異顯著性分析，數(shù)據(jù)結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±SD）表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波預(yù)處理對(duì)蘋果汁PPO活性的影響

圖1是微波與褐變抑制劑相結(jié)合處理蘋果原料對(duì)蘋果汁PPO活性的影響。乳清分離蛋白（whey protein isolates，WPI）是一種來(lái)源于奶制品的天然蛋白質(zhì)，廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)。乳清蛋白富含半胱氨酸，具有一定的抗氧化性。Perez-Gago等[14]研究表明乳清蛋白能夠抑制蘋果塊的酶促褐變，并且指出乳清蛋白的抑制褐變作用來(lái)源于WPI中具有抗氧化活性的氨基酸基團(tuán)，例如半胱氨酸，或是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)具有較高的氧化電位。由圖1A可以看出，當(dāng)微波功率低于360W，時(shí)間小于60s時(shí)，R＞1，說(shuō)明PPO的活性反而被促進(jìn)。Ellas等[15]研究表明半胱氨酸、色氨酸、甲硫氨酸等抗氧化氨基酸基團(tuán)被包埋于蛋白質(zhì)內(nèi)部，在一定溫度作用下才能暴露出來(lái)，另外，前期實(shí)驗(yàn)表明，在20～60℃范圍內(nèi)，WPI抑制褐變的作用效果與溫度成反比，可能在低功率短時(shí)間的微波作用下，一方面達(dá)不到WPI的作用溫度，一方面PPO的活性被激發(fā)；隨著微波功率的提高和時(shí)間的延長(zhǎng)，PPO的相對(duì)活性迅速減小，當(dāng)微波功率為540W，時(shí)間100s時(shí)，對(duì)PPO相對(duì)活性僅為6.5%。

抗壞血酸（AA）是一般公認(rèn)的安全類（GRAS）添加劑。有研究表明，AA可以抑制蘋果汁的褐變，因而為蘋果汁加工行業(yè)廣泛采用。由圖1B可以看出，當(dāng)微波功率低于360W，處理時(shí)間小于60s時(shí)，R＞1，與圖A趨勢(shì)基本一致，可能原因在于在此條件下，PPO受熱，活性被激發(fā)。但隨著微波功率的增強(qiáng)和時(shí)間的延長(zhǎng)，PPO的相對(duì)活性越來(lái)越小，當(dāng)微波功率為540W，處理100s，PPO相對(duì)活性僅為5.3%。研究認(rèn)為，AA可以將蘋果醌還原成蘋果多酚，因而有效抑制蘋果汁褐變[16]。

檸檬酸（CA）是食品工業(yè)中常用的一種護(hù)色劑，對(duì)PPO具有明顯的抑制作用。Demir等[17]發(fā)現(xiàn)蘋果PPO能被CA抑制。鄒立強(qiáng)等[18]研究表明當(dāng)CA濃度達(dá)到70mmol/L時(shí)，蘑菇PPO相對(duì)酶活性僅為原酶活性的1.0%，此時(shí)PPO的活性已完全被抑制。由圖1C可以看出，CA與微波共同作用下，隨著微波功率的增大和時(shí)間的延長(zhǎng)，蘋果汁PPO的相對(duì)活性不斷下降，這可能因?yàn)镃A對(duì)PPO的活性中心的銅離子具有較強(qiáng)的螯合作用，另外隨著CA的加入使溶液的pH降低，使得反應(yīng)體系的pH遠(yuǎn)離PPO的最適pH，從而導(dǎo)致PPO的結(jié)構(gòu)被破壞，PPO活性受到抑制。當(dāng)微波功率為540W，處理100s，PPO相對(duì)活性也為5.3%，與AA作用相當(dāng)。

由圖1可知，微波功率較低時(shí)，鈍化PPO效果較差；但隨著功率的增大，PPO鈍化率隨之提高。綜上，微波與抑制劑相結(jié)合處理蘋果原料，可以抑制PPO活性。

圖1 不同微波預(yù)處理對(duì)蘋果汁PPO相對(duì)活性的影響Fig.1 Effect of different microwave pretreatments on relative activity of PPO in apple juice

2.2 微波預(yù)處理對(duì)蘋果汁色澤的影響

L值能較好地反映出蘋果汁的褐變程度[19]。由圖2A可知，當(dāng)功率低于360W，處理時(shí)間小于60s時(shí)，果汁的L值低于對(duì)照值，可見該作用條件下，反而加速果汁的褐變，該結(jié)果與上述研究相一致。這可能是由于該處理?xiàng)l件WPI尚未適當(dāng)變性，另一方面，WPI作為一種蛋白質(zhì)可能加速了美拉德反應(yīng)等非酶促褐變，導(dǎo)致果汁色澤加深。此后，隨著功率的增強(qiáng)，果汁的色澤迅速提高，當(dāng)功率為720W，時(shí)間為120s時(shí)，其L值與相同處理時(shí)間下功率為900W的果汁L值幾乎一致。

雖然AA與WPI作用于PPO的規(guī)律較為一致，但是由圖2B可以看出低功率短時(shí)間內(nèi)果汁的L值高于經(jīng)WPI水浴處理后的，可能原因在于AA并非直接抑制PPO的活性，而是將醌類還原為酚類，從而阻止褐色物質(zhì)的形成。而且隨著處理功率和時(shí)間的增加，總體上果汁的L值也隨之升高。當(dāng)功率為900W，處理時(shí)間超過(guò)80s時(shí)，果塊發(fā)生縮水現(xiàn)象且顏色發(fā)黃，原因是AA氧化分解可與游離氨基酸反應(yīng)，生成紅色素及黃色素[20]，從而影響果汁色澤；當(dāng)功率為720W時(shí)，果汁L值隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，120s時(shí)達(dá)到最大值（94.50）。

由圖2C可以看出，總體上果汁的L值隨著處理功率和時(shí)間的增加而升高，當(dāng)功率大于720W，處理時(shí)間大于60s時(shí)，L值變化很小，因?yàn)榇藭r(shí)PPO的活性幾乎被抑制完全。當(dāng)功率為720W，處理時(shí)間為60s時(shí)，果汁L值最大（93.20），處理120s時(shí)，果汁L值略有降低，但仍大于90。

圖2 不同方式微波預(yù)處理對(duì)蘋果汁L值的影響Fig.2 Effect of different microwave pretreatments on the evolution of lightness（L）in apple juice

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微波功率為900W時(shí)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，果塊會(huì)出現(xiàn)不同程度的收縮且果汁顏色不佳，可能原因是在高溫環(huán)境中發(fā)生了焦糖化反應(yīng)，果塊中的糖分解后與氨基化合物反應(yīng)而參與到美拉德反應(yīng)中[20]，使色澤受到影響。可見，適當(dāng)提高微波功率，可以有效改善果汁的色澤；但微波功率過(guò)高，對(duì)果汁的色澤產(chǎn)生副作用，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)注意選擇合適的處理功率與時(shí)間。

表1 不同預(yù)處理對(duì)蘋果汁理化指標(biāo)的影響Table 1 Effect of different pretreatments on physicochemical index of apple juice

2.3 不同方式微波預(yù)處理對(duì)蘋果汁理化指標(biāo)的影響

綜合不同方式預(yù)處理對(duì)蘋果汁PPO以及L值的影響結(jié)果，統(tǒng)一選取微波功率為720W，處理時(shí)間120s后的果汁作為理化指標(biāo)的評(píng)價(jià)對(duì)象，結(jié)果如表1所示。

經(jīng)過(guò)不同預(yù)處理后，果汁的各項(xiàng)指標(biāo)均發(fā)生顯著變化，L值升高，a、b、ΔΕ值降低，表明褐變得到一定程度抑制。果汁總酚含量均比對(duì)照組高，與Gerard等[9]的研究結(jié)果一致。微波處理后的果汁總酸含量變化不大，增幅不超過(guò)0.04%，可以認(rèn)為果汁酸度幾乎不變，這與Vadivambal和張少穎等[8，10]的研究結(jié)果一致。果塊經(jīng)預(yù)處理后，果汁總糖的含量均顯著降低，可能原因是在高溫環(huán)境中發(fā)生焦糖化反應(yīng)，導(dǎo)致糖類分解。微波處理后的果汁氨基態(tài)氮的含量均增加，尤其經(jīng)WPI水浴微波處理后，可能原因在于WPI受熱分解，提高了氨基態(tài)氮的含量。雖然AA水浴微波處理后的果汁L值略大于WPI水浴微波處理，但是鑒于酚類是引起果汁在貯藏過(guò)程中沉淀渾濁的重要因素，而經(jīng)WPI水浴微波處理后的果汁總酚含量升高幅度最小，有利于果汁的貯藏，因此，選取WPI水浴微波處理作為較佳的抑制褐變方法。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采取WPI、AA、CA水浴微波3種方式處理蘋果果塊，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著微波功率提高和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，蘋果汁PPO的活性逐漸降低，當(dāng)功率大于720W，處理時(shí)間大于80s時(shí)，PPO的活性幾乎被完全抑制；果汁的褐變度總體上隨著微波功率和時(shí)間的增加而降低，但是當(dāng)功率為900W，處理時(shí)間超過(guò)80s后，果汁可能會(huì)發(fā)生焦糖化反應(yīng)而導(dǎo)致L值降低。綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)選取功率720W，處理時(shí)間120s后的果汁作為理化指標(biāo)的評(píng)價(jià)對(duì)象，結(jié)果表明，果塊經(jīng)微波預(yù)處理后所得果汁色澤大幅度提高，總酚和氨基態(tài)氮含量增加，總糖含量降低，總酸含量略微提高，其中經(jīng)WPI水浴微波預(yù)處理后的果汁總酚含量增幅最小，是較佳的抑制蘋果汁褐變方法。

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Effect of microwave pretreatments on browning properties of apple juice

YI Jian-hua，ZHU Dan*，ZHU Zhen-bao
（College of Life Science and Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021，China）

In order to investigate the relationship between microwave combined with three anti-browning agents [whey protein isolates（WPI），ascorbic acid（AA），citric acid（CA）]pretreatment of raw apple and browning of apple juice，the effects of different microwave power and time treatment on the browning of apple juice during apple juice processing were studied.The results indicated that apple juice had lower activity of PPO and higher color value with the increase of microwave power and time，with the microwave power of 720W and time of 120s，the activity of polyphenol oxidase were almost inhibited，color value and the content of total phenolics and amino-nitrogen were increased，total sugar content were reduced and total acid content were increasing slightly.Among those pretreatments，microwave-WPI was the most appropriate way to inhibit browning because of the color value of apple juice was 91.14 which was comparable with others and total phenolics content had the least increase.

apple juice；microwave；browning；polyphenol oxidase；whey protein isolates（WPI）

TS255.44

B

1002-0306（2014）14-0264-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.050

2013－10－11 *通訊聯(lián)系人

易建華（1971-），女，碩士研究生，副教授，主要從事現(xiàn)代果汁加工體系方面的研究。

國(guó)家自然科學(xué)基金（31101326）；陜西省咸陽(yáng)市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2010k12-16）；陜西省人力資源與社會(huì)保障廳出國(guó)留學(xué)人員科技活動(dòng)項(xiàng)目。