胡蘿卜脆片護色技術研究

董炎炎，程朝輝，何艷，馬霞*

（1.上海應用技術學院香料香精技術與工程學院，上海200235；2.上海綠晟實業(yè)有限公司，上海202156）

胡蘿卜脆片護色技術研究

董炎炎1，程朝輝2，何艷1，馬霞1*

（1.上海應用技術學院香料香精技術與工程學院，上海200235；2.上海綠晟實業(yè)有限公司，上海202156）

果蔬在貯藏加工過程中極易產生褐變，直接影響果蔬品質、食用價值及商業(yè)價值。因此控制褐變對保持果蔬品質是十分必要的。以胡蘿卜為研究對象，介紹了褐變的原理及相應的抑制褐變方法，期望對研究胡蘿卜的護色及脆片加工提供參考。

胡蘿卜；脆片；褐變；護色技術

胡蘿卜有“小人參”之美稱，含有豐富的胡蘿卜素和類胡蘿卜素，其中類胡蘿卜素能轉變成大量維生素A，保護視網(wǎng)膜，防治干眼病，促進兒童生長發(fā)育[1]，VA含量居常見水果蔬菜之首，長期食用有養(yǎng)顏、健美和抗癌之功效。胡蘿卜在加工與保藏過程中色澤常會發(fā)生變化，如變褐、紅、黃等，其中最普遍的是褐變。果蔬在加工過程中對褐變的抑制處理是食品加工與貯藏研究的重要課題之一，本文以胡蘿卜為對象介紹了目前國內外護色技術的研究進展，期望對研究胡蘿卜的護色及脆片加工提供參考。

1 果蔬變色的原理

果蔬及其加工產品呈現(xiàn)色彩繽紛的顏色是因為花青素、華黃素、類胡蘿卜素和葉綠素等色素的存在所致[2]。其中花青素可使果蔬呈現(xiàn)紅色、橙色、藍色、紫色[3]；葉綠素可使果蔬呈現(xiàn)綠色。果蔬加工貯藏過程中會發(fā)生3種變色類型，即各類褐變、以葉綠素為主的綠色素降解和以花青素為主的紅色素降解。

1.1 褐變原理

1.1.1 酶促褐變

酶促褐變是多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和過氧化酶（peroxidase，POD）在有氧的條件下催化果蔬中的酚類物質形成醌類物質，這類醌類物質進一步形成深顏色的聚合物，從而呈現(xiàn)褐色[4-5]。多酚氧化酶主要存在于植物的葉綠體、線粒體中[6]。這種褐變的發(fā)生需要3個條件即多酚類物質、多酚氧化酶和氧氣。植物組織中含有酚類物質，在完整的細胞中作為呼吸傳遞物質，在酚-醌中保持著動態(tài)平衡，當細胞組織被破壞后，氧就大量侵入，由于多酚氧化酶的作用，鄰位的酚氧化為醌，醌很快聚合成為褐色素稱為黑色素或類黑精[7]。在大多數(shù)情況下，由于PPO的作用，不僅有損果蔬感官品質，影響產品運銷，還會導致風味和產品質量下降。另外有研究發(fā)現(xiàn)，苯丙氨酸解氨酶（phenylala nineammonialyase，PAL）是酚類物質合成途徑中的關鍵酶，與褐變有關[8]。

1.1.2 非酶促褐變

非酶褐變指不需要經(jīng)過酶催化而產生的一類褐變。非酶褐變主要有抗壞血酸氧化、美拉德（羰氨）反應、焦糖化反應和金屬變色等引起的褐變[9-10]。非酶褐變過程比酶促褐變更為復雜。非酶褐變可導致果蔬制品色澤變灰、變暗，產品pH值降低，極大地降低其營養(yǎng)價值及生理效果，造成產品商品價值的降低甚至報廢損失。抗壞血酸是人體必需的一種重要維生素C，植物體內含有抗壞血酸氧化酶，當果蔬組織被破壞且與空氣接觸時，抗壞血酸能迅速被空氣中的氧氣氧化形成脫氫抗壞血酸，再水合形成2，3-二酮古洛糖酸，進一步脫水，脫羧后形成糠醛，再形成褐色素導致褐變。羰氨（美拉德）反應指食品果蔬中的含氨基化合物與含羰基化合物之間發(fā)生的是食品和果蔬顏色加深的反應。分為初始、中間、終止3個階段。褐變的反應速度，與參與反應的糖和氨基化合物結構、水的存在（基質濃度）、溫度、pH值有關。焦糖化反應是指糖類物質在不含氨基化合物的情況下被加熱到其熔點以上溫度，發(fā)焦變黑引起的褐變。金屬變色是指銅、鐵、錫、鋁等金屬引發(fā)的褐變以及與單寧物質反應引起變色。

1.2 以葉綠素為主的綠色素的降解

蔬菜呈現(xiàn)綠色是因為有葉綠素，葉綠素為鎂卟啉化合物，包括葉綠素a、b、c、d、f以及原葉綠素和細菌葉綠素等。葉綠素很不穩(wěn)定，光、酸、堿、氧、氧化劑等都會使其分解。酸性條件下，葉綠素分子很容易失去卟啉環(huán)中的鎂成為去鎂葉綠素。加熱處理綠色蔬菜時，與葉綠素結合的蛋白質受熱凝固變性，葉綠素便游離于植物體中，葉綠素轉變?yōu)槊撴V葉綠素，而脫鎂葉綠素為茶青色（黃褐色），從而產生褐變。葉綠素的降解途徑有2種，一是葉綠素酶（chlorophyllase）和脫鎂葉綠素酶（mgdechelatase）途徑，葉綠素酶和脫鎂葉綠素酶分別脫去葉綠素的植基和鎂離子，形成環(huán)狀脫鎂葉綠酸a，接著在脫鎂葉綠素氧化酶的作用下斷開卟啉環(huán)上C4和C5之間的共價鍵，形成紅色葉綠素降解產物（red chlorophyll catabolite，RCC），RCC隨后進入細胞質中，形成藍色熒光物。另一途徑是在過氧化氫存在時，過氧化物酶（POD）氧化酚類形成自由基，促進膜脂過氧化，破壞葉綠體穩(wěn)定，從而引起葉綠素的降解。

1.3 以花青素為主的紅色素的降解

果蔬中的紅色素主要有花青素、辣椒紅素和番茄紅素等。辣椒紅素耐光、熱、酸、堿，不受金屬離子影響；番茄紅素耐光、熱，且有抗氧化能力?；ㄇ嗨貙儆邳S酮類化合物，是一種水溶性色素，花色素與糖以糖苷鍵結合而成的花色苷，廣泛存在于植物的花、果實、莖、葉和根器官的細胞液中，使其呈現(xiàn)由紅、紫紅到蘭等不同顏色。在果蔬加工過程中容易降解，其2-苯基苯并吡喃陽離子結構中羥基數(shù)越多穩(wěn)定性越低，甲基化程度越高穩(wěn)定性越好。果蔬加工貯藏過程中的pH值、溫度、光、氧、酶、金屬離子等都會影響其穩(wěn)定性?；ㄉ盏慕到鈾C制主要是發(fā)生水加成反應，形成甲醇假堿類糖苷后最終形成香豆素類衍生物、苯甲酸類衍生物和醛類衍生物[11]。花色苷的降解途徑有6種：熱降解途徑、氧化降解途徑、光降解途徑、糖降解途徑、酶降解途徑和微生物降解途徑。

2 胡蘿卜脆片護色技術

根據(jù)褐變發(fā)生的機理采取相應的措施便可有效抑制褐變，保持胡蘿卜脆片的色澤和品質。

2.1 胡蘿卜脆片的生產工藝流程

2.2 酶促褐變的防止

2.2.1 物理法

漂燙處理是較常用的方法，因為高溫可以使酶變性，從而抑制褐變的發(fā)生。其操作方法為將切片后的胡蘿卜置于高溫中漂燙一定時間，立即冷卻降溫。目的是破壞胡蘿卜中的過氧化物酶和多酚氧化酶，同時殺死原料表面的微生物，除去原料組織內的空氣，減少成品中維生素C和胡蘿卜素因氧化造成的損失，在較長時間內保持凍干胡蘿卜片色澤鮮艷[12]。鐘昔陽等[13]采用85℃漂燙75s處理胡蘿卜。夏業(yè)鮑等[14]對胡蘿卜進行清洗，切分，漂燙條件90℃、1min的預處理得到了色澤度較好的胡蘿卜脆片。唐湘玲等[15]考慮到產品品質、實驗成本，最終通過優(yōu)化實驗確定漂燙溫度為90℃，時間為90s。張海濤等[16]研究脫水胡蘿卜加工工藝過程中的熱燙條件對胡蘿卜色澤的影響時發(fā)現(xiàn)，當處理條件為90℃，熱燙6min時，胡蘿卜中的過氧化物酶完全失活，維生素C還剩62.73%，胡蘿卜素殘余87.10%，這種情況下產生的褐變度最小。相應的低溫處理也可使發(fā)生酶促褐變的酶失活。再者就是驅除或隔絕氧氣。原料在去皮加工處理時，應盡可能在流水下完成。將果蔬浸入清水、糖水或中性鹽溶液中，同時進行抽真空處理，可以隔絕、驅除氧氣，或者在原料表面浸涂抗壞血酸液以形成氧化態(tài)抗壞血酸隔離層，阻止酶促褐變的進行[17]。

2.2.2 化學法

在用化學方法抑制褐變時，亞硫酸鹽被廣泛使用，可是后來發(fā)現(xiàn)使用亞硫酸鹽會損害人體健康。因此亞硫酸鹽的替代物如檸檬酸與抗壞血酸的結合物、有機酸、天然抑制劑、絡合劑乙二胺四乙酸（ethylenediamine tetraacetic acid，EDTA）和糊精以及巰基氨基酸等被廣泛使用[18]。

2.3 非酶促褐變的防止

避免果蔬非酶褐變的主要方法是應用護色防褐劑及低溫貯藏。羰氨反應是食品加工中非酶促褐變的主要反應，可以說幾乎全部食品都有可能發(fā)生這種反應。胡蘿卜素抗氧、抗光性差，易被酶分解而褪色，是影響胡蘿卜顏色變化的一個主要因素。胡蘿卜的護色液選用VC、檸檬酸2種護色劑互配是基于考慮VC的強抗氧化特性，以及檸檬酸的調節(jié)環(huán)境pH值和絡合作用。在護色過程中，VC耗盡環(huán)境中的氧，使胡蘿卜成分的氧化降至最低，并且借助VC自身的強還原性，使褐變的中間產物醌還原為酚，從而阻斷褐變反應。檸檬酸也可通過改變環(huán)境的pH值使得胡蘿卜中過氧化物酶的活性降低，此外，檸檬酸還具有絡合酚酶中的輔基-銅離子的作用，從而使酚酶的活力也大大降低而起到好的護色效果[13]。張海濤等[19]采用單因素和正交試驗設計，從護色劑植酸、檸檬酸、氯化鈉、氯化鈣、抗壞血酸和殼聚糖中篩選最優(yōu)護色劑組合，結果表明，最優(yōu)護色劑組合為0.25%植酸+0.50%檸檬酸+0.30%氯化鈣+1.5%氯化鈉，復合護色劑護色后的褐變度較低，感官、營養(yǎng)保持較好。此外，還可以使用胡蘿卜護色液對其進行護色，王清等[20]發(fā)明的一種胡蘿卜護色液成分按質量百分比為氯化鈣0.1%～0.5%，L-半胱氨酸0.1%～0.5%，檸檬酸0.1%～0.2%。

2.4 保存天然色素的色澤

2.4.1 金屬鹽類護色保鮮

金屬鹽類護色保鮮主要基于發(fā)生的置換反應。葉綠素是一種天然色素，對光、熱、酸、堿等條件較為敏感。當葉綠素卟啉環(huán)中的鎂離子被氫離子置換成脫鎂葉綠素時，原來的綠色就變成褐色或發(fā)生黃變現(xiàn)象。而用Cu2+、Zn2+等離子置換葉綠素卟啉環(huán)中的鎂，可生成鮮綠的葉綠素銅或葉綠素鋅，從而成為穩(wěn)定的衍生體，起到保護綠色的作用[21]。如關海寧等[22]研究發(fā)現(xiàn)K+、Na+、Mg2+、Zn2+對柑橘皮有一定的增色護色作用?？蓪⑦@些離子用于胡蘿卜的護色保鮮。

2.4.2 非硫化學護色技術

除了以上所述的硫試劑外，還原劑抗壞血酸、L-半胱氨酸，以及氯化鈣、植酸、乙二胺四乙酸（EDTA）、Ca（OH）2等化學試劑因為可以抑制多酚氧化酶活力而對農產品有一定的護色保鮮效果[21]。

2.4.3 酸類物質

乙酸、草酰乙酸、檸檬酸、酒石酸、琥珀酸、蘋果酸、反丁烯二酸等因為能降低產品的pH值和絡合金屬離子的作用，也常用于胡蘿卜的護色保鮮[22-25]。

2.5 組合干燥工藝護色

我國90%的蔬菜脫水都采用常壓熱風干燥技術，但是在降速階段，熱能利用率低，干燥時間長；而高溫干燥下產品的顏色、營養(yǎng)價值和風味等品種變差[26]。真空冷凍干燥技術是指將含水食品預先凍結，然后在真空狀態(tài)下加熱，將食品中的水分從固態(tài)直接升華到氣態(tài)，以達到除去水分、保存食品的一種高新食品加工技術，近幾年來比較流行。但是凍干過程能耗高、時間長，嚴重制約了凍干技術的應用[27]。因此，將冷凍干燥與熱風、熱泵、微波等其他技術相結合是目前的研究熱點。在胡蘿卜脆片制作過程中采用真空冷凍干燥技術可使胡蘿卜營養(yǎng)成分損失小、組織鮮脆、塊形完整、大小均勻、無明顯凹陷及斑紋和復水性強，外觀產品品質優(yōu)于熱風、真空、微波、遠紅外等干燥方法所得的產品。近年來真空冷凍干燥技術在食品工業(yè)，尤其是在果蔬產品脫水深加工方面得到廣泛應用。宋蕓[28]采用微波真空-冷凍干燥組合工藝制備胡蘿卜脆片，考察工藝參數(shù)對干制品的色澤、收縮變形、營養(yǎng)成分、復水性、質構等的影響，確定最佳工藝參數(shù)為胡蘿卜片厚度8mm，微波真空干燥的真空度30～45kPa，微波功率密度0.82W/g，冷凍干燥12h后升溫至5℃，3h后升溫至15℃，1h后升溫至30℃至干燥終點。徐剛等[29]采用熱泵-遠紅外的組合干燥技術干燥胡蘿卜脆片，研究工藝參數(shù)對含水量的影響，確定最佳參數(shù)為漂燙時間120s、熱泵干燥溫度45℃和遠紅外輻射功率2kW。顧震等[30]也同樣研究發(fā)現(xiàn)熱泵-遠紅外組合干燥方法既能提高干燥速率、降低能耗，又能保證干制品的品質。

2.6 包裝技術

采用不透氣的復合包裝袋，真空充CO2、N2或者二者一定比例的混合氣包裝，以杜絕多酚氧化酶的氧化作用和避免用金屬制品包裝果蔬產品。

3 總結

胡蘿卜富含鈣、鐵、鋅等多種微量元素和人體所需的8種必需氨基酸及膳食纖維，特別是β-胡蘿卜素，對保護視力效果尤佳，因此便攜的胡蘿卜脆片越來越受消費者的喜愛，胡蘿卜脆片的護色保鮮越來越受到社會的關注，雖然胡蘿卜變色的機理在不斷被揭示，新的護色保鮮技術也不斷采用，但是仍然存在多因素影響下胡蘿卜脆片色澤變化的判定和調控困難等問題。因此建立新型安全的護色調控方法以及在胡蘿卜脆片制作工藝上減小褐變發(fā)生是研究方向。相信隨著胡蘿卜脆片制作工藝研究的深入、保鮮技術不斷發(fā)展和各種保鮮技術的綜合使用，胡蘿卜脆片的保鮮技術將會迅速發(fā)展，我國的果蔬市場必將會越來越繁榮，也將會為人們提供更多“色澤好、營養(yǎng)高、品質優(yōu)”的果蔬產品。

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Development of color-protecting technology on carrots chips

DONG Yanyan1,CHENG Zhaohui2,HE Yan1,MA Xia1*
(1.School of Perfume and Aroma Technology,Shanghai Institute of Technology,Shanghai 201418,China; 2.Shanghai Lv Sheng Industrial Co.,Ltd.,Shanghai 202156,China)

Browning happens easily during processing and storage of fruits and vegetables,which affects the quality,edible value and commercial value.Therefore it is essential to control browning to keep the quality of fruits and vegetables.This paper focused on the subject of carrot,introduced the browning theory and several color-protecting methods,to provide reference to the research of carrots and chips process of color-protecting.

carrot;chips;browning;color-protecting technology

TS255.5

A

0254-5071（2014）04-0120-04

10.3969/j.issn.0254-5071.2014.04.029

2014-03-04

上海市聯(lián)盟計劃（LM201343）

董炎炎（1989-），女，碩士研究生，研究方向為功能食品發(fā)酵。

*通訊作者：馬霞（1971-），女，教授，博士，研究方向為生物大分子的發(fā)酵與應用。