酸菜貯藏期間褐變機理的探討

董霞，王芳，龐美霞，綦菁華

(北京農(nóng)學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院，農(nóng)產(chǎn)品有害微生物及農(nóng)殘安全檢測與控制北京市重點實驗室，北京，102206)

酸菜貯藏期間褐變機理的探討

董霞，王芳，龐美霞，綦菁華

(北京農(nóng)學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院，農(nóng)產(chǎn)品有害微生物及農(nóng)殘安全檢測與控制北京市重點實驗室，北京，102206)

酸菜貯藏期間的褐變嚴(yán)重影響了感官品質(zhì)。實驗針對酸菜貯藏期間的褐變機理進行探討。測定酸菜在褐變前后還原糖、氨基酸、還原性抗壞血酸、總酚、可溶性蛋白含量的變化情況。研究結(jié)果表明，酸菜在發(fā)生褐變后還原性抗壞血酸、總酚、還原糖的含量發(fā)生顯著性下降，氨基酸含量變化差異不顯著，可溶性蛋白含量顯著性增高。實驗證明，酸菜褐變包括抗壞血酸氧化、酚類化學(xué)氧化，不排除美拉德褐變的可能性。

酸菜；褐變；美拉德反應(yīng)；酚類化學(xué)氧化；抗壞血酸氧化

酸菜是酸漬大白菜的簡稱，是指在低濃度食鹽條件下，經(jīng)過乳酸發(fā)酵而形成的蔬菜發(fā)酵制品，是我國北方地區(qū)特色傳統(tǒng)發(fā)酵食品的典型代表之一[1-2]。隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，家庭式壇裝酸菜的生產(chǎn)已不能順應(yīng)社會的發(fā)展潮流，所以采用現(xiàn)代技術(shù)進行工廠化生產(chǎn)是必然的。然而工廠化生產(chǎn)就必須要經(jīng)過貯藏、流通和銷售等過程，在這期間酸菜往往容易發(fā)生褐變，嚴(yán)重影響了酸菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前研究較多的是與酸菜有關(guān)的微生物以及酸菜護色方面的研究，對于酸菜護色目前多是通過添加食品添加劑如亞硫酸鹽等完成，而這些化學(xué)藥品對人體的影響眾所周知。對于酸菜在貯藏、流通及銷售過程中出現(xiàn)的褐變的機理探究很少。易俊潔[3]認(rèn)為酸菜的褐變可能是有酚類化學(xué)氧化引起的，但是其酸菜褐變是在超高壓條件下產(chǎn)生，這與普遍發(fā)生在自然環(huán)境下的酸菜褐變方式不同。

食品的褐變包括酶促褐變和非酶促褐變。酶促褐變是指酚酶氧化酚類物質(zhì)產(chǎn)生的褐變。非酶促褐變包括美拉德反應(yīng)、抗壞血酸氧化、酚類化學(xué)氧化、焦糖化反應(yīng)。目前研究食品褐變的方法都是根據(jù)以往的美拉德反應(yīng)和酚類以及抗壞血酸氧化都可以生成褐色素的理論，以褐變度為檢測指標(biāo)，測定蛋白質(zhì)、還原糖、還原性抗壞血酸以及酚類含量的變化，根據(jù)褐變后蛋白質(zhì)、還原糖、抗壞血酸以及酚類含量的降低，從而推斷可能包含的褐變的類型[4]。

本實驗針對目前研究較少的酸菜褐變機理進行探究，測定還原糖、氨基酸、還原性抗壞血酸、可溶性蛋白以及總酚在酸菜褐變前后含量的變化，分析酸菜褐變的類型。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酸菜：北大荒有機酸菜(北大荒親民有機食品有限公司)；配料：有機白菜，食鹽，乳酸菌。生產(chǎn)日期：2015.10.26，實驗日期：2015.12.9。

沒食子酸：色譜純，天津市津科精細化工研究所；Folin-phenol試劑：色譜純，美國Sigma-Aldrich公司；考馬斯亮藍G-250：分析純，美國Amresco公司；2,6-二氯靛酚：高純，A Johnson Mathey Company；牛血清白蛋白：生化試劑，北京益利精細化學(xué)品有限公司分裝；抗壞血酸：分析純，西隴化工股份有限公司；無水乙醇、酒石酸鉀鈉、亞甲基藍、茚三酮、碳酸鈉等：分析純，北京化工廠。

1.2 主要儀器

CHRISTST實驗室冷凍干燥機，Martin Christ Gefriertrocknungsanlagen GmbH；TU-1901雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；A300氨基酸自動分析儀，曼莫博爾公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RE-2000，上海亞榮生化儀器廠；TCL-16M高速臺式冷凍離心機，湘儀離心機廠；KQ-600VDE型雙頻數(shù)控超聲波清洗器，昆山市儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

褐變方法：將購買的酸菜莖葉分離，去掉包裝，在室溫條件使其完全褐變，顏色變?yōu)樯詈稚?。將褐變完成后的樣品粉碎過40目篩，于空氣干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

未褐變樣品：將同一批次的酸菜產(chǎn)品莖葉分離，-20 ℃冰箱冷凍12 h，于冷凍干燥機冷凍干燥。冷凍干燥完成，粉碎過40目篩，空氣干燥器保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 總酚含量的測定

采用Folin-Ciocalteu 比色法進行測定，標(biāo)準(zhǔn)曲線及試樣測定參考鄭賢明[5]。

酚類物質(zhì)提?。喝》鬯楦稍飿悠? g，加入25 mL體積分?jǐn)?shù)為50%乙醇，25 ℃超聲浸提1 h，4 ℃ 4 000 r/min冷凍離心15 min。取上清液，即為樣品總酚提取液。

1.3.3 還原糖測定方法

直接滴定法[6]。

1.3.4 還原性抗壞血酸的測定

2’6-二氯靛酚滴定法[7]。

1.3.5 可溶性蛋白含量的測定

考馬斯亮藍G-250比色法[8]。

1.3.6 氨基酸含量測定

GB/T 5009.124—2003[9]。

1.3.7 數(shù)據(jù)分析

所有實驗重復(fù)3次，每次3個平行。數(shù)據(jù)分析通過SPSS 22.0單因素ANOVA進行差異性顯著分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸菜褐變前后還原糖含量

美拉德反應(yīng)主要是食品中的如還原糖等羰基化合物與如氨基酸、蛋白質(zhì)等氨基化合物進行一系列的化學(xué)反應(yīng)，生成棕褐色的大分子物質(zhì)稱為類黑精[10]。因此，可以通過測定食品褐變前后還原糖以及蛋白質(zhì)、氨基酸含量的變化判斷食品是否發(fā)生了美拉德褐變。焦糖化反應(yīng)是糖類尤其是單糖在無氨基化合物及缺水條件下，加熱到共熔點(180～200 ℃)以上時，生成褐色物質(zhì)的反應(yīng)[11]。而酸菜在制作、流通、貯藏過程中不可能接觸到如此高的溫度，所以酸菜的褐變不包括焦糖化褐變。

表1是酸菜褐變前后還原糖含量的平均值。由表1可以看出，酸菜在褐變前葉和莖的還原糖含量分別是23.9 mg/g、41.9 mg/g，酸菜褐變后，還原糖含量分別下降至21.2 mg/g、22.3 mg/g。葉和莖中還原糖含量變化率分別為11.30%、46.78%。經(jīng)過單因素方差分析，未褐變?nèi)~與褐變?nèi)~之間的還原糖含量差異顯著(P=0.000<0.05)；未褐變莖與褐變莖之間還原糖含量差異顯著(P=0.000<0.05)。因此可以認(rèn)為，在酸菜褐變后，還原糖含量發(fā)生了顯著性變化。

表1 酸菜褐變前后還原糖含量

從表1數(shù)據(jù)來看酸菜在褐變前后還原糖含量明顯下降。酸菜是發(fā)酵產(chǎn)品，含有乳酸菌等微生物，在酸菜褐變過程中，乳酸菌生長繁殖消耗碳源，會導(dǎo)致褐變后還原糖含量的下降。因此不能確定還原糖含量的下降是否由美拉德反應(yīng)引起。

2.2 酸菜褐變前后可溶性蛋白含量

褐變前后可溶性蛋白含量如表2所示。由表2可以看出，褐變后的莖和葉與未褐變的莖和葉相比，可溶性蛋白含量偏高。葉中可溶性蛋白的含量由褐變前的366.93 μg/g上升到了褐變后的516.98 μg/g，莖中可溶性蛋白的含量由褐變前的563.91 μg/g上升到了褐變后的598.67 μg/g。葉和莖中可溶性蛋白含量變化率分別為40.89%、6.16%。通過SPSS 22.0單因素方差分析，未褐變?nèi)~與褐變?nèi)~以及褐變前后的莖中的可溶性蛋白含量差異顯著(P<0.05)。

表2 酸菜褐變前后可溶性蛋白含量

可溶性蛋白是美拉德反應(yīng)的基礎(chǔ)物質(zhì)，通過測定可溶性蛋白的含量，判斷食品是否發(fā)生了美拉德褐變。在本實驗中，酸菜褐變后，可溶性蛋白含量增加。酸菜中的乳酸菌在褐變過程中繼續(xù)大量繁殖，在酸菜完全褐變后，殘留在酸菜上的乳酸菌菌體使得可溶性蛋白的含量偏高。如果酸菜發(fā)生了美拉德褐變，消耗了部分可溶性蛋白，但是若乳酸菌菌體的生長占優(yōu)勢，同樣會使得測定的可溶性蛋白的含量偏高。因此，從表2數(shù)據(jù)來看，不能判定酸菜是否發(fā)生了美拉德褐變。

2.3 酸菜褐變前后氨基酸含量

表3是酸菜褐變前后莖和葉中的氨基酸含量。從表3可以看出褐變前后氨基酸含量的變化差異不大，通過SPSS 22.0單因素方差分析可知，褐變前后莖和葉中每一種氨基酸含量差異不顯著(P>0.05)。由此可以認(rèn)為酸菜褐變前后的氨基酸含量沒有變化。

表3 酸菜褐變前后氨基酸含量

酸菜褐變前后氨基酸含量的變化可以作為判斷美拉德褐變的基礎(chǔ)。酸菜中的乳酸菌等微生物菌體可能會增加酸菜中氨基酸含量，而從表3數(shù)據(jù)分析得知，氨基酸含量在褐變前后并沒有變化，可能是美拉德反應(yīng)消耗的一部分氨基酸與微生物菌體中增加的氨基酸相抵消，使得氨基酸含量沒有變化。因此不能確定美拉德褐變反應(yīng)。還需要進一步研究。

2.4 酸菜褐變前后還原性抗壞血酸含量

表4為酸菜褐變前后還原性抗壞血酸的含量。從表4可以看出，酸菜在褐變前后不管是莖還是葉，其中的還原性抗壞血酸的含量發(fā)生了很大的變化。葉中還原性抗壞血酸的含量由褐變前的355.1 μg/g下降到了褐變后的62.6 μg/g，莖中還原性抗壞血酸的含量由褐變前的322.6 μg/g下降到了褐變后的68.2 μg/g。葉和莖中還原抗壞血酸含量變化率分別為82.37%、78.86%。通過SPSS 22.0單因素方差分析可知，當(dāng)顯著性水平α=0.05時，P=0.000<0.05，可以認(rèn)為酸菜在經(jīng)過褐變以后，還原性抗壞血酸的含量存在顯著性差異。針對酸菜褐變前后抗壞血酸含量的變化，可以初步認(rèn)定還原性抗壞血酸的氧化是導(dǎo)致酸菜褐變的原因之一。

表4 酸菜褐變前后還原性抗壞血酸含量

維生素包括還原型維生素C和氧化型維生素C兩種,在水果和蔬菜中維生素C主要以還原型方式存在[12]。還原性抗壞血酸因同時具有酸性和還原性，不穩(wěn)定極易氧化分解?？箟难嵩谟醒鹾蜔o氧條件下都可以發(fā)生氧化反應(yīng)，有氧條件下還原性抗壞血酸經(jīng)過一系列脫氫、脫羧等反應(yīng)生成的的還原酮參與美拉德反應(yīng)[13-14]；氧氣不足時，抗壞血酸可以產(chǎn)生還原酮或呋喃醛。還原酮與呋喃醛都能參與Maillard反應(yīng)，并最終生成褐色物質(zhì)[15]。目前許多研究表明果蔬的褐變是由抗壞血酸氧化引起。黎婕[16]發(fā)現(xiàn)柚子肉漿中發(fā)生的非酶促褐變主要是由抗壞血酸褐變引起。連志超[17]認(rèn)為百香果汁中抗壞血酸的氧化分解是導(dǎo)致百香果汁儲藏過程中非酶褐變的主要原因。

2.5 酸菜褐變前后總酚含量

測定酸菜褐變前后莖和葉中的酚類含量的變化，判斷酸菜的褐變是否與酚類化學(xué)氧化有關(guān)。酸菜褐變前后酚類含量如表5所示。表5可以看出，酸菜發(fā)生褐變后，莖和葉中的總酚含量發(fā)生明顯的下降。葉中總酚的含量由褐變前的7.24 mg/g下降到了褐變后的6.05 mg/g，莖中總酚的含量由褐變前的7.71 mg/g下降到了褐變后的6.79 mg/g。葉和莖中總酚含量變化率分別為16.44%、11.93%。通過SPSS 22.0單因素方差分析，未褐變?nèi)~與褐變?nèi)~總酚含量差異顯著(P=0.000<0.05)以及褐變前后的莖中的總酚含量差異顯著(P=0.000<0.05)。即，酸菜在褐變前后總酚含量存在顯著性差異。

表5 酸菜褐變前后總酚含量

食品的褐變包括酶促褐變和非酶促褐變。酶促褐變是植物體內(nèi)的酚酶在氧氣存在的條件下，催化植物體內(nèi)的酚類物質(zhì)形成醌，醌經(jīng)過一系列反應(yīng)生成有色物質(zhì)而引起的褐變[18]。研究發(fā)現(xiàn)，酚酶的最適pH值在5～7之間，如控制pH值在4～5以下，則可以降低酚酶的活性[19]。而酸菜的pH值在3左右，并且酸菜在腌制前一般都會經(jīng)過漂燙處理，其中的酚酶已經(jīng)失活，因此對于加工后的果蔬，酚類主要發(fā)生的是化學(xué)氧化。所以可以排除酶促氧化酚類引起酸菜褐變的可能性。本實驗中酸菜酚類含量在褐變前后差異顯著，認(rèn)為是酚類化學(xué)氧化的結(jié)果。當(dāng)前許多研究發(fā)現(xiàn)白菜等蕓薹屬中的主要酚類物質(zhì)為山奈酚、異鼠李素、槲皮素等黃酮醇類[20-25]。

目前，許多研究表明果蔬及其制品的褐變與酚類化學(xué)氧化有關(guān)。ANGELES等[26]認(rèn)為多元酚的氧化縮合是白葡萄酒在貯藏過程中褐變的主要原因； TADA-AKI[27]研究發(fā)現(xiàn)綠原酸與果汁的褐變有關(guān)。

3 結(jié)論與討論

酸菜在褐變后莖和葉中的還原糖含量明顯下降，由于在酸菜褐變過程中乳酸菌的生長繁殖消耗碳源，可以導(dǎo)致還原糖含量的變化，不能確定還原糖含量的下降由美拉德反應(yīng)引起。由表2可以得知，褐變后可溶性蛋白含量增加，酸菜中的乳酸菌在褐變過程中繼續(xù)大量繁殖，在酸菜完全褐變后，殘留在酸菜上的乳酸菌菌體會增加可溶性蛋白的含量，對于褐變過程是否發(fā)生了美拉德反應(yīng)消耗了可溶性蛋白，僅從本實驗數(shù)據(jù)來看無法確定。由表3可以看出，酸菜在褐變前后氨基酸含量沒有變化，可能是美拉德反應(yīng)消耗的一部分氨基酸與微生物菌體中增加的氨基酸相抵消，使得氨基酸含量沒有變化。因此結(jié)合表1、表2和表3的數(shù)據(jù)我們不能完全排除美拉德褐變的可能性。對于這一方面還需要進一步研究。

本實驗測定了酸菜褐變前后還原糖、還原性抗壞血酸、總酚、可溶性蛋白和氨基酸的含量。還原性抗壞血酸和總酚含量發(fā)生了顯著性下降，可以認(rèn)為酸菜褐變類型包括抗壞血酸氧化、酚類化學(xué)氧化，不排除美拉德褐變的可能性。

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Discussion on browning mechanism of Chinese Sauerkraut during storage

DONG Xia, WANG Fang, PANG Mei-xia, QI Jing-hua*

(College of Food Science and Engineering, Beijing University of Agriculture/Beijing Key Laboratory of Detection and Control of Spoilage Organisms and Pesticide Residues in Agricultural Products, Beijing University of Agriculture, Beijing 102206,China)

Sauerkraut is popular with consumers because of unique tastes, abundant nutritional value, etc. However, browning of Sauerkraut seriously affected its sensory quality. This research aimed at studying browning mechanism of sauerkraut. Content of reducing sugars, amino acids, reducing ascorbic acid, total phenol, and soluble protein were determined before and after browning. The results of the study showed that the contents of reducing ascorbic acid, total phenols and reducing sugar were decreased significantly, the difference of amino acid content was not significant, and the soluble protein content was increased significantly after non-enzymatic browning. The experiment proved that sauerkraut browning was caused by the ascorbic acid oxidation and chemical oxidation of phenol. The possibility of maillard browning can’t be excluded.

Sauerkraut; browning; maillard reaction; phenol chemical oxidation; ascorbic acid oxidation

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201612038

碩士研究生(綦菁華教授為通訊作者，E-mail：abc960718@sina.com)。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系北京市創(chuàng)新團隊資助

2016-05-18，改回日期：2016-07-24