馬鈴薯加工過程中褐變抑制劑的研究

魏潔茹，賀小賢 ，胡瑾

(陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，西安 710021)

馬鈴薯加工過程中褐變抑制劑的研究

魏潔茹，賀小賢*，胡瑾

(陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，西安 710021)

我國馬鈴薯資源豐富，其加工產(chǎn)品不斷增多，但加工過程中常發(fā)生褐變，對產(chǎn)品的營養(yǎng)價值和商業(yè)價值產(chǎn)生不良影響。為了抑制馬鈴薯加工過程中褐變的發(fā)生，研究不同褐變抑制劑對馬鈴薯加工過程中褐變的抑制效果。在單次單因素實驗的基礎(chǔ)上，采用L9(34)正交試驗，獲得具有協(xié)同作用的復(fù)合褐變抑制劑，其組成如下：0.4%的檸檬酸，0.15%的L-半胱氨酸，0.3%的D-異抗壞血酸，0.80%的CaCl2。實驗結(jié)果證明復(fù)合褐變抑制劑能夠顯著抑制馬鈴薯加工過程中褐變的發(fā)生。

馬鈴薯；加工；褐變；抑制劑；馬鈴薯汁

馬鈴薯是蔬菜和糧食兼用作物，其不僅淀粉含量較高，營養(yǎng)豐富，且具有良好的保健功能。近幾年，馬鈴薯的綜合開發(fā)利用使得馬鈴薯加工業(yè)得到迅速發(fā)展[1]。但是在馬鈴薯加工的過程中，由于機械損傷，在空氣中容易發(fā)生褐變，這不僅影響產(chǎn)品的外觀而且也降低了其營養(yǎng)價值，對產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售產(chǎn)生不利影響。馬鈴薯在加工過程中發(fā)生的褐變以酶促褐變?yōu)橹鳎捎隈R鈴薯含有多酚氧化酶(PPO)，在加工的過程中，酶被釋放出來接觸到氧氣及內(nèi)源性的酚類物質(zhì)和酚類衍生物生成醌類，醌類進一步反應(yīng)最后形成黑色素，從而導(dǎo)致組織變色[2，3]。通常采用熱鈍化進行滅酶，不僅使組織變軟，而且也容易引起營養(yǎng)物質(zhì)的流失[4]。雖然去除氧氣可以阻止褐變的發(fā)生，但是當(dāng)再次接觸到氧氣的時候褐變發(fā)生得更劇烈；而加入褐變抑制劑，其可作用于PPO酶或者與酶促褐變的底物或產(chǎn)物反應(yīng)來防止褐色物質(zhì)的形成[5]。為了深入研究馬鈴薯加工過程中褐變抑制劑的作用效果，在單次單因素實驗的基礎(chǔ)上，利用正交試驗對檸檬酸、D異抗壞血酸、L-半胱氨酸[6-8]、CaCl2這4種物質(zhì)對馬鈴薯加工過程中褐變的抑制效果做了相關(guān)分析，最終獲得對馬鈴薯產(chǎn)品抑制褐變效果較好的復(fù)合褐變抑制劑。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯：購于本地超市，挑選成熟度基本一致，無病斑，無機械損傷，大小基本一致的馬鈴薯。L-半胱氨酸：生物試劑；亞硫酸氫鈉、檸檬酸、D-異抗壞血酸、CaCl2：均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

BSM型精密電子天平 上海精科天美科學(xué)儀器有限公司；SZK-750型光柵分光光度計 上海精密科學(xué)儀器有限公司；JYZ型九陽打漿機 山東濟南九陽股份有限公司；HC-1014型離心機 北京時代北利離心機有限公司等。

1.3 實驗方法

1.3.1 單因素實驗

馬鈴薯經(jīng)清洗去皮、切塊后，進行打漿，分別加入亞硫酸氫鈉、檸檬酸、L-半胱氨酸、D-異抗壞血酸、CaCl2作為褐變抑制劑，然后用6層紗布進行粗濾，接著進行離心，離心分離獲得澄清的馬鈴薯汁。

1.3.2 正交試驗

以檸檬酸(A)、L-半胱氨酸(B)、D-異抗壞血酸(C)和CaCl2(D)作為褐變抑制劑，分別設(shè)置3個不同的濃度，采用L9(34)正交試驗設(shè)計，以馬鈴薯汁的褐變度為考察指標(biāo)，進行正交試驗，見表1。

表1 正交試驗L9(34)因素水平表

1.3.3 褐變度的測定方法

用分光光度計于420 nm處測定馬鈴薯汁離心后取得的上清液的吸光度A，以吸光度A的大小來表示褐變度的大小[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

單因素實驗結(jié)果采用Origin軟件進行作圖，正交設(shè)計試驗結(jié)果采用正交設(shè)計助手進行處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 抑制劑對馬鈴薯加工過程中褐變的影響

2.1.1 亞硫酸氫鈉對馬鈴薯加工過程中褐變的影響

亞硫酸氫鈉中含有HSO3-，HSO3-能使多酚氧化酶活性中心的金屬離子被還原，從而對多酚氧化酶造成不可逆轉(zhuǎn)的抑制，因此亞硫酸氫鈉能夠很好地抑制褐變發(fā)生。通過研究不同濃度亞硫酸氫鈉對馬鈴薯褐變的影響，從而確定亞硫酸氫鈉的添加量，實驗結(jié)果見圖1。

圖1 亞硫酸氫鈉對馬鈴薯褐變效果的影響

由圖1可知，在馬鈴薯加工的過程中，添加亞硫酸氫鈉對于褐變的抑制效果是明顯的。隨著亞硫酸氫鈉濃度的升高，馬鈴薯汁的褐變度A420在不斷下降。而濃度相同的情況下，隨著時間的變化，馬鈴薯汁的褐變度A420呈現(xiàn)先增大隨后又減小的趨勢，這可能是由于亞硫酸氫鈉的漂白作用使得馬鈴薯汁的褐變度降低。亞硫酸氫鈉的添加量越多，抑制褐變的效果越好，但是由于國外研究發(fā)現(xiàn)亞硫酸鹽類能夠引起哮喘病人類似于過敏的反應(yīng)，因而在果蔬的加工過程中亞硫酸鹽的應(yīng)用受到了嚴(yán)重限制[10]，所以在后面不對其進行正交試驗。

2.1.2 檸檬酸對馬鈴薯加工過程中褐變的影響

檸檬酸作為一種酸性較強的有機酸，可電離形成3個H+，它在加工的過程中降低了產(chǎn)品的pH值，從而對多酚氧化酶的活性產(chǎn)生影響，且與PPO酶上的金屬離子具有很強的螯合作用，因此檸檬酸對褐變的發(fā)生有很好的抑制效果。通過研究不同濃度檸檬酸對馬鈴薯褐變的影響，從而確定檸檬酸的添加量，試驗結(jié)果見圖2。

圖2 檸檬酸對馬鈴薯褐變效果的影響

由圖2可知，檸檬酸的添加對馬鈴薯加工過程中褐變的抑制有效果。馬鈴薯汁的褐變度A420隨著檸檬酸濃度的增加而降低。當(dāng)檸檬酸的濃度為0.3%時，檸檬酸的抑制效果最明顯。隨著時間的變化，同一濃度的檸檬酸在不同時間抑制褐變的效果也不一樣，且隨著時間的不斷延長，抑制褐變的效果變?nèi)酢?/p>

2.1.3 L-半胱氨酸對馬鈴薯加工過程中褐變的影響

L-半胱氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的20多種氨基酸中唯一帶有巰基的氨基酸。由于巰基是非?；顫姷幕鶊F，具有還原性，所以L-半胱氨酸能夠有效抑制褐變的發(fā)生。通過研究不同濃度L-半胱氨酸對馬鈴薯褐變的影響，從而確定L-半胱氨酸的添加量，實驗結(jié)果見圖3。

圖3 L-半胱氨酸對馬鈴薯褐變效果的影響

由圖3可知，隨著L-半胱氨酸濃度不斷增加，馬鈴薯加工過程中的褐變度A420逐漸降低，在L-半胱氨酸濃度為0.20%時褐變度最小，表明0.20%的L-半胱氨酸對馬鈴薯汁的褐變抑制效果更好。隨著L-半胱氨酸濃度的不斷增大，褐變度基本不變，這可能是由于L-半胱氨酸對于馬鈴薯汁褐變的抑制是不可逆的。同一濃度不同時間的L-半胱氨酸對馬鈴薯加工過程中褐變的抑制隨著時間的變化而減弱。

2.1.4 D-異抗壞血酸對馬鈴薯加工過程中褐變的影響

D-異抗壞血酸是食品行業(yè)中一種重要的抗氧化劑，它的還原性極強。它可以將醌類及其衍生物還原成酚，阻止聚合有色物質(zhì)的形成，從而達到抑制褐變的目的。通過研究不同濃度D-異抗壞血酸對馬鈴薯褐變的影響，從而確定D-異抗壞血酸的添加量，實驗結(jié)果見圖4。

圖4 D-異抗壞血酸對馬鈴薯褐變效果的影響

由圖4可知，D-異抗壞血酸的添加對馬鈴薯加工過程中褐變的抑制有效果。隨著D-異抗壞血酸添加量的不斷升高，褐變度逐漸變小，當(dāng)濃度為0.2%時，D-異抗壞血酸抑制褐變的效果較為明顯。而隨著時間變化，同一濃度的D-異抗壞血酸抑制褐變的效果慢慢變差。但當(dāng)濃度超過0.20%時，隨著濃度的升高，褐變度逐漸變大，其原因可能是隨著，D-異抗壞血酸濃度的增大，其在馬鈴薯加工過程中發(fā)生非酶褐變所致。這表明D-異抗壞血酸在馬鈴薯加工的過程中要適當(dāng)添加，不宜添加過多，否則會引起非酶褐變的產(chǎn)生。

2.1.5 CaCl2對馬鈴薯加工過程中褐變的影響

CaCl2中的Ca2+能夠?qū)PO酶的活性產(chǎn)生影響，從而能夠有效抑制褐變的發(fā)生[11]。通過研究不同濃度CaCl2對馬鈴薯褐變的影響，從而確定CaCl2的添加量，實驗結(jié)果見圖5。

圖5 不同濃度CaCl2對馬鈴薯褐變效果的影響

由圖5可知，與對照組相比較，添加CaCl2對馬鈴薯加工過程中褐變的抑制具有明顯效果。隨著CaCl2濃度的不斷增大，褐變度逐漸減小。當(dāng)濃度為0.80%時，CaCl2抑制褐變的效果最好。而同一濃度的CaCl2隨著時間的變化抑制褐變的效果慢慢變差。而當(dāng)濃度超過0.80%時，隨著濃度的增加褐變度逐漸增大，抑制褐變的效果逐漸減弱。這說明在馬鈴薯加工的過程中，對于CaCl2的添加，不是越多越好，而是要適量。過多地添加CaCl2會使褐變加劇。

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

由于不同褐變抑制劑之間往往存在協(xié)同作用，因此在單因素實驗后需對褐變抑制劑進行進一步優(yōu)化，以馬鈴薯汁的褐變度為考察指標(biāo)，進行L9(34)正交試驗設(shè)計，試驗結(jié)果見表2。

表2 正交試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

表2中的極差R值反映了各個因子對試驗結(jié)果的影響大小，K值代表各個水平的均值。由表2可知，各因素對馬鈴薯加工過程中褐變影響因素的主次順序依次為：檸檬酸添加量(A)>CaCl2添加量(D)>D-異抗壞血酸添加量(C)>L-半胱氨酸添加量(B)，即檸檬酸對馬鈴薯加工過程中褐變影響最大，其次是CaCl2，然后是D-異抗壞血酸，影響最小的是L-半胱氨酸，得到最佳褐變抑制劑的組合為A3B1C3D2。對試驗得到的最佳組合參數(shù)進行驗證性試驗，得到的試驗結(jié)果與試驗7的結(jié)果基本一致，這說明通過正交試驗進行條件優(yōu)化所得的復(fù)合褐變抑制劑是有效果的。

3 結(jié)論

通過研究不同抑制劑對馬鈴薯加工過程中褐變的影響，僅考慮單獨褐變劑的效果，得出0.30%的檸檬酸抑制褐變的效果最佳，0.20%的L-半胱氨酸抑制褐變的效果最佳，0.20%的D-異抗壞血酸抑制褐變的效果最佳，0.80%的CaCl2抑制褐變的效果最佳。

通過正交試驗確定了褐變抑制劑的最佳組合為0.40%的檸檬酸，0.15%的L-半胱氨酸，0.30%的D-異抗壞血酸，0.80%的CaCl2。通過實驗證明：褐變抑制劑組合對馬鈴薯汁的褐變有很好的抑制作用，褐變度最低僅為0.219。

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Research on the Browning Inhibitors in the Processing of Potato

WEI Jie-ru, HE Xiao-xian*,HU Jin

(School of Food and Biological Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi' an 710021, China)

China is rich in potato resources, their processed products are increasing. However, they are easy to brown during processing, which has an adverse effect on the nutritional value and commercial value of the products. In order to prevent the browning of potatoes in the processing, the inhibition effect of different browning inhibitors on browning in potatoes processing is researched. On the basis of single factor experiment, the orthogonal experiment L9(34) is adopted to obtain a collaboration with compound browning inhibitors, its composition is as follows: 0.40% citric acid, 0.15% L-cysteine, 0.30% D-isoascorbic acid, 0.80% calcium chloride. This experimental results show that the compound browning inhibitors can significantly inhibit the occurrence of browning during the processing of potatoes.

potato; processing; browning; inhibitor; potato juice

2016-07-23 *通訊作者

國家自然科學(xué)基金青年項目(31301059)；陜西省教育廳自然科學(xué)專項科研計劃項目(14JK1089)

魏潔茹 (1989-)，女，碩士，研究方向：食品生物技術(shù)與工程； 賀小賢(1962-)，女，教授，碩士，研究方向：發(fā)酵工程、生物化工。

TS255.5

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.01.013

1000-9973(2017)01-0057-04