不同品種馬鈴薯泥加工過程中褐變抑制研究

李俊，劉嘉，劉輝，王輝，陳中愛，呂都，唐健波，陳朝軍，劉永翔

（貴州省生物技術(shù)研究所，貴州省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心，貴州貴陽550006）

不同品種馬鈴薯泥加工過程中褐變抑制研究

李俊，劉嘉，劉輝，王輝，陳中愛，呂都，唐健波，陳朝軍，劉永翔*

（貴州省生物技術(shù)研究所，貴州省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心，貴州貴陽550006）

通過對(duì)比7個(gè)馬鈴薯品種的多酚氧化酶活性，選擇青薯9號(hào)、宣薯2號(hào)、紅寶石和黑美人4個(gè)馬鈴薯品種作為護(hù)色試驗(yàn)品種，在馬鈴薯泥加工過程中測(cè)定多酚氧化酶活性抑制率。無硫護(hù)色工藝響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得到最佳護(hù)色工藝為：檸檬酸0.66%，氯化鈣0.73%，VC0.06%，護(hù)色時(shí)間15min，此時(shí)酶活抑制率平均值達(dá)98.7%；彩色馬鈴薯護(hù)色工藝試驗(yàn)得到最佳護(hù)色工藝為：氯化鈣0.7%，VC0.05%，護(hù)色時(shí)間15min，此時(shí)酶活抑制率可達(dá)89%以上。兩種護(hù)色劑配方能有效抑制普通和彩色馬鈴薯泥加工過程中的褐變現(xiàn)象。

馬鈴薯泥；加工；褐變；抑制

馬鈴薯經(jīng)清洗、去皮、切片、護(hù)色、蒸煮、制泥等處理，配以乳化劑、增稠劑等經(jīng)調(diào)配得到類似泥狀的物質(zhì)，被稱為馬鈴薯泥[1]。馬鈴薯泥可以由鮮馬鈴薯直接制作，再經(jīng)速凍成冷凍馬鈴薯泥進(jìn)入銷售渠道；也可由脫水馬鈴薯全粉加入熱水?dāng)嚢栊纬神R鈴薯泥[2]。冷凍馬鈴薯泥歸屬冷凍方便食品，食用時(shí)只需簡單加熱即可。這種馬鈴薯泥較之馬鈴薯全粉制作的馬鈴薯泥，口感佳、風(fēng)味好，營養(yǎng)更豐富。但馬鈴薯富含多酚氧化酶，加工過程中多酚氧化酶容易發(fā)生酶促褐變，導(dǎo)致加工的馬鈴薯泥品質(zhì)不佳[3-4]。目前國內(nèi)外對(duì)多酚氧化酶的抑制有一定的研究，但對(duì)于馬鈴薯泥加工過程中褐變的抑制研究較少，且不同品種馬鈴薯多酚氧化酶含量不一，對(duì)于不同馬鈴薯品種抑制效果的研究還鮮見報(bào)道[5-6]。彩色馬鈴薯因富含花青素，花青素在堿性條件下變?yōu)樗{(lán)色，在酸性條件下變?yōu)榧t色，所以其護(hù)色工藝與普通馬鈴薯品種更加不同[7-9]。因此，本論文選取7個(gè)馬鈴薯品種，對(duì)比亞硫酸氫鈉與無硫化學(xué)抑制劑抑制褐變的效果，并研究了彩色馬鈴薯泥加工過程中的護(hù)色工藝，得出了不同品種馬鈴薯泥加工過程中抑制褐變的有效方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青薯9號(hào)、宣薯2號(hào)、大西洋、威芋3號(hào)、黑美人、紅寶石、費(fèi)烏瑞它：由貴州省馬鈴薯研究所提供；氯化鈣，檸檬酸，VC，亞硫酸氫鈉，磷酸，鄰苯二酚，磷酸氫二鈉，磷酸二氫鉀（均為AR）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2102C型紫外可見分光光度計(jì)：尤尼科上海儀器有限公司；FA2004型分析天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；HHS型數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 馬鈴薯泥加工工藝流程

馬鈴薯泥加工工藝流程見圖1

圖1 馬鈴薯泥加工工藝流程圖Fig.1 Flow diagram of mashed potato processing

1.3.2 護(hù)色試驗(yàn)樣品的選擇

選擇青薯9號(hào)、宣薯2號(hào)、大西洋、威芋3號(hào)、黑美人、紅寶石、費(fèi)烏瑞它七個(gè)馬鈴薯品種，按照1.3.6的方法測(cè)定多酚氧化酶活性，對(duì)比七種馬鈴薯中多酚氧化酶活性大小，確定護(hù)色試驗(yàn)樣品。

1.3.3 亞硫酸氫鈉添加量對(duì)馬鈴薯泥護(hù)色的影響

新鮮馬鈴薯去皮后，切成厚度為3mm的馬鈴薯片，于濃度分別為0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%的NaHSO3溶液中護(hù)色20min，按照1.3.6的方法測(cè)定多酚氧化酶活性。

1.3.4 馬鈴薯泥加工過程中無硫護(hù)色工藝的研究

1.3.4.1 VC添加量對(duì)馬鈴薯泥護(hù)色的影響

新鮮馬鈴薯去皮后，切成厚度為3mm的馬鈴薯片，于濃度分別為0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%的VC溶液中護(hù)色20 min，按照1.3.6的方法測(cè)定多酚氧化酶活性。

1.3.4.2 檸檬酸添加量對(duì)馬鈴薯泥護(hù)色的影響

新鮮馬鈴薯去皮后，切成厚度為3mm的馬鈴薯片，于濃度分別為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%、0.16%的檸檬酸溶液中護(hù)色20min，按照1.3.6的方法測(cè)定多酚氧化酶活性。

1.3.4.3 氯化鈣添加量對(duì)馬鈴薯泥護(hù)色的影響

新鮮馬鈴薯去皮后，切成厚度為3mm的馬鈴薯片，于濃度分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%的氯化鈣溶液中護(hù)色20min，按照1.3.6的方法測(cè)定多酚氧化酶活性。

1.3.4.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)和彩色馬鈴薯護(hù)色劑配比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選出對(duì)馬鈴薯泥護(hù)色有影響的3個(gè)因素：VC添加量、檸檬酸添加量和氯化鈣添加量，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，選擇出最優(yōu)的護(hù)色劑配比。亞硫酸氫鈉具有強(qiáng)還原性，易將花青素還原為無色，檸檬酸存在條件下花青素變?yōu)榧t色，而抗壞血酸和氯化鈣對(duì)花青素沒有影響，所以選擇抗壞血酸和氯化鈣作為彩色馬鈴薯的護(hù)色劑。分別測(cè)定氯化鈣添加量為0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%，檸檬酸添加量分別為0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%條件下紅寶石和黑美人中酶活抑制率隨兩種護(hù)色劑添加量變化交互作用結(jié)果。

1.3.5 護(hù)色時(shí)間對(duì)馬鈴薯泥護(hù)色的影響

分別選擇青薯9號(hào)、宣薯2號(hào)、紅寶石、黑美人作為實(shí)驗(yàn)樣品，切成厚度為3mm馬鈴薯片，在已確定的護(hù)色劑配方條件下，分別護(hù)色5、10、15、20、25、30min，按照1.3.6的方法測(cè)定多酚氧化酶活性。

1.3.6 多酚氧化酶活性測(cè)定[10]

稱取去皮馬鈴薯5.0 g，瀝干薯片表面的水分，加入5.0mL的pH值5.8的磷酸緩沖液，磨樣，于4℃、8 000 r/min～10 000 r/min條件下離心30min，分離出上清液即為馬鈴薯PPO粗酶液。

取0.05mol/L磷酸緩沖溶液（pH6.5）1.5mL于1 cm比色皿中，加入0.1mol/L鄰苯二酚溶液1.0mL，PPO粗酶液0.5mL，混勻后在416 nm處比色，酶液加入后開始記時(shí)，每40秒記錄1次OD隨時(shí)間的變化值，以最初直線段的斜率（△CD/t）計(jì)算酶活力。一個(gè)酶活力單位定義為：在測(cè)定條件下，1min引起吸光度改變0.01所需的酶量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin（Version 8.6）和Design Expert（Version 8.0）進(jìn)行作圖，采用SPSS（Version 17.0）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，P＜0.05認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異，P＜0.01認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)極顯著性差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 薯泥護(hù)色試驗(yàn)樣品的選擇

薯泥護(hù)色試驗(yàn)樣品的選擇見圖2。

圖2 不同馬鈴薯品種的多酚氧化酶活力Fig.2 The polyphenol oxidase activity of different varieties potato

由圖2可知，青薯9號(hào)和宣薯2號(hào)兩個(gè)馬鈴薯品種的多酚氧化酶活力比其他馬鈴薯品種的高，所以普通馬鈴薯品種選擇青薯9號(hào)和宣薯2號(hào)，同時(shí)紅寶石和黑美人為彩色馬鈴薯品種，富含花青素等有益成分，其護(hù)色工藝與普通馬鈴薯品種不同。綜上所述，選擇青薯9號(hào)、宣薯2號(hào)、紅寶石和黑美人四個(gè)馬鈴薯品種作為護(hù)色試驗(yàn)品種。

2.2 亞硫酸氫鈉添加量的確定

亞硫酸氫鈉添加量的確定見圖3。

圖3 亞硫酸氫鈉添加量對(duì)酶活抑制率的影響Fig.3 Effects of adding amount of NaHSO3on enzyme inhibition rate

由圖3可知，隨著亞硫酸氫鈉添加量升高，四種樣品的酶活抑制率均迅速升高，當(dāng)亞硫酸氫鈉添加量為0.05%時(shí)，酶活抑制率達(dá)到最高100%，亞硫酸氫鈉添加量繼續(xù)升高，酶活抑制率保持穩(wěn)定，說明當(dāng)亞硫酸氫鈉添加量為0.05%時(shí)，樣品中的多酚氧化酶基本失活。所以選擇亞硫酸氫鈉添加量為0.05%為較適添加量。

2.3 馬鈴薯泥加工過程中無硫護(hù)色工藝的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 檸檬酸添加量的確定

檸檬酸添加量的確定見圖4。

由圖4可知，隨著檸檬酸添加量升高，四種樣品的酶活抑制率均逐漸升高，當(dāng)檸檬酸添加量為0.6%時(shí)，酶活抑制率達(dá)到最高，檸檬酸添加量繼續(xù)升高，酶活抑制率基本保持穩(wěn)定，所以選擇檸檬酸添加量為0.6%為較適添加量。

圖4 檸檬酸添加量對(duì)酶活抑制率的影響Fig.4 Effects of adding amount of citric acid on enzyme inhibition rate

2.3.2 VC添加量的確定

VC添加量的確定見圖5。

圖5 VC添加量對(duì)酶活抑制率的影響Fig.5 Effects of adding amount of VCon enzyme inhibition rate

由圖5可知，隨著VC添加量升高，四種樣品的酶活抑制率均逐漸升高，當(dāng)VC添加量為0.05%時(shí)，酶活抑制率達(dá)到最高，VC添加量繼續(xù)升高，酶活抑制率保持穩(wěn)定，所以選擇VC添加量為0.05%為較適添加量。

2.3.3 氯化鈣添加量的確定

氯化鈣添加量的確定見圖6。

圖6 氯化鈣添加量對(duì)酶活抑制率的影響Fig.6 Effects of adding amount of CaCl2on enzyme inhibition rate

由圖6可知，隨著氯化鈣添加量升高，四種樣品的酶活抑制率均逐漸升高，當(dāng)氯化鈣添加量為0.7%時(shí)，酶活抑制率達(dá)到最高，氯化鈣添加量繼續(xù)升高，酶活抑制率保持穩(wěn)定，所以選擇氯化鈣添加量為0.7%為較適添加量。

2.4 普通馬鈴薯無硫護(hù)色工藝響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.4.1 Box-Benhnken設(shè)計(jì)與結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以Box-Benhnken的中心組合設(shè)計(jì)原則，選取檸檬酸、氯化鈣、VC加入量為自變量，以多酚氧化酶活性抑制率為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 Box-Benhnken試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果Table1 Experimental design and results of Box-Benhnken

2.4.2 回歸方程與顯著性分析

將表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Design-Expert8.0軟件進(jìn)行二次多項(xiàng)式逐步回歸擬合，得回歸模型方程為：

模型的可靠性可以從方差分析及相關(guān)系數(shù)來考察，結(jié)果見表2。

續(xù)表2回歸模型方差分析Continue table2 Variance analysis of items of regression equation

由表2可知，模型F=15.41，所得多酚氧化酶活性抑制率的回歸方程極顯著（P＜0.000 1）；F失擬=4.89，失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），從而可以對(duì)馬鈴薯泥護(hù)色工藝進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和分析。R2=95.19%，說明響應(yīng)值（酶活抑制率）的變化有95.19%來源于檸檬酸加入量、氯化鈣加入量和VC加入量。方差分析結(jié)果表明：一次項(xiàng)和二次項(xiàng)都有顯著性因素，其中A，C，AC，A2，B2，C2顯著，各試驗(yàn)因子對(duì)酶活抑制率具有交互影響的非線性關(guān)系。可以利用回歸方程確定最佳馬鈴薯泥護(hù)色工藝條件，三個(gè)變量對(duì)游離淀粉率的貢獻(xiàn)大小為C＞A＞B。

2.4.3 響應(yīng)面分析

圖7表示將氯化鈣添加量B的水平固定為0，即在氯化鈣添加量為0.7%，檸檬酸添加量和VC添加量對(duì)酶活抑制率的影響。

圖7 VC和檸檬酸對(duì)酶活抑制率的影響Fig.7 Effects of VCand citric acid on enzyme inhibition rate

由圖7可知，無論VC添加量處于何種水平，隨著檸檬酸添加量升高酶活抑制率均先升高后緩慢降低，可能是因?yàn)槁然}溶液呈微酸性，當(dāng)檸檬酸濃度升高時(shí)，其溶液酸堿度達(dá)到多酚氧化酶最適pH值6.0～7.0，導(dǎo)致酶活抑制率有稍許降低；當(dāng)檸檬酸添加量一定時(shí)，隨著VC添加量升高酶活抑制率均先升高后趨于平穩(wěn)[11-12]。由方差分析可知，兩者對(duì)酶活抑制率影響顯著，與其相對(duì)應(yīng)的等高線形狀為橢圓形，表明檸檬酸添加量和VC添加量交互作用顯著。

2.4.4 無硫護(hù)色劑配比的確定

根據(jù)回歸模擬方程，得到最佳護(hù)色劑配比為：檸檬酸0.66%，氯化鈣0.73%，抗壞血酸0.06%，由回歸方程預(yù)測(cè)在此條件下的酶活抑制率的理論值為99.1%。在檸檬酸0.66%，氯化鈣0.73%，抗壞血酸0.06%時(shí)對(duì)馬鈴薯進(jìn)行護(hù)色，結(jié)果表明，酶活抑制率的平均值達(dá)98.7%，預(yù)測(cè)的理論值為99.1%，兩者的相對(duì)誤差為0.40%，因此該模型可以很好的反映護(hù)色劑的最佳配比。與添加0.05%亞硫酸氫鈉相比，無硫復(fù)配護(hù)色劑可以有效的抑制不同品種馬鈴薯泥加工過程中的褐變現(xiàn)象。

2.5 彩色馬鈴薯護(hù)色劑配比優(yōu)化試驗(yàn)

彩色馬鈴薯護(hù)色劑配比優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 彩色馬鈴薯復(fù)配護(hù)色劑對(duì)酶活抑制率的影響Fig.8 Effects of com pound color-protecting stabilizer of color potato on enzyme inhibition rate

由圖8可知，紅寶石（a）和黑美人（b）兩種樣品的酶活抑制率均隨兩種護(hù)色劑添加量的升高而升高，當(dāng)氯化鈣添加量為0.7%，VC添加量為0.05%時(shí)，兩種樣品的酶活抑制率均到達(dá)最高，所以氯化鈣添加量為0.7%，VC添加量為0.05%為較適宜的彩色馬鈴薯護(hù)色劑添加量。

2.6 護(hù)色時(shí)間的確定

護(hù)色時(shí)間的確定見圖9。

圖9 護(hù)色時(shí)間變化對(duì)酶活抑制率的影響Fig.9 Effects of the change of color-protecting time on enzyme inhibition rate

由圖9可知，4個(gè)品種的馬鈴薯隨著護(hù)色時(shí)間增加，酶活抑制率都迅速增加，當(dāng)護(hù)色時(shí)間達(dá)到15min后，酶活抑制率不再隨護(hù)色時(shí)間增加而變化，此時(shí)酶活抑制率均達(dá)到90%以上，所以較適宜的護(hù)色時(shí)間為15min。

3 結(jié)論

通過對(duì)比7個(gè)馬鈴薯品種的多酚氧化酶活性，選擇青薯9號(hào)、宣薯2號(hào)、紅寶石和黑美人4個(gè)馬鈴薯品種作為護(hù)色試驗(yàn)品種。試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)亞硫酸氫鈉添加量為0.05%時(shí)，不同馬鈴薯品種中多酚氧化酶基本失活。通過對(duì)無硫護(hù)色工藝進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，得到最佳護(hù)色工藝為：檸檬酸0.66%，氯化鈣0.73%，抗壞血酸0.06%，護(hù)色時(shí)間15min，此時(shí)酶活抑制率的平均值達(dá)98.7%，基本可以達(dá)到亞硫酸氫鈉的抑制效果。通過對(duì)彩色馬鈴薯進(jìn)行護(hù)色工藝研究，得到最佳護(hù)色工藝為：氯化鈣0.7%，VC0.05%，護(hù)色時(shí)間15min，此時(shí)酶活抑制率可達(dá)89%以上。

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Study on Browning Inhibition in the Machining Process of Different Varieties of Mashed Potatoes

LI Jun，LIU Jia，LIU Hui，WANG Hui，CHEN Zhong-ai，Lü Du，TANG Jian-bo，CHEN Zhao-jun，LIU Yong-xiang*
（Biological Technology Institute of Guizhou Province，Potato Engineering Research Center of Guizhou Province，Guiyang550006，Guizhou，China）

Compared polyphenol oxidase activity of 7 varieties of potato，then chose four varieties of potato such as qingshu-9，xuanshu-2，ruby and black beauty as the color test varieties，and determined the inhibition rateof polyphenol oxidase activity in the process of mashed potatoes. Response surface optimization tests of none sulfur protect-color process showed that the best color-protecting technology was：0.66 % of citric acid，0.73 % of calcium chloride，0.06 % of ascorbic acid，color-protecting time of 15 minutes，the average enzyme activity inhibition rate was 98.7 %. Color-protecting test of color potatoes showed that the best color-protecting technology was：0.7 % of calcium chloride，0.05 % ascorbic acid，color-protecting time of 15 minutes，the average enzyme activity inhibition rate was 89 %. Two kinds of color-protecting stabilizer can effectively inhibit the browning phenomenon of normal and color mashed potatoes in the machining process.

mashed potatoes；processing；browning；inhibition

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.04.005

2016-05-27

黔科合重大專項(xiàng)字（[2014]6016）

李?。?990—），男（漢），研究實(shí)習(xí)員，碩士，研究方向：食品加工。

*通信作者：劉永翔（1978—），女（漢），研究員，博士，研究方向：食品加工。