我國馬鈴薯鮮切防褐變技術及裝備現(xiàn)狀

張凱 王希卓 孫潔 楊琴 孫海亭

摘要針對我國馬鈴薯鮮切產(chǎn)業(yè)及鮮切褐變的機理，通過廣泛查閱文獻對國內(nèi)外馬鈴薯鮮切防褐變技術及裝備情況進行了梳理，總結(jié)了物理、化學、生物等不同抑制褐變的方法及馬鈴薯去皮、切片、切條、切丁機械現(xiàn)狀。分析了我國馬鈴薯鮮切防褐變技術裝備現(xiàn)狀、存在的問題并提出了相應的建議。

關鍵詞馬鈴薯；鮮切褐變；多酚氧化酶；鮮切裝備

中圖分類號TS255.36文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）14-0187-04

AbstractAccording to freshcut potato industry in China and browning mechanism，through extensive literature review，potato freshcut antibrowning technology and equipment at home and abroad were studied，the methods of inhibiting browning，such as physics，chemistry and biology were summarized，as well as potato peeling，slicing，dicing machine status.The status and existing problems of freshcut potato antibrowning technology and equipment were analyzed，corresponding suggestions were proposed.

Key wordsPotato；Freshcut browning；Polyphenoloxidase；Freshcut equipment

鮮切果蔬的概念起源于20世紀50年代經(jīng)濟較為發(fā)達的歐美等地，60年代發(fā)展于速食業(yè)，80年代在加拿大、歐美、日本等發(fā)達國家初具規(guī)模[1-3]。由于鮮切果蔬具有新鮮、營養(yǎng)、方便、快捷、衛(wèi)生、品質(zhì)好、即食即用等特點，在發(fā)達國家已經(jīng)被廣泛接受[3]。根據(jù)國際鮮切產(chǎn)品協(xié)會（International Freshcut Produce Association）估計，2009年美國鮮切產(chǎn)品銷售額已達800多億美元，并以每年10%～15%和2%～5%的增速供應零售和食品服務業(yè)的快速需求[4]；在英國、法國及日本等發(fā)達地區(qū)鮮切果蔬的需求量也越來越大，21世紀初法國鮮切果蔬處理量已達4萬t，2008年日本鮮切果蔬銷售額達到5 000億日元[5]；荷蘭鮮切果蔬的品種達200多種，且在不斷增加，市場零售額也迅速超過10%[6]。

我國鮮切果蔬研究相對晚于發(fā)達國家，20世紀90年代果蔬加工萌芽興起，但由于鮮切果蔬已經(jīng)過前期預處理，可更為便捷地進行后續(xù)加工。在優(yōu)化了運輸和垃圾處理環(huán)節(jié)后，近年來隨著我國居民消費結(jié)構的轉(zhuǎn)變以及各地果蔬批發(fā)市場的建立，我國鮮切產(chǎn)品市場面臨重大的發(fā)展機遇。

雖然鮮切果蔬優(yōu)點明顯，市場潛力巨大，但是與原材料相比，鮮切果蔬由于切分處理所造成的機械傷會引發(fā)一系列的生理生化變化，如變色、變味、軟化、衰老、變質(zhì)等[3]，尤其是鮮切褐變會嚴重影響產(chǎn)品的感官質(zhì)量，降低營養(yǎng)價值，導致商品價值大大降低，因此面對的困難較多。

馬鈴薯作為消費量較高的農(nóng)產(chǎn)品之一，最早進入鮮切蔬菜行業(yè)，并被廣泛研究。目前國內(nèi)外常見的馬鈴薯鮮切品種有：大西洋、夏波蒂、克新13號、荷蘭7號及15號、中薯5號、紫花白、克拉馬斯紅馬鈴薯、褐色馬鈴薯等，其加工產(chǎn)品以市場消費量較大的薯塊、薯條、薯片等各類鮮切產(chǎn)品為主。目前，我國馬鈴薯鮮切產(chǎn)品行業(yè)還處于起步階段，隨著我國馬鈴薯主糧化政策的出臺，未來幾年，可預見馬鈴薯產(chǎn)業(yè)會有長足的發(fā)展；同時，在我國居民消費方式逐漸由單純數(shù)量型向品質(zhì)型、結(jié)構型和營養(yǎng)型轉(zhuǎn)變的社會背景下，馬鈴薯鮮切產(chǎn)品以優(yōu)質(zhì)、安全、衛(wèi)生、快捷、方便等特點，必將促進行業(yè)加速發(fā)展。褐變是導致鮮切馬鈴薯品質(zhì)下降并限制其貨架期的主要因素，容易造成經(jīng)濟損失，因此通過相應技術裝備抑制或減緩馬鈴薯鮮切褐變，保持其應有性狀品質(zhì)，延長鮮切產(chǎn)品貨架期對我國鮮切果蔬市場發(fā)展具有重要意義。

1防褐變技術

馬鈴薯鮮切褐變主要由酶促褐變引起，而酶促褐變發(fā)生的3個必要條件分別為酶類[多酚氧化酶（PPO）]、底物（酚類物質(zhì)）和氧氣。根據(jù)上述條件，研究抑制酶促褐變的方法多從3個方向開展：降低O2濃度，抑制PPO活性，控制多酚含量。根據(jù)褐變發(fā)生的途徑，酶促褐變可通過物理、化學和生物方法分別進行抑制，生產(chǎn)中則多為各方法復合使用進行防控。

1.1物理方法

1.1.1低溫保鮮。低溫保鮮幾乎是所有果蔬貯藏保鮮的首選方式，因為其條件簡單、可控、效果好，也是如今應用最廣泛的果蔬保鮮方式之一。適度低溫不僅可以通過降低酶活性減緩馬鈴薯體內(nèi)生理生化反應活性，同時還可以通過抑制病菌等微生物活動降低其腐爛發(fā)病率，保持其應有品質(zhì)。酶促褐變是由PPO催化底物進行反應從而導致馬鈴薯褐變的，適當?shù)蜏乜捎行Ы档蚉PO催化活性從而降低褐變反應，有效抑制馬鈴薯褐變，但需要注意雖然PPO活性隨著溫度降低而鈍化，但過低溫度也會引起馬鈴薯其他變化造成冷害或凍害從而加劇褐變甚至腐爛情況，因此溫度不可一味降低。研究表明，能有效抑制褐變但不造成其他品質(zhì)惡化的最佳溫度一般為0～4 ℃。冷藏處理通常可以通過流動空氣、冷凍水、冰或真空來實現(xiàn)[7]。

1.1.2加熱處理。與低溫保鮮相對應，隨著溫度的升高，PPO的活性先增強隨后降低，呈開口向下的拋物線形狀。因此適當?shù)母邷匾部梢酝ㄟ^抑制PPO活性甚至使其失活來抑制馬鈴薯褐變[8]。但是過熱處理同樣會導致馬鈴薯性狀發(fā)生改變，導致其質(zhì)地、風味等發(fā)生變化，因此經(jīng)過適當?shù)臏囟绕癄C或高溫滅活等也可有效抑制馬鈴薯褐變。常用的高溫處理有熱水、熱蒸汽、熱空氣等處理，最新研究也有通過紅外線或光波進行處理，可相對保持其性狀及產(chǎn)品品質(zhì)。

1.1.3非熱處理。熱處理雖然可以較好地抑制褐變，但會對食品的色、香、味、營養(yǎng)成分及功能性造成一定的破壞，影響其品質(zhì)。由于人們對食品的新鮮度要求越來越高，所以也就更加重視食品的健康要素與最小加工食品（minimallyprocessedfoods，MPF）的理念[9]。非熱加工技術可以最大限度地保留食品原有的風味和養(yǎng)分，因此成為熱點。非熱加工如超高壓、高強度脈沖電場、輻照等技術，均可通過使酶分子發(fā)生聚合等方式，導致酶活性降低甚至喪失，從而在一定程度上抑制褐變[10]。

1.1.4氣調(diào)包裝。由于氧氣是酶促褐變發(fā)生的必要條件，因此可以利用氣調(diào)控制氧氣濃度。氣調(diào)貯藏方式主要有減壓包裝（MVP）和自發(fā)調(diào)節(jié)包裝（MAP）。MAP是通過特殊的透氣性的包裝材料控制氣體成分，通過氣體成分調(diào)節(jié)降低產(chǎn)品的呼吸速率。據(jù)報道，5%～10% CO2、2%～5% O2條件下，可有效降低馬鈴薯呼吸速率抑制PPO活性，從而控制褐變，延長貨架期。

1.1.5真空處理。氧氣是酶促褐變發(fā)生的基本三元素之一，控制氧氣含量也是控制酶促褐變的重要方向。通過真空包裝隔絕外界氧氣的同時驅(qū)除馬鈴薯果肉間隙自身溶解氧可以有效抑制酶促褐變，降低褐變和水分活度[11]。

1.1.6可食性涂膜?？墒承酝磕な切陆糜诳刂岂R鈴薯褐變的新熱點，通過膜透性篩選控制，可食性涂膜可以通過控制氣體成分交換達到類似氣調(diào)包裝的效果，抑制馬鈴薯呼吸強度，降低氧氣濃度從而控制酶促褐變速率，維持馬鈴薯品質(zhì)。生產(chǎn)中，可食性涂膜通常與其他防褐變化學藥劑復合使用，效果會更加明顯。

1.2化學方法化學方法無法直接改變氧氣含量，因此控制褐變多從抑制PPO活性及改變底物或產(chǎn)物方向著手。常見的褐變抑制劑大體可分為氧化還原劑、螯合劑、酸化劑、酶抑制劑和絡合劑等幾大類，常見的化學方法主要有以下幾種。

1.2.1改變褐變原料?；|(zhì)配位法是從改變基質(zhì)的結(jié)構出發(fā)，通過如基質(zhì)甲基化法等方法通過結(jié)合反應減少馬鈴薯體內(nèi)酚類物質(zhì)的含量，同時反應生成物進一步鈍化PPO活性或不與其他底物形成其他惡性連鎖反應從而控制褐變的方法。一般通過這種方法，食品原本的品質(zhì)可得到最大限度的保留，所以此方法的綜合效果最好，但受反應原料腺苷蛋氨酸價格影響，現(xiàn)實中并未在生產(chǎn)中大規(guī)模使用。常見的基質(zhì)配位法馬鈴薯抗褐變劑有鋁化物或鋅化物等。

1.2.2添加偶聯(lián)劑。據(jù)報道，某些醌類偶聯(lián)劑可通過干擾O2的攝取采抑制還原反應中間生成物防止色素形成或通過與褐變產(chǎn)物相結(jié)合將其轉(zhuǎn)化為無色物，進而抑制褐變的發(fā)生。

1.2.3抑制PPO的活性。化學方法抑制PPO方式有很多，如通過加入適當酸（有機酸、無機酸）改變其最適pH環(huán)境即可使PPO活性降低或失活[12]。通過加入亞硫酸鹽等可抑制其活性同時連鎖產(chǎn)生漂白、生成醌類物質(zhì)及抑制微生物生長等作用，但亞硫酸鹽安全性近來備受質(zhì)疑，已被限制使用；抗壞血酸及其衍生物等是亞硫酸鹽的替代品，通過還原、螯合、改變基質(zhì)結(jié)構等方式也可有效抑制酶促反應的發(fā)生[13]。據(jù)報道，所有的芳香類羧酸都是酶的競爭性抑制劑，通過競爭性結(jié)合反應，肉桂酸、苯甲酸、聚乙烯吡咯烷酮、環(huán)庚三烯酚酮等系列物可抑制PPO活性；鉀、鈉、鈣、鎂等無機鹽溶液通過改變細胞液滲透壓或與果膠等成分發(fā)生反應也可防止褐變發(fā)生[14]。

一些研究表明，許多氧化還原劑、酸化劑、螯合劑等在單獨使用時往往不能取得理想效果，而不同的方法結(jié)合使用時往往能起到協(xié)同作用，增強褐變控制的效果。因此，化學方法應多措并舉復合控制，才會有更好的效果。

1.3生物方法與化學方法類似，某些生物提取物或小分子物質(zhì)同樣具有抑制褐變的效果，如植物提取液中的氨基酸、蛋白酶、小分子多肽等活性成分， 蜂蜜中含有的生育酚、抗壞血酸、類黃酮、酚類物質(zhì)[15]，乳酸菌產(chǎn)生的小分子代謝物等均可通過螯合、抗氧化、配位等不同方式的結(jié)合抑制褐變的發(fā)生。例如無花果蛋白酶[16]、木瓜蛋白酶[17]和菠蘿蛋白酶[18-19]這3種酶都是含有巰基的蛋白，已經(jīng)被證明是非常有效的褐變抑制劑，使用廣泛[20]。

1.4其他方法試驗證明，非酶棕色化反應的產(chǎn)物也對馬鈴薯PPO具有較強的抑制作用[21]。此外，基因工程方法的使用，如通過反義RNA技術控制PPO的表達，可培育抗褐變品種，能從根本上解決馬鈴薯褐變問題[22]。

2鮮切及防褐變裝備情況

工業(yè)化生產(chǎn)的絕大多數(shù)鮮切馬鈴薯條或薯塊的防褐變處理，均在切后浸泡和包裝環(huán)節(jié)進行處理，除包裝設備型號與功能略有差異外，浸泡多為簡易浸泡池等，通過連接裝置與加工設備相連，效果受保護液種類和成分變化等影響，防褐變效果差異較大。國內(nèi)外馬鈴薯鮮切機械主要為去皮機械、切片機械、切條機械及切丁機械等。

2.1去皮機械馬鈴薯去皮機械可根據(jù)不同工作原理大致分為機械去皮、蒸汽去皮和化學去皮3種類型機械（表1）。

2.1.1機械去皮裝置。機械去皮多利用圓筒形物料桶高速旋轉(zhuǎn)提供的離心力與各類型摩擦部件進行摩擦，從而完成去皮。常見的機械去皮機如圖1所示，該機由機筒、機蓋、機座、砂盤、電機等部分組成。電機通過傳動裝置為底部的砂盤旋轉(zhuǎn)提供動力。塊莖放置在圓柱形物料桶中，通過物料桶高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力與桶壁進行摩擦去皮，再經(jīng)過沖洗即完成了去皮過程，去皮后通過水流沖洗可將皮屑分離并排出。

2.1.2蒸汽去皮裝置。蒸汽去皮是通過密閉物料箱中高

溫高壓在打開的一瞬產(chǎn)生的內(nèi)外壓差結(jié)合馬鈴薯果肉與果皮之間的組織差異使果肉與果皮自行分離。目前，國內(nèi)常見的蒸汽去皮機械有連續(xù)式鏈帶蒸煮機和高壓蒸煮鍋等大型高端機械，但受資金、基地、機械操作性等影響，實際生產(chǎn)中，小型加工廠常使用自制的蒸煮裝置。圖2為一般食堂、飯店常用的蒸煮裝置結(jié)構示意圖。

2.1.3化學去皮裝置?；瘜W去皮原理簡單，一般為鈍性物料箱中加入調(diào)配好的酸堿溶液，通過溶液浸泡腐蝕掉馬鈴薯外皮后再經(jīng)過沖洗即完成去皮過程。此方法不受馬鈴薯形狀、大小影響，可簡便快速去皮，但是由于酸堿溶液成分濃度及配比可控性差，且不可連續(xù)使用，排出后還會造成環(huán)境污染，沖洗也需要大量清水，易造成水資源浪費、污染環(huán)境或酸堿殘存導致食品安全等問題，并不推薦企業(yè)使用。常見的馬鈴薯去皮溶液為15%～25%的氫氧化鈉溶液， 經(jīng)過2～6 min 70 ℃左右的溶液浸泡再經(jīng)高壓水沖洗可完成化學去皮。

45卷14期張 凱等我國馬鈴薯鮮切防褐變技術及裝備現(xiàn)狀2.2切片機械隨著馬鈴薯片市場的發(fā)生發(fā)展，切片機技術起源于20世紀60年代，發(fā)展于70年代，到80年代，國外已出現(xiàn)較多切片機械制造公司。20世紀80年代中后期，隨著機械化智能化的發(fā)展，很多全自動多功能切片機開始完善，像日本Tokyo Semitsu株式會社的TSK（若干）系列機、 Okamoto Machine株式會社的ASM系列機、美國STC公司的STC系列機，瑞士Meyer-Burger AG公司的TS系列機等均為當時世界著名切片機生產(chǎn)廠家的代表產(chǎn)品。切片機的原理主要是以滾動軸承為支撐通過旋轉(zhuǎn)刀頭進行薯片切割（圖3），根據(jù)軸承的支撐方式可分為臥式和立式2種類型。

我國的切片機多為搖動式切片機、滑動式切片機、輪轉(zhuǎn)式切片機、推動式（雪橇式）切片機和冰凍切片機等。

2.3切條機械大型生產(chǎn)線采用的切條機多為復合整個生產(chǎn)線的水力切條機，通過物料在水道內(nèi)通過水流沖刷清洗的同時傳送到機械內(nèi)，經(jīng)過去皮裝置和清洗裝置后，在切條機內(nèi)被組合刀具完成切條，整個切條過程一次完成，薯條品質(zhì)均勻，此類生產(chǎn)線為目前最常用的。圖4為離心式機械切條機的結(jié)構示意圖。

2.4切丁機械傳統(tǒng)的切丁方式以二維切丁為主，人工成本高、工作效率低、產(chǎn)品品質(zhì)不均勻。隨著機械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國外發(fā)明了能實現(xiàn)連續(xù)喂料、分步連續(xù)切削加工作業(yè)成型的三維切割加工模式的機械[23]。如比利時某公司的Flexifam三維切丁機和美國某公司的G-A型果蔬切丁機。近年來國內(nèi)企業(yè)通過學習與創(chuàng)新也發(fā)明了采用三維切割模式加工的切丁機械，LG-350型切丁機就是蘇州某企業(yè)生產(chǎn)的三維切丁機。但受核心技術影響，國內(nèi)切丁機結(jié)構有待優(yōu)化，事故率高、生產(chǎn)效率低、切丁產(chǎn)品規(guī)格少、品質(zhì)不均勻，尚無法滿足國內(nèi)的工業(yè)化需求。圖5為果蔬切丁機的整機示意。

3結(jié)論與建議

目前，國內(nèi)馬鈴薯鮮切防褐變的基礎研究相對較多，但由于我國馬鈴薯鮮切市場尚屬于起步階段，縱觀整個馬鈴薯鮮切產(chǎn)業(yè)，仍存在較多的問題。如：對馬鈴薯不同品種鮮切褐變情況對比研究較多，對適合鮮切的馬鈴薯品種開發(fā)與利用的研究較少；對防褐變單一技術效果對比研究較多，對復合技術優(yōu)化研究較少；對實驗室不同防褐變技術精深研究較多，對適宜工業(yè)化推廣防褐變技術研究較少；對技術研究較多，對裝備研發(fā)較少等。為解決或避免以上問題，使我國馬鈴薯鮮切產(chǎn)業(yè)能夠快速發(fā)展，現(xiàn)提出以下建議。

3.1培育品種專用型，加大技術研發(fā)推廣力度針對馬鈴薯鮮切專用品種的稀缺，通過引進國外品種，進行創(chuàng)新育種等，盡快豐富我國鮮切馬鈴薯專用品種類型，同時科研單位也應加大復合型防褐變處理技術及操作方便簡單、經(jīng)濟適用的工業(yè)化生產(chǎn)技術的研究。各科研院所及高校應加強與企業(yè)聯(lián)系，做到產(chǎn)學研相結(jié)合，加快成果轉(zhuǎn)化進度，使科研成果能夠盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

3.2創(chuàng)新思路、加快復合型裝備的研發(fā)速度工業(yè)化生產(chǎn)不僅可大大提高鮮切馬鈴薯生產(chǎn)效率，同時可保證產(chǎn)品品質(zhì)的統(tǒng)一性，是我國鮮切馬鈴薯的必經(jīng)之路。針對如今國內(nèi)馬鈴薯鮮切防褐變機械的缺乏，相關科研單位及企業(yè)應借鑒國外經(jīng)驗，結(jié)合馬鈴薯鮮切褐變技術研究，加快復合型鮮切防褐變裝備的研發(fā)速度。不僅要滿足多類型切割產(chǎn)品種類要求，還要通過切割方式、切割器材、切割前預處理、切割后處理、包裝等各環(huán)節(jié)的創(chuàng)新，抑制馬鈴薯的鮮切褐變，保持其原有品質(zhì)，延長貨架期，從而保證鮮切產(chǎn)品應有的商品價值。

3.3政府引導，加強政府補貼扶持力度綜合運用經(jīng)濟手段，通過政府宏觀調(diào)控，引導并鼓勵科研院所、龍頭企業(yè)、社會資源等多方參與，多措并舉共同促進馬鈴薯鮮切產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對科研院所，政府可設立專項科研基金，激勵科研院所針對馬鈴薯鮮切存在的技術裝備問題，加緊加快研究；對龍頭企業(yè)和社會資源，通過拓寬融資渠道，進行政策金融方面補貼扶持，引導企業(yè)及社會資源進入馬鈴薯鮮切行業(yè)，同時通過政策條件制約，嚴格控制加工損耗、耗能、環(huán)境污染等問題，倒逼企業(yè)更新技術及裝備。產(chǎn)業(yè)相關各級政府也要明確職責，從發(fā)展規(guī)劃、招商引資、產(chǎn)業(yè)扶持到技術推廣、產(chǎn)品儲運銷各自承擔相應職責，促進產(chǎn)業(yè)更好更快發(fā)展。

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