蘋果梨汁的常溫護(hù)色方法

李梁，賈福晨，高暢，聶成玲，王立正，薛蓓，劉振東*

1(西藏農(nóng)牧學(xué)院食品科學(xué)學(xué)院，西藏 林芝，860000) 2(西藏特色生物資源開發(fā)利用平臺(tái)，西藏 林芝，860000)

蘋果梨汁的常溫護(hù)色方法

李梁1,2，賈福晨1，高暢1，聶成玲1，王立正1，薛蓓1,2，劉振東1,2*

1(西藏農(nóng)牧學(xué)院食品科學(xué)學(xué)院，西藏 林芝，860000) 2(西藏特色生物資源開發(fā)利用平臺(tái)，西藏 林芝，860000)

為抑制蘋果梨汁褐變，在果實(shí)榨汁前，以護(hù)色劑對(duì)蘋果梨汁抑制褐變率和色差值的影響為指標(biāo)，在5組單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過5因素2水平正交試驗(yàn)，運(yùn)用正交試驗(yàn)的極差分析，確定了檸檬酸、Na2SO3、L-半胱氨酸3種對(duì)褐變抑制率及色差值影響較大的護(hù)色劑，之后通過軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)及響應(yīng)面法分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳的蘋果梨汁護(hù)色劑配方為：檸檬酸添加量為0.67 g/100 mL，Na2SO3添加量為0.01 g/100 mL，L-半胱氨酸添加量為0.01 g/100 mL，在此配方條件下預(yù)測(cè)蘋果梨汁褐變抑制率為58.1%，色差值為25.8 NBS。實(shí)際值為蘋果梨汁平均褐變抑制率58.6%、平均色差值25.3 NBS，預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值吻合程度分別為99.14%和98.06%。

蘋果梨汁；抑制褐變率；色差值；護(hù)色劑

蘋果梨，中國獨(dú)有水果，又稱“中華丑梨”，屬秋子梨系統(tǒng)[1]，目前廣泛種植于我國北方，適宜陰冷濕潤氣候，耐高寒[2]。蘋果梨可食率高，營養(yǎng)成分豐富，含有多種氨基酸、維生素、黃酮類等人體必需營養(yǎng)成分[3-5]。當(dāng)前，西藏產(chǎn)蘋果梨屬自然生長，未經(jīng)人工干預(yù)，致使蘋果梨果型、品相差，無法出售而腐爛，造成大量蘋果梨浪費(fèi)。將蘋果梨經(jīng)加工制成果汁后，不僅可以解決西藏蘋果梨資源浪費(fèi)的局面，還可以提高蘋果梨產(chǎn)品附加值，對(duì)推廣蘋果梨資源開發(fā)，產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供幫助。蘋果梨在榨汁過程中，因酶促或非酶褐變而引起的蘋果梨汁褐變現(xiàn)象[6-9]，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)下降，影響產(chǎn)品的后續(xù)加工。本研究即在蘋果梨榨汁前，將果肉進(jìn)行護(hù)色處理[10]，后經(jīng)榨汁、酶解、過濾等步驟，通過分光光度計(jì)及色差計(jì)，測(cè)量褐變度及色差值。試驗(yàn)以褐變抑制率及色差值為指標(biāo)，選用不同濃度的NaCl、檸檬酸、VC、Na2SO3、L-半胱氨酸，分析確定不同單一護(hù)色劑的最佳濃度，通過5因素2水平正交試驗(yàn)確定單一護(hù)色劑對(duì)蘋果梨汁褐變抑制率及色差值影響的主次順序，最后通過響應(yīng)面法確定最佳蘋果梨汁護(hù)色劑配方。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

蘋果梨(成熟度一致)，西藏農(nóng)牧學(xué)院果園；NaCl、檸檬酸、VC、Na2SO3、L-半胱氨酸(分析純)，廣州化學(xué)試劑廠。

1.2儀器與設(shè)備

DV214型分析天平，奧豪斯儀器(上海)有限公司；HR1871型榨汁機(jī)，飛利浦(中國)投資有限公司；SHZ-D(III)型循環(huán)水真空泵，湖南力辰儀器科技有限公司；WK2102T型電磁爐，美的集團(tuán)有限公司；UV-2102PC型紫外-可見分光光度計(jì)，尤尼柯(上海)儀器有限公司。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品的制備

采摘成熟度一致、無機(jī)械傷、無腐爛果的新鮮蘋果梨，去皮、核切分后，置于常溫的護(hù)色劑溶液中浸泡20 s，取出后經(jīng)控水、榨汁、澄清、過濾后，測(cè)定色差及褐變指數(shù)，并計(jì)算褐變抑制率。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

按表1配方進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察各因素對(duì)蘋果梨汁褐變效果的影響，篩選適合蘋果梨汁的護(hù)色劑，并確定其濃度。

表1 單因素護(hù)色試驗(yàn)

1.3.3 正交試驗(yàn)

以不同濃度單一護(hù)色劑對(duì)蘋果梨汁的褐變抑制率及色差值為指標(biāo)，運(yùn)用L8(27)正交表進(jìn)行5因素2水平正交試驗(yàn)，通過正交試驗(yàn)助手對(duì)試驗(yàn)結(jié)果極差進(jìn)行分析，分析判斷不同單一護(hù)色劑對(duì)蘋果梨汁的褐變抑制率及色差值影響的強(qiáng)弱關(guān)系。試驗(yàn)因素水平見表2所示。

表2 正交試驗(yàn)因素與水平表

注：()內(nèi)1、2為編碼值。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

在正交試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過極差分析，確定出對(duì)蘋果梨汁褐變抑制效果較好的3種單一護(hù)色劑：檸檬酸、Na2SO3、L-半胱氨酸。由此設(shè)計(jì)3因素3水平的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)(BBD)，因素水平表見表3所示，以復(fù)合護(hù)色劑對(duì)蘋果梨汁褐變抑制率及色差值為指標(biāo)，利用Design Expert試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定蘋果梨汁的最佳護(hù)色劑配方。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表

1.3.5 指標(biāo)測(cè)定方法

1.3.5.1 蘋果梨汁色澤的測(cè)定及色差的計(jì)算方法

通過使用色差儀對(duì)蘋果梨汁待測(cè)樣進(jìn)行測(cè)定，記錄L*、a*、b*值。色差值ΔE即由L*、a*、b*值通過公式計(jì)算得到

(1)

ΔE單位為NBS。其中，ΔE越小表明色澤越接近，反之為相差越大；L*表示樣品色澤的明亮程度，L*值越大表示亮度越大，反之值越小，表示亮度越小。試驗(yàn)樣品色差測(cè)定重復(fù)5次[11]。

1.3.5.2 蘋果梨汁褐變度的測(cè)定及褐變抑制率的計(jì)算方法

采摘成熟度一致、無機(jī)械傷、無腐爛果的新鮮蘋果梨，去皮、核切分后，置于常溫的護(hù)色劑溶液中浸泡20 s，取出后經(jīng)控水、榨汁、澄清、過濾后，用分光光度計(jì)于420 nm處測(cè)定蘋果梨汁的吸光度A，即為褐變度[11]。

(2)

式中：R，褐變抑制率；A0，空白試驗(yàn)蘋果梨汁褐變度；Am，經(jīng)護(hù)色劑處理的蘋果梨汁褐變度。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

單因素試驗(yàn)結(jié)果采用Origin 9.0軟件繪制單因素分析圖；5因素2水平正交試驗(yàn)結(jié)果及極差通過正交實(shí)驗(yàn)助手進(jìn)行分析；響應(yīng)面試驗(yàn)通過Design Expert 8.0軟件分析。每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次，試驗(yàn)樣品吸光度及色差測(cè)定重復(fù)5次。

2 結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 NaCl濃度對(duì)蘋果梨汁護(hù)色效果的影響

如圖1所示，隨著護(hù)色劑中NaCl濃度的升高其褐變抑制率逐漸提高；色差值ΔE與L*不斷下降。當(dāng)NaCl濃度達(dá)到0.06 g/100 mL時(shí)，隨著NaCl濃度的升高，褐變抑制率、色差值ΔE變化趨緩，L*出現(xiàn)明顯下降。說明NaCl濃度的提高對(duì)蘋果梨汁的護(hù)色效果是顯著的，可能是因?yàn)镹aCl離子通過影響蘋果梨汁中蛋白質(zhì)的分解與結(jié)合，抑制蘋果梨汁中多酚氧化酶以及過氧化氫酶活性，控制蘋果梨汁酶促褐變；隨著NaCl溶液濃度的提高，可以降低溶液中氧溶解量，避免蘋果梨汁與氧的過多接觸，進(jìn)而抑制果汁發(fā)生非酶褐變[12-15]。綜合褐變抑制率、色差值ΔE與L*考慮，濃度為0.06 g/100 mL的NaCl溶液護(hù)色效果最好。

2.1.2 檸檬酸濃度對(duì)蘋果梨汁護(hù)色效果的影響

如圖2所示，隨著護(hù)色劑中檸檬酸濃度的升高其褐變抑制率逐漸提高；色差值ΔE與L*不斷下降。當(dāng)檸檬酸濃度達(dá)到0.6 g/100 mL時(shí)，隨著檸檬酸濃度的升高，褐變抑制率、色差值ΔE變化趨緩，L*略有上升，說明檸檬酸濃度的提高對(duì)蘋果梨汁的護(hù)色效果是顯著的，可能是因?yàn)?，在一定酸度條件下，羰氨反應(yīng)中的縮合物易于水解；且在羰氨反應(yīng)過程中，反應(yīng)體系游離的氨基酸被結(jié)合后，體系pH值會(huì)不斷下降，說明堿性條件對(duì)羰氨反應(yīng)的發(fā)生有一定促進(jìn)作用[16-18]。故，適當(dāng)檸檬酸濃度的護(hù)色劑對(duì)抑制蘋果梨汁發(fā)生美拉德褐變有一定作用。綜合褐變抑制率、色差值ΔE與L*考慮，濃度為0.6 g/100 mL的檸檬酸溶液護(hù)色效果最好。

圖2 檸檬酸濃度對(duì)蘋果梨汁護(hù)色效果的影響Fig.2 The effect of citric acid oncolour of the Pingguoli pear juice

2.1.3 VC濃度對(duì)蘋果梨汁護(hù)色效果的影響

如圖3所示，隨著護(hù)色劑中VC濃度的升高其褐變抑制率逐漸提高；色差值ΔE與L*不斷下降。當(dāng)檸檬酸濃度達(dá)到0.7g/100mL時(shí)，隨著VC濃度的升高，褐變抑制率、色差值ΔE變化趨緩，L*略有下降，說明VC濃度的提高對(duì)蘋果梨汁的護(hù)色效果是顯著的，可能是因?yàn)?，VC不僅可以降低蘋果梨汁體系的pH值，還因其作為抗氧化劑，有一定還原能力，可以將蘋果梨汁體系中的醌類及其衍生物類物質(zhì)還原成酚類物質(zhì)。但是，當(dāng)VC含量偏少或蘋果梨汁體系中氧含量偏高時(shí)，VC被全部氧化進(jìn)而會(huì)與氨基酸結(jié)合促進(jìn)非酶褐變，這可能是VC濃度偏低時(shí)，護(hù)色效果不明顯的主要原因之一[19-21]。綜合褐變抑制率、色差值ΔE與L*考慮，濃度為0.7 g/100 mL的Vc溶液護(hù)色效果最好。

圖3 VC濃度對(duì)蘋果梨汁護(hù)色效果的影響Fig.3 The effect of VC on colour of the Pingguoli pear juice

2.1.4 Na2SO3濃度對(duì)蘋果梨汁護(hù)色效果的影響

如圖4所示，隨著護(hù)色劑中Na2SO3濃度的升高其褐變抑制率逐漸提高；色差值ΔE與L*不斷下降。當(dāng)Na2SO3濃度達(dá)到0.009 g/100 mL時(shí)，隨著Na2SO3濃度的升高，褐變抑制率、色差值ΔE變化趨緩，L*略有上升降，說明Na2SO3濃度的提高對(duì)蘋果梨汁的護(hù)色效果是顯著的，因Na2SO3控制褐變機(jī)制尚不明確，可能由于Na2SO3可以抑制多酚氧化酶活性或其可以與醌類化合物通過加成反應(yīng)進(jìn)而防止醌類的聚合，從而抑制蘋果梨汁褐變[22-25]。綜合褐變抑制率、色差值ΔE與L*考慮，濃度為0.009 g/100 mL的Na2SO3溶液護(hù)色效果最好。

圖4 Na2SO3濃度對(duì)蘋果梨汁護(hù)色效果的影響Fig.4 The effect of Na2SO3 on colour of the Pingguoli pear juice

2.1.5L-半胱氨酸濃度對(duì)蘋果梨汁護(hù)色效果的影響

如圖5所示，隨著護(hù)色劑中L-半胱氨酸濃度的升高其褐變抑制率逐漸提高；色差值ΔE與L*不斷下降。當(dāng)L-半胱氨酸濃度達(dá)到0.008 g/100 mL時(shí)，隨著L-半胱氨酸濃度的升高，褐變抑制率、色差值ΔE變化趨緩，L*略有下降，說明L-半胱氨酸濃度的提高對(duì)蘋果梨汁的護(hù)色效果是顯著的，可能是由于L-半胱氨酸中含有一定數(shù)量的還原性基團(tuán)，其不僅可以與酚酶中的銅離子結(jié)合，還可以與酶促反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)合生產(chǎn)無色物質(zhì)，進(jìn)而控制蘋果梨汁的褐變程度[12, 14, 26-28]。綜合褐變抑制率、色差值ΔE與L*考慮，濃度為0.008 g/100 mL的L-半胱氨酸溶液護(hù)色效果最好。

圖5 L-半胱氨酸濃度對(duì)蘋果梨汁護(hù)色效果的影響Fig.5 The effect of L-gystein on colour of the Pingguoli pear juice

2.2正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

為確定5種護(hù)色劑對(duì)蘋果梨汁褐變抑制率及色差的影響，在單一護(hù)色劑對(duì)蘋果梨汁護(hù)色效果影響單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，分別選擇5種護(hù)色劑中的3個(gè)較優(yōu)水平，利用L8(27)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，并分析試驗(yàn)結(jié)果，見表4。通過極差分析結(jié)果，得到5種單一護(hù)色劑對(duì)褐變抑制率及色差影響的主次關(guān)系。由極差分析可知，影響蘋果梨汁褐變抑制率的主次順序?yàn)椋篋>E>B>A>C，即Na2SO3>L-半胱氨酸>檸檬酸>NaCl>VC；影響蘋果梨汁色差的主次順序?yàn)椋篋>B>E>A>C，即Na2SO3>檸檬酸>L-半胱氨酸>NaCl>VC。綜合考慮，確定影響蘋果梨汁褐變的3個(gè)單一護(hù)色劑為：檸檬酸、Na2SO3、L-半胱氨酸。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.3響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5為Design Expert 8.0軟件根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)的蘋果梨汁護(hù)色條件的試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果。

表5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.3.2 模型的建立及分析

利用Design Expert 8.0軟件對(duì)表5試驗(yàn)進(jìn)行多元回歸擬合分析，得到不同蘋果梨汁護(hù)色劑與褐變抑制率及色差值直接的回歸模型：

褐變抑制率/%=56.63+0.21A+0.98B+1.01C+0.21AB+0.012AC-0.47BC-0.66A2+0.013B2-0.089C2

(3)

色差值/NBS=26.57-0.096A-0.47B-0.48C-0.10AB+0.23BC+0.27A2-0.041B2+6.5×10-3C2

(4)

由表6、表7可知，抑制褐變率模型的p< 0.000 1，色差值模型p=0.000 9，均表明回歸模型是極顯著；抑制褐變率失擬項(xiàng)p=0.146 1，色差值失擬項(xiàng)p=0.641 4，均為不顯著；制褐變率決定系數(shù)R2=0.949 9，色差值決定系數(shù)R2=0.950 3，說明2種指標(biāo)的護(hù)色模型擬合度良好，試驗(yàn)誤差小，可以用來分析和預(yù)測(cè)蘋果梨汁的護(hù)色工藝。

2.3.3 蘋果梨汁護(hù)色工藝響應(yīng)面分析及優(yōu)化

從圖5兩幅圖可以看出，等高線均為橢圓形，說明檸檬酸與Na2SO3兩種護(hù)色劑的交互作用是顯著的，Na2SO3的曲面相對(duì)于檸檬酸的曲面明顯較陡，且等高線沿Na2SO3軸較檸檬酸軸更密集，說明Na2SO3對(duì)蘋果梨汁褐變抑制率及色差值的影響較檸檬酸大。

圖5 檸檬酸與Na2SO3的交互作用對(duì)褐變抑制率及色差值的影響Fig.5 Effect of citric acid and Na2SO3 on the brownig inhibiton rate and ΔE

從圖6兩幅圖可以看出，等高線均為橢圓形，說明檸檬酸與L-半胱氨酸2種護(hù)色劑的交互作用是顯著的。L-半胱氨酸的曲面相對(duì)于檸檬酸的曲面明顯較陡，且等高線沿L-半胱氨酸軸較檸檬酸軸更密集，說明L-半胱氨酸對(duì)蘋果梨汁褐變抑制率及色差值的影響較檸檬酸大。

圖6 檸檬酸與L-半胱氨酸的交互作用對(duì)褐變抑制率及色差值的影響Fig.6 Effect of citric acid and L-gystein on the brownig inhibiton rate and ΔE

從圖7兩幅圖可以看出，等高線均為橢圓形，說明Na2SO3與L-半胱氨酸2種護(hù)色劑的交互作用是顯著的，從Na2SO3與L-半胱氨酸交互作用對(duì)褐變抑制率的影響圖中發(fā)現(xiàn)兩者曲面完全程度基本一致，但從Na2SO3與L-半胱氨酸交互作用對(duì)色差值的影響圖中可以略微發(fā)現(xiàn)，Na2SO3的曲面相對(duì)于L-半胱氨酸的曲面更較陡，說明Na2SO3對(duì)蘋果梨汁褐變抑制率及色差值的影響較L-半胱氨酸大。

圖7 Na2SO3與L-半胱氨酸的交互作用對(duì)褐變抑制率及色差值的影響Fig.7 Effect of Na2SO3 and L-gystein on the brownig inhibiton rate and ΔE

2.3.4 蘋果梨汁最佳護(hù)色工藝的確定及驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)響應(yīng)面試驗(yàn)所得結(jié)果，利用軟件分析后，確定最佳的蘋果梨汁護(hù)色劑配方為：檸檬酸添加量為0.67 g/100 mL，Na2SO3添加量為0.01 g/100 mL，L-半胱氨酸添加量為0.01 g/100 mL，在此配方條件下預(yù)測(cè)蘋果梨汁褐變抑制率為58.1%，色差值為25.8 NBS。為驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂尚行?，按照上述試?yàn)條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，3次平行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蘋果梨汁平均褐變抑制率為58.6%、平均色差值為25.3 NBS，預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值吻合程度分別為99.14%和98.06%，說明響應(yīng)面法預(yù)測(cè)吻合度較高，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)褐變抑制率及色差值。

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)對(duì)不同濃度單一護(hù)色劑對(duì)蘋果梨汁護(hù)色效果的研究，確定5種單一護(hù)色劑的較優(yōu)護(hù)色濃度，然后通過5因素2水平正交試驗(yàn)及極差分析，確定不同單一護(hù)色劑對(duì)蘋果梨汁褐變抑制率及色差值影響的主次關(guān)系分別為：Na2SO3>L-半胱氨酸>檸檬酸>NaCl>VC，Na2SO3>檸檬酸>L-半胱氨酸>NaCl>VC，經(jīng)綜合考慮，確定主要影響蘋果梨汁褐變的3個(gè)單一護(hù)色劑為：檸檬酸、Na2SO3和L-半胱氨酸。之后，在上述試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法對(duì)蘋果梨汁護(hù)色劑配方建立回歸模型，確定最佳護(hù)色劑配方為：檸檬酸添加量為0.67 g/100 mL，Na2SO3添加量為0.01 g/100 mL，L-半胱氨酸添加量為0.01 g/100 mL，在此配方條件下預(yù)測(cè)蘋果梨汁褐變抑制率為58.1%，色差值為25.8 NBS。3次平行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蘋果梨汁平均褐變抑制率為58.6%、平均色差值為25.3 NBS，預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值吻合程度分別為99.14%和98.06%，說明響應(yīng)面法預(yù)測(cè)吻合度較高，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)褐變抑制率及色差值，即所得護(hù)色劑配方是科學(xué)合理的。

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Colorprotectionofapple-pearjuiceatambienttemperature

LI Liang1,2, JIA Fu-chen1, GAO Chang1, NIE Cheng-ling1, WANG Li-zheng1, XUE Bei1,2, LIU Zhen-dong1,2*

1( Xizang Agricultural and Animal Husbandry College, Department of Food Science, Nyingchi 860000, China) 2(Xizang Agricultural and Animal Husbandry College Development Platform of Wild Characteiestic Biological Resources, Nyingchi 860000, China)

To inhibit browning of pingguoli pear juice, before squeezed the fruits, chosen browning inhibition rate and color fixative(ΔE) as the indexes and based on the single factor experiment results, five factor- two level orthogonal experiment was performed. Three single color fixatives which highly impacted on the browning were: Citric acid, Na2SO3andL-gystein. Then the optimization was and analyze of selecting fixative was studied by response surface regression. The best compound inhibitors and ΔEwere as follows: Citric acid dosage 0.67g/100mL, NaSO3dosage 0.01g/100mL andL-gystein dosage 0.01g/100mL. Under the above conditions, the rate of predicted browning inhibition and ΔEwere 58.1% and 25.8 NBS; the actual value were 58.6% and 25.3 NBS, the accuracy between actual value and predicted value was reached to 99.14% and 98.06%.

Pingguoli pear juice; browning inhibition rate; color difference; color fixative

碩士，講師(劉振東為通訊作者，E-mail：liu304418091@126.com)。

西藏農(nóng)牧學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)費(fèi)項(xiàng)目(RC201505)；西藏自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃；西藏特色生物資源開發(fā)利用平臺(tái)項(xiàng)目

2016-12-25，改回日期：2017-03-10

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.013667