抗壞血酸和谷胱甘肽復合抗氧化劑對鮮切蘋果防褐變效果的研究

張 瑾，梁舒妍，王漫君，劉 宇，鐘先鋒

（1. 佛山科學技術(shù)學院食品科學與工程學院，廣東佛山 528231；2. 廣東省傳統(tǒng)發(fā)酵食品工程技術(shù)研究中心，廣東佛山528231；3. 廣東省食品流通安全控制工程技術(shù)研究中心，廣東佛山 528231；4. 佛山市釀造工程技術(shù)研究中心，廣東佛山528231；5. 佛山農(nóng)業(yè)生物制造工程技術(shù)研究中心，廣東 佛山 528231）

0 引言

近年來，隨著生活水平的不斷提高，人們對水果需求量越來越大。鮮切水果的銷售產(chǎn)業(yè)在我國迅速發(fā)展，用于鮮切加工的水果主要有木瓜、芒果、甜瓜、菠蘿、火龍果、獼猴桃、葡萄、草莓等不易褐變的果實[1-2]。然而蘋果、雪蓮果、香蕉等在鮮切加工產(chǎn)業(yè)中并不常見，主要是因為水果鮮切加工后，果肉組織遭到破壞，容易發(fā)生褐變，導致食用品質(zhì)降低，進而影響銷售價值。蘋果和梨產(chǎn)生褐變是因為植物組織中含有的酚類物質(zhì)與醌之間保持著氧化還原的動態(tài)平衡，當遭到機械破壞后，氧化還原平衡失調(diào)，造成醌的積累，并進一步氧化聚合，形成黑色物質(zhì)[3]，切分造成組織傷害易引起組織合成酚類化合物，同時提高多酚氧化酶的活性及可溶性，增加植物組織的褐變敏感度。研究表明，降低褐變程度的方法有薄膜自發(fā)氣調(diào)包裝、抗壞血酸、檸檬酸等結(jié)合處理[4]。龔新[5]發(fā)現(xiàn)低溫貯藏能在一定程度上抑制果實切片的組織褐變和品質(zhì)下降，隨著需求量的增大，消費者對鮮切水果品質(zhì)的要求越來越高，蘋果和梨的防褐變技術(shù)仍有待研究與開發(fā)。

抗壞血酸俗稱維C，常作為水果防褐變的抗氧化劑，在中性或堿性條件下可通過自身分解起到抗氧化作用，已有研究表明，抗壞血酸和檸檬酸可減緩褐變能力[6]。谷胱甘肽是蘋果中多酚氧化酶活性的最佳抑制劑，試驗證明，經(jīng)300 μmol/L 谷胱甘肽處理后的蘋果切片，多酚氧化酶活性為50%；經(jīng)500 μmol/L谷胱甘肽處理后的蘋果切片，多酚氧化酶活性為0[7]，抑制了多酚氧化酶活性，進而可減緩褐變程度、延長蘋果切片的貯藏期。

抗壞血酸和谷胱甘肽結(jié)合的報道都是應(yīng)用于醫(yī)學方面，在水果褐變方面鮮有報道，試驗用不同濃度的抗壞血酸和谷胱甘肽處理鮮切蘋果切片，對蘋果切片的色度（L*），褐變強度（BD） 進行測定，研究出2 種抗氧化劑的最佳復配濃度，得出有效抑制鮮切蘋果切片褐變的最佳抗褐變劑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料：山東水晶富士蘋果，購于永旺超市。包裝材料：中號密實袋，永旺特惠優(yōu)國際貿(mào)易（上海） 有限公司提供。

1.2 儀器與試劑

CR410 型色差計、7200 型可見分光光度計、ME104 型電子天平、ALLEGRA-64R 型臺式高速大容量離心機。

谷胱甘肽，廣州化學試劑廠提供；抗壞血酸，國藥集團化學試劑有限公司提供；鄰苯二酚、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉，天津市大茂化學試劑廠提供。

1.3 試驗方法

1.3.1 單因素試驗

選擇大小、色澤均一，無蟲害、無損傷的山東水晶富士蘋果進行試驗。先將蘋果洗凈、去皮、去核、切成1.5 cm 厚，立即放進抗氧化劑中浸泡進行保鮮處理，10 min 后將切片取出，瀝干水分，放入托盤，用保鮮膜蓋住，于4 ℃條件下貯藏觀察，貯藏5 d，每天測試一下指標（褐變強度、色澤），試驗重復3 次。

抗壞血酸處理：用蒸餾水配置0，0.01，0.03，0.05，0.07，0.09 mol/L 的抗壞血酸溶液。將蘋果切片分別置于不同濃度的抗壞血酸溶液中浸泡10 min。

谷胱甘肽處理：用蒸餾水配置0，300，350，400，450，500 μmol/L 的谷胱甘肽溶液。將蘋果切片分別置于不同濃度的谷胱甘肽溶液中浸泡10 min。

1.3.2 抗褐變指標的測定

（1） 色度測定[8]。蘋果切片處理后，于室溫下測定色澤的變化，每次測定取3 個樣品，取平均值，用L*值分析褐變程度。以后每隔1 d 用色差儀CR-400/410 測定1 次L*值，每個值取3 個樣品測定，取平均值，共測5 d。

（2） 褐變強度 （BD） 的測定[8]。取約2 g 果肉，按1∶10 比例加蒸餾水，低溫下研磨2 min，過濾后取濾液于25 ℃下保溫5 min，測定褐變強度，共測3 次，取平均值，結(jié)果以D410 nm×10 表示。每隔1 d測定1 次，共測5 d。

褐變強度（BD） 值越高，代表其褐變強度越高，色差計所測出來的指標，L*值為亮度指數(shù)，它從0～100 變化，L*=0 表示黑色，而L*=100 表示白色，其值越大亮度越高，表面褐變越輕，反之褐變越嚴重。

1.3.3 Box- Behken 試驗設(shè)計

由單因素試驗結(jié)果得出最佳水平：0.05，0.07，0.09 mol/L 的抗壞血酸和350，400，450 μmol/L 的谷胱甘肽和10，15，20 min 浸泡時間，利用Design Expert 軟件，采用Box-Behnken 中心組合設(shè)計試驗，探索出最佳復合配方方案。

Box-Behken 試驗設(shè)計的因素與水平設(shè)計見表1。

表1 Box-Behken 試驗設(shè)計的因素與水平設(shè)計

1.3.4 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)采用WPS Excel 2013 統(tǒng)計分析、Design Expert 8.0.6 軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一處理的試驗結(jié)果

2.1.1 抗壞血酸的處理對鮮切蘋果切片的影響

在貯藏條件為4 ℃，經(jīng)不同濃度的抗壞血酸處理的鮮切蘋果切片的色度（L*值） 和褐變強度（BD）的變化。

經(jīng)過抗壞血酸處理的鮮切蘋果切片色度L*值的變化見圖1。

圖1 經(jīng)過抗壞血酸處理的鮮切蘋果切片色度L*值的變化

由圖1 可知，在4 ℃的儲存條件下，鮮切蘋果光澤總體呈下降趨勢，失去原來的光澤，根據(jù)試驗結(jié)果可得出，當抗壞血酸濃度大于0.05 mol/L 后，能減緩鮮切蘋果切片的褐變程度，與對照組相比，經(jīng)過0.07 mol/L 和0.09 mol/L 的抗壞血酸浸泡的蘋果切片，在前4 d，它們的L*值都比蒸餾水浸泡的蘋果切片要高，但是在第4 天后，可看出，由0.09 mol/L浸泡后的蘋果切片亮度比0.05 mol/L 和0.07 mol/L 浸泡過后的蘋果切片色澤要暗，是因為抗壞血酸的濃度不宜太大，因為濃度越大，自身氧化褐變越明顯，反過來也會影響產(chǎn)品的色澤[9]。由此可以得出，0.07 mol/L 的防褐變效果最好。

經(jīng)過抗壞血酸處理的鮮切蘋果切片褐變強度BD的變化見圖2。

圖2 經(jīng)過抗壞血酸處理的鮮切蘋果切片褐變強度BD 的變化

由圖2 可知，總體呈上升趨勢，經(jīng)過0.01，0.03 mol/L 抗壞血酸浸泡過的蘋果切片在前2 d 褐變強度比對照組的大，在第3 天褐變強度有所下降，其原因是植物組織在遭到機械破壞時，其多酚氧化酶會增多以保護自身，而抗壞血酸并不能抑制多酚氧化酶活性，因此其褐變強度在前2 d 有所上升，但是抗壞血酸具有還原性，能將褐變產(chǎn)生的有色物質(zhì)鄰二醌還原成無色物質(zhì)鄰二酸[10]，從而達到抑制褐變的效果，因此第3 天呈下降趨勢。總體來看，試驗組的褐變強度較對照組好，而且，經(jīng)過抗壞血酸濃度為0.07 mol/L 和0.09 mol/L 的浸泡過的鮮切蘋果切片，褐變強度從第1 天開始就比對照組低。

綜上所述，結(jié)合各項指標來看，經(jīng)由抗壞血酸濃度為0.07 mol/L 浸泡過的鮮切蘋果切片防褐變效果最佳。

2.1.2 谷胱甘肽的處理對鮮切蘋果切片的影響

經(jīng)過谷胱甘肽處理的鮮切蘋果切片色度L*值的變化見圖3。

圖3 經(jīng)過谷胱甘肽處理的鮮切蘋果切片色度L*值的變化

由圖3 可知，在貯藏期間，由不同濃度的谷胱甘肽處理后的鮮切蘋果切片的色澤，隨著天數(shù)的變化，明顯比對照組要亮，特別是谷胱甘肽濃度為350 μmol/L 和400 μmol/L 時浸泡過的鮮切蘋果切片，貯藏5 d 后色澤仍保持在75 以上。

經(jīng)過谷胱甘肽處理的鮮切蘋果切片褐變強度BD的變化見圖4。

圖4 經(jīng)過谷胱甘肽處理的鮮切蘋果切片褐變強度BD 的變化

由圖4 可知，經(jīng)過谷胱甘肽浸泡的鮮切蘋果的褐變強度始終低于對照組，由試驗數(shù)據(jù)可得400 μmol/L浸泡的處理組褐變強度最低。在第5 天時褐變強度均呈下降趨勢，其推測原因是鮮切蘋果切片褐變后由酪氨酸通過一系列反應(yīng)變成5,6-2 羥吲哚- 2 - 羧酸，羥基和羧基均為助色基團，但在410 nm 處不顯色，因此試驗結(jié)果顯示褐變強度會下降。綜上所述，4 000 mol/L 谷胱甘肽浸泡的鮮切蘋果切片防褐變效果最好。

2.2 優(yōu)化篩選復合抗氧化劑

Box-Behnken 設(shè)計方案及響應(yīng)值見表2。

根據(jù)試驗結(jié)果，用谷胱甘肽濃度（B），抗壞血酸濃度（A），浸泡時間（C） 為自變量，鮮切蘋果切片的色澤L*值（Y） 為因變量，共設(shè)計17 個處理組。因為鮮切蘋果切片一般會在3 d 內(nèi)銷售完畢，故選擇第3 天的試驗數(shù)據(jù)。

表2 Box-Behnken 設(shè)計方案及響應(yīng)值

回歸方程模型方差分析見表3。

表3 回歸方程模型方差分析

2.3 多元二次響應(yīng)面回歸模型的建立與分析

利用Design Expert 軟件對表2 試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合和方差分析，得到各因子對響應(yīng)值的二次多項回歸模型為：

由表3 可知，模型總體p＜0.000 1 高度顯著，失擬項0.430 1＞0.05 不顯著，證明該模型對鮮切蘋果切片護色有現(xiàn)實意義，決定系數(shù)R2=0.990 8，校正系數(shù)R2=0.979 0，表明該模型對于鮮切蘋果復合護色工藝中L*值的實際值與預(yù)測值之間具有很好的擬合度。模型中A，B，C 的均顯著（p＜0.05），且各因素影響對鮮切蘋果褐變的影響程度依次順序為A＞C＞B，二次項A2和B2都極其顯著 （p＜0.01）。

2.4 響應(yīng)面結(jié)果分析

各因素交互條件對鮮切蘋果切片褐變的影響見圖5。

圖5 各因素交互條件對鮮切蘋果切片褐變的影響

由圖5 可知，曲面圖開口向下，表明在試驗范圍內(nèi)存在響應(yīng)值的最大值，當L*值為75.9 時，谷胱甘肽濃度和浸泡時間交互作用對響應(yīng)值二次影響作用，隨著谷胱甘肽濃度和浸泡時間的增加，L*值先增大后減少，在接近中心點時達到最大值。從圖5可知，曲面圖開口向下，表明在試驗范圍內(nèi)存在響應(yīng)值的最大值，隨著谷胱甘肽濃度和浸泡時間的增加，L*值先增大后減少，在接近中心點時達到最大值。根據(jù)Desgin Expert 軟件中的回歸模型分析，得到最優(yōu)抗氧化劑的配方為抗壞血酸0.08 mol/L，谷胱甘肽401.62 μmol/L，浸泡時間15.70 min，此時L*值為76.54。

3 驗證試驗

為了驗證該模型對鮮切蘋果切片抗褐變效果的預(yù)測是否準確，將得到的最佳工藝條件定為0.08 mol/L抗壞血酸，401.62 μmol/L 谷胱甘肽，浸泡時間15.70 min，在此條件下進行3 次重復試驗。結(jié)果表明，鮮切蘋果切片的L*值為76.54±0.58，與預(yù)測值接近，說明模型準確有效。

4 結(jié)論

試驗研究了抗壞血酸與谷胱甘肽對鮮切水果防褐變的影響，抗壞血酸是眾所周知果蔬的抗氧化劑，谷胱甘肽也是抗氧化劑，卻尚未被利用于防水果褐變的應(yīng)用中，水果褐變引起的原因有酶促褐變和非酶促褐變。試驗所用的抗壞血酸溶液是在非酶促褐變的方面減緩褐變程度，而谷胱甘肽是在酶促褐變的方面減緩褐變程度，故從褐變機理的2 個方面共同抑制褐變程度。研究通過了Box-Behnken 設(shè)計方案，優(yōu)化了抗氧化劑的最佳配比，為鮮切蘋果切片的品質(zhì)提供了科學依據(jù)。