淮山褐變機(jī)理及其控制技術(shù)研究進(jìn)展

李山林，張 雁 ，廖 娜，鐘立煌，王佳佳

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430070；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點實驗室/廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室，廣東廣州 510640）

淮山（Dioscarea opposita）又名山藥，為薯蕷科薯蕷屬多年生纏繞性草本植物的根莖，是我國傳統(tǒng)的藥食同源食物，也屬于我國衛(wèi)生部公布的藥食兩用資源[1]。近年來，我國淮山加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，加工技術(shù)和產(chǎn)品形式皆呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢，出現(xiàn)了鮮切速凍淮山、果脯、果蔬汁、罐頭以及酒、醋等多種形式的新產(chǎn)品[2]。盡管淮山加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，褐變?nèi)匀皇腔瓷郊庸べA藏過程中存在的主要問題之一，淮山中多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）、過氧化物酶（peroxidase，POD）和苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）等酶類代謝旺盛，其以綠原酸等酚類活性物質(zhì)作為底物，在貯藏加工過程中易發(fā)生酶促褐變[3]。又因淮山含有大量的蛋白質(zhì)和氨基酸，在加工過程中蛋白質(zhì)、氨基酸易與還原糖縮合，發(fā)生美拉德褐變反應(yīng)，導(dǎo)致其色澤深暗[4]。適度褐變可以改善淮山色澤，提高其感官品質(zhì)；而過度褐變則會導(dǎo)致淮山營養(yǎng)成分大量流失，色澤不佳，商品價值降低[5]。因此，應(yīng)用恰當(dāng)?shù)姆绞揭种苹瓷胶肿?，不僅使其感官品質(zhì)得到保證，也可使其中的綠原酸等酚類活性物質(zhì)得到有效保護(hù)。目前，關(guān)于淮山酶促褐變控制技術(shù)研究較多，運用微波、復(fù)合抑制劑和涂膜處理等方式可較好地抑制淮山酶促褐變[6?7]。因此，本文闡述了淮山酶促褐變與非酶褐變機(jī)理，綜述了加熱、微波處理等物理技術(shù)，抑制劑添加、涂膜保鮮等化學(xué)技術(shù)及脈沖真空干燥、超聲處理等其他新型技術(shù)在淮山褐變控制中的研究進(jìn)展，并對現(xiàn)有淮山褐變控制技術(shù)存在的問題及發(fā)展方向進(jìn)行了探討和展望，以期為淮山褐變控制技術(shù)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用發(fā)展提供參考。

1 淮山褐變機(jī)理

褐變是淮山加工貯藏過程中影響其品質(zhì)的主要問題之一，根據(jù)其褐變機(jī)理，可分為酶促褐變與非酶褐變。

1.1 酶促褐變

酶促褐變是指果蔬在受到機(jī)械損傷或處于受熱、受凍的異常環(huán)境下，在酶的作用下將酚類物質(zhì)氧化形成醌類物質(zhì)，隨后醌類物質(zhì)與其他物質(zhì)結(jié)合產(chǎn)生褐色聚合物的生理生化過程[8]，其主要影響因素包括酚類底物、酶以及氧等。

1.1.1 酚類底物 酚類物質(zhì)是指在植物酶促褐變過程中可與酶相互作用的底物，以游離或結(jié)合態(tài)的形式存在于植物體內(nèi)，酚類物質(zhì)的共同點是都含有帶羥基的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，羥基的數(shù)目和位置因其種類而異[9]。果實經(jīng)酶促褐變后，酚類物質(zhì)被氧化為不穩(wěn)定的醌類物質(zhì)。醌類物質(zhì)是酶促褐變的重要中間產(chǎn)物，既可與蛋白質(zhì)、氨基酸殘基側(cè)鏈基團(tuán)等非酚類化合物發(fā)生耦合氧化反應(yīng)，還可與酚類物質(zhì)迅速發(fā)生耦合氧化，聚合形成分子量較大的褐色聚合物[10]。

不同種類果蔬的酚類底物種類和含量差異較大。LIU 等[11]研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯中的綠原酸（chlorogenic acid，CGA）是導(dǎo)致馬鈴薯酶褐變的重要底物。郁志芳等[12]的研究結(jié)果表明，引起淮山酶促褐變的主要酚類底物是綠原酸。XI 等[13]發(fā)現(xiàn)綠原酸是反式肉桂酸經(jīng)過苯丙醇代謝生成的酯類化合物。酚類物質(zhì)的含量會影響褐變的程度，雷靜等[14]研究發(fā)現(xiàn)葡萄干的褐變程度與酚類物質(zhì)含量呈正相關(guān)。NAOKI等[15]的研究表明淮山的褐變程度與綠原酸含量有關(guān)，降低酚類底物含量可以降低褐變的潛力，故控制淮山酶促褐變可以從降低酚類物質(zhì)含量入手。酚類化合物氧化后可形成不穩(wěn)定的產(chǎn)物醌，且醌的不穩(wěn)定性隨pH 的升高而增加，故在較低pH 下，淮山酶促褐變控制效果更好[16]。因此，可以通過鑒別淮山酚類底物的種類，有針對性地降低其含量，以達(dá)到控制淮山酶促褐變的目的。

1.1.2 酶 酶促褐變與PPO、POD、PAL 等酶活力呈正相關(guān)，其相關(guān)性大小為PPO＞POD＞PAL。SETH等[17]的研究表明催化淮山酶促褐變的酶主要是PPO。PPO 為淮山植物細(xì)胞內(nèi)的一類末端氧化酶，包括單酚氧化酶、雙酚氧化酶和漆酶三種。單酚氧化酶能催化單羥基酚為鄰二羥基酚；雙酚氧化酶能催化氧化鄰位酚，但不能氧化間位酚與對位酚；漆酶能氧化鄰位酚和對位酚，但不能氧化間位酚。綠原酸為鄰位酚，因此，參與綠原酸氧化的主要是雙酚氧化酶和漆酶[18]。同時酶促褐變相關(guān)酶的活性與溫度和pH 密切相關(guān)。高義霞等[19]發(fā)現(xiàn)淮山PPO 的最適溫度為35 ℃，最適pH 為6.0?；瓷絇OD 的最適反應(yīng)溫度為60 ℃，最適pH 為6.0，淮山PAL 的最適溫度為45 ℃，最適反應(yīng)pH 為8.6[20]。金屬離子的存在也會影響PPO 的活性，SAHIN 等[21]報道了Cr3+和Cu2+離子對三種野生蘑菇PPO 的活性均有抑制作用。LI等[22]從雞皮淮山中提取PPO 發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3+、Mg2+可提高PPO 活性，Ca2+、K+、Ba2+、Mn2+可顯著抑制其活性，且隨著濃度的增加而增強。

淮山組織褐變還與細(xì)胞內(nèi)氧化還原代謝平衡和保護(hù)酶系統(tǒng)有關(guān)。保護(hù)酶系統(tǒng)主要有以下兩類：一類是氧化酶系統(tǒng)，主要包括超氧化歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、POD等，它們能清除和阻止自由基攻擊淮山細(xì)胞膜，從而防止脂膜過氧化；另一類是抗氧化酶系統(tǒng)，主要有抗壞血酸（ascorbic acid，ASA）、維生素E 等，這類物質(zhì)在清除自由基和活性氧的同時，也可以起到抗氧化劑的作用，抑制酚類物質(zhì)氧化[23]。通常情況下，淮山組織中有較高的還原勢，正常的氧化還原代謝平衡使得氧化形成的醌類物質(zhì)通過還原氧化或轉(zhuǎn)化而不聚合形成黑色素。當(dāng)環(huán)境條件處于逆境時，淮山氧化酶系統(tǒng)中的酶類相互作用失調(diào)，淮山細(xì)胞內(nèi)氧化還原代謝水平失衡，從而導(dǎo)致淮山褐變。LUENGWILAI 等[24]研究表明淮山受到損傷會誘導(dǎo)褐變相關(guān)酶的表達(dá)，導(dǎo)致保護(hù)酶系統(tǒng)遭到破壞從而褐變。而COELHO 等[25]通過研究鮮切淮山表明貯藏加工過程中的損傷和脫水聯(lián)合作用會導(dǎo)致淮山氧化酶系統(tǒng)中的酶類相互作用從而加劇淮山褐變。

1.1.3 氧 氧是淮山褐變必不可少的條件之一[26]。由于綠原酸分布于液泡中，PPO 位于質(zhì)體中，二者互不接觸，外界氧氣也無法直接接觸[27]。在正常情況下氧進(jìn)入淮山內(nèi)部主要有兩種機(jī)制，GUADARRAMA等[28]通過研究氣體滲透機(jī)制，發(fā)現(xiàn)氧氣的運輸主要靠淮山表皮結(jié)構(gòu)和蠟沉積。LAMMERTYN 等[29]研究表明由于孔隙空間的傳輸機(jī)制發(fā)生了擴(kuò)散導(dǎo)致氧氣進(jìn)入淮山內(nèi)部，最后氧氣在組織膜內(nèi)擴(kuò)散至耗氧點，與多酚氧化酶發(fā)生作用導(dǎo)致淮山褐變。

質(zhì)膜是活細(xì)胞與環(huán)境之間的界面和保障，能保證膜內(nèi)外物質(zhì)交換的有效進(jìn)行。正常的淮山組織不發(fā)生褐變與PPO 的區(qū)域性有密切關(guān)系，酚類底物主要貯存于淮山細(xì)胞的液泡中，而淮山PPO 位于正常細(xì)胞的質(zhì)體中，二者互不接觸，此時即使它們與氧同時存在也不會發(fā)生褐變[30]。當(dāng)淮山因外力受到機(jī)械性損傷或處于受熱受凍的異常環(huán)境時，細(xì)胞壁和細(xì)胞膜完整性被破壞，打破了綠原酸和PPO 的平衡模式，PPO 釋放出來，如圖1 所示，在氧的參與下綠原酸氧化為醌，醌自發(fā)進(jìn)行非酶促聚合并與蛋白質(zhì)的氨基酸殘基側(cè)鏈基團(tuán)反應(yīng)產(chǎn)生褐色或黑色物質(zhì)，從而形成褐變[31]。

圖1 酶促褐變過程[31]Fig.1 Enzymatic browning process[31]

1.2 淮山非酶褐變機(jī)理

在淮山加工及貯存過程中往往會伴隨著非酶褐變現(xiàn)象的發(fā)生，主要包括美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)。與酶褐變不同，這些反應(yīng)不需酶的催化故稱非酶褐變。

1.2.1 美拉德反應(yīng) 1912 年法國科學(xué)家MAILLARD[32]首次提出美拉德反應(yīng)的概念，美拉德反應(yīng)又稱非酶褐變，為反應(yīng)體系中存在的氨基酸及其化合物與具有羰基的化合物之間所發(fā)生的羰氨反應(yīng)，也是食品加工、貯藏、運輸中普遍存在的一類非常重要的化學(xué)反應(yīng)。KANZLER 等[33]研究發(fā)現(xiàn)美拉德反應(yīng)中類黑素是由糖和氨基酸經(jīng)過一系列反應(yīng)最終形成的色素的聚合物?；瓷教幱诿览路磻?yīng)初期階段時，游離天冬門酰胺與還原糖之間進(jìn)行縮合[34]，此時由于淮山美拉德反應(yīng)體系中具有醛糖，醛糖就會形成N-取代氨基糖，經(jīng)過重排后形成Amadori 產(chǎn)物[35]。Amadori重排產(chǎn)物經(jīng)過反應(yīng)生成糠醛、羥甲基糠醛或者通過Strecker 降解機(jī)制在脫羧脫氨后生成丙烯酰胺[36]。上述中間產(chǎn)物通過各種復(fù)雜的反應(yīng)，最終形成類黑素導(dǎo)致褐變發(fā)生[37]。

1.2.2 焦糖化反應(yīng) 糖類在沒有氨基化合物存在的情況下,當(dāng)加熱溫度超過它的熔點135 ℃時,即發(fā)生脫水或降解,然后進(jìn)一步縮合生成粘稠狀的黑褐色產(chǎn)物，這類反應(yīng)稱為焦糖化反應(yīng)[38]。焦糖化反應(yīng)易發(fā)生在高溫、堿性及高糖濃度情況下[39]。在酸性條件下,由于加熱作用使得糖分解形成呋喃甲醛及羥甲基糠醛（Hydroxymethylfurfural，HMF），與氨基化合物繼續(xù)反應(yīng)，而參與美拉德反應(yīng)后階段的縮合反應(yīng)形成類黑精色素[40]。

2 控制技術(shù)

2.1 酶促褐變控制技術(shù)

由淮山酶促褐變機(jī)理可知，可從保護(hù)酚類活性物質(zhì)、抑制多酚氧化酶活性和隔絕氧氣等三方面對其進(jìn)行控制。此外，由于微波處理、脈沖真空干燥、超聲處理和超高壓處理等新型技術(shù)可以抑制PPO 等褐變相關(guān)酶活性，因而也廣泛應(yīng)用于控制淮山褐變。

2.1.1 保護(hù)酚類活性物質(zhì) 目前應(yīng)用于淮山中保護(hù)其主要酚類物質(zhì)綠原酸活性的方法主要有三種，分別是使綠原酸改性、添加綠原酸類似物和添加醌類偶聯(lián)劑[41]。

添加甲基轉(zhuǎn)移酶將鄰二羥基化合物進(jìn)行甲基化處理，形成難于接受酚酶催化的甲基取代衍生物，能有效防止褐變。如以S-腺苷蛋氨酸為甲基供體，在甲基轉(zhuǎn)移酶作用下，將綠原酸甲基化為3-阿魏酰金雞鈉酸，使得綠原酸不能參與酶促褐變，從而抑制淮山的酶促褐變[42]這種方式能很大程度地保持淮山的色澤、風(fēng)味以及組織狀態(tài)，但是甲基化法所用的抗褐變劑S-腺苷蛋氨酸較為昂貴，可用鋁化物或鋅化物替代S-腺苷蛋氨酸作抗褐變劑。韓濤等[43]發(fā)現(xiàn)用0.25% Al（OH）3在中性或偏酸性條件、0.10%～0.25%ZnCl2在酸性條件下可以替代S-腺苷蛋氨酸有效地抑制馬鈴薯褐變，但尚未見應(yīng)用于淮山褐變控制中，可作為今后抑制淮山褐變的研究方向。

此外，添加綠原酸甲酯、綠原酸乙酯等綠原酸類似物也可實現(xiàn)保護(hù)酚類活性物質(zhì)、抑制褐變的目的[44]。綠原酸類似物是多酚氧化酶的競爭性抑制劑，能與多酚氧化酶相結(jié)合，導(dǎo)致綠原酸無法參與反應(yīng)，從而抑制酶促褐變的發(fā)生[5]。GACCHE 等[45]發(fā)現(xiàn)，谷胱甘肽和肉桂酸可防止蘋果汁的褐變。同時，綠原酸的類似物來源于植物本身，安全性較高，能夠防止因添加外來物質(zhì)對淮山的品質(zhì)造成的影響[46]，也是今后抑制淮山褐變的一個重要研究方向。

除直接將綠原酸改性或添加綠原酸類似物外，還可以通過添加適量的醌類偶聯(lián)劑使之與酚酶氧化產(chǎn)物醌相結(jié)合，將醌類物質(zhì)還原為二酚，形成無色物質(zhì)從而抑制褐變。如曲酸可還原醌為二酚來阻止色素形成。孫蕊等[47]用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.3%或0.5%曲酸處理淮山發(fā)現(xiàn)其均可不同程度地延緩淮山褐變，但是曲酸的安全性目前尚存在爭議。L-半胱氨酸也有防褐變作用，RICHARD 等[48]表明酶促反應(yīng)產(chǎn)生的醌直接與L-半胱氨酸結(jié)合形成無色化合物，且半胱氨酸應(yīng)用于淮山褐變抑制相對曲酸更安全。

2.1.2 抑制多酚氧化酶活性 已有研究表明，對淮山褐變影響最為顯著的酶為多酚氧化酶[49]，抑制其活性可以通過熱處理、化學(xué)抑制劑、涂膜處理來實現(xiàn)。

2.1.2.1 熱處理 熱處理可以控制淮山生理褐變、防止腐爛。陳媛媛[50]的研究表明，在熱處理溫度為45 ℃時，可抑制淮山褐變。范文廣等[51]將淮山用45 ℃熱水處理10 min，褐變抑制效果較好。適當(dāng)提高處理溫度，縮短處理時間也能很好地抑制淮山褐變。COULIBALY 等[52]發(fā)現(xiàn)將凍干淮山片在85 ℃下處理2 min 能降低其褐變率。CHEN 等[53]發(fā)現(xiàn)100 ℃下處理淮山1 min 能抑制淮山酶促褐變。漂燙處理也被用于抑制淮山褐變，SONG 等[54]漂燙處理淮山5 min 后，淮山PPO 活性降低85%。熱處理的溫度和時間均會影響褐變控制效果，當(dāng)熱處理溫度較低時，達(dá)到良好褐變抑制效果需要處理的時間較長；而溫度適當(dāng)升高，可縮短處理時間。

除傳統(tǒng)的加熱漂燙處理外，加入乙醇等化學(xué)試劑對淮山進(jìn)行熏蒸處理也能顯著降低淮山褐變相關(guān)酶類的活性。FAN 等[55]對鮮切牛腿淮山進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，乙醇熏蒸可以顯著抑制苯丙氨酸解氨酶活性，延緩總酚的積累，減少總可溶性固形物的損失，減少丙二醛的產(chǎn)生，對比各種乙醇濃度后發(fā)現(xiàn)，200 μl/L乙醇熏蒸是抑制酶促褐變的最有效方法。孟一等[56]的研究證實了這一發(fā)現(xiàn)。

熱處理是一種傳統(tǒng)的淮山褐變控制方法，適當(dāng)提高溫度可以縮短處理時間，提高褐變控制效率。在熱處理同時，加入乙醇進(jìn)行蒸煮在抑制褐變發(fā)生的同時能減少總可溶性固形物的損失，保持淮山品質(zhì)。

2.1.2.2 化學(xué)抑制劑 過去傳統(tǒng)的果蔬保鮮護(hù)色劑中使用最為廣泛的是亞硫酸鹽，但由于亞硫酸鹽會對人體造成一定的副作用，正在被其他抑制劑取代[57]。目前使用最多的抑制劑包括檸檬酸、抗壞血酸、異抗壞血酸、L-半胱氨酸等。JYOTHI 等[58]使用低濃度的醋酸、檸檬酸處理淮山能很好的降低淮山褐變程度。TANG 等[59]研究出鮮切淮山最佳復(fù)合保鮮液配方為1.5%檸檬酸+0.8%抗壞血酸+0.1% L-半胱氨酸+1.5% NaCl。MMUOASINAM 等[60]證明抗壞血酸和2-巰基乙醇可以完全抑制PPO 活性。故在控制淮山褐變時，多種化學(xué)抑制劑聯(lián)合使用能顯著提升褐變控制效果。

淮山褐變控制除單一使用化學(xué)抑制劑外，還可結(jié)合物理方式進(jìn)行處理。OLUWOLE 等[61]在95 ℃下用食品級焦亞硫酸鈉和0.5%抗壞血酸聯(lián)合處理淮山7 min，較單獨使用化學(xué)抑制劑可以提升淮山的PPO 活性抑制效果。LI 等[62]將淮山用抗壞血酸和氯化鈣浸漬后再使用6.84 kJ/m2劑量的短波紫外線輻照（short-wave ultraviolet light，UV-C）處理，較單一使用抗壞血酸能更好地抑制淮山褐變。將傳統(tǒng)的化學(xué)抑制劑同熱處理、UV-C 處理等物理方式結(jié)合使用，能提高化學(xué)抑制劑的使用效率，進(jìn)而提升淮山褐變控制效果。

除了傳統(tǒng)的化學(xué)抑制劑，植物、微生物的提取液也被用來抑制淮山褐變。張莉會等[63]研究發(fā)現(xiàn)0.05 mmol/L 的谷胱甘肽能抑制淮山褐變。王梅等[64]用0.3%大蒜素提取液處理鮮切淮山可延長其保鮮期9 d 左右。謝冬娣等[65]將木瓜蛋白酶應(yīng)用于抑制淮山褐變，抑制效果較好。李佩艷等[66]研究表明，3%草酸處理能降低淮山PPO 活性、抑制貯藏后期酚類物質(zhì)的增加，控制淮山酶促褐變。閆艷華[67]用茉莉酸甲酯和乙烯利處理鮮切淮山能抑制褐變發(fā)生。鄭麗萍等[68]發(fā)現(xiàn)茶多酚是一種良好的天然淮山保鮮劑，并將其用于抑制淮山褐變。除植物提取液外，微生物提取液也被用于抑制淮山褐變。曾麗萍等[69]采用發(fā)酵時間為34 h、添加量為10%的產(chǎn)乳酸芽孢桿菌發(fā)酵液處理淮山1 h，抑制褐變效果最佳。故將植物、微生物的提取液用于抑制淮山褐變，對于淮山的品質(zhì)保持有積極作用。

除此之外，JIA 等[70]的研究表明，電解氧化水（electrolyzed oxidizing water，EOW）是一種有益的淮山褐變抑制劑。具有抑制褐變功效的電生功能水可以代替自來水用于淮山清洗，從而可有效抑制清洗過程中淮山褐變。

2.1.2.3 涂膜處理 涂膜保鮮近年來在食品行業(yè)越來越受關(guān)注，涂膜保鮮在果實表面形成一層透明薄膜，抑制呼吸作用和水分蒸發(fā)，減少營養(yǎng)損耗，并能增加果實表面光澤，加之其方便、快捷、成本較低，是果蔬保鮮的理想方式[71]。現(xiàn)有的涂膜保鮮膜主要分為單一膜和復(fù)合膜兩大類，已有被用于涂膜保鮮的材料有β-環(huán)糊精-牛至精油、淀粉/納米TiO2、黃原膠、殼聚糖、卡拉膠、海藻酸鈉等。

單一膜已被廣泛應(yīng)用于淮山褐變控制，殷誠等[72]使用β-環(huán)糊精-牛至精油微膠囊涂層減緩鮮切紫玉淮山的褐變進(jìn)程。HUANG 等[73]研究證實并發(fā)現(xiàn)β-環(huán)糊精-牛至精油微膠囊在包合率55.14%時抑制紫玉淮山的褐變效果最佳。β-環(huán)糊精-牛至精油微膠囊在其自身緩釋和檸檬酸促進(jìn)其水解的情況下，會釋放出牛至精油，牛至精油具有抗氧化性和抗菌性能，不僅能抑制鮮切紫玉淮山表面細(xì)菌的生長，而且還減緩了花青素、抗壞血酸等營養(yǎng)物質(zhì)的氧化，在控制淮山褐變的同時，也能保證淮山的營養(yǎng)品質(zhì)[74]。劉永等[75]用淀粉/納米TiO2涂膜處理淮山樣品有效抑制了淮山褐變，并且能保持鮮切淮山的品質(zhì)，在鮮切淮山保鮮上具有潛在的應(yīng)用價值。涂膜保鮮在淮山褐變控制應(yīng)用中，除能有效的抑制淮山自身褐變外，其自身的優(yōu)勢還能增加淮山表面的光澤感，從而更好的體現(xiàn)褐變抑制效果。

復(fù)合膜作為單一膜復(fù)合的產(chǎn)物，也被應(yīng)用于抑制淮山褐變。ZHANG 等[76]將淮山用羥丙基-β-環(huán)糊精（hydroxypropyl-beta-cyclodextrin，HPcD）包封含八角精油（star anise essential oil，SAEO）的黃原膠處理，較單一使用黃原膠處理對淮山褐變的抑制作用提高了近8 倍，對多酚氧化酶活性的抑制作用提高了7 倍以上。馬利華等[77]將淮山樣品用殼聚糖1.57%+卡拉膠0.9%+海藻酸鈉1.55%的復(fù)合膜涂膜后，鮮切淮山的色澤比對照有很大提高，褐變程度比對照降低了61.48%，PPO 酶比活力下降了23.6%，酚類物質(zhì)含量比對照高11.69%?？ɡz、殼聚糖和海藻酸鈉涂膜材料性質(zhì)不同，在功能上有互補性，將這3 種涂膜劑材料共混成膜，可以改善可食膜綜合性能[78]。杜運鵬等[79]通過溶液插層-流延成膜法，成功制備納米復(fù)合薄膜用于抑制淮山褐變，用于增強薄膜性能的無機(jī)硅酸鹽納米材料有很多，對于多種無機(jī)硅酸鹽的復(fù)配改性效果有更大的研究空間。抑制淮山褐變過程中，復(fù)合膜不僅能加強各組分間的相互作用，改善膜的透氣性和保水性，而且顯著抑制淮山褐變的同時保證淮山品質(zhì)，因此復(fù)合膜更適合應(yīng)用于實際生產(chǎn)。

2.1.3 隔絕氧氣 酶促褐變的發(fā)生必須有氧的參與，故制造一個隔絕氧的環(huán)境，能有效地抑制褐變。氣調(diào)包裝技術(shù)能在包裝袋中形成一個理想的氣體條件，從而減少淮山與氧的接觸[80]。楊福馨等[81]采用聚乙烯和單向拉伸聚丙烯制成透氣性的生物氣調(diào)保鮮膜對去皮淮山進(jìn)行護(hù)色，保鮮效果極佳。LUO 等[82]的研究表明，用納米CaCO3-LDPE 包裝淮山也可抑制鮮切淮山褐變，保持淮山品質(zhì)。KO 等[83]采用拉伸聚乙烯（oriented polypropylene，OPP）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）等低氧透氣性包裝材料處理淮山，有效降低了淮山粉和淮山切片的褐變。由于淮山氣調(diào)包裝過程極其復(fù)雜,同時準(zhǔn)確測量相關(guān)工藝參數(shù)比較困難。雖然，目前的研究已經(jīng)取得了一定成果,但理論基礎(chǔ)尚不充分,特別是淮山呼吸、表面蒸發(fā)機(jī)理尚不清楚，今后研究可由此著手。

控制體系氧氣含量的同時，還可輔以化學(xué)褐變抑制劑來消耗部分氧氣，從而達(dá)到控制淮山褐變的目的。GAO 等[84]用25%乙醇和1%抗壞血酸浸泡處理鮮切淮山片，可使其感官品質(zhì)保持7 d，而用改良的大氣包裝代替相同的清洗處理既能抑制褐變，能使質(zhì)量保持14～21 d。氣調(diào)保鮮在淮山褐變控制中能降低體系中氧氣含量，并且能降低PPO 等淮山褐變相關(guān)酶的活性，抑制褐變發(fā)生。在淮山貯藏期間，氣調(diào)保鮮材料表面形成微孔，利用軟包裝材料內(nèi)部的微孔調(diào)節(jié)氧氣通過率，形成適合淮山貯藏的包裝內(nèi)環(huán)境，從而有效地抑制淮山褐變，進(jìn)而延長淮山的保鮮貯運周期。

2.1.4 其他新型方法

2.1.4.1 微波處理技術(shù) 微波處理技術(shù)雖為新型控制技術(shù)，但其原理為褐變?nèi)刂?，控制褐變相關(guān)酶活性。微波處理能有效地抑制多酚氧化酶的活性，且能維持淮山的表面亮度及其原有的乳白色色澤，同時還能維持細(xì)胞膜的完整性，降低細(xì)胞液滲透率，從而降低整體褐變率[85]。微波功率不足會導(dǎo)致護(hù)色效果不顯著，功率過高會引起產(chǎn)品營養(yǎng)損失，控制適當(dāng)范圍的微波功率尤為重要。蔡佳昂等[86]用微波功率300 W，微波時間80 s 處理淮山使其褐變程度顯著降低。

微波處理與其他物理、化學(xué)方式結(jié)合能有效提升褐變控制效果，EKOW 等[87]發(fā)現(xiàn)淮山在微波預(yù)處理5 min，溫度70 ℃和熱漂燙時間1 min 條件下褐變程度最小。HORNUNG 等[88]將淮山淀粉用NaClO、UV-C 處理、微波三重改性也能抑制其褐變。目前，微波技術(shù)用于淮山褐變控制的效果易受各項參數(shù)影響，且目前參數(shù)設(shè)置還有待提升。但微波處理技術(shù)相對于傳統(tǒng)漂燙方式更安全有效、方便可行，在抑制多酚氧化酶的同時，能保持細(xì)胞膜的完整性，從而保證淮山的品質(zhì)，在淮山大規(guī)模生產(chǎn)方面具有廣闊的市場前景。

2.1.4.2 脈沖真空干燥技術(shù) 脈沖真空干燥技術(shù)作為新型控制技術(shù)，其用于控制淮山褐變不僅能隔絕氧氣還可以降低PPO、POD 等褐變相關(guān)酶活性。為了抑制淮山酶促褐變，通常采用真空干燥法進(jìn)行干燥，然而，整個干燥過程均保持真空狀態(tài)的成本很高，且淮山干燥過程中若長時間處于真空狀態(tài)，物料內(nèi)外水汽易達(dá)平衡狀態(tài)，干燥速度較低。脈沖真空干燥，也被稱為周期性或連續(xù)降壓脫水，能在保持淮山色澤營養(yǎng)的前提下，最大限度地提高能源效率，是一種新型現(xiàn)代化干燥技術(shù)。XIE 等[89]研究發(fā)現(xiàn)脈沖真空技術(shù)有助于抑制淮山片褐變。脈沖真空干燥技術(shù)作為一種高效節(jié)能的褐變控制技術(shù)，已被應(yīng)用于淮山褐變控制，但其相關(guān)的加工處理參數(shù)還有待進(jìn)一步確定。

脈沖真空干燥不僅可以直接用于處理淮山樣品，還可作為加工前處理過程，與微波冷凍干燥技術(shù)協(xié)同作用，用于淮山褐變抑制。李琳琳[90]對淮山進(jìn)行脈沖真空滲透脫水預(yù)處理（pulsed vacuum osmotic dehydration，PVOD）再繼以微波冷凍干燥處理，相對單一運用微波冷凍處理，干燥速率提高，且獲得色澤良好的淮山。OSAE[91]運用脈沖真空干燥處理生姜獲得最低的PPO、POD 酶活力，進(jìn)一步驗證了脈沖真空干燥技術(shù)對于褐變控制有良好效果。脈沖真空技術(shù)與微波處理技術(shù)協(xié)同使用在控制淮山褐變的過程中能縮短前處理周期，提升褐變控制效率。

2.1.4.3 超聲處理技術(shù) 超聲處理通過高頻震動破壞褐變相關(guān)酶的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使得褐變相關(guān)酶無法參與褐變過程從而抑制褐變。超聲處理是指運用振動頻率在20 kHz 的超聲波具有的高頻震動頻率對食物進(jìn)行處理，從而起到延長保質(zhì)期的作用。楊明冠等[92]對馬鈴薯的研究表明超聲處理對多酚氧化酶活性有抑制作用，由此推測超聲波可能破壞了PPO 的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，進(jìn)而抑制褐變。BERNARDO 等[93]對淮山塊莖粉碎后的樣品進(jìn)行超聲處理，驗證了超聲處理對于淮山褐變抑制的積極作用。

超聲處理同其他物理方法聯(lián)合使用也被應(yīng)用于淮山褐變控制中。CHITRAKAR 等[94]研究表明超聲波和微波的聯(lián)合作用也能抑制淮山褐變，并且在較高的功率水平下效果更好。李琳琳[90]研究發(fā)現(xiàn)超聲輔助鹽溶液滲透脫水（ultrasound assisted osmosis，USOD）法聯(lián)合微波冷凍干燥法抑制淮山褐變的效果比單一運用兩種方式的效果更好。超聲處理不僅可以抑制淮山褐變，并且由于超聲處理的冷加工特性，可以避免因傳統(tǒng)高溫處理造成淮山營養(yǎng)和質(zhì)地的破壞，因此超聲處理是一種高效、可行的淮山褐變控制技術(shù)。

2.1.4.4 超高壓處理技術(shù) 超高壓處理是一種冷加工保鮮技術(shù)，它能使酶分子聚合，鈍化多酚氧化酶的活性，并且可以避免因熱處理引起的淮山風(fēng)味的改變和營養(yǎng)成分的損失。郭曉君等[95]用超高壓微射流處理鐵棍淮山汁，不僅降低了褐變速率，而且改善了其物理穩(wěn)定性。雖然超高壓技術(shù)的保鮮效果較好，但高壓條件易導(dǎo)致淮山細(xì)胞變形，從而對淮山品質(zhì)造成影響。韓文娥[96]將馬鈴薯絲進(jìn)行超高壓處理，PPO、POD、PAL 酶活相對對照組均顯著降低，雖然馬鈴薯質(zhì)地普遍較硬，但是較薄的馬鈴薯片和較窄的馬鈴薯絲易受高壓條件影響，一般不運用超高壓處理對其進(jìn)行護(hù)色。因此，運用超高壓技術(shù)控制淮山褐變時，應(yīng)注意控制淮山的形狀大小，防止超高壓技術(shù)對于淮山細(xì)胞造成影響，且超高壓處理的參數(shù)研究尚不完善，需進(jìn)一步確定超高壓處理淮山的壓強和時間。

2.2 非酶促褐變控制技術(shù)

淮山加工及貯存過程中伴隨的非酶褐變主要以美拉德反應(yīng)為主。美拉德反應(yīng)的機(jī)制復(fù)雜易受環(huán)境條件影響，其反應(yīng)程度與pH、溫度、含水量有密切關(guān)系。深入研究這些因素對美拉德反應(yīng)的影響，有助于在食品生產(chǎn)中控制褐變的發(fā)生，提高產(chǎn)品質(zhì)量和安全性。

pH 的高低會影響美拉德反應(yīng)中氨基酸和糖的活性。一般隨著pH 升高，美拉德反應(yīng)速率也呈升高趨勢。在偏酸性條件下，美拉德反應(yīng)的中間產(chǎn)物更容易被水解，使得反應(yīng)速率降低[97]。袁媛等[98]發(fā)現(xiàn)隨著反應(yīng)pH 的升高，反應(yīng)物的顏色逐漸加深。JUNG等[99]將玉米片中加入0.2%的檸檬酸相比對照組褐變程度降低。

溫度也是影響淮山美拉德反應(yīng)發(fā)生的重要條件，隨著加工溫度的上升美拉德反應(yīng)速率加快。張月婷等[100]研究木瓜果脯美拉德反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，儲藏溫度越高，美拉德反應(yīng)越劇烈，因此，適當(dāng)降低溫度有利于抑制美拉德反應(yīng)。何秀麗[101]研究表明，油炸馬鈴薯片從120 ℃開始發(fā)生美拉德反應(yīng)，隨著溫度的升高，美拉德褐變反應(yīng)程度不斷加深。溫度的變化也會影響美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物丙烯酰胺的生成，BECALSKI等[102]研究美拉德反應(yīng)過程中丙烯酰胺的生成情況發(fā)現(xiàn)，結(jié)果表明丙烯酰胺的生成不會隨溫度升高而持續(xù)增加，溫度升高到一定數(shù)值，丙烯酰胺的生成會達(dá)到峰值。因此，通過控制溫度，能夠有效的控制非酶促褐變程度外，還可以控制丙烯酰胺的產(chǎn)生。

美拉德反應(yīng)需要有一定水分存在的條件下才能發(fā)生。水在美拉德反應(yīng)過程中，除作為反應(yīng)物外，也可以作為溶劑和遷移載體[103]。含水量的高低也會影響美拉德反應(yīng)中褐變反應(yīng)程度，一般含水量高于10%時美拉德反應(yīng)才能發(fā)生，且含水量在10%～25%的范圍內(nèi)，美拉德反應(yīng)速率隨含水量的增加而升高[104]。

故淮山的美拉德反應(yīng)需要從pH、溫度、含水量等方面進(jìn)行控制。降低溫度和pH 能抑制美拉德反應(yīng)的發(fā)生。目前，淮山美拉德反應(yīng)控制技術(shù)研究較少，隨著分析檢測技術(shù)的飛速發(fā)展，氣質(zhì)、液質(zhì)聯(lián)用、傅里葉變換紅外光譜、核磁共振等高效精密檢測技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于食品研究中。在美拉德反應(yīng)的研究中，現(xiàn)代檢測手段的運用使得實時監(jiān)測反應(yīng)過程中各成分變化、食品結(jié)構(gòu)與組成物質(zhì)間的相互作用成為可能，有助于深入了解美拉德反應(yīng)的機(jī)理及途徑，可作為今后的淮山褐變控制的研究方向之一。

3 結(jié)論與展望

淮山褐變主要分為酶促褐變與非酶褐變，有效控制淮山褐變可保持淮山色澤和營養(yǎng)特性，延長其貨架貯藏期，對保障其品質(zhì)和提高消費者接受度具有重要意義。

根據(jù)酶促褐變機(jī)理，現(xiàn)有的淮山酶促褐變控制方法包括保護(hù)酚類底物、抑制酶活性和隔絕氧氣等。目前，酶促褐變控制技術(shù)還存在瓶頸，采用低成本的底物類似物替代酚類底物參與褐變反應(yīng)的安全性還值得進(jìn)一步研究，在確保酚類底物活性不被影響的基礎(chǔ)上，利用基因工程手段將綠原酸參與褐變的基團(tuán)改性切斷酶促褐變反應(yīng)的源頭；拓展更多天然提取物應(yīng)用于抑制淮山褐變相關(guān)酶活性；探索涂膜保鮮與多種保鮮技術(shù)的協(xié)同作用，研究開發(fā)活性包裝、智能包裝、抗菌包裝用于隔絕氧氣，為延長淮山的貯藏期和貨架期提供更加安全有效的新型保鮮技術(shù)。此外，目前淮山焦糖化反應(yīng)控制技術(shù)研究未見報道，根據(jù)焦糖化反應(yīng)原理，控制淮山焦糖化反應(yīng)可望從控制熱處理的時間和溫度以及降低單糖濃度方面入手。關(guān)于淮山美拉德褐變控制技術(shù)的研究目前尚停留于控制溫度、pH 等因素的階段，有待進(jìn)一步探明淮山非酶褐變產(chǎn)物生成的機(jī)理，以實現(xiàn)對其美拉德反應(yīng)的調(diào)控，同時減少有害產(chǎn)物丙烯酰胺的生成，對于保持淮山品質(zhì)，保護(hù)消費者健康具有重要意義。