橙汁非酶褐变机制及控制措施橙汁非酶褐变机制及控制措施_苏霞

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羰氨反应一 般来说在 pH 6~7 条 件 下 最 易 进 行。在 pH>3.0 时,非酶褐变反应速度随 pH 的升 高而加快,抗坏血酸亦在 pH 3 左右时较为稳定, 接近碱性时则不稳定,易降解引起褐变,所以降 低橙汁的 pH 是控制褐变的方法之一[7]。 2.3.5 自由基清除剂的添加
美拉德反应是还原糖类与氨基化合物如游离 氨基酸和蛋白质上的氨基发生羰氨反应,经过一 系列重排、脱水、缩合及聚合反应生成黑褐色物 质,美拉德反应是食品在加热或长期贮存后发生 褐变的主要原因。 1.2 焦糖化反应
焦糖化反应是糖类经直接加热所产生的脱水 及热分解反应。焦糖化反应易发生在高温、碱性及 高糖浓度情况下,在酸性条件下,由于加热作用 使得糖分解 形成呋喃 醛(糠 醛)及 5 - 羟 甲 基 糠 醛 (HMF), 虽 然 它 们 不 会 直 接 影 响 果 汁 的 风 味 , 但 是它们会与果汁中氨基化合物继续反应,而参与 美拉德反应后阶段的缩合反应形成类黑精色素。 1.3 维生素 C 的降解反应
EDTA-Na 是一种金属离子螯台剂,可阻止金 属离子对褐变反应的促进作用。EDTA-Na 可有效
地抑制苹果汁的褐变反应[17],且浓度越大,效应也 越显著。DTPA 是另一种很强的螯合剂,与金属的 螯合能够抑制由于金属引起抗坏血酸降解的活性, 延迟 3-羟基-2-吡喃酮达到最高浓度的时间,可以 抑制褐变[5,6]。 2.3.4 控制 pH
尚远等研究了橙汁饮料中维生素 C 的无氧降 解动力学,得到了光照条件下维生素 C 无氧降解 的动力学模型,可定量计算在特定温度和光照强 度下橙汁中维生素 C 的降解速率常数[15],为进一步 研究橙汁中维生素 C 的降解机理和改进橙汁饮料 的包装和贮藏提供技术基础。 2.3 添加褐变抑制剂 2.3.1 亚硫酸盐的使用
Caminiti I.M. 等 采 用 UV(紫 外)+PEF(脉 冲 电 场)和 HILP(高强度光脉冲)+PEF 对苹果和酸果蔓 的混合果汁进行非热处理时发现,总酚和抗氧化 活性没有明显的变化,没有发生明显的非酶褐变, 未影响产品的颜色[11]。
但是非热杀菌技术目前还没有大规模地运用 到果汁的商业灭菌中去,这里面有多方面的原因, 如目前研究和使用的非热杀菌技术的杀菌效果没 有热杀菌效果好。相信通过继续研究和改进,非 热杀菌技术可以部分或全部代替传统热杀菌技术, 生产出品质较高的橙汁。 2.2 改变贮藏方式
2 控制措施
2.1 改变杀菌方式 果汁作为一类热敏性食品,传统的巴氏杀菌
技术对其产品的色、香、味、功能性及营养成分 等有一定破坏作用。果胶甲基酯酶(PME)是影响果 汁浑浊稳定性的关键酶,存在于在水果组织中, 当水果被压榨取汁后,果汁中的酶活性降低到 75%。巴氏杀菌(90℃,1min)可以将果胶甲基酯酶 灭活。
SO2 已成功地被应用于控制不同的褐变过程, -HSO3 是经由与维生素 C 还原基的复合作用而阻 止 VC 转变为呋喃醛,也同样防止 D-GLC 转化为 5-羟甲基呋喃醛,故能防止褐色素的产生。当涉 及羰氨反应时,也能封闭还原糖的羰基。印度的 醋粟富含维 C,由于其具有酸性、收敛性和易腐 性,已经被开发成富含维 C 的饮料,相似于橙汁 的性质。Jain S. K.等对用玻璃瓶包装的醋粟果汁进 行了巴氏杀菌和 SO2 的处理并试验了不同的储藏条 件。经过 SO( 2 350mg/L SO2)处理并且在低温下储藏 (-1~4℃)的醋栗果汁在 6 个月储藏中能够将维生素 C 的损失减小到最低,并且能够防止非酶褐变的发 生[16]。不过,由于 SO2 对人体健康有害,我国已经 不主张 SO2 于护色上的应用。 2.3.3 添加螯合剂
冷藏和冰冻贮藏是世界应用最广泛的贮藏果 汁的方式,冷藏一般是指将果汁贮藏于低于常温 环境中的贮藏方式,常用的贮藏温度一般为 4℃; 冰冻贮藏是指将果汁在冰冻条件下贮藏的方式, 常用温度为-18℃。Choi M. H.等研究血橙汁 4℃储 藏期间对橙汁色泽品质变化有明显延缓作用[12]。李 欣等对两种不同工艺的菠萝浓缩汁在贮藏过程中 美拉德褐变的动力学做了研究,结果表明美拉德 褐变反应遵循一级反应动力学;两种菠萝浓缩汁 在贮藏(40d)过程中,37℃储藏条件下,菠萝果肉 浓缩汁和全果浓缩汁 HMF 积累的速率为 0.0683/d 和 0.0758/d,分别是 5℃储藏条件下 HMF 降解速率 的 5.10 倍和 3.75 倍,是 18℃降解速率的 2.15 倍和 2.02 倍 。 由 此 可 以 看 出 , 高 温 加 速 了 HMF 的 积 累,而在低温储藏条件下,HMF 发生降解且速率 较慢。储藏温度是影响菠萝浓缩汁中导致非酶褐 变重要中间产物 HMF 变化的重要因素,降低贮藏 温度有助于延缓非酶褐变[13]。
褐变反应物的羰基可以和亚硫酸根结合形成 加成化合物,加成物能与氨基化合物缩合,但缩 合产物不能再进一步生成 Schiff 碱和 N-葡萄糖基 胺,阻止了美拉德反应的进一步发生,因而有明 显的抑制效果;此外,亚硫酸根还能与中间产物 的羰基结合形成加成化合物,这些加成化合物的 褐变活性远低于氨基化合物和还原糖所形成的中 间产物,实际等于使后面生成类黑精的反应难以 发生。加成的结果:使有机物失去双键或减少双 键,因而使颜色失去或变浅。因此亚硫酸盐抑制 美拉德反应褐变主要是因为亚硫酸盐捕获了强褐 变活性的中间体,生成了褐变活性很低的中间产 物,从而抑制了褐变反应。由于亚硫酸盐是还原 剂,能产生还原作用,阻止或减缓某些中间反应, 从而避免或减少色素的生成。此外,亚硫酸盐还 能消耗氧和降低 pH,这些都间接地阻止了褐变反 应的发生。 2.3.2 SO2 的使用
Shinoda Y.等的制备了模型橙汁,在没有顶空 的情况下,橙汁中维生素 C 能够存在 20d,而如果 带有 15ml 顶空的模型果汁,维生素 C 在贮藏 3d
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橙汁非酶褐变机制及控制措施
苏 霞,吴厚玖 (中国农业科学院柑桔研究所,重庆 400715)
摘要:阐述了橙汁非酶褐变的机制:美拉德反应、焦糖化反应、抗坏血酸的氧化分解和多酚类化合物氧化缩合反应。通过 对橙汁原料选择、杀菌方式、贮藏方式、褐变抑制剂添加及加工中吸附树脂使用的分析,重点综述了在橙汁加工储藏过 程中控制非酶褐变的措施。 关键词:橙汁;非酶褐变;机制;控制 中图分类号:TS666.4 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1007-7871.2012.03.003
贮藏期内维生素 C 的降解是导致橙汁褐变的 重要原因。影响维生素 C 降解的因素有 pH、O2、 维生素 C 的浓度、温度、光照、金属离子和柠檬酸 等[4]。维生素 C 的氧化降解途径有 2 种:有氧降解 和无氧降解。有氧降解形成脱氢抗坏血酸,再脱 水形成 2,3-二酮古洛糖酸后,脱羧产生木酮糖,
[收稿日期] 2011-11-05 [作者简介] 苏 霞,女,硕士,中国农业科学院柑桔研究所助理研究员。
1 褐变机制
国内外对橙汁酶促褐变的研究几乎没有,主 要可能是橙汁中多酚氧化酶的含量很少,并且在 正常的杀菌条件下,几乎都已经被钝化。在橙汁 加工和贮藏过程中发生的褐变反应主要是非酶褐 变[2],非酶促褐变主要包括美拉德(Maillard)反应、
焦糖化反应、维生素 C 的降解反应和多酚类化合 物的氧化缩合反应。韩燕等研究了类胡萝卜素与 橙汁色泽变化的关系:类胡萝卜素含量随贮藏时 间延长呈逐渐减小的趋势[2];迟淼认为由于类胡萝 卜素是橙汁中影响色泽的主要色素,将类胡萝卜 素的分解反应归为橙汁非酶促褐变的类型之一[3]。 1.1 美拉德反应
多酚属于酚类化合物,化学性质相当活泼, 很易氧化成为苯鲲,而苯鲲是非常强烈的亲电子 基团,极易与亲核基进行许多不同的反应。多元 酚物质可能与蛋白质结合而含量下降,进行多元 酚本身氧化缩合反应或与果汁系统中其他化合物 进行共呈色作用[7]。迄今对多酚类化合物引起非酶 褐变研究较少,呈色机理不是很清楚。
高压 CO2 加工技术可有效抑制 PME 的活性, 从而保持新鲜橙汁的浑浊稳定性;新鲜的橙汁在 温度 37℃、压力 600MPa 下 处理 9min 后,在 4℃
和 15℃下分别贮藏 84d 和 56d,维生素 C 含量保持 在 80%以上,颜色变化不明显,是替代巴氏杀菌 等热杀菌技术的一种潜在选择[10]。
有研究表明,维生素 C 的降解产物主要是3-羟 基-2-吡喃酮、糠醛和 2-呋喃甲酸[5,6]。3-羟基-2-吡 喃酮溶液在贮藏过程中能够逐渐褐变,糠醛溶液 自身不能发生褐变,但当其溶液中加入氨基酸后, 贮藏两周后溶液发生褐变,并且加入氨基酸后的 糠醛溶液和橙汁模型溶液的褐变模式相似。3-羟 基-2-吡喃酮和糠醛可以作为橙汁贮藏过程中褐变 的信号因子或指示剂。 1.4 多酚类化合物氧化缩合反应
栗星等做了超声波对橙汁杀菌特性的研究, 超声波杀菌的 D 值低于热杀菌,超声波杀菌在保 持橙汁营养和品质方面有着一定的优势[8]。
食品超高压杀菌技术是目前商业应用最广泛 的一种非热杀菌技术。它是指将食品以柔性材料 包装后,置于液体介质中,用 100~1000MPa 的压 力在常温或较低温度(<100℃)的条件下,对食品进 行灭菌灭酶处理,以达到常规杀菌效果的一种方 法。Nienaber U.研究认为由于加工温度低,高压加 工技术不会引起果汁加工时的褐变[9]。
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0 前言
柑橘是世界第一大水果,目前中国柑橘产量 和种植面积居世界第一。过去我国偏重于发展鲜 食 柑 橘 , 95% 的 产 量 用 于 鲜 销 , 鲜 食 市 场 日 趋 饱 和,我国柑橘产业的持续发展将取决于加工业, 尤其是橙汁产业的发展。橙汁因其色香味营养皆 佳,深受消费者青睐,是世界第一大果汁。目前 世界橙汁年产量达 2500 万吨左右,占世界果汁产 量的三分之二以上[1]。鲜榨果汁和浓缩果汁是柑橘 汁的两种主要加工产品,吴厚玖等认为鲜榨果汁 对原料的质量要求较高,加工、贮藏、运输和销 售的条件要求严格,定位是高档高价,国内生产 鲜榨汁的相关原料和贮运条件有限;浓缩汁对原 料无特殊要求,生产和贮运销成本相对较低,是 我国主要的橙汁产品[1]。色泽是橙汁最重要的感官 品质指标之一,是影响消费者选择的最直接因素。 因此,抑制和降低褐变尤其是非酶褐变具有重要 的意义。
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最终产生还原酮,还原酮会参与美拉德反应的中 间及最终阶段,此时维生素 C 主要受果汁中的溶 解氧及容器顶部气体中氧气的影响,分解反应相 当迅速。果汁在贮藏过程中,当氧气完全消耗或 低至某一浓度时维生素 C 便开始进行无氧降解: 2,3-二酮古洛糖酸转化为 3-脱氧戊酮糖,进而降 解为糠醛和 2-呋喃甲酸,其中 3-脱氧戊酮糖和糠 醛能够和氨基酸发生非酶褐变反应,形成褐色色 素[2,4]。因此,在橙汁贮藏过程中降低维生素 C 的分 解速率,有助于延缓橙汁的非酶褐变。
气调贮藏是指通过改变贮藏环境的气体成分 或比例使之不同于正常空气中的成分或比例的一 种贮藏方法。国内一般只将气调贮藏应用于新鲜 果蔬的贮藏和运输过程中,近年来,国外有学者 开始研究气调贮藏在果汁中的应用。Alklinta C.的 研究表明气调贮藏延长胡萝卜汁货架期效果显著[14]。 气调贮藏的气体一般由 CO2、N2 及少量特种气体组 成,CO2 气体具有抑制大多数腐败细菌和霉菌生长 繁殖的作用,是保护果汁贮藏品质的气体中的主 要抑菌成分;N2 是惰性气体,与食品不起作用, 只作为填充气体,替代氧气,防止了引起褐变的 氧化反应。不同的食品,保鲜气体的成分及比例 也不同。
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