果汁褐变及其影响因素研究进展

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抗坏血酸也可用于防止芦荟制品酶促褐变 , 它 不但能降低体系 p H , 而且具有还原剂的作用 , 可 将体系中的醌类及其衍生物还原成酚 , 并通过自身 氧化来减少体系的含氧量 。但是 , 如果体系内含氧 量过高或添加的抗坏血酸过少 , 会使抗坏血酸完全 氧化并与氨基酸反应导致非酶褐变[14 ] 。同时 , 抗 坏血酸氧化产物中的二酮古罗糖酸是腐蚀促进剂 , 能加速马口铁溶锡 , 使内容物发苦 。曲酸的结构与 酚类化合物相似 ; 具有络和金属离子的作用 , 可以 络合多酚氧化酶活性必需的铜离子 ; 此外 , 曲酸具
亚硫酸盐是一种广泛使用的多功能抑制剂 ; 阻 止酶促褐变和非酶褐变 , 控制微生物生长 , 作为漂 白剂 、抗氧化剂或还原剂 , 并执行其它不同技术功 能 。常用的亚硫酸盐有亚硫酸钠 ( Na2 SO3) 、亚硫 酸氢钠 (Na HSO3) 、焦亚硫酸钠 ( NaS2O5) 、低亚 硫酸钠 ( NaS2 O4) 等[12 ,13 ] 。对亚硫酸盐控制褐变 的机理目前还颇有争论 , 有人认为它具有抑制酚酶 活性的作用 , 也有人认为它能将醌还原为酚 , 还有 人认为它可与醌起加成反应从而防止了醌的聚合 。 用亚硫酸盐抑制褐变操作简便 , 经济有效 , 有利于 保存体系中的抗坏血酸 。但是 , 自从 1993 年美国 发生亚硫酸盐中毒事件后 , FDA 便将亚硫酸盐从 一般安全物质目录中除名 。亚硫酸盐可能有致癌作 用 , 可能会导致某些消费者呕吐 、下痢 、过敏休 克 、急性哮喘 、失神等不良反应 , 也会加速罐壁腐 蚀 , 破坏维生素 , 产生不愉快的嗅感和恶臭味 , 成 品中残留量如果超过 0101 ⅹ10 - 5即可感知 , 因此 , 在使用时必须注意用量 。我国有关食品法规规定 , 残留量不得超过 10mg/ kg[13 ] 。
Ξ 收稿日期 : 2004 - 04 - 20 ΞΞ 刘金豹 , 男 , 硕士 , 主要从事苹果加工及研究 , 为国家 “948”计划资助项目 , 项目号 981057
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第Vo7l1卷7 第N3o1期3
果汁褐变 (Browning) 是指果汁在加工和贮藏 过程中颜色发生改变的一种现象 。这种颜色的改 变 , 不仅影响果汁的外观 、风味 , 而且还会造成营 养物质的丢失 , 甚至食品的变质 。比如人体必需氨 基酸 - 赖氨酸 , 就很容易在 Maillard 反应中丢失 , 从而导致蛋白质营养价值的降低[1 ,2 ,3 ] 。为此 , 寻 求褐变发生的原因与解决途径有重要的意义 。褐变 包括酶促褐变和非酶促褐变两种类型 。非酶褐变又 包括美拉德 (Maillard) 反应 、酚类物质氧化变色 、 焦糖化褐变和抗坏血酸氧化褐变等几种类型 。 1 酶促褐变及其影响因素 111 酶促褐变
有去除氧自由基的作用 , 因而能够干扰多酚氧化酶 对氧的吸收 ; 最后 , 曲酸能将黑色素的底物醌类化 合物还原为联醌而防止黑色素的形成 。在芦荟凝胶 中加入 150mg/ L 曲酸 , 可以有效抑制酶促褐变的 发生[15 ] 。植酸是从植物原料中提取的无毒的维生 素 B 组的一种肌醇六磷酸酯 。具有比较独特的分 子结构 , 尤其是所含的六个磷酸基 , 具有很强的鳌 合能力 , 能在很宽的 p H 范围内很稳定 。它可以鳌 合 PPO 中 的 铜 辅 基 , 并 具 有 很 强 的 抗 氧 化 能 力[16 ] 。
NaCl 可减少酶促褐变的供氧量以减少醌类物 质的生成 , 但梨汁中过多的 NaCl 影响口味 , 浓度 低其抑制褐变的效果又不理想[19 ] 。CaCl2对褐变的 抑制作用有两个解释 , 一是钙与氨基酸结合成为不 溶性化合物 , 因此钙盐有协同 SO2 控制褐变的作 用 。二是 Ca2 + 与 PPO 中的 Cu2 + 的竞争 。CaCl2 已 被成功地用在一些食物上如白玫瑰 、马铃薯 。这类 食品即使在亚硫酸盐存在时也会很快发生褐变 , 但 若再 结 合 使 用 CaCl2 则 有 明 显 的 抑 制 效 果 。ED2 TANa2是一种金属离子螯合剂 , 可阻止金属离子对 褐变反应的促进作用 。但其作用与果汁种类有关 , 梨汁上 ED TANa2 的作用不明显[7 ,13 ] 。壳聚糖可以 抑制 PAL 、PPO 、POD 活 性[20 ] 。铜 试 剂 存 在 异 味 , 不宜使用 。 2 非酶褐变及影响因素 211 Maillard 反应
11212 p H 植物中多酚氧化酶的最适 p H 一般在 510710
左右 , 随着 p H 的下降 , 多酚氧化酶的活性直线下 降 , 特别是 p H 在 310 以下时 , 高酸性环境会使酶 蛋白上的铜离子解离下来 , 导致 PPO 逐渐失活 , 酶活性趋于最低[7 ,8 ,9 ] 。用于调节芦荟制品的酸化 剂有葡萄糖酸 、柠檬酸 、苹果酸 、酒石酸等 , 其中 最常用的是柠檬酸 。事实上 , 柠檬酸在抑制酶促褐 变方面具有双重作用 , 不但可以作为酸味剂降低体 系 p H , 而且还可以作为络合剂 , 与从多酚氧化酶 上解离下来的铜离子作用 , 形成络合物 , 降低酚酶 的活性 。因此 , 柠檬酸在抑制芦荟制品酶促褐变方 面具有较为显著的功效 , 其用量一般在 015 %~ 110 %之间 。01003mol/ L Vc 与 01016mol/ L 柠檬酸 混合 液 对 多 酚 氧 化 酶 和 褐 变 都 有 良 好 地 抑 制 作
除抗坏血酸 、曲酸和植酸外 , 其它亚硫酸盐替 代品包括硫氢化物 , 如谷胱甘肽 、含硫氨基酸 , 如 半胱氨酸 、胱氨酸 、蛋氨酸等 、各种络合剂 , 如聚 磷酸盐 、偏磷酸盐等 、多酚氧化酶抑制剂等 。半胱 氨酸不但对人体无毒 , 又是一种可溶性氨基酸 , 是 一种营养物 , 它本身含有氨基 、羧基 , 又含有巯基 - SH , 能抑制褐变和抗氧化 , 主要是靠巯基这一 功能团起着非同小可的作用 。巯基是个活泼性很强 的基团 , 具有还原性 , 在机理上它能还原中间体 : 作为醌鳌合剂 , 与醌作用生成稳定的无色化合物 , 还能防止反应物的氧化作用于褐变中间体α2β2不饱 和烯醇基性化合物 , 使其不活化 , 也就抑制了褐变 反应 , 阻止黑色素的生成[17 ] 。一种新型 PPO 抑制 剂 KH - 1 能鳌合铜离子 、阻隔氧气吸附单宁 、调 节 p H 和水分 , 从而起到抑制 PPO 活性的目的[18 ] 。
酶促 褐 变 是 指 多 酚 类 物 质 在 多 酚 氧 化 酶 ( PPO) 的催化下进行羟基化作用 , 生成三羟基化 合物 。邻酚具有较强的氧化能力 , 可将三羟化合物 氧化成羟基醌 。羟基醌非常容易聚合生成黑色素物 质 。影响酶促褐变的主要因素包括温度 、p H、氧 气及抑制剂等 。 112 酶促褐变的影响因素 11211 温度 热处理可有效地抑制多酚氧化酶的 活性 , 随温度升高酶活性下降 。这是由于高温造成 的蛋白质变性引起的 。锥栗加工过程中热稳定性试 验表明 , 90 ℃处理 1min 、85 ℃处理 3min 、80 ℃处 理 4min 、6570 ℃处理 6min 、60 ℃处理 10minPPO
第 7 卷第 3 期 Vol17 No13
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果汁褐变及其影响因素研究进展
刘金豹 , 翟 衡 , 张 静
(山东农业大学园艺学院 , 山东泰安 , 271018)
摘要 果汁加工及贮藏过程中的褐变包括酶促褐变和非酶促褐变 (美拉德反应 , 酚类物质氧化变色 、焦糖化褐变和抗坏血酸氧 化褐变) 两种情况 。影响酶促褐变的因素有温度 、p H、氧气 、抑制剂和酚类化合物等 , 非酶褐变的影响因素因褐变类型的不同 存在差异 。各种非酶褐变类型间存在复杂关系 。 关键词 酶促褐变 ; 非酶褐变 ; 影响因素 中图分类号 TS275414 文献标识码 A
Maillard 反应是还原糖类与氨基化合物如游离 氨基酸 、肽和蛋白质上的氨基发生羰氨基反应 , 经
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刘金豹
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过一系列重排 、脱水 、缩合及聚合反应生成黑褐色 物质的过程 。温度对 Maillard 反应速度影响显著 , 香蕉浆酶解时采用 50 ℃, 短时间内不会对 Maillard 反应产生显著影响 。但 100 ℃, 20min 的杀菌处理 加速了还原糖与自由氨基化合物间的反应 。还原糖 与氨基化合物在热处理时发生的反应是香蕉汁色泽 变化的原因之一 。p H 对 Maillard 反应影响显著 , 羰氨反应一般来说在 p H67 的条件下最易进行[21 ] 。 当 p H 低于 610 时反应速度迅速降低 , 香蕉汁加工 中香蕉果肉的 p H 在 510 左右 , 可大大抑制 Mail2 lard 反应的速度 。降低 p H 能有效抑制褐变[22 ] , 苹 果汁非酶褐变随加热温度的提高和时间的延长而加 重 。主要原因可能是苹果汁中的糖类受热生成呋喃 类化合物 , 呋喃化合物参加 Maillard 反应的后阶段 形成褐色物质[23 ,24 ] 。苹果汁中果糖大约是葡萄糖 的 23 倍 , 蔗糖与葡萄糖含量接近 , 就形成 52羟甲 基呋喃醛速率而言 , 果糖比葡萄糖快 36 倍[25 ] 。 212 焦糖化褐变
活性基本消失[4 ] 。 但是有些果实 (如香蕉 、苹果 、梨等) 中多酚
氧化酶热稳定性较高 , 加工时酶活性不易失活 。据 Mat her 等报道 , 梨 、苹果组织中多酚氧化酶在沸 水中需 45min 才能失活[5 ] 。香蕉一般在 90~100 ℃ 的热水中处理 10 分钟酶的活性才能完全丧失[6 ] 。 在实际工业化生产中可以在果肉破碎之前进行烫漂 或破碎后使用封闭式软化灭酶机即可较有效地钝化 酶活性 。
焦糖化反应是碳水化合物特别是低分子糖类或 糖浆经加热发生的一类复杂反应 , 提高反应温度及 反应体系的酸度均可加快反应速率[26 ] 。香蕉汁加 工是在酸性条件下进行的 , 特别是杀菌时香蕉汁体 系正好处于酸性条件 , 高温 、高糖含量都可促进焦 糖化反应 。为了减少焦糖化反应对香蕉汁色泽的影 响 , 采用瞬时高温杀菌可能会更好 。 213 维生素 C 氧化变色
用[10 ] 。 11213 氧气
除去或减少体系中氧气含量常用的机械方法是 真空脱气法 。现代大型果品加工企业直接从国外引 进先进的加工设备 , 如生产果肉浑浊汁 、鲜榨汁的 企业 , 都采用瞬时高温和真来自百度文库脱气 , 灭菌并防止褐 变 。另外 , 较为可行的脱氧方法还有酶法脱氧 。例 如 , 在产品中加入适量葡萄糖氧化酶或过氧化氢 酶 , 不但可以去除或减少产品中的氧气 , 达到抑制 褐变的目的 , 而且还能防止好气菌的生长繁殖 , 同 时由于产生过氧化氢 , 因此还能起到杀菌作用 。随 着生物技术的发展 , 这类方法必定会有很好的发展 前景[11 ] 。 113 酶促褐变的抑制剂
维生素 C 自动氧化后成为含双羰基化合物 , 能进一步发生变化 、聚合等反应形成有色物质氨基 酸 、蛋白质等含氮化合物能与变化了的维生素 C 发生化学反应从而大大加快褐变速度 。这种反应可 能是因为维生素 C 与氨基酸之间发生了羰氨反应 所致[14 ] 。维生素 C 以极慢的速度向形成有色物质 的方向变化 。氨基酸首先以 R 基团而非α2氨基与 维生素分子反应 , 加速褐变 。R 基团有氨基或芳香 环的氨基酸与维生素 C 反应速度最快 , 惰性 R 基 团的氨基酸与维生素 C 反应极慢 。半光氨酸对维 生素 C 变化及色变有抑制作用 。维生素 C 与氨基 酸褐变的有色物的光吸收在 340~400nm 区域 , 主 要来自于维生素 C 分子部分 , 色氨酸的吲哚环有 助色作用 。维生素 C 的氧化褐变也受体系酸碱度 的影响 , 当体系的 p H 为 410 时 , 维生素 C 氧化褐 变速率最快 。当体系的 p H 为 210 时 , 维生素 C 氧 化褐变反应缓慢而不明显[27 ,16 ] 。
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