蘋果渣果膠褐變的原因研究

撰文/何碧華 李衛林

蘋果渣果膠褐變的原因研究

撰文/何碧華 * 李衛林**

本文對以蘋果渣為原料提取的果膠發黑的原因進行了研究。通過對果膠中蛋白質含量的測定和對樣液中還原糖的測定分析，得出的結論是果膠在干燥過程中發生了Maillard反應，而亞硫酸鈉實驗顯示亞硫酸鹽能夠抑制果膠變黑，這一結果證明果膠褐變和美拉德反應有關。

蘋果渣，果膠，褐變，美拉德反應

果蔬加工企業會產生大量的加工下腳料，比如果蔬的皮屑，核渣等，如果不能有效地進行處理，這些廢物將會使企業的產品受到污染，并對造成環境造成不良影響。本文即對蘋果渣進行研究以提取其中的果膠。但是，在提取果膠的過程中，在不同的提取條件下，溫度、pH值以及原料中成分的差異都會造成果膠產品的色澤出現異常。為了解決果膠色澤問題，本實驗旨在通過分析蘋果渣的主要成分在果膠提取過程中的變化來確定褐變的主要原因，進而提出合理的解決方案。

1、材料與方法

1.1 實驗材料

亞硫酸鈉，硫酸銅，硫酸鉀，氫氧化鈉，硼酸，濃鹽酸，碳酸鈉，甲基紅，次甲基藍，無水乙醇，過氧化氫，葡萄糖,以上試劑均為分析純。

旋轉蒸發儀(上海亞榮盛華儀器廠),數顯恒溫水浴鍋HH-4(國華電器有限公司),高速碎粉機(北京環亞天元機械技術有限公司),6173pH計(廈門索邁電子科技有限公司)

1.2 實驗方法

準確稱取一定量的干燥至恒重的蘋果渣，量取等體積的蒸餾水，加入到樣品中，搖勻后放置24h。抽濾，將濾液濃縮，然后醇析，制得的果膠置于70℃的鼓風干燥箱中干燥24h，比較果膠顏色。然后將濾渣再轉移至錐形瓶中，分別加入一定量的等量的pH值為1和2的酸液。置于相同溫度下水浴加熱相同時間，抽濾，將濾液濃縮，然后醇析，制得的果膠同樣置于70℃的鼓風干燥箱中干燥24h，比較果膠顏色。

1.3 蛋白質含量的測定

蛋白質含量測定采用半微量凱式定氮法進行。

1.4 還原糖含量的測定

采用堿性銅鹽（即菲林試劑）法測定還原糖的含量。

精確稱取一定量干燥至恒重的葡萄糖，配制成葡萄糖標準溶液。

用葡萄糖標準溶液對斐林試劑進行標定。然后用樣品溶液對已標定的的斐林試劑進行滴定，記錄所用體積。所用的體積越小，則說明樣液中含有的還原糖量越多。

準確稱取等量已干至恒重的蘋果渣，分別量取等量的pH=1和pH=2的鹽酸溶液加入到樣品中。在同一溫度下水浴加熱相同時間。取出，分別量取10m L的樣品溶液，然后定容至250m L，然后用菲林試劑滴定以測定還原糖的含量。

1.5 亞硫酸鈉實驗步驟

稱取一定量的干至恒重的蘋果渣兩份，按照一定的液料比加入已調至pH=1的鹽酸溶液，置于80℃水浴鍋中加熱1.5h，趁熱抽濾。為了保證濾液成分不出現大的差別，將抽濾所得的濾液合并，搖勻后再平均分開。然后一份加入一定量的亞硫酸鈉，使之充分溶解，另一份作對比。加入濾液4倍體積的無水乙醇，使果膠沉淀，然后抽濾。制得的果膠置于70℃的干燥箱中干燥24h。觀察兩組果膠的顏色。

2、結果與討論

2.1 果膠中成分含量

通過凱式定氮得知蘋果渣中的蛋白質如表1、菲林試劑法測定蘋果渣中的還原糖的含量如表2。

由表2可以看出，滴定相同量的斐林試劑，消耗pH=1樣液的體積要明顯少于pH=2的樣液體積。也就是說，pH=1的樣液中的還原糖量要明顯高于pH=2的樣液。因此在醇析過程中，果膠沉淀時能夠包埋更多的還原性糖。

通過對樣品中的蛋白質的測定及樣液中還原糖量的測定，結果表明，pH=1條件下提取果膠的樣液中含有較多的還原糖，果膠成品中含有較多的蛋白質。

2.2 溶液pH對果膠色度的影響

通過實驗發現，在采用水提和酸液提取時，所得產品的色度有明顯的分別（如表3）。

用水提取的果膠顏色為亮黃色，并未出現變黑的現象，而加酸后pH=1條件下提取的果膠出現變黑的現象，pH=2條件下提取的果膠沒有變黑。證明果膠顏色確實與pH值有關。

初步推斷，在pH=1條件下提取的果膠變黑的原因很可能是在條件，比如溫度，水分含量，pH值等適宜的時侯發生了Maillard反應。Maillard反應的影響因素為：反應在酸堿條件下均可發生，但是蘋果渣提取果膠時酸性環境會包埋更多的蛋白質，而氨基酸、肽類、蛋白質、胺類均與褐變有關；另一個主要因素是果膠干燥時的溫度，溫度相差10℃，褐變速度相差3-5倍，一般在30℃以上褐變加快；提取或者干燥時的相對濕度也是一個重要的影響因素。

酸度的增加會促進多糖的水解產生單糖，而單糖更容易發生美拉德反應，造成褐變；而較低酸度時蛋白質可能沒有達到其等電點，抽濾時蛋白質會轉移到濾液中，而在pH=2的條件下可能在蘋果渣中蛋白質的等電點附近，使得一部分蛋白質留在濾渣中，濾液中蛋白質含量相對減少。在醇析過程中，pH=1的樣品中，果膠沉淀包埋了更多的單糖和蛋白質，兩者相比，相同條件下pH=1的樣品更容易發生褐變。

2.3 亞硫酸鈉試驗

亞硫酸鹽是廣泛使用且有效的美拉德反應褐變抑制劑。通常使用的亞硫酸鹽包括了一組化合物，主要有亞硫酸鈉Na2SO3、亞硫酸氫鈉N aH SO3、焦亞硫酸鈉N a2S2O5、保險粉Na2S2O4。

亞硫酸鹽能夠抑制美拉德反應發生褐變，在于加成反應反應物的羰基可以和亞硫酸根結合形成加成化合物，其加成物能與氨基化合物縮合，但縮合產物不能再進一步生成Schiff 堿和N-葡萄糖基胺,阻止了美拉德反應的進一步發生，因而有明顯的抑制效果。此外，亞硫酸根還能與中間產物的羰基結合形成加成化合物，該加成化合物的褐變活性遠低于氨基化合物和還原糖所形成的中間產物，使得生成類黑精的反應難以發生。

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加成的結果使有機物失去雙鍵或減少雙鍵，因而消除或者降低使顏色變化的因素影響，因此亞硫酸鹽抑制美拉德反應褐變主要是因為亞硫酸鹽捕獲了強褐變活性的中間體，而生成了褐變活性很低的中間產物，從而抑制了美拉德反應。亞硫酸鹽的試驗的結果如表4。

由表4可以看出，亞硫酸鈉對褐變有明顯的抑制作用，本實驗進一步證實了果膠變黑的原因是發生了Maillard反應。

3、結論

在果蔬加工過程中出現褐變情況主要原因是酶促褐變和非酶促褐變，酶促褐變發生的條件要求有多酚類物質、酚酶以及氧，而在處理此類褐變時的手段：加熱處理、調節pH以及驅除氧法。

而對于非酶促褐變，本試驗進行的條件：溫度70℃，pH 1-2，蘋果中抗壞血酸即維生素C的含量豐富，就可起到消除氧的目的，因此通過本實驗以確認蘋果果膠生產中出現產品褐變是非酶促褐變。而通過對蛋白質和對還原糖的測定，可知pH=1條件提取的果膠中含有更多的蛋白質，而且蘋果渣中二糖或多糖水解程度要大于在pH=2的條件下的水解程度，從而導致果膠濃縮液中含有了更多的還原性糖。所以果膠生產中發生了Maillard 反應，有了變黑的可能?？捎脕喠蛩徕c來抑制果膠(pH=1條件下制得)的褐變。

*福建廈門集美大學生物工程學院
**福建武夷山武夷學院茶學與生物系