不同微波預處理對蘋果汁褐變特性的影響

易建華，朱 丹，朱振寶（陜西科技大學生命科學與工程學院，陜西西安710021）

不同微波預處理對蘋果汁褐變特性的影響

易建華，朱 丹*，朱振寶
（陜西科技大學生命科學與工程學院，陜西西安710021）

為了抑制蘋果汁在加工過程中的褐變，將微波加熱技術與乳清分離蛋白（WPI）、抗壞血酸（AA）、檸檬酸（CA）三種褐變抑制劑相結合，采用不同的微波功率和時間處理蘋果原料，研究不同預處理方式對蘋果汁褐變特性的影響。結果表明，隨著微波功率提高和處理時間的延長，蘋果汁多酚氧化酶（PPO）活性降低，色澤提高；當功率為720W，處理時間120s時，果汁PPO幾乎被完全抑制，色澤、總酚、氨基態氮含量增加，總糖含量下降，總酸含量略微提高。其中，經WPI水浴微波處理后的果汁L值為91.14，與其他預處理后的果汁色澤相差不大，且總酚含量增幅最小，因而是較佳的抑制果汁褐變方法。

蘋果汁，微波，褐變，多酚氧化酶（PPO），乳清分離蛋白（WPI）

得益于成本和資源優勢，中國蘋果加工產業發展迅速，產業規模、產能居世界首位。其中，濃縮蘋果汁是蘋果加工的主要產品[1]。而蘋果汁生產中面臨的一大技術難題就是褐變，其主要原因在于蘋果多酚氧化酶（PPO）將多酚氧化成鄰醌，經過非酶聚合途徑與氨基酸、蛋白質或其他化合物作用形成褐色物質[2]，從而影響果汁感官品質，降低其市場競爭力。傳統的鈍化酶活性的方法是高溫熱處理或添加抑制酶活性的化學添加劑。工業生產蘋果漿采用93～98℃處理4～5min來鈍化酶活[3]，郝瑞峰等[4]研究表明75℃30s對PPO活性破壞較大且處理后的PPO酶活可以較好地被果汁自身低pH所抑制；Luo Yangguang等[5]添加亞氯酸鈉抑制鮮切蘋果塊的酶促褐變，趙盼[6]研究了殼聚糖對蘋果汁的抗褐變作用，Rosa等[7]添加蜂蜜提取物等天然物質來抑制蘋果汁的酶促褐變。但是，高溫處理不僅影響產品的營養成分[8]，對于風味物質含量高的熱敏性食品如蘋果汁，高溫處理后其風味、色澤受到很大的影響。微波加熱技術與傳統加熱方法相比，具有快速、均勻、穿透力強等特性[3]。Gerard等[9]研究發現，微波處理蘋果漿可以提高出汁率，使酶快速失活，降低褐變程度，改善蘋果汁的感官品質；張少穎等[10]研究發現微波處理原料可以提高蘋果汁的色值，降低多酚氧化酶的活性。本實驗將微波加熱技術與褐變抑制劑相結合，探究不同方式預處理原料對蘋果汁的PPO活性以及理化品質的影響，以期得到一種快速、高效地抑制蘋果汁褐變方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

富士蘋果 購于西安果蔬市場，選取大小均勻、顏色一致的蘋果，貯存于4℃備用；乳清分離蛋白

Davisco WPI 95，上海福諾食品有限公司；Sigma Folin-Ciocalteu試劑 美國Sigma-Aldrich有限公司；抗壞血酸（AA）、檸檬酸（CA）、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、甲醛、30%過氧化氫、磷酸氫二鈉、檸檬酸、無水碳酸鈉等 分析純，天津市天力化學試劑有限公司。

LG-WD900型微波爐 LG電子（天津）電器有限公司；CM-5型色差儀 日本Minolta公司；7200型可見分光光度計 尤尼柯上海儀器有限公司；501A型超級恒溫器 上海實驗儀器廠有限公司；TDL-40B型臺式離心機 上海安亭科學儀器廠；JYL-C020型九陽料理機 山東九陽股份有限公司；BS323S型電子天平、PB-10型精密酸度計 賽多利斯科學儀器北京有限公司。

1.2 實驗方法

將蘋果洗凈，去皮去核，切塊，每份50g，浸泡于相同體積的WPI、AA、CA溶液中進行水浴微波處理。經前期實驗，WPI的添加量為0.7%，經查閱相關文獻，同時為了便于對比同等條件下三種抑制劑的效果，AA、CA的添加量也選為0.7%。處理功率設置為180、360、540、720、900W，處理時間設置為40、60、80、100、120s，處理完后迅速冷卻，加入50mL PBS（pH3.0）用料理機打漿，過濾后于3500r/min離心10min，取上清液得果汁。同時以未進行微波處理的作為對照組。

1.3 分析方法

1.3.1 蘋果汁PPO活性的測定 根據Krapfenbauer G等[11]的方法，略有改動。2.5mL McIlvane緩沖液（pH6.5），30s后加入0.1mL經處理或未經處理的蘋果汁，30s后再加入1mL兒茶酚（0.2mol/L），于420nm下測定其吸光值變化，連續2min。酶活性（U）由最初的反應速率決定。蘋果汁PPO的相對活性（R）根據以下公式計算：

式中，U：經微波預處理后的蘋果汁PPO活性，U0：未經微波預處理后的蘋果汁PPO活性。

1.3.2 蘋果汁的色澤測定 應用CIE LAB色彩空間，通過L、a、b值表示，三個基本坐標表示顏色的亮度（L，L=0指示黑色而L=100指示白色），它在紅色和綠色之間的位置（a負值指示綠色而正值指示紅色）和它在黃色和藍色之間的位置（b負值指示藍色而正值指示黃色）。ΔΕ表示果汁總體色差，其值越小，表明褐變程度越小。

ΔΕ=[（ΔL）2+（Δa）2+（Δb）2]1/2

1.3.3 總酚的測定 采用Folin-Ciocalteu法[12]，略有改動。

1.3.4 總酸的測定 參考GB/T 12456-2008食品中總酸的測定。

1.3.5 總糖的測定 采用直接滴定法[13]。

1.3.6 氨基態氮的測定 采用甲醛值法，參考GB/T 12143-2008飲料通用分析方法。

1.4 數據分析

實驗重復3次；采用SPSS 14.0軟件中One-Way ANOVA進行處理和差異顯著性分析，數據結果以均數±標準差（x±SD）表示。

2 結果與討論

2.1 微波預處理對蘋果汁PPO活性的影響

圖1是微波與褐變抑制劑相結合處理蘋果原料對蘋果汁PPO活性的影響。乳清分離蛋白（whey protein isolates，WPI）是一種來源于奶制品的天然蛋白質，廣泛應用于食品行業。乳清蛋白富含半胱氨酸，具有一定的抗氧化性。Perez-Gago等[14]研究表明乳清蛋白能夠抑制蘋果塊的酶促褐變，并且指出乳清蛋白的抑制褐變作用來源于WPI中具有抗氧化活性的氨基酸基團，例如半胱氨酸，或是因為蛋白質具有較高的氧化電位。由圖1A可以看出，當微波功率低于360W，時間小于60s時，R＞1，說明PPO的活性反而被促進。Ellas等[15]研究表明半胱氨酸、色氨酸、甲硫氨酸等抗氧化氨基酸基團被包埋于蛋白質內部，在一定溫度作用下才能暴露出來，另外，前期實驗表明，在20～60℃范圍內，WPI抑制褐變的作用效果與溫度成反比，可能在低功率短時間的微波作用下，一方面達不到WPI的作用溫度，一方面PPO的活性被激發；隨著微波功率的提高和時間的延長，PPO的相對活性迅速減小，當微波功率為540W，時間100s時，對PPO相對活性僅為6.5%。

抗壞血酸（AA）是一般公認的安全類（GRAS）添加劑。有研究表明，AA可以抑制蘋果汁的褐變，因而為蘋果汁加工行業廣泛采用。由圖1B可以看出，當微波功率低于360W，處理時間小于60s時，R＞1，與圖A趨勢基本一致，可能原因在于在此條件下，PPO受熱，活性被激發。但隨著微波功率的增強和時間的延長，PPO的相對活性越來越小，當微波功率為540W，處理100s，PPO相對活性僅為5.3%。研究認為，AA可以將蘋果醌還原成蘋果多酚，因而有效抑制蘋果汁褐變[16]。

檸檬酸（CA）是食品工業中常用的一種護色劑，對PPO具有明顯的抑制作用。Demir等[17]發現蘋果PPO能被CA抑制。鄒立強等[18]研究表明當CA濃度達到70mmol/L時，蘑菇PPO相對酶活性僅為原酶活性的1.0%，此時PPO的活性已完全被抑制。由圖1C可以看出，CA與微波共同作用下，隨著微波功率的增大和時間的延長，蘋果汁PPO的相對活性不斷下降，這可能因為CA對PPO的活性中心的銅離子具有較強的螯合作用，另外隨著CA的加入使溶液的pH降低，使得反應體系的pH遠離PPO的最適pH，從而導致PPO的結構被破壞，PPO活性受到抑制。當微波功率為540W，處理100s，PPO相對活性也為5.3%，與AA作用相當。

由圖1可知，微波功率較低時，鈍化PPO效果較差；但隨著功率的增大，PPO鈍化率隨之提高。綜上，微波與抑制劑相結合處理蘋果原料，可以抑制PPO活性。

圖1 不同微波預處理對蘋果汁PPO相對活性的影響Fig.1 Effect of different microwave pretreatments on relative activity of PPO in apple juice

2.2 微波預處理對蘋果汁色澤的影響

L值能較好地反映出蘋果汁的褐變程度[19]。由圖2A可知，當功率低于360W，處理時間小于60s時，果汁的L值低于對照值，可見該作用條件下，反而加速果汁的褐變，該結果與上述研究相一致。這可能是由于該處理條件WPI尚未適當變性，另一方面，WPI作為一種蛋白質可能加速了美拉德反應等非酶促褐變，導致果汁色澤加深。此后，隨著功率的增強，果汁的色澤迅速提高，當功率為720W，時間為120s時，其L值與相同處理時間下功率為900W的果汁L值幾乎一致。

雖然AA與WPI作用于PPO的規律較為一致，但是由圖2B可以看出低功率短時間內果汁的L值高于經WPI水浴處理后的，可能原因在于AA并非直接抑制PPO的活性，而是將醌類還原為酚類，從而阻止褐色物質的形成。而且隨著處理功率和時間的增加，總體上果汁的L值也隨之升高。當功率為900W，處理時間超過80s時，果塊發生縮水現象且顏色發黃，原因是AA氧化分解可與游離氨基酸反應，生成紅色素及黃色素[20]，從而影響果汁色澤；當功率為720W時，果汁L值隨著處理時間的延長而升高，120s時達到最大值（94.50）。

由圖2C可以看出，總體上果汁的L值隨著處理功率和時間的增加而升高，當功率大于720W，處理時間大于60s時，L值變化很小，因為此時PPO的活性幾乎被抑制完全。當功率為720W，處理時間為60s時，果汁L值最大（93.20），處理120s時，果汁L值略有降低，但仍大于90。

圖2 不同方式微波預處理對蘋果汁L值的影響Fig.2 Effect of different microwave pretreatments on the evolution of lightness（L）in apple juice

實驗過程中發現，當微波功率為900W時，隨著處理時間的延長，果塊會出現不同程度的收縮且果汁顏色不佳，可能原因是在高溫環境中發生了焦糖化反應，果塊中的糖分解后與氨基化合物反應而參與到美拉德反應中[20]，使色澤受到影響。可見，適當提高微波功率，可以有效改善果汁的色澤；但微波功率過高，對果汁的色澤產生副作用，因此，在實際應用中，應注意選擇合適的處理功率與時間。

表1 不同預處理對蘋果汁理化指標的影響Table 1 Effect of different pretreatments on physicochemical index of apple juice

2.3 不同方式微波預處理對蘋果汁理化指標的影響

綜合不同方式預處理對蘋果汁PPO以及L值的影響結果，統一選取微波功率為720W，處理時間120s后的果汁作為理化指標的評價對象，結果如表1所示。

經過不同預處理后，果汁的各項指標均發生顯著變化，L值升高，a、b、ΔΕ值降低，表明褐變得到一定程度抑制。果汁總酚含量均比對照組高，與Gerard等[9]的研究結果一致。微波處理后的果汁總酸含量變化不大，增幅不超過0.04%，可以認為果汁酸度幾乎不變，這與Vadivambal和張少穎等[8，10]的研究結果一致。果塊經預處理后，果汁總糖的含量均顯著降低，可能原因是在高溫環境中發生焦糖化反應，導致糖類分解。微波處理后的果汁氨基態氮的含量均增加，尤其經WPI水浴微波處理后，可能原因在于WPI受熱分解，提高了氨基態氮的含量。雖然AA水浴微波處理后的果汁L值略大于WPI水浴微波處理，但是鑒于酚類是引起果汁在貯藏過程中沉淀渾濁的重要因素，而經WPI水浴微波處理后的果汁總酚含量升高幅度最小，有利于果汁的貯藏，因此，選取WPI水浴微波處理作為較佳的抑制褐變方法。

3 結論

本實驗采取WPI、AA、CA水浴微波3種方式處理蘋果果塊，實驗結果表明，隨著微波功率提高和處理時間的延長，蘋果汁PPO的活性逐漸降低，當功率大于720W，處理時間大于80s時，PPO的活性幾乎被完全抑制；果汁的褐變度總體上隨著微波功率和時間的增加而降低，但是當功率為900W，處理時間超過80s后，果汁可能會發生焦糖化反應而導致L值降低。綜合考慮，本實驗選取功率720W，處理時間120s后的果汁作為理化指標的評價對象，結果表明，果塊經微波預處理后所得果汁色澤大幅度提高，總酚和氨基態氮含量增加，總糖含量降低，總酸含量略微提高，其中經WPI水浴微波預處理后的果汁總酚含量增幅最小，是較佳的抑制蘋果汁褐變方法。

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Effect of microwave pretreatments on browning properties of apple juice

YI Jian-hua，ZHU Dan*，ZHU Zhen-bao
（College of Life Science and Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021，China）

In order to investigate the relationship between microwave combined with three anti-browning agents [whey protein isolates（WPI），ascorbic acid（AA），citric acid（CA）]pretreatment of raw apple and browning of apple juice，the effects of different microwave power and time treatment on the browning of apple juice during apple juice processing were studied.The results indicated that apple juice had lower activity of PPO and higher color value with the increase of microwave power and time，with the microwave power of 720W and time of 120s，the activity of polyphenol oxidase were almost inhibited，color value and the content of total phenolics and amino-nitrogen were increased，total sugar content were reduced and total acid content were increasing slightly.Among those pretreatments，microwave-WPI was the most appropriate way to inhibit browning because of the color value of apple juice was 91.14 which was comparable with others and total phenolics content had the least increase.

apple juice；microwave；browning；polyphenol oxidase；whey protein isolates（WPI）

TS255.44

B

1002-0306（2014）14-0264-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.050

2013－10－11 *通訊聯系人

易建華（1971-），女，碩士研究生，副教授，主要從事現代果汁加工體系方面的研究。

國家自然科學基金（31101326）；陜西省咸陽市科技計劃項目（2010k12-16）；陜西省人力資源與社會保障廳出國留學人員科技活動項目。