抗壞血酸和谷胱甘肽復合抗氧化劑對鮮切蘋果防褐變效果的研究

張 瑾，梁舒妍，王漫君，劉 宇，鐘先鋒

（1. 佛山科學技術學院食品科學與工程學院，廣東佛山 528231；2. 廣東省傳統發酵食品工程技術研究中心，廣東佛山528231；3. 廣東省食品流通安全控制工程技術研究中心，廣東佛山 528231；4. 佛山市釀造工程技術研究中心，廣東佛山528231；5. 佛山農業生物制造工程技術研究中心，廣東 佛山 528231）

0 引言

近年來，隨著生活水平的不斷提高，人們對水果需求量越來越大。鮮切水果的銷售產業在我國迅速發展，用于鮮切加工的水果主要有木瓜、芒果、甜瓜、菠蘿、火龍果、獼猴桃、葡萄、草莓等不易褐變的果實[1-2]。然而蘋果、雪蓮果、香蕉等在鮮切加工產業中并不常見，主要是因為水果鮮切加工后，果肉組織遭到破壞，容易發生褐變，導致食用品質降低，進而影響銷售價值。蘋果和梨產生褐變是因為植物組織中含有的酚類物質與醌之間保持著氧化還原的動態平衡，當遭到機械破壞后，氧化還原平衡失調，造成醌的積累，并進一步氧化聚合，形成黑色物質[3]，切分造成組織傷害易引起組織合成酚類化合物，同時提高多酚氧化酶的活性及可溶性，增加植物組織的褐變敏感度。研究表明，降低褐變程度的方法有薄膜自發氣調包裝、抗壞血酸、檸檬酸等結合處理[4]。龔新[5]發現低溫貯藏能在一定程度上抑制果實切片的組織褐變和品質下降，隨著需求量的增大，消費者對鮮切水果品質的要求越來越高，蘋果和梨的防褐變技術仍有待研究與開發。

抗壞血酸俗稱維C，常作為水果防褐變的抗氧化劑，在中性或堿性條件下可通過自身分解起到抗氧化作用，已有研究表明，抗壞血酸和檸檬酸可減緩褐變能力[6]。谷胱甘肽是蘋果中多酚氧化酶活性的最佳抑制劑，試驗證明，經300 μmol/L 谷胱甘肽處理后的蘋果切片，多酚氧化酶活性為50%；經500 μmol/L谷胱甘肽處理后的蘋果切片，多酚氧化酶活性為0[7]，抑制了多酚氧化酶活性，進而可減緩褐變程度、延長蘋果切片的貯藏期。

抗壞血酸和谷胱甘肽結合的報道都是應用于醫學方面，在水果褐變方面鮮有報道，試驗用不同濃度的抗壞血酸和谷胱甘肽處理鮮切蘋果切片，對蘋果切片的色度（L*），褐變強度（BD） 進行測定，研究出2 種抗氧化劑的最佳復配濃度，得出有效抑制鮮切蘋果切片褐變的最佳抗褐變劑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料：山東水晶富士蘋果，購于永旺超市。包裝材料：中號密實袋，永旺特惠優國際貿易（上海） 有限公司提供。

1.2 儀器與試劑

CR410 型色差計、7200 型可見分光光度計、ME104 型電子天平、ALLEGRA-64R 型臺式高速大容量離心機。

谷胱甘肽，廣州化學試劑廠提供；抗壞血酸，國藥集團化學試劑有限公司提供；鄰苯二酚、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉，天津市大茂化學試劑廠提供。

1.3 試驗方法

1.3.1 單因素試驗

選擇大小、色澤均一，無蟲害、無損傷的山東水晶富士蘋果進行試驗。先將蘋果洗凈、去皮、去核、切成1.5 cm 厚，立即放進抗氧化劑中浸泡進行保鮮處理，10 min 后將切片取出，瀝干水分，放入托盤，用保鮮膜蓋住，于4 ℃條件下貯藏觀察，貯藏5 d，每天測試一下指標（褐變強度、色澤），試驗重復3 次。

抗壞血酸處理：用蒸餾水配置0，0.01，0.03，0.05，0.07，0.09 mol/L 的抗壞血酸溶液。將蘋果切片分別置于不同濃度的抗壞血酸溶液中浸泡10 min。

谷胱甘肽處理：用蒸餾水配置0，300，350，400，450，500 μmol/L 的谷胱甘肽溶液。將蘋果切片分別置于不同濃度的谷胱甘肽溶液中浸泡10 min。

1.3.2 抗褐變指標的測定

（1） 色度測定[8]。蘋果切片處理后，于室溫下測定色澤的變化，每次測定取3 個樣品，取平均值，用L*值分析褐變程度。以后每隔1 d 用色差儀CR-400/410 測定1 次L*值，每個值取3 個樣品測定，取平均值，共測5 d。

（2） 褐變強度 （BD） 的測定[8]。取約2 g 果肉，按1∶10 比例加蒸餾水，低溫下研磨2 min，過濾后取濾液于25 ℃下保溫5 min，測定褐變強度，共測3 次，取平均值，結果以D410 nm×10 表示。每隔1 d測定1 次，共測5 d。

褐變強度（BD） 值越高，代表其褐變強度越高，色差計所測出來的指標，L*值為亮度指數，它從0～100 變化，L*=0 表示黑色，而L*=100 表示白色，其值越大亮度越高，表面褐變越輕，反之褐變越嚴重。

1.3.3 Box- Behken 試驗設計

由單因素試驗結果得出最佳水平：0.05，0.07，0.09 mol/L 的抗壞血酸和350，400，450 μmol/L 的谷胱甘肽和10，15，20 min 浸泡時間，利用Design Expert 軟件，采用Box-Behnken 中心組合設計試驗，探索出最佳復合配方方案。

Box-Behken 試驗設計的因素與水平設計見表1。

表1 Box-Behken 試驗設計的因素與水平設計

1.3.4 數據處理方法

數據采用WPS Excel 2013 統計分析、Design Expert 8.0.6 軟件分析。

2 結果與分析

2.1 單一處理的試驗結果

2.1.1 抗壞血酸的處理對鮮切蘋果切片的影響

在貯藏條件為4 ℃，經不同濃度的抗壞血酸處理的鮮切蘋果切片的色度（L*值） 和褐變強度（BD）的變化。

經過抗壞血酸處理的鮮切蘋果切片色度L*值的變化見圖1。

圖1 經過抗壞血酸處理的鮮切蘋果切片色度L*值的變化

由圖1 可知，在4 ℃的儲存條件下，鮮切蘋果光澤總體呈下降趨勢，失去原來的光澤，根據試驗結果可得出，當抗壞血酸濃度大于0.05 mol/L 后，能減緩鮮切蘋果切片的褐變程度，與對照組相比，經過0.07 mol/L 和0.09 mol/L 的抗壞血酸浸泡的蘋果切片，在前4 d，它們的L*值都比蒸餾水浸泡的蘋果切片要高，但是在第4 天后，可看出，由0.09 mol/L浸泡后的蘋果切片亮度比0.05 mol/L 和0.07 mol/L 浸泡過后的蘋果切片色澤要暗，是因為抗壞血酸的濃度不宜太大，因為濃度越大，自身氧化褐變越明顯，反過來也會影響產品的色澤[9]。由此可以得出，0.07 mol/L 的防褐變效果最好。

經過抗壞血酸處理的鮮切蘋果切片褐變強度BD的變化見圖2。

圖2 經過抗壞血酸處理的鮮切蘋果切片褐變強度BD 的變化

由圖2 可知，總體呈上升趨勢，經過0.01，0.03 mol/L 抗壞血酸浸泡過的蘋果切片在前2 d 褐變強度比對照組的大，在第3 天褐變強度有所下降，其原因是植物組織在遭到機械破壞時，其多酚氧化酶會增多以保護自身，而抗壞血酸并不能抑制多酚氧化酶活性，因此其褐變強度在前2 d 有所上升，但是抗壞血酸具有還原性，能將褐變產生的有色物質鄰二醌還原成無色物質鄰二酸[10]，從而達到抑制褐變的效果，因此第3 天呈下降趨勢?？傮w來看，試驗組的褐變強度較對照組好，而且，經過抗壞血酸濃度為0.07 mol/L 和0.09 mol/L 的浸泡過的鮮切蘋果切片，褐變強度從第1 天開始就比對照組低。

綜上所述，結合各項指標來看，經由抗壞血酸濃度為0.07 mol/L 浸泡過的鮮切蘋果切片防褐變效果最佳。

2.1.2 谷胱甘肽的處理對鮮切蘋果切片的影響

經過谷胱甘肽處理的鮮切蘋果切片色度L*值的變化見圖3。

圖3 經過谷胱甘肽處理的鮮切蘋果切片色度L*值的變化

由圖3 可知，在貯藏期間，由不同濃度的谷胱甘肽處理后的鮮切蘋果切片的色澤，隨著天數的變化，明顯比對照組要亮，特別是谷胱甘肽濃度為350 μmol/L 和400 μmol/L 時浸泡過的鮮切蘋果切片，貯藏5 d 后色澤仍保持在75 以上。

經過谷胱甘肽處理的鮮切蘋果切片褐變強度BD的變化見圖4。

圖4 經過谷胱甘肽處理的鮮切蘋果切片褐變強度BD 的變化

由圖4 可知，經過谷胱甘肽浸泡的鮮切蘋果的褐變強度始終低于對照組，由試驗數據可得400 μmol/L浸泡的處理組褐變強度最低。在第5 天時褐變強度均呈下降趨勢，其推測原因是鮮切蘋果切片褐變后由酪氨酸通過一系列反應變成5,6-2 羥吲哚- 2 - 羧酸，羥基和羧基均為助色基團，但在410 nm 處不顯色，因此試驗結果顯示褐變強度會下降。綜上所述，4 000 mol/L 谷胱甘肽浸泡的鮮切蘋果切片防褐變效果最好。

2.2 優化篩選復合抗氧化劑

Box-Behnken 設計方案及響應值見表2。

根據試驗結果，用谷胱甘肽濃度（B），抗壞血酸濃度（A），浸泡時間（C） 為自變量，鮮切蘋果切片的色澤L*值（Y） 為因變量，共設計17 個處理組。因為鮮切蘋果切片一般會在3 d 內銷售完畢，故選擇第3 天的試驗數據。

表2 Box-Behnken 設計方案及響應值

回歸方程模型方差分析見表3。

表3 回歸方程模型方差分析

2.3 多元二次響應面回歸模型的建立與分析

利用Design Expert 軟件對表2 試驗數據進行多元回歸擬合和方差分析，得到各因子對響應值的二次多項回歸模型為：

由表3 可知，模型總體p＜0.000 1 高度顯著，失擬項0.430 1＞0.05 不顯著，證明該模型對鮮切蘋果切片護色有現實意義，決定系數R2=0.990 8，校正系數R2=0.979 0，表明該模型對于鮮切蘋果復合護色工藝中L*值的實際值與預測值之間具有很好的擬合度。模型中A，B，C 的均顯著（p＜0.05），且各因素影響對鮮切蘋果褐變的影響程度依次順序為A＞C＞B，二次項A2和B2都極其顯著 （p＜0.01）。

2.4 響應面結果分析

各因素交互條件對鮮切蘋果切片褐變的影響見圖5。

圖5 各因素交互條件對鮮切蘋果切片褐變的影響

由圖5 可知，曲面圖開口向下，表明在試驗范圍內存在響應值的最大值，當L*值為75.9 時，谷胱甘肽濃度和浸泡時間交互作用對響應值二次影響作用，隨著谷胱甘肽濃度和浸泡時間的增加，L*值先增大后減少，在接近中心點時達到最大值。從圖5可知，曲面圖開口向下，表明在試驗范圍內存在響應值的最大值，隨著谷胱甘肽濃度和浸泡時間的增加，L*值先增大后減少，在接近中心點時達到最大值。根據Desgin Expert 軟件中的回歸模型分析，得到最優抗氧化劑的配方為抗壞血酸0.08 mol/L，谷胱甘肽401.62 μmol/L，浸泡時間15.70 min，此時L*值為76.54。

3 驗證試驗

為了驗證該模型對鮮切蘋果切片抗褐變效果的預測是否準確，將得到的最佳工藝條件定為0.08 mol/L抗壞血酸，401.62 μmol/L 谷胱甘肽，浸泡時間15.70 min，在此條件下進行3 次重復試驗。結果表明，鮮切蘋果切片的L*值為76.54±0.58，與預測值接近，說明模型準確有效。

4 結論

試驗研究了抗壞血酸與谷胱甘肽對鮮切水果防褐變的影響，抗壞血酸是眾所周知果蔬的抗氧化劑，谷胱甘肽也是抗氧化劑，卻尚未被利用于防水果褐變的應用中，水果褐變引起的原因有酶促褐變和非酶促褐變。試驗所用的抗壞血酸溶液是在非酶促褐變的方面減緩褐變程度，而谷胱甘肽是在酶促褐變的方面減緩褐變程度，故從褐變機理的2 個方面共同抑制褐變程度。研究通過了Box-Behnken 設計方案，優化了抗氧化劑的最佳配比，為鮮切蘋果切片的品質提供了科學依據。