蜜棗在烘制過程中褐變相關因素分析

朱莉莉，魏驪霏，楊 芳，王雨婕，李煥榮，陳 愷

（新疆農業大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊 830052）

棗是鼠李科棗屬植物，是棗屬植物中栽培面積最廣和經濟效益最高的一個栽培種[1]。2018年新疆紅棗種植面積約47.625萬公頃，產量已達347.0114萬噸[2]，駿棗作為新疆的主栽品種，種植范圍廣，產量大。在紅棗加工中，一般將紅棗干制后進行售賣與儲存[3]。將不易貯藏的鮮棗果加工成蜜棗，既解決了鮮棗市場過剩，同時也滿足了人民對多種棗類食品的需要[4]。但用二次常壓煮制方法加工過程中，由于受到熱和氧化的雙重作用，極易引起褐變。褐變是食品加工和貯藏過程中常見的一種變色現象，根據其發生的機制，可分為酶促褐變和非酶褐變[5]。經過殺菌或者足夠強度熱處理的食品，其中的多酚氧化酶（PPO）已經失活，因此蜜棗在烘制階段產生褐變的原因主要是非酶褐變[6]。加工中所引起的褐變不僅影響外觀，還會使產品有苦味、焦味[7]，不同成熟度原料的蜜棗在加工過程中影響褐變情況的因素未見報道，因此了解不同成熟度的棗在加工成蜜棗的過程中色澤變化的規律，褐變產生的原因很有必要。

采用單一的評價體系分析蜜棗的褐變情況很難看出各指標之間的差異性，采用科學的統計分析方法顯得至關重要[8]，主成分分析（principal component analysis，PCA）是一種多變量統計工具，通過數學降維的方法簡化數據集，用幾個綜合變量來替代原來眾多變量，并保持數據集對方差貢獻最大的特征[9]，張富縣等[10]利用主成分分析方法對紅棗香氣成分進行分析，王佐等[11]通過主成分分析法對紅棗果實品質比較研究，表明采用主成分分析法作為蜜棗的褐變因素的評價方法是可行的。因此對蜜棗褐變情況進行綜合評定，具有重要的研究價值和現實意義。本文擬采用白熟期、脆熟期、完熟期三種成熟度的駿棗，利用常壓二次煮制滲糖工藝，在55 ℃恒溫烘制過程中探究蜜棗的褐變情況。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

駿棗試樣 均采自新疆阿克蘇地區，根據駿棗表皮的顏色劃分為三種成熟度，分別為白熟期、脆熟期、完熟期，駿棗樣品是在同一品種的不同棗樹的不同部分隨機采摘，且無可見的損傷和病害，采摘回來放入4 ℃冷庫進行儲藏，備用；蔗糖 購于烏魯木齊市北園春市場；福林酚 分析純，索萊寶公司；5-羥甲基糠醛（HMF）標準品（純度≥98%） 上海源葉生物科技有限公司；L（+）-抗壞血酸標準品（純度≥99%）

國藥集團化學試劑有限公司；其他化學試劑 均為分析純。

循環水式多用真空泵 鄭州長城科工貿有限公司；BC/BD-629HK型臥式冷藏冷凍轉換柜 青島海爾特種電冰柜有限公司；DHG-9123A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海-恒科技有限公司；HH-S4型數顯恒溫水浴鍋 金壇市醫療儀器廠；T6型紫外可見風光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；NH310型3nh色差儀 深圳市三恩時科技有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 蜜棗的加工工藝 選白熟期、脆熟期、完熟期駿棗清洗切縫后用復合護色液（VC1.25 g/kg、焦性亞硫酸鈉1.25 g/kg、檸檬酸3 g/kg、NaCl 25 g/kg）浸漬2 h，以不加護色液的作為對照組。一次糖液（糖度40°）煮制15 min，一次浸漬12 h。二次糖液（糖度45°）煮制15 min，二次浸漬12 h，二次浸漬結束撈出瀝干后放入55 ℃恒溫烘箱進行烘制，每4 h取一次樣，將樣品放入-20 ℃冰箱冷凍，用于后續測定相關生理生化指標及品質分析。

1.2.2 水分含量的測定 采用GB 5009.3-2016的方法[12]，恒重法測水分。

1.2.3 色差的測定 參照薛倩倩等[13]方法，總色差值按照公式（1）進行計算。

式中：ΔE—樣品與參照物的色差；ΔL—樣品與參照物的亮度差值；Δa—樣品與參照物的紅綠值的色差；Δb—樣品與參照物的黃藍值的色差。

1.2.4 褐變度的測定 褐變度的提取與測定參考文獻[14]并稍作修改，在420 nm處分光光度計比色，以吸光度值乘10為褐變度。即褐變度=吸光度×10。

1.2.5 抗壞血酸含量的測定 采用 GB5009.86-2016第三法2,6-二氯靛酚滴定法[15]，結果以干基計算。

1.2.6 可滴定酸含量的測定 參照曹建康等[16]方法，結果以干基計算。

1.2.7 葉綠素含量的測定 參照曹建康等方法[16]，結果以干基計算。

1.2.8 總酚的測定 參照俞燕芳等方法稍作改動[17]，于765 nm處測定吸光值，重復三次。根據標準曲線計算總酚含量。結果以干基計算（單位mg/g）。

1.2.9 游離氨基酸總量的測定 參考陳金華等[18]方法并稍作修改，結果以干基計算（單位%)。

1.2.10 5-HMF含量的測定 參照2-硫代巴比妥酸法[19]并稍作修改，在波長為443 nm下測定吸光度，根據標準曲線計算5-HMF的含量（單位mg/100 g)。

1.3 統計分析

試驗均重復3次，采用EXCEL將實驗數據記錄整理，用SPSS18.0進行數據分析、相關性分析及主成分分析，Duncan法進行顯著性檢驗，P＜0.05表示差異顯著，Origin 8.5.1進行數據分析及作圖處理。

2 結果與分析

2.1 蜜棗在烘制階段色差的變化

色差是衡量樣品色澤變化最直觀的指標，反映蜜棗烘制過程中顏色的總體變化，由圖1的a、b、c得知，白熟期、脆熟期、完熟期原料的蜜棗在烘制溫度與時間的作用下，L*、a*、b*逐漸降低，由d圖可知：隨著烘制時間的延長，白熟期、脆熟期、完熟期原料的蜜棗色差均呈現先下降后上升的趨勢，烘制4 h時，護色處理組的色差總值與初始值相比分別下降了98.43%、96.49%、94.24%，差異均顯著（P＜0.05）。烘制結束時，護色處理組色差總值與初始值相比分別下降了68.2%、86.52%、48.55%，差異均顯著（P＜0.05）。護色處理組與對照組相比色差總值除完熟期變化差異不明顯外，白熟期、脆熟期分別下降了19.17%、41.87%。

圖1 蜜棗在烘制過程中色差相關指標的變化Fig.1 Changes of color difference index during roasting of jujube

由上可得：在烘制過程中，蜜棗色差變化較明顯，經過護色處理的棗在此過程中顏色變化量較小，延緩了蜜棗在加工過程中的褐變，但仍有緩慢上升的趨勢，可能原因是一方面在此階段水分的減少使色差發生變化，另一方面在這過程中可能發生羰胺反應，使黑色素沉積，導致L*、a*、b*值均降低，從而使ΔE值不斷增大。

2.2 蜜棗在烘制階段褐變度的變化

褐變度是衡量褐變效果的直接指標，褐變程度越高該值越大[20]，如圖2所示，烘制4 h時，白熟期、脆熟期、完熟期蜜棗護色處理組的褐變度與初始值相比分別增加了85.83%（P＜0.05）、3.13%（P＞0.05）、21.27%（P＜0.05），在烘制結束時護色處理組蜜棗的褐變度與初始值相比分別增加了168.61%、100%、52.07%，差異均顯著（P＜0.05），對照組與護色處理組相比，分別增加了4.45%、9.52%、29.02%。

圖2 蜜棗在烘制階段褐變度的變化Fig.2 Change of browning degree of jujube in roasting stage

由此可得，隨著烘制時間的延長，蜜棗的褐變程度也隨之加深，且護色后的棗果在加工過程中的褐變程度比對照組的褐變程度低，說明護色可以延緩蜜棗的褐變程度，與表觀變化結果基本一致。

2.3 蜜棗在烘制階段抗壞血酸含量的變化

駿棗含有豐富的抗壞血酸，具有較強的抗氧化性，測定抗壞血酸含量有助于分析蜜棗在烘制過程中的品質變化。如圖3所示，抗壞血酸含量隨著烘制時間的延長而逐漸下降，這與龐會娟等人[21]研究的變化趨勢基本一致。烘制結束時，白熟期、脆熟期、完熟期原料的蜜棗護色處理組抗壞血酸含量與初始值相比分別下降了77.25%、67.35%、59.88%，差異均顯著（P＜0.05），對照組與初始值相比分別下降了71.26%、75.06%、62.29%，差異均顯著（P＜0.05），在烘制結束時，對照組與護色處理組相比分別下降了12.86%、21.98%、16.01%。由此可知在烘制過程中經過熱處理使得抗壞血酸含量損失顯著這與于筱雨的研究相一致[22]，且抗壞血酸含量護色處理組高于對照組。

2.4 蜜棗在烘制階段可滴定酸含量的變化

可滴定酸含量對果蔬的pH、加工性質、貯藏性都具有重要的影響，如圖4所示，隨著烘制時間的延長，白熟期、脆熟期、完熟期原料的蜜棗護色處理組及對照組的可滴定酸含量變化趨勢較緩，烘制結束時，護色處理組可滴定酸的含量與初始值相比分別下降了12.89%、40.68%、56.89%，差異均顯著（P＜0.05），對照組與初始值相比分別下降了17.58%（P＜0.05）、37.44%（P＜0.05）、3.29%（P＞0.05）。

圖3 蜜棗在烘制階段抗壞血酸含量的變化Fig.3 Changes of VC content of jujube in roasting stage

圖4 蜜棗在烘制階段可滴定酸含量的變化Fig.4 Changes of titritable acidity content of jujube in roasting stage

2.5 蜜棗在烘制階段葉綠素含量的變化

在蜜棗加工過程中，葉綠素作為熱不穩定成分會使蜜棗表面顏色變淺，失去光澤，甚至發生褪色變色現象，如圖5的試驗結果可以看出，隨著烘制時間的增加，白熟期、脆熟期、完熟期原料的蜜棗葉綠素含量下降趨勢較平緩，烘制結束時，護色處理組葉綠素含量與初始值相比分別減少了5.48%（P＞0.05）、52.14%(P＜0.05)、18.77%（P＞0.05）。此時對照組與初始值相比葉綠素含量分別下降了0.41%（P＞0.05）、11.83%（P＞0.05）、69.42%(P＜0.05)。

圖5 蜜棗在烘制階段葉綠素含量的變化Fig.5 Changes of chlorophyll content of jujube during roasting stage

2.6 蜜棗在烘制階段總酚含量的變化

酚類物質是一類存在于水果、蔬菜等植物體內的多羥基化合物的總稱，也是決定蜜棗抗氧化能力的主要物質之一[23]。如圖6所示在烘制階段，總酚隨烘制時間延長而逐漸降低。烘制4 h時，白熟期、脆熟期、完熟期原料的護色處理組總酚含量與初始值相比差異均顯著（P＜0.05）。烘制24 h時護色處理組總酚含量與初始值相比差異均顯著（P＜0.05），此時對照組與護色處理組相比分別下降了6.60%、1.12%、24.49%。綜上表明烘制過程中蜜棗的總酚含量逐漸降低，且護色處理組高于對照組。

圖6 蜜棗在烘制階段總酚含量的變化Fig.6 Changes of total phenol content of jujube during roasting stage

2.7 蜜棗在烘制階段游離氨基酸總量的變化

美拉德反應主要是跟氨基酸的性質、還原糖的反應能力、pH、溫度、水分活度等有關，如圖7所示，在烘制過程中游離氨基酸總量隨烘制時間增加而逐漸下降。烘制結束時，白熟期、脆熟期、完熟期原料護色處理組氨基酸總量與初始值相比分別下降19.93%、42.16%、23.49%，差異均顯著（P＜0.05）。對照組游離氨基酸總量與初始值相比分別下降13.82%、31.65%、33.63%，差異均顯著（P＜0.05）。護色處理組與對照組相比，除完熟期的游離氨基酸總量變化差異不顯著外，白熟期、脆熟期的游離氨基酸總量分別下降了9.23%、6.3%。綜上表明在烘制過程中游離氨基酸總量逐漸降低，且護色處理組的游離氨基酸總量低于對照組。

圖7 蜜棗在烘制階段游離氨基酸總量的變化Fig.7 Changes of total amount of free amino acid of jujube during roasting stage

2.8 蜜棗在烘制階段5-HMF含量的變化

5-羥甲基糠醛是非酶褐變反應產生的最重要，也是最主要的中間產物之一，其生成量的大小決定了整個褐變的反應進程[24]，美拉德褐變會產生5-HMF，是形成色素沉積的潛在條件。如圖8所示，隨著烘制時間的延長，5-HMF含量呈上升趨勢，烘制時間4 h時，白熟期、脆熟期、完熟期原料對照組與護色處理組相比，5-HMF含量分別增加了24.82%、39.47%、26.05%。烘制結束時，護色處理組比烘制4 h的5-HMF含量分別增加了21.9%、65.3%、26.94%，差異均顯著（P＜0.05）。對照組與護色處理組相比5-HMF含量分別增加了62.89%、12.5%、4.87%。

圖8 蜜棗在烘制階段5-HMF含量的變化Fig.8 Changes of 5-HMF content of jujube during roasting stage

綜上可得白熟期、脆熟期、完熟期原料的蜜棗在烘制溫度55 ℃，烘制時間24 h的過程中5-HMF生成量逐漸增加且對照組5-HMF含量高于護色處理組，吳翠也研究表明[25]色澤加深伴隨著5-HMF含量的升高，這與蜜棗表觀結論一致。

2.9 相關性分析

由表1、表2、表3知，色差與總酚、葉綠素等指標呈極顯著正相關（P＜0.01）?？傻味ㄋ岷?、抗壞血酸含量、總酚含量與游離氨基酸總量呈極顯著正相關（P＜0.01）。5-HMF與褐變度成正相關，與色差、可滴定酸含量、抗壞血酸含量等指標呈負相關，與李曉麗[26]研究結論一致。并與游離氨基酸總量呈極顯著負相關（P＜0.01）。表明白熟期、脆熟期、完熟期原料的蜜棗在烘制過程中，葉綠素、5-HMF、游離氨基酸總量等是影響蜜棗褐變的主要因素。

2.10 主成分分析

2.1 0.1 主成分分析結果 為確定各品質指標對不同成熟度蜜棗褐變度貢獻程度，使用主成分分析法確定影響蜜棗褐變程度的主要因素。如表4所示，前5個主成分的特征值大于1，累計方差貢獻率達到100%，說明前5個主成分可反映原始變量的全部信息。主成分的載荷矩陣經最大方差法旋轉后載荷系數更接近0或者1，這樣得到的主成分能更好地解釋和命名變量[27]。因前兩個主成分累積貢獻率達到了71.290%，為了更直觀的表現樣品與褐變指標之間的關聯，因此提取前兩個主成分進行主成分分析。

表1 白熟期原料的蜜棗指標間相關性分析Table 1 Correlation analysis of jujube at white ripening stage

表2 脆熟期原料的蜜棗指標間相關性分析Table 2 Correlation analysis of jujube at crisp ripening stage

表3 完熟期原料的蜜棗指標間相關性分析Table 3 Correlation analysis of jujube indexes in ripe stage

表4 蜜棗褐變指標主成分的方差貢獻率Table 4 Variance contribution rate of principal component in the browning index of jujube

2.1 0.2 主成分載荷圖 由圖9可知，對第一主成分產生正向影響的指標主要有白熟期、脆熟期、完熟期原料蜜棗的褐變度、5-HMF、色差，產生負面影響的主要是抗壞血酸含量，褐變度和色差是是反映褐變程度的指標，因此可將5-HMF、抗壞血酸含量視為影響褐變的第一主成分指標。對第二主成分產生正向影響的指標主要有白熟期原料蜜棗的游離氨基酸總量、可滴定酸含量，完熟期原料蜜棗的總酚含量、可滴定酸含量，產生負面影響的為三個成熟度原料蜜棗的葉綠素含量，由于成熟度不同，導致不同成熟度褐變指標對第二主成分貢獻率不同，因此可將成熟度及葉綠素指標視為影響褐變的第二主成分。

圖9 三個成熟度原料的蜜棗對1,2主成分載荷圖Fig.9 Loading diagram of 1,2 principal components of jujube with three maturity materials

3 討論

不同成熟度原料的蜜棗在烘制過程中發生褐變受成熟度、護色處理及烘制溫度等因素影響。成熟度不同，褐變程度均有區別，從色差結果分析脆熟期原料的蜜棗色差變化量受烘制條件影響最大，從褐變度分析得出護色處理組均優于對照組，表明護色處理可以延緩蜜棗在烘制階段的褐變情況。褐變與pH密切相關[28-30]，烘制過程中，在烘制溫度的作用下，使蜜棗果內抗壞血酸含量持續下降，在烘制結束時白熟期原料抗壞血酸含量下降趨勢最為明顯，其次為脆熟期。烘制溫度使抗壞血酸含量下降，導致棗果內pH降低，抗壞血酸含量與褐變度呈負相關，使褐變程度增加。這與本文結論一致。Hogan等[31]認為葡萄的褐變度與總酚、原花青素、兒茶素和根皮苷含量相關性較高，在本文中蜜棗的褐變度與總酚呈現負相關，總酚含量隨烘制時間延長而下降，褐變度逐漸增加，但相關性均不顯著（P＞0.05）?？琢钊A等[32]在文中表示美拉德反應的產物之一為5-HMF，劉靜[33]指出5-HMF含量對褐變度的變異起決定性作用，在本文研究中，5-HMF隨烘制時間延長而逐漸增加，說明在烘制階段蜜棗發生了美拉德反應，并與褐變度呈正相關，但除完熟期相關性顯著外（P＜0.05），白熟期、脆熟期相關性均不顯著（P＞0.05）。同樣褐變度與色差值相關性均不顯著（P＞0.05），這與前人研究略有不符，可能原因是蜜棗在此過程中的影響褐變度與色差的首要因素不同并影響褐變度的因素較多，才使得總酚、5-HMF、色差與褐變度的相關性不高。

4 結論

本研究對白熟期、脆熟期、完熟期三個成熟度原料的蜜棗在烘制過程中褐變指標進行測定和分析，結果表明，在蜜棗烘制過程中色差呈現先下降后上升的趨勢，褐變度和5-HMF含量隨烘制時間的延長而不斷上升，抗壞血酸含量、總酚、游離氨基酸總量隨烘制時間延長而不斷下降，可滴定酸、葉綠素含量在烘制階段變化趨勢較不明顯。成熟度、褐變度、5-HMF、色差、抗壞血酸含量等是影響褐變的主要因素。且護色處理組與對照組相比有明顯抑制褐變的作用。蜜棗的烘制階段褐變情況是一個復雜的非酶褐變的過程，為后續進一步研究提供了理論依據。