丁 捷，劉書香，張雪軍，秦 文,,*，李正國

(1.四川農(nóng)業(yè)大學食品學院，四川 雅安 625014；2.重慶大學生物工程學院，重慶 400030)

鮮切馬鈴薯復合褐變抑制劑組合的篩選

丁 捷1，劉書香1，張雪軍1，秦 文1,2,*，李正國2

(1.四川農(nóng)業(yè)大學食品學院，四川 雅安 625014；2.重慶大學生物工程學院，重慶 400030)

利用二次旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計篩選能取代亞硫酸鹽的鮮切馬鈴薯復合褐變抑制劑組合，分析其對鮮切馬鈴薯貯藏期間PPO活性和褐變度的影響。結(jié)果表明，馬鈴薯切片最佳復合防褐劑配方組合為0.005%曲酸＋0.045%異抗壞血酸鈉＋0.045%半胱氨酸(L-Cys)＋0.01% CaCl2＋0.2992% EDTA-2Na。該褐變抑制劑能夠顯著抑制鮮切馬鈴薯貯藏期間PPO活性，整個貯藏期間推遲PPO活性高峰時間6d以上；對鮮切馬鈴薯組織的褐變有明顯延緩作用，處理組感官效果明顯優(yōu)于亞硝酸鹽處理組和蒸餾水對照組，可以替代亞硫酸鹽作為防褐劑用于鮮切馬鈴薯的生產(chǎn)和流通環(huán)節(jié)。

鮮切馬鈴薯；復合防褐劑；多酚氧化酶

鮮切蔬菜(fresh-cut vegetables)又稱最少加工蔬菜(minimally processed vegetables)，它指經(jīng)過原料選擇、清洗、分選、切分、包裝等工藝加工的鮮活農(nóng)產(chǎn)品，可食率接近1 0 0%，具有新鮮、安全、方便的特點。馬鈴薯以其優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)，豐富的維生素和微量元素深受消費者歡迎。然而鮮切馬鈴薯在加工和貯藏過程中極易發(fā)生酶促褐變，失去原有自然色澤，不僅影響食用和營養(yǎng)價值，也嚴重降低了其商業(yè)價值。長期以來，人們對其褐變的控制方法以二氧化硫制劑為主。但二氧化硫具有毒性，污染環(huán)境，其殘留物對人體健康不利，且會使產(chǎn)品褪色，造成顏色失真，使人們產(chǎn)生消費反感。尋找一種簡單有效、綠色健康的防褐保鮮方法對鮮切馬鈴薯的貯運和銷售具有重要的意義和推廣價值[1-3]。

迄今為止，國內(nèi)外對馬鈴薯防褐的研究報道很多，包括曲酸[4]、異抗壞血酸鈉[5]、半胱氨酸[6]、檸檬酸、乙二胺四乙酸二鈉、氯化鈣[7]、4-己基間苯二酚[8-12]等在內(nèi)等多種化學物質(zhì)的護色效果已得到證實。但采用維生素類、氨基酸類、鈣制劑等可作為營養(yǎng)強化劑的物質(zhì)作為反應(yīng)基質(zhì)，復配溶液來抑制褐變的研究報道很少。本研究采用曲酸、異抗壞血酸鈉、半胱氨酸(L-Cys)、氯化鈣、EDTA-2Na進行復合配方，測定它們對馬鈴薯PPO活性的抑制作用，從而找到最佳的質(zhì)量分數(shù)組合；以期找到能替代亞硫酸鹽的高效安全的化學褐變抑制劑組合，從而延緩鮮切馬鈴薯貯藏加工中褐變的發(fā)生，延長其貨架壽命。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

挑選新鮮、大小均勻、無病害和機械損傷馬鈴薯；家庭用保鮮袋(40cm×28cm)。pH5.6檸檬酸-磷酸氫二鈉、0.2mol/L鄰苯二酚(兒茶酚)；曲酸、異抗壞血酸鈉、L-半胱氨酸、氯化鈣、EDTA-2Na等(均為分析純)。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2102PCS紫外分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司；CENTRIFUCE BR4i冰凍高速離心機 法國Thermo Electron Industries公司；SC-80C全自動色差儀北京康光儀器有限公司；電子天平、常用玻璃儀器、打漿機等。

1.3 方法

1.3.1 原料褐變抑制處理方法

馬鈴薯經(jīng)清洗去皮、切片(3～4cm)后，分別置于不同褐變抑制劑溶液中浸泡15min，取出、瀝干附著表面的水分，包裝后置于4℃貯藏。

1.3.2 多酚氧化酶的提取及活力測定

參考趙光遠、張學義等[8-9]的方法，每分鐘改變0.01單位OD值的酶量為1個酶活力單位(U)。

1.3.3 褐變度(browning degree，BD)的測定

采用全自動色差儀測定L值。L值的范圍為0～100，L=0表示黑色，L=100表示白色，L值越大，表示亮度越高、褐變越輕，L值越小，表示褐變越嚴重。

1.3.4 鮮切馬鈴薯復合褐變抑制劑組合的篩選

表1 五因素二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計試驗因素水平與編碼表Table 1 Coded factors and their coded levels in quadratic regression orthogonal rotational composite design

根據(jù)對PPO活性的抑制效果，選取曲酸、異抗壞血酸鈉、L-Cys、氯化鈣、EDTA-2Na 5個因素，采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，因素水平編碼為-2、-1、0、1、2。因素的取值采用線性變換，目標函數(shù)為多酚氧化酶活力，具體值見表1。參照喬方等[8]的方法并按下述方法進行：將各個處理分別配制成50mL溶液，測定時吸取各處理液0.5mL(最終質(zhì)量分數(shù)達表1所確定的水平)，再吸取pH4.4醋酸緩沖液2.5mL，加入2.0mL質(zhì)量分數(shù)0.02%兒茶酚底物，再加入0.1mL酶液后迅速搖勻，每隔30s測OD值，計算酶活力。

1.3.5 試驗獲得的最佳褐變抑制劑組合效果比較

分別以篩選獲得的最佳褐變劑組合、0.01mol/L NaHSO3和蒸餾水處理鮮切馬鈴薯浸泡15min，取出、瀝干附著表面的水分，包裝后置于4℃貯藏。于第0、3、6、9、12、15天分別測定各處理樣品的PPO活性和褐變度，比較所篩選試驗獲得的最佳褐變抑制劑組合抑制褐變的效果。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

試驗各處理均重復3次，求其平均值和標準差，對所獲數(shù)據(jù)建立回歸方程并進行相關(guān)分析及通徑分析，處理過程由DPS 7.55數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮切馬鈴薯最佳褐變抑制劑組合的篩選

2.1.1 馬鈴薯多酚氧化酶活力與不同組合間關(guān)系模型的建立

用不同質(zhì)量分數(shù)曲酸、異抗壞血酸鈉、L-Cys、氯化鈣、EDTA-2Na進行正交試驗獲得的抑制褐變效果見表2。用表2數(shù)據(jù)可模擬出馬鈴薯多酚氧化酶活力與參試因素間的二次回歸模型：

由表3方差分析可知，F(xiàn)1=2.63478＜F0.05(6,9)=3.37，說明模型無失擬性因素存在；F2=115.02852＞F0.01(20,15)= 3.36，在P＜0.01影響極顯著，說明該模型能較好地擬合馬鈴薯多酚氧化酶活力與參試因素之間的關(guān)系。

表3表明：在單因素項中，b2的F=6.0699＞F0.05(1,15)，在0.05水平上有顯著差異，說明在5種多酚氧化酶抑制劑中，異抗壞血酸鈉對多酚氧化酶的活力有顯著的抑制效果；其他因素的F值均小于F0.1(1,15)=3.07，故對褐變抑制效果的貢獻不明顯。在交互項中，b3b4差異極顯著(P＜0.01)，說明；L-Cys與CaCl2間的交互作用對多酚氧化酶活力有極顯著的抑制作用；b1b2和b2b3在0.05水平上有差異，說明曲酸與異抗壞血酸鈉間、異抗壞血酸鈉與L-半胱氨酸間交互作用對多酚氧化酶的活性有較大影響；而b3b5、b4b5在0.1水平上有差異，說明L-Cys與EDTA-2Na、氯化鈣與EDTA-2Na的交互作用對多酚氧化酶的活力影響也較大。

表2 五因素二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣及試驗結(jié)果Table 2 Scheme and results of quadratic regression orthogonal rotational composite design

因此在α=0.10的顯著水平，剔除不顯著項，可得到多酚氧化酶活性與各因素間的最優(yōu)回歸方程：

2.1.2 影響鮮切馬鈴薯PPO酶活力的通徑分析

由表4可見，對抑制PPO酶活力起負向作用的組分為：L-Cys(-11.007)、EDTA-2Na(-6.934)、CaCl2(-5.131)；起正向作用的為：異抗壞血酸鈉(1.357)。在各組分中，L-Cys對PPO酶活力的直接通徑系數(shù)最大(P(y,x3)=-11.007)，其為負值，即對酶活有負向抑制作用。盡管L-Cys通過曲酸和異抗壞血酸鈉對PPO活性起到一定正向作用，但由于L-Cys對酶活力的負向作用較大，并且通過與CaCl2、EDTA-2Na的相互作用進一步加強了對酶活力負向作用。因此，L-Cys對鮮切馬鈴薯PPO酶活力的最終綜合效應(yīng)表現(xiàn)為負向。因此，適度提高L-Cys的含量可有效降低鮮切馬鈴薯PPO酶活力。

表3 回歸模型方差分析表Table 3 Variance analysis of regression equation

盡管EDTA-2Na在所有負向因素中直接通徑系數(shù)處于第二位(P(y,x5)=-6.934)，但由于EDTA-2Na又通過曲酸、異抗壞血酸鈉等因素對PPO酶活力起到正向作用，削弱了負向作用效果。因而，適度降低EDTA-2Na的含量也是抑制鮮切馬鈴薯PPO酶活的重要措施。

CaCl2對鮮切馬鈴薯PPO酶活力的直接通徑系數(shù)為負值，對酶活力起負向抑制作用，僅次于EDTA-2Na的第3負向指標，并且CaCl2還通過EDTA-2Na進一步加強對酶活力的負向抑制作用；另一方面，CaCl2又通過曲酸、異抗壞血酸鈉、L-Cys等對酶活力起到較大的正向作用，明顯削弱了負向作用效果。因此選擇低水平質(zhì)量分數(shù)的CaCl2含量對抑制鮮切馬鈴薯PPO酶活力具有重要意義。

異抗壞血酸鈉對PPO酶活力的直接通徑系數(shù)較小，為正值(P(y,x2)=1.357)，對酶活力起正向促進作用。但是異抗壞血酸鈉可通過曲酸、L-Cys、CaCl2和EDTA-2Na對酶活力起間接的負向作用，并且由于作用較大，最終綜合效應(yīng)表現(xiàn)為負向抑制作用。因此，增加異抗壞血酸鈉的含量有利于降低鮮切馬鈴薯PPO酶活力。

在本實驗設(shè)計質(zhì)量分數(shù)范圍內(nèi)，曲酸對PPO酶活力的直接作用可忽略，但是曲酸可通過L-Cys、CaCl2和EDTA-2Na等加強與酶活力負向作用，由于作用較大，最終使曲酸對酶活力起抑制作用。故較高的曲酸有利于復合褐變抑制劑對鮮切馬鈴薯PPO酶活性的抑制作用。

因此通過多項式及互作項逐步線性回歸分析，對最優(yōu)回歸方程進行預測可知，在置信水平(α=0.1)條件，曲酸、異抗壞血酸鈉、半胱氨酸(L-Cys)、EDTA-2Na分別在質(zhì)量分數(shù)0.005%、0.045%、0.045%、0.01%、0.2992%時，配方溶液可取得對馬鈴薯PPO活性最佳的抑制效果。

表4 復合褐變抑制劑成分間與馬鈴薯PPO活性的通徑分析結(jié)果Table 4 Pathway analysis between compound inhibitor and PPO activity

2.2 最佳褐變抑制組合處理對鮮切馬鈴薯PPO活性和褐變度的影響

2.2.1 最佳褐變抑制劑組合處理對鮮切馬鈴薯貯藏期間多酚氧化酶活性的影響

試驗獲得的最佳褐變抑制劑組合處理對鮮切馬鈴薯貯藏期間多酚氧化酶活性的影響見圖1，所有處理的PPO活性在貯藏期間均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。試驗獲得最佳褐變抑制劑組合、0.01mol/L NaHSO3處理的鮮切馬鈴薯在整個貯藏期間PPO活性明顯低于蒸餾水對照組，表明試驗獲得的最優(yōu)褐變抑制劑組合和0.01mol/L NaHSO3對抑制鮮切馬鈴薯PPO活性有顯著效果。第0天時，最優(yōu)組合和0.01mol/L NaHSO3處理的PPO活性分別是蒸餾水對照的42.7%和61.55%，且隨時間的延長其抑制效果更加明顯；第6天二者的PPO活性分別為蒸餾水對照的14.8%和46.34%；整個貯藏期間，兩者分別推遲PPO活性高峰時間為6d和3d。比較最優(yōu)組合和0.01mol/L NaHSO3對鮮切馬鈴薯PPO活性的抑制作用發(fā)現(xiàn)，前者抑制酶活效果優(yōu)于后者，表明試驗獲得的褐變抑制劑組合是高效的，完全可以替代亞硫酸鹽用于鮮切馬鈴薯褐變發(fā)生地控制。

圖1 不同防褐處理對馬鈴薯PPO活性的影響Fig.1 Effects of different browning inhibitors on PPO activity in fresh-cut potatoes

2.2.2 最佳褐變抑制劑組合處理對鮮切馬鈴薯貯藏期間褐變度的影響

圖2 不同防褐處理對馬鈴薯褐變度的影響Fig.2 Effects of different browning inhibitors on browning degree of fresh-cut potatoes

由圖2可知，貯藏期間各處理的褐變度L值隨時間的延長而減小。其中蒸餾水對照前6d的褐變非常迅速，有非常明顯的褐變現(xiàn)象發(fā)生，與其PPO活性高峰到達時間一致；第6天時L值即達到63.44，遠遠超過試驗獲得的最佳褐變抑制劑組合和0.01mol/L NaHSO3處理后第12天的L值；此后蒸餾水對照的L值的減少趨于平緩。試驗獲得的最佳褐變抑制劑組合和0.01mol/L NaHSO3處理的鮮切馬鈴薯在整個貯藏期間下降趨勢較慢；第0天時二者處理后的鮮切馬鈴薯L值明顯高于蒸餾水對照，這個可能是因為二者的褐變抑制效果不僅僅是抑制了PPO的活性，同時還與有機色素結(jié)合，從而產(chǎn)生漂白效果；結(jié)束貯藏時二者的褐變度分別為66.27和61.94，感官效果明顯優(yōu)于蒸餾水對照。圖2還顯示，試驗獲得的最佳褐變抑制劑組合處理的抑制褐變效果明顯優(yōu)于0.01mol/L NaHSO3處理，這與最佳褐變抑制劑組合處理的PPO活性遠低于NaHSO3處理相吻合。

3 結(jié)論與討論

鮮切果蔬褐變的化學抑制除了亞硫酸鈉鹽以外，主要有EDTA-2Na、L-Cys、4-己基間苯二酚(4-Hr)、CaCl2和天然植物提取物等[13-19]，但單獨處理的效果均不理想。試驗根據(jù)以上各化學物質(zhì)的褐變抑制效果，選用了曲酸、異抗壞血酸鈉、半胱氨酸(L-Cys)、氯化鈣和EDTA-2Na 5種護色劑進二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗，篩選試驗獲得的最佳褐變抑制劑組合為0.005%曲酸＋0.045%異抗壞血酸鈉＋0.045%半胱氨酸(L-Cys)＋0.01% CaCl2＋0.2992% EDTA-2Na。曲酸、異抗壞血酸鈉和EDTA-2Na既作為醌的還原劑，又作為酶分子中銅離子的螯合劑，通過—OH與多酚氧化酶的輔基Cu離子螯合，并能被多酚氧化酶直接氧化起到競爭性抑制劑的作用；曲酸還可通過對氧自由基的去除干擾多酚氧化酶酶促反應(yīng)對氧的吸收，同時抑制多種細菌的生長。L-Cys作為一種還原劑，既能消耗蔬菜組織中的氧，又可與酶促褐變底物反應(yīng)生成的醌類化合物進行加成，使其不再進一步形成黑色素。氯化鈣可降低氧在組織中的溶解度，使蔬菜的脆度和硬度增加，其褐變抑制效果在實踐中得到證實，而且安全廉價，對降低褐變成本抑制劑的使用成本具有重要的意義。五種化學褐變抑制劑的綜合應(yīng)用克服了單一抑制劑的缺點，降低了使用的質(zhì)量分數(shù)，且提高了抑制褐變的效果。

該配方對其鮮切馬鈴薯進行浸泡處理，并結(jié)合PE膜及低溫貯藏，能夠有效地抑制鮮切馬鈴薯多酚氧化酶的活性，且抑制效果優(yōu)于0.01mol/L NaHSO3處理效果，從而延緩了褐變的發(fā)生，使鮮切馬鈴薯貨架期達到1周以上，而未經(jīng)處理的貨架期僅為3 d左右。此外，褐變抑制組合中各成分安全可靠，符合食品衛(wèi)生質(zhì)量要求，可作為亞硫酸鹽的替代物在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用。

[1]李敏, 劉磊, 郭玉蓉, 等. 馬鈴薯多酚氧化酶的特性研究[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學學報, 2005, 40(2): 189-192.

[2]張學杰, 屈冬玉. 馬鈴薯酶褐變機理及其控制途徑[J]. 中國馬鈴薯, 2000, 14(3):158-161.

[3]胡小松, 李積宏, 劉文英, 等. 馬鈴薯絲加工中的褐變因素及其控制[J]. 食品科學, 1994, 15(5): 35-42.

[4]陶文沂, 孫微. 曲酸在食品中的應(yīng)用[J]. 中國食品添加劑, 2000(2): 26-30.

[5]孫程旭, 鄭淑芳, 李建設(shè). D-異抗壞血酸抑制鮮切馬鈴薯褐變的研究[J]. 食品研究與開發(fā), 2006(7): 108-111.

[6]邱龍新, 黃浩. 半胱氨酸對馬鈴薯多酚氧化酶的抑制作用[J]. 食品科學, 2006, 27(4): 37-40.

[7]覃海元. 鈣和褐變抑制劑對鮮切菠蘿影響的初步研究[J]. 廣西輕工業(yè), 2005(6): 88-91.

[8]喬方, 王繼棟. 4-己基間苯二酚復合防褐劑對馬鈴薯多酚氧化酶活力的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學, 2007, 35(23): 7095-7097.

[9]張學義, 金建麗, 馮磊, 等. 刺嫩芽采集加工過程中多酚氧化酶活性研究[J]. 中國林副特產(chǎn), 2008(5): 6-8.

[10]張洪, 黃建韶. 馬鈴薯中多酚氧化酶的酶學特性研究[J]. 食品科技, 2002(4): 39-41.

[12]王清章. 幾種防褐變劑對去皮切片的馬鈴薯貯藏的影響[J]. 冷藏技術(shù), 1998(3): 4-6.

[13]姚曉敏, 趙金香, 儲劉明. 馬鈴薯褐變的控制[J]. 上海農(nóng)學院學報, 2000, 18(1): 40-46.

[14]曾順德, 張迎君. 鮮切馬鈴薯絲褐變抑制劑篩選[J]. 食品工業(yè)科技, 2006(2): 90-91.

[15]郁志芳, 夏志華, 陸兆新, 等. 鮮切甘薯高效化學褐變抑制劑組合的篩選[J]. 食品科學, 2003, 24(11): 30-34.

[16]DONG Huaqiang, CHENG Liangying, TAN Jiahou, et al. Effects of chitosan coating on quality and shelf life of peeled litchi fruit[J]. Journal of Food Engineering, 2004, 64(3): 355-358.

[17]VALENTINES M C, VILAPLANA R, TORRES R, et a1. Specific roles of enzymatic browning and lignifications in apple disease resistance [J]. Postharvest Biology and Technology, 2005, 36(3): 227-234.

[18]PEREZ-GAGO M B, SERRA M, ALONSO M. Effect of whey proteinand hydropropyl methylcellulose-based edible composite coatings on color change of fresh-cut apples[J]. Postharvest Biology and Technology, 2005, 36(1): 77-85.

[19]ZHANG Likui, LU Zhaoxin, LU Fengxia, et al. Effect of gamma irradiation on quality-maintaining of fresh-cut lettuce[J]. Food Control, 2006, 17(3): 225-228.

[20]FAN Wenjiao, CHI Yuanlong, ZHANG Shuo. The use of a tea polyphenol dip to extend the shelf life of silver 11.carp (Hypophthalmicthys molitrix) during storage in ice[J]. Food Chemistry, 2008, 108(1): 148-153.

Screening of Compound Browning Inhibitors for Fresh-cut Potatoes

DING Jie1，LIU Shu-xiang1，ZHANG Xue-jun1，QIN Wen1,2,*，LI Zheng-guo2
(1. College of Food Science, Sichuan Agricultural University, Ya’an 625014, China；2. College of Bioengineering, Chongqing University, Chongqing 400030, China)

The screening of compound browning inhibitors for fresh-cut potatoes was explored by quadratic rotation composite design. The effect of screened compound browning inhibitor on polyphenol oxidase (PPO) activity and browning degree of freshcut potatoes during storage period was also analyzed. The results indicated that the optimal formula of compound inhibitor for controlling the browning of fresh-cut potatoes based on orthogonal design was 0.005% kojic acid, 0.045% isoascorbic acid, 0.045% L-Cys, 0.01% CaCl2and 0.2992% EDTA-2Na. This compound inhibitor could obviously inhibit PPO activity, delay PPO activity peak for more than 6 days, and attenuate the browning degree of fresh-cut potatoes. The sensory quality of fresh-cut potatoes treated with this compound inhibitor was much better than that of fresh-cut potatoes treated with NaHSO3 and distilled water control group. Therefore, this screened browning inhibitor for fresh-cut potatoes is highly effective and has the potential to be an alternative to NaHSO3as a browning inhibitor and be used for the manufacturing and circulation of potatoes.

fresh-cut potatoes；compound browning inhibitor；polyphenol oxidase (PPO)

TS201.2；TS201.6

A

1002-6630(2011)06-0288-05

2010-06-15

四川省科技廳國際合作項目(2009HH0030)

丁捷(1985—)，女，碩士研究生，研究方向為食品科學。E-mail：dingjiedream@163.com

*通信作者：秦文(1967—)，女，教授，博士，研究方向為食品加工及品質(zhì)控制。E-mail：qinwen1967@yahoo.com.cn