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(1.武漢輕工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023;2、農(nóng)產(chǎn)品加工湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 湖北 武漢 430023)

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抑制多酚氧化酶引起的南瓜褐變工藝研究

牛芳1,胡中澤1、2

(1.武漢輕工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023;2、農(nóng)產(chǎn)品加工湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 湖北 武漢 430023)

摘要：南瓜不僅營(yíng)養(yǎng)豐富，而且還具有多種保健與藥用價(jià)值。將南瓜進(jìn)行深加工，不僅可提高南瓜的附加值，同時(shí)也可最大限度地保留南瓜的營(yíng)養(yǎng)成分，但多酚氧化酶易引起南瓜褐變，從而影響其深加工。為此，以新鮮南瓜為原料，以多酚氧化酶活性(PPO)和色差△E為指標(biāo)，比較汽蒸、熱燙、微波3種方法的抑制效果，研究微波處理對(duì)南瓜PPO活性的抑制效果，并通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化微波處理工藝。結(jié)果表明，其較佳的工藝條件為：微波功率為中火，微波時(shí)間為3 min、切分厚度為6 mm，在此條件下南瓜的PPO相對(duì)活性為22.88%，色差為3.77，有效抑制了南瓜的褐變，抑制效果較好。

關(guān)鍵詞：南瓜；微波；多酚氧化酶；酶促褐變；抑制

1引言

南瓜，學(xué)名Cucurbita spp，葫蘆科南瓜屬的一年生蔓性草本植物。南瓜生長(zhǎng)強(qiáng)健，對(duì)環(huán)境適應(yīng)力極強(qiáng)，我國(guó)各地普遍栽培。我國(guó)南瓜的總產(chǎn)量約180萬(wàn)t，占世界總產(chǎn)量的30%[1]。南瓜是我國(guó)夏秋季的主要蔬菜之一，資源十分豐富，且耐儲(chǔ)藏，易運(yùn)輸，有利于加工。長(zhǎng)期以來(lái)，由于人們對(duì)南瓜營(yíng)養(yǎng)價(jià)值認(rèn)識(shí)不夠，一直將其視為下等蔬菜，除少量直接食用外，大部分作為飼料處理，使得這一極具開發(fā)前景和應(yīng)用價(jià)值的蔬菜未能得到很好的開發(fā)利用。近年來(lái)，人們研究發(fā)現(xiàn)南瓜不僅營(yíng)養(yǎng)豐富，而且還具有多種食療保健作用及藥用價(jià)值。如今，南瓜產(chǎn)品的綜合開發(fā)與利用已日益受到國(guó)內(nèi)及世界發(fā)達(dá)國(guó)家的普遍重視，已被認(rèn)為特效保健食品[2]。

南瓜粉是南瓜系列產(chǎn)品中最主要的產(chǎn)品，在日本、韓國(guó)、北歐等國(guó)家和地區(qū)深受消費(fèi)者喜愛，市場(chǎng)上供不應(yīng)求，被譽(yù)為世界保健及療效品中的一顆“新星”[3]。目前對(duì)于南瓜粉的系統(tǒng)性研究還不多，主要集中研究干燥過(guò)程的品質(zhì)變化及工藝條件，而對(duì)于干燥前期處理，尤其是南瓜粉的護(hù)色研究報(bào)道較少4]。果蔬在貯運(yùn)加工過(guò)程中常發(fā)生組織褐變，嚴(yán)重影響外觀品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，導(dǎo)致商品價(jià)值低下。而果蔬中的褐變，常以多酚氧化酶引起的酶促褐變反應(yīng)最為明顯[5]。本研究以新鮮南瓜為原料，探討了如何抑制由PPO引起的南瓜酶促褐變，通過(guò)不加抑制劑，比較汽蒸、熱燙、微波3種方法的抑制效果，以PPO相對(duì)活性和南瓜粉色差△E作為指標(biāo)，得出南瓜粉的較佳抑制方案。

2材料與方法

2.1　材料與試劑

新鮮南瓜：市售；磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、鄰苯二酚：均為分析純。

2.2　儀器

pH計(jì)FE20：梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司；MJ-BL25B3攪拌機(jī)：廣東美的生活電器制造有限公司；高速冷凍離心機(jī)：美國(guó)Thermo公司；臺(tái)式分光測(cè)色儀：美國(guó)HunterLab公司；UV-5500PC紫外可見分光光度計(jì)：上海元析儀器有限公司。

2.3　實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1不同方法對(duì)比

稱取4 mm的南瓜片20 g，分別用三種方法即汽蒸、微波(低火、中低火、中火、中高火、高火)、熱燙(80 ℃，85 ℃，90 ℃，95 ℃，100 ℃)分別處理2min，以PPO相對(duì)活性與色差作為測(cè)定指標(biāo)，選擇最佳的處理方法，然后進(jìn)行最佳工藝條件的單因素及正交實(shí)驗(yàn)。

2.3.2單因素試驗(yàn)

微波時(shí)間的確定：將20g切分厚度為4 mm的南瓜片放入微波爐中，在微波中火功率條件下，分別處理1 min，2 min，3 min，4 min，通過(guò)測(cè)定樣品處理后的色差和PPO相對(duì)活性來(lái)確定最佳的微波時(shí)間。

微波厚度的確定：將20 g切分厚度為2 mm，4 mm，6 mm，8 mm的南瓜片放入微波爐中，在微波中火功率條件下，處理3 min，通過(guò)測(cè)定樣品處理后的色差和PPO相對(duì)活性來(lái)確定最佳的微波厚度。

2.3.3正交試驗(yàn)

選取微波功率、微波時(shí)間、切分厚度這3個(gè)因素，以PPO相對(duì)活性和色差作為指標(biāo)，用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，尋求這些指標(biāo)的最佳微波工藝(表1)。

表1微波正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)表

水平因素A功率/WB時(shí)間/minC厚度/mm1中低火222中火343中高火46

2.4　理化指標(biāo)測(cè)定

2.4.1多酚氧化酶活性測(cè)定

稱取20 g南瓜片加入60 mL，50 mmol/L，PH為6.5的磷酸鹽緩沖液中(需要預(yù)冷)，含1%的PVP，攪拌均勻，在4 000r/min下冷凍離心10 min，取上清液待測(cè)。取2.9 mL，46 mmol/L鄰苯二酚溶液(溶劑為pH為6.5的磷酸鹽緩沖液)，加入0.1 mL粗酶液，室溫靜置30 min，使用紫外分光光度計(jì)掃描其最大吸收波長(zhǎng)，在350—490 nm間測(cè)光密度變化。然后在其最適波長(zhǎng)測(cè)酶活力。每隔30 s記錄一次，共記錄5 min，重復(fù)3次?？瞻讓?duì)照中只含底物溶液，粗酶液用蒸餾水代替[6-8]。

酶活測(cè)定以吸光度值變化最大的直線段計(jì)算，與未處理對(duì)比，計(jì)算PPO相對(duì)活性。

酶活力計(jì)算公式：

式中：△A—反應(yīng)時(shí)間內(nèi)吸光度的變化；

W—取樣重(g)；

t—反應(yīng)時(shí)間(min)；

VT—加入緩沖液總體積(mL)；

VS—取樣比色的體積(mL)。

2.4.2色差測(cè)定

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)比經(jīng)過(guò)處理后的南瓜(L、a、b)與新鮮的南瓜(L0、a0、b0)的色澤差異△E來(lái)判斷抑制效果，每組3次重復(fù)測(cè)定，取平均值，△E越大褐變?cè)絿?yán)重。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1　測(cè)定PPO活性的工作波長(zhǎng)選擇

從圖1中可以看出，體系反應(yīng)產(chǎn)物在可見光波長(zhǎng)420 nm處有最大吸收峰，即在此吸收波長(zhǎng)處，體系產(chǎn)物的吸光度最大，所以以420 nm作為其測(cè)量波長(zhǎng)。

圖1　工作波長(zhǎng)的選擇

3.2　三種處理方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖2中可以看出，在相同的條件下，微波中火處理后，PPO的相對(duì)活性最低。微波處理組整體PPO相對(duì)活性低于熱燙處理組和汽蒸組。隨著溫度的升高，熱燙處理組的PPO相對(duì)活性呈下降趨勢(shì)，這是由于酶活對(duì)溫度較敏感，高溫可以使酶滅活。汽蒸處理的樣品與熱燙在90 ℃、95 ℃下處理的樣品的PPO活性無(wú)顯著差別。

圖2　不同處理方法對(duì)PPO相對(duì)活性影響的比較

從圖3中可以看出，微波處理組的中高火處理的樣品的色差最小，與中火處理的樣品的色差差別不大。隨著溫度的升高，熱燙處理組的色差在80—90 ℃之間無(wú)明顯變化，95 ℃、100 ℃處理后色差反而升高了，這是由于高溫雖然抑制了酶活，起到了護(hù)色的效果，但可能是由于溫度高會(huì)對(duì)南瓜的組織形態(tài)造成不利的影響，造成果肉和水溶性色素的損失，或者是受美拉德反應(yīng)的影響。汽蒸處理的樣品色差較大。

圖3　不同處理方法對(duì)色差影響的比較

從以上三種方法的對(duì)比可以看出，微波中火處理后，PPO的相對(duì)活性最低，微波處理組的中高火處理的樣品的色差最小，與中火處理的樣品色差相差不大，所以在南瓜片厚度為4 mm，處理2 min時(shí)，選擇微波中火處理最好。

3.3　微波單因素試驗(yàn)結(jié)果

在微波中火功率條件下，分別進(jìn)行微波時(shí)間和切分厚度單因素試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，在相同的條件下，微波中火處理3 min后，PPO的相對(duì)活性最低。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，PPO相對(duì)活性基本呈下降趨勢(shì)，微波處理4 min與3 min沒有顯著的差別。

從圖4可以看出，在相同的條件下，微波中火處理3 min后，色差最小。說(shuō)明通過(guò)其處理后，南瓜的褐變程度最小。在1—3 min內(nèi)，色差基本呈下降趨勢(shì)，但微波處理4 min后，色差反而變大了，這是由于處理時(shí)間長(zhǎng)雖然抑制了酶活，起到了護(hù)色的效果，但可能是由于處理時(shí)間長(zhǎng)會(huì)使南瓜損失大量水分，組織形態(tài)發(fā)生變化，造成一些色素物質(zhì)的損失，或者是受美拉德反應(yīng)的影響。

從以上微波時(shí)間的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，微波中火處理3 min后，PPO的相對(duì)活性最低，色差最小，所以用微波中火處理厚度為4 mm的南瓜片時(shí)，處理3 min時(shí)，效果最好。

圖4　不同微波時(shí)間對(duì)PPO相對(duì)活性和色差影響的比較

圖5　不同切分厚度對(duì)PPO相對(duì)活性和色差影響的比較

從圖5中可以看出，在相同的條件下，當(dāng)切片厚度為2 mm，微波中火處理3 min后，PPO的相對(duì)活性最低。隨著切片厚度的增加，PPO相對(duì)活性呈上升的趨勢(shì)，可能是因?yàn)槟瞎掀胶?，微波處理時(shí)受熱不均勻，導(dǎo)致PPO相對(duì)活性增加。

從圖5中還可以看出，在相同的條件下，當(dāng)切分厚度為4 mm時(shí)，色差最小。說(shuō)明微波處理厚度為 4mm的南瓜片時(shí)，南瓜的褐變程度最小。隨著厚度的增加，色差值先減小后增加，2 mm的南瓜片的色差值大于4 mm的色差值，可能是由于南瓜片太薄，容易受熱，南瓜片失水嚴(yán)重，組織形態(tài)極易發(fā)生變化，造成一些色素物質(zhì)的損失，或者是受美拉德反應(yīng)的影響。當(dāng)切片厚度大于4 mm時(shí)，色差值逐漸增加，可能是由于隨著南瓜片厚度的增加，受熱不均勻，內(nèi)部極易產(chǎn)生黑色的糊狀物質(zhì)，從而影響其色澤。

從以上切片厚度的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)切分厚度為2 mm時(shí)，微波中火處理3 min后，PPO的相對(duì)活性最低，但其色差值較大。當(dāng)切分厚度為4 mm時(shí)，色差最小，PPO相對(duì)活性較低。所以當(dāng)切分厚度為4 mm時(shí)，用微波中火處理3 min后，效果最好。

3.4　微波正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，微波功率、微波時(shí)間、切分厚度對(duì)南瓜的PPO相對(duì)活性和色差是有影響的。

表2微波正交試驗(yàn)

試驗(yàn)號(hào)ABCPPO相對(duì)活性/%色差111144.035.88212226.493.89313326.463.96421235.234.32522323.553.34623123.572.99731332.354.98832123.563.19933226.523.49PPO活性K196.98111.6191.16K282.3573.6088.24K382.4376.5582.36R14.6338.018.8優(yōu)組合A2B2C3色差K113.7315.1812.06K210.6510.4211.70K311.6610.4412.28R3.084.760.58優(yōu)組合A2B2C2

從極值R來(lái)看，各因素對(duì)南瓜PPO相對(duì)活性和色差的影響大小均為：微波時(shí)間B>微波功率A >切分厚度C。由正交試驗(yàn)結(jié)果和趨勢(shì)圖可以看出，獲得最低PPO活性的最佳組合為A2B2C3，即采用微波功率為中火、微波時(shí)間為3 min、切分厚度為6 mm。獲得最低色差的最佳組合為A2B2C2，即采用微波功率為中火、微波時(shí)間為3min、切分厚度為4 mm；直觀分析可知6號(hào)實(shí)驗(yàn)組合A2B3C1的色差為2.99，褐變程度最小(見圖6)。

圖6　正交試驗(yàn)因素的趨勢(shì)圖

將正交試驗(yàn)得到的最佳組合和直觀分析得到的最佳組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。經(jīng)驗(yàn)證，最佳微波工藝組合為A2B2C3，所得到的南瓜PPO相對(duì)活性和色差均較低。

表3　微波作用的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

3結(jié)論

最佳抑制方案為采用微波處理，微波功率為中火，微波時(shí)間為3 min、切分厚度為6 mm，PPO相對(duì)活性為22.88%，色差為3.77。汽蒸、熱燙、微波三者相比較，無(wú)論是PPO相對(duì)活性，還是色差，微波處理對(duì)南瓜的抑制效果更優(yōu)。經(jīng)過(guò)微波處理單因素及正交試驗(yàn)可以看出，微波處理可以有效降低南瓜的PPO相對(duì)活性和色差，抑制了南瓜的酶促褐變。

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Technical researches on inhibiting the browning of pumpkin caused by polyphenol oxidase

NIUFang1,HUZhongze1、2

(1.School of Food Science and Engineeing,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China;

2.Hubei Collaborative Innovation Center for Processing of Agricultural Products,Wuhan 430023,China)

Abstract：The pumpkin including lots of nutritious ingredients, and also has a variety of health care and medicinal value.The added value of pumpkin was increased by deep processing, at the same time also can retain its nutrition ingredients maximumly.but the polyphenol oxidase easily causes browning of pumpkin and then affects further processing of pumpkin. Therefore, this article using fresh pumpkin as the raw material, the relative activity of polyphenol oxidase (PPO) and color difference △E as indexes, compared with the inhibitory effect of steaming, heat, microwave three methods on the pumpkin PPO activity and Results showed that microwave was better. Then it researches inhibition effect of microwave treatment on pumpkin PPO activity, and Optimizes the processing technology of microwave by orthogonal experiment.Results showed that the better technology conditions was as follows: microwave power was medium, microwave time was 3 min, slice thickness was 6 mm, under the conditions, the relative activity of PPO was 22.88%, the color difference was 3.77, which could effectively restrain the browning of pumpkin.

Key words：pumpkin; microwave; polyphenol oxidase; enzymatic browning; inhibition

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué) (81274023)；湖北省教育廳科學(xué)研究青年項(xiàng)目(Q20141704).

DOI:10.3969/j.issn.2095-7386.2015.02.009 10.3969/j.issn.2095-7386.2015.02.004

文章編號(hào)：2095-7386(2015)02-0040-03 2095-7386(2015)02-0014-06

通信作者：趙秀舉(1980-)，男，講師，博士，E-mail：dzrdez@163.com. 陳平(1958-)，女，教授，E-mail: chenpingvip24@163.com.

作者簡(jiǎn)介：彭芳(1985-)，女，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，E-mail:pengfang0709@163.com. 宋佳(1989-),女，碩士研究生，E-mail:1944136718@qq.com.

收稿日期：2014-12-23. 2015-01-23.

中圖分類號(hào)：TS 255.2;S642.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A