曹家樂，遲巖，孫靜瑤，張兵，王馨，楊海燕

（新疆農(nóng)業(yè)大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊 830052）

新疆是世界杏屬植物起源中心之一，是我國杏的主產(chǎn)區(qū)[1]。李光杏皮光滑無毛，外表光亮鮮美，肉質(zhì)酸甜多汁，既可以鮮食又可以加工，是新疆主栽品種之一[2]。李光杏由于采收期集中，貨架期短，采后易腐且儲運性差，因此對李光杏進行干制加工來延長果實的貯藏期。然而，李光杏在脫水干制過程中極易發(fā)生褐變，嚴重影響了李光杏干制品貨架期和商品價值。褐變可分為酶促褐變和非酶促褐變。傳統(tǒng)鮮杏干制采用硫熏蒸或亞硫酸鹽浸泡，抑制鮮杏干制過程中的褐變，但過量使用含硫物質(zhì)對人類健康具有潛在危害[3]。因此，研究無硫護色技術對提高李光杏干制品食用安全性具有重要意義。

多酚氧化酶（PPO）是果蔬中重要的內(nèi)源酶，主要促使多酚物質(zhì)的鄰羥基氧化生成鄰醌，進一步與多酚或蛋白質(zhì)發(fā)生縮合反應，引起色澤變化。熱燙預處理可鈍化果蔬中存在的氧化酶，抑制酶促褐變，還可起到滅菌滅蟲，進而提高干制品的品質(zhì)[4,5]。非酶促褐變的主要原因包括抗壞血酸降解反應、多酚類物質(zhì)氧化聚合反應、美拉德反應以及焦糖化反應等[6,7]。其中，抗壞血酸、總酚、還原糖等關鍵組分直接或間接參與非酶褐變反應，這些成分的含量和活性決定了非酶促褐變的反應程度和速率。目前，對于李光杏干制過程中非酶褐變相關物質(zhì)種類和含量變化與褐變關系的研究鮮有報道。

本試驗以李光杏為研究試材，探索復配無硫護色劑對李光杏干制過程中褐變的抑制作用，并利用相關性分析其干制過程中引起褐變的主要因素相關程度，為李光杏干制和貯藏過程有效抑制褐變提供一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

李光杏：2020年7月購于新疆烏魯木齊市九鼎農(nóng)產(chǎn)品果蔬批發(fā)市場，篩選出成熟度一致、無病蟲害、無機械傷、形狀均一的果實，置于溫度為(4±1) ℃、相對濕度為90%的冷庫中備用。

檸檬酸、植酸、L-半胱氨酸（均為食品級），浙江一諾生物科技有限公司；Folin-酚試劑、亮氨酸，北京索萊寶科技有限公司；甲醇、草酸、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、3,5-二硝基水楊酸等（均為分析純），天津市大茂化學試劑廠。

1.2 試驗儀器與設備

JZ-350色彩色差計，深圳市金準儀器設備有限公司；AL204電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；UV-1200紫外可見分光光度計，上海美譜達儀器有限公司；KQ-250DE數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

鮮杏→分揀→沖洗→漂燙→冷卻→護色→瀝水→干制→成品→品質(zhì)測定

1.3.2 操作要點

（1）漂燙、護色：通過預實驗篩選出熱燙溫度為90 ℃、時間3 min；護色液體積為李光杏的2倍，浸漬時間4 h。

（2）瀝干：將李光杏置于瀝水籃中至無明顯液體滴落為止。

（3）干制：采用傳統(tǒng)露天干制，直至杏果實質(zhì)量損失率為80%，在此過程中，質(zhì)量每損失10%時取樣，液氮速凍，置于-40 ℃冰箱保藏，備用。

1.3.3 單因素試驗

分別以0.20%、0.40%、0.60%、0.80%、1.00%的檸檬酸，0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%的植酸，0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%的L-半胱氨酸為單因素進行試驗，研究各單因素對熱燙后的李光杏干制過程中L*值的影響，確定各單因素的最佳范圍。

1.3.4 李光杏護色的響應面優(yōu)化試驗

響應面試驗基于單因素試驗結(jié)果，分別選取檸檬酸、植酸、L-半胱氨酸濃度3個影響因素進行考察，以L*值為響應值，設計三因素三水平試驗，進行響應面分析，優(yōu)化李光杏干制防褐變工藝條件，各因素和水平見表1。

表1 Box-Behnken試驗因素水平表Table 1 Level table of Box-Behnken experimental factors

1.3.5 指標測定

1.3.5.1 無硫杏干色澤的測定

參照吳松霞等[8]的方法稍作修改，對李光杏干制品圍繞赤道部位取六個點，進行參數(shù)L*值的測定，取其平均值。

1.3.5.2 抗壞血酸含量的測定

參照2,6-二氯酚靛酚滴定法測定[9]。

1.3.5.3 還原糖含量的測定

參照 3,5-二硝基水楊酸比色法[10]。由標準曲線y=0.5109x?0.0045(R2=0.9991)，計算待測樣品還原糖含量，結(jié)果以干基表示。

1.3.5.4 總酚含量的測定

參照 Folin-Ciocalteu比色法[11]。根據(jù)標準曲線y=0.1199x?0.0094(R2=0.9994)，計算待測樣品總酚含量，結(jié)果以干基表示。

1.3.5.5 游離氨基酸總量的測定

參照茚三酮顯色法[12]。并由已建立的標準曲線y=0.0709x+0.0015(R2=0.9996)，計算待測樣品游離氨基酸總量，結(jié)果以干基表示。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

每個指標平行測定三次，采用Origin 2019軟件作圖，利用SPSS 22.0軟件進行相關性分析和差異顯著性分析，p＜0.05表示差異顯著，并用Design ExPert 10軟件對李光杏干制無硫護色參數(shù)進行優(yōu)化。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗結(jié)果及分析

2.1.1 檸檬酸對李光杏干制品L*值的影響

圖1 檸檬酸對李光杏干制品L*的影響Fig.1 The effect of citric acid on the L* of dried Liguang apricot products

由圖1可知，隨著檸檬酸濃度的增大，李光杏干制品L*值呈先上升后下降的趨勢。對比CK組（L*值為 31.37），0.60%檸檬酸處理顯著抑制了李光杏干制過程中的褐變（p＜0.05），其L*值為38.11，李光杏干制品色澤（L*值）升高21.49%。這與張芳[13]等研究結(jié)果一致，張芳等的試驗結(jié)果顯示：0.60%檸檬酸可顯著降低杏脯色差值，且與CK組相比，下降了11.93%。這可能是由于檸檬酸通過降低pH，使溶液氧氣溶解度降低而兼有抗氧化性。Zhou[14]等通過CD光譜證實由于酸性條件下PPO的β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲含量增加，從而使 PPO的構(gòu)象變化，抑制褐變。Queiroz[15]等研究發(fā)現(xiàn)其促進羰氨反應中的縮合物水解，破壞了李光杏干制過程中褐變物質(zhì)的反應。當檸檬酸濃度高于0.60%時，其L*值顯著下降（p＜0.05），這可能是因為對金屬離子螯合作用減弱。綜合考慮，檸檬酸溶液濃度選用0.60%時護色效果最好。

2.1.2 植酸對李光杏干制品L*值的影響

圖2 植酸對李光杏干制品L*的影響Fig.2 The effect of phytic acid on the L* of dried Liguang apricot products

由圖2可知，隨著植酸濃度的增大，李光杏干制品L*值呈先上升后下降的趨勢，對比CK組（L*值為31.37），0.06%植酸處理顯著抑制了李光杏干制過程中的褐變（p＜0.05），其L*值為40.28，李光杏干制品色澤（L*值）升高28.40%。這與李鳳霞[16]等研究結(jié)果相似，李鳳霞等的研究發(fā)現(xiàn)：0.12%植酸處理蘋果果脯，其感官評價與L*值均顯著上升。這可能是由于李光杏中金屬離子較少，低濃度植酸基本螯合完全。黃艷斌[17]等研究表明其能夠螯合促進氧化作用的微量金屬離子，且絡合物不能活化氧分子，使雙鍵的加成反應和過氧化物的形成難以實現(xiàn)，以阻斷醛、酮等產(chǎn)物。傅釋儀等[18]研究發(fā)現(xiàn)植酸能夠很好抑制抗壞血酸氧化，抑制褐變。當植酸濃度增大到0.08%時，其L*值為37.96，相比濃度為0.04%處（L*值為37.56）差異不顯著（p＞0.05），可能是因為pH過低，導致細胞膜通透性增加甚至破壞。綜合考慮，植酸濃度選用0.06%時護色效果最好。

2.1.3 L-半胱氨酸對李光杏干制品L*值的影響

由圖3可知，隨著L-半胱氨酸濃度的增大，李光杏干制品L*值呈先上升后下降的趨勢，對比CK組（L*值為 31.37），0.20%植酸處理顯著抑制了李光杏干制過程中的褐變（p＜0.05），其L*值為38.28，李光杏干制品色澤（L*值）升高22.03%，可能是由于L-半胱氨酸阻止了酚類的聚合從而抑制褐變?？拙S寶[19]等研究認為L-半胱氨酸直接消除醌與其他物質(zhì)的反應，來抑制褐變；Ali[20]等研究發(fā)現(xiàn)荔枝經(jīng)過0.25%的L-半胱氨酸處理后，其褐變指數(shù)顯著降低，并認為產(chǎn)生此變化趨勢的原因與相關氧化酶有關；后期可從L-半胱氨酸抑制機理開展試驗，進行驗證。當L-半胱氨酸濃度高于 0.20%時，其 L*值逐漸下降，0.30%L-半胱氨酸處理組L*值為36.17，與最優(yōu)處理差異顯著（p＜0.05），可能有由于其造成李光杏組織破壞，使L*值下降。Ye等[21]研究發(fā)現(xiàn)適當濃度 L-半胱氨酸保護蓮藕脯的組織，從而使褐變度降低，當濃度大幅度增加，蓮藕脯的組織遭到破壞，褐變度增加。綜合考慮，L-半胱氨酸濃度選用0.20%時護色效果最好。

圖3 L-半胱氨酸對李光杏干制品L*的影響Fig.3 The effect of L-cysteine on the L* of dried Liguang apricot products

2.2 響應面試驗

2.2.1 響應面優(yōu)化設計及結(jié)果

采用Box-Behnken試驗設計原理對李光杏復配無硫護色劑進一步優(yōu)化，整個試驗共進行17次，并利用Design-Export 10軟件進行數(shù)據(jù)分析，李光杏復配無硫護色劑優(yōu)化見表2。

2.2.2 因素與李光杏干制品色澤（L*值）模型的建立

采用Design Export 10軟件對表3中的數(shù)據(jù)進行分析，擬合所得李光杏干制品L*值（Y）與檸檬酸（A）、植酸（B）和L-半胱氨酸（C）的實際回歸方程如下：Y=42.13+0.10A+0.78B-0.11C+0.50AB-0.13AC+0.15B C-0.84A2-2.46B2-1.37C2

表2 Box-Behnken 試驗設計與結(jié)果Table 2 Design and results of Box-Behnken experiments

表3 Box-Behnken 試驗結(jié)果方差分析Table 3 Variance analysis of Box-Behnken test results

由表3分析結(jié)果表明，模型p＜0.0001，說明該模型差異性極顯著；失擬項P=0.4561＞0.05，即模型失擬項不顯著；相關系數(shù) R2=0.9983，調(diào)整相關系數(shù)R2Adj=0.9962，說明該模型擬合相關性較好，可用于李光杏干制過程色澤的分析。顯著性分析結(jié)果表明：B（植酸）、交叉項AB及二次項A2、B2、C2對李光杏干制品色澤影響極顯著（p＜0.01），A（檸檬酸）、C（L-半胱氨酸）、交叉項AC、BC對試驗結(jié)果有顯著性影響（p＜0.05）。交互作用強弱：AB＞BC＞AC；各因素對李光杏干制品色澤強弱的影響為：B（植酸）＞C（L-半胱氨酸）＞A（檸檬酸）。

2.2.3 響應面圖分析

圖4 檸檬酸濃度與植酸濃度對李光杏色澤（L*）的響應面圖Fig.4 The response surface plot of citric acid concentration and phytic acid concentration on the color of Liguang apricot (L*)

圖5 植酸濃度與L-半胱氨酸濃度對李光杏色澤（L*）的響應面圖Fig.5 Response surface plot of phytic acid concentration and L-cysteine concentration on the color of Liguang apricot (L*)

圖6 檸檬酸濃度與L-半胱氨酸濃度對李光杏色澤（L*）的響應面圖Fig.6 Response surface plot of citric acid concentration and L-cysteine concentration on the color of Liguang apricot (L*)

響應面圖可以直觀反映各因素與響應值之間的關系及因素間的交互作用。圖4～6顯示檸檬酸（A）、植酸（B）、L-半胱氨酸（C）之間的交互作用對李光杏干制品色澤（L*）的影響。其中圖4與圖5的曲面相對陡峭，表明因素的交互作用較強，與方差分析結(jié)果相同。

2.2.4 最佳工藝驗證試驗

通過對回歸方程進行分析并求解，得到李光杏干制護色的最優(yōu)工藝：檸檬酸濃度為0.62%，植酸濃度為0.06%，L-半胱氨酸濃為0.20%，預測李光杏L*值為42.20，考慮到實際生產(chǎn)的情況，將各參數(shù)修正為：檸檬酸濃度 0.60%，植酸濃度 0.06%，L-半胱氨酸濃0.20%，采用上述條件進行3次重復試驗，得到L*值為 42.18±0.22，與預測值接近，可見回歸模型能很好地預測李光杏干制后的L*值。

2.3 李光杏干制過程中非酶褐變反應研究

2.3.1 李光杏干制過程色澤（L*）的變化

圖7 不同質(zhì)量損失下李光杏L*的變化Fig.7 Changes of Liguang apricot L* under different mass losses

由圖7可知，在李光杏干制過程中，其L*值呈現(xiàn)出下降的趨勢，至干制結(jié)束，其L*值 42.18，相比于鮮杏 L*值 55.57，李光杏在干制過程中 L*下降了24.10%。畢家鈺[22]等人用 0.90%植酸、0.30%檸檬酸組成的復合護色液浸漬香蕉片20 min，褐變抑制率達84.40%，與本試驗結(jié)果不一致，這可能是由于品種不同，護色劑對干制過程中非酶促褐變抑制趨勢不一致。Pham[23]等研究認為酸性條件下，抗壞血酸、還原糖分解成糠醛化合物及5-HMF促進褐變；Gao[24]等研究表明多酚物質(zhì)自身縮合氧化是蘋果切片褐變的主要原因；后期可進行李光杏干制過程非酶褐變分析，以進行驗證。干制過程中隨著質(zhì)量損失的增大，褐變顯著增加，主要是因為干制后期，褐變產(chǎn)物的累計，導致明顯的褐變。

2.3.2 李光杏干制過程抗壞血酸的變化

在非酶褐變反應動力學中，抗壞血酸作為其氧化褐變的一種呋喃前體，其含量變化是褐變反應的特定參數(shù)之一[25]。因此，分析鮮杏干制過程抗壞血酸含量的變化，對于研究非酶褐變有著重要意義。由圖8可知，在李光杏干制過程中，抗壞血酸含量呈下降的趨勢，當干制結(jié)束時，其抗壞血酸含量為1.39 mg/100 g，相比于鮮杏，其抗壞血酸含量下降了85.68%，王威[26]等人研究發(fā)現(xiàn)完熟期賽買提杏曬干后抗壞血酸含量是鮮杏的9.99%，與本試驗相似，這可能因為抗壞血酸易被氧化成雙羰基化合物，進一步形成有色物質(zhì)。徐亦秀[27]研究認為抗壞血酸有氧分解進一步生成還原酮，進而參與美拉德反應的中間及最終階段，無氧分解形成糠醛，形成褐色物質(zhì)。

圖8 不同質(zhì)量損失下李光杏抗壞血酸的變化Fig.8 Changes of anti-chemical blood acid of Liguang apricot under different mass losses

2.3.3 李光杏干制過程還原糖的變化

圖9 不同質(zhì)量損失下李光杏還原糖的變化Fig.9 Changes of reducing sugar of Liguang apricot under different mass losses

游離還原糖與游離氨基酸之間的羰氨反應是果蔬加工品非酶褐變的影響因素之一[28,29]。由圖9可知，在李光杏干制過程中，還原糖呈現(xiàn)下降的趨勢，干制前后，其含量分別為21.30 g/100 g、13.52 g/100 g，降低了 36.53%（p＜0.05），在質(zhì)量損失 40%、50%時，還原糖含量分別為16.67 g/100 g、16.22 g/100 g，變化相對較小，李瓊[30]等研究發(fā)現(xiàn)鮮杏中還原糖含量為20.10 g/100 g，自然曬制條件下還原糖含量降至11.45 g/100 g，下降幅度42.99%，干制過程一段時間含量變化較為平穩(wěn)。這可能是由于還原糖在干制過程分解參與美拉德反應，且一段時間內(nèi)蔗糖水解與美拉德反應處于動態(tài)平衡。鮑若晗[31]證實還原糖含量下降可能參與羰氨反應，升高是由多糖在酸性條件下水解所引起的。干制后期，還原糖含量趨于平衡，可能是由于糖類與氨基酸化合物生成糖胺，導致pH降低抑制反應進行。

2.3.4 李光杏干制過程總酚的變化

酚類物質(zhì)能夠有效清除自由基，防止組織發(fā)生氧化[32]，是果蔬中的次生代謝產(chǎn)物之一。由圖10可知，李光杏在脫水干制過程中總酚含量總體呈下降的趨勢，干制結(jié)束時總酚含量為0.27 mg/g，相比于鮮杏的0.75 mg/g，其下降了64.00%。徐玉娟[33]等用熱泵干制龍眼，發(fā)現(xiàn)至干制結(jié)束，總酚從3.34 mg/g下降至2.54 mg/g，降低了23.94%。這可能是由干制方法和品種不同，進而使酚類物質(zhì)促進5-HMF的重要前體3-脫氧葡萄糖的形成速率不同。Wilke[34]等證實多酚物質(zhì)中的原花青素B1易水解為兒茶素與表兒茶素，在美拉德反應中作為促氧劑生成 D-葡萄糖酮，進而引起色澤變化。當質(zhì)量損失40%、50%時，總酚含量分別為0.36 mg/g、0.42 mg/g，其含量顯著增加（p＜0.05）。李曉麗[35]等研究發(fā)現(xiàn)無核白葡萄脫水過程中質(zhì)量損失40%～50%階段總酚突然增加，并開始出現(xiàn)褐變現(xiàn)象，與本研究結(jié)果相同。干制后期，總酚含量下降趨勢趨于平緩，可能是由多酚物質(zhì)中多酚氧化縮合的主要物質(zhì)含量降低。

圖10 不同質(zhì)量損失下李光杏總酚含量的變化Fig.10 Changes of total phenolic content of Liguang apricot under different mass losses

2.3.5 李光杏干制過程游離氨基酸的變化

游離氨基酸參與美拉德反應、抗壞血酸的氧化褐變反應以及多酚類物質(zhì)的縮合反應[36]，是探究李光杏干制期間非酶褐變的重要指標。由圖11可知，李光杏在干制過程中，游離氨基酸總量呈下降的趨勢，至干制結(jié)束，李光杏干制品游離氨基酸總量為 39.33 mg/100 g，相比于鮮杏的51.10 mg/100 g，其下降了23.03%。張哲[37]等研究發(fā)現(xiàn)新鮮龍眼果肉經(jīng)熱風干制后游離氨基酸的含量顯著下降（p＜0.05），質(zhì)量分數(shù)從8.70%降到2.52%，下降了71.03%。這可能是由于其參與了美拉德反應。胡云峰[38]等研究也認為游離氨基酸大部分與還原糖發(fā)生了美拉德反應。在質(zhì)量損失40%、50%時，其含量分別為44.75 mg/100 g、41.36 mg/100 g，下降幅度較大，這可能是因為這一階段蛋白質(zhì)水解速率減慢。曹一菲[39]等研究水煮藕帶非酶褐變時認為抗壞血酸前期的大量消耗，促使了接下來的美拉德反應；后期可進行干制過程游離氨基酸總量變化機理的試驗，探究其變化的具體原因。干制后期，游離氨基酸含量趨于平緩，可能是因為大量產(chǎn)物積累，致使反應受阻。

圖11 不同質(zhì)量損失下李光杏游離氨基酸含量的變化Fig.11 Changes of free amino acid content of Liguang apricot apricot under different mass losses

2.4 相關性分析

以X1（抗壞血酸）、X2（還原糖）、X3（總酚）、X4（游離氨基酸）為自變量，以L*值為因變量，對復合護色劑對李光杏干制品褐變的各因素進行相關性分析。

表4 各因素間的相關系數(shù)Table 4 Correlation coefficients among various factors

由表4可知，李光杏干制過程中，抗壞血酸（X1）、還原糖（X2）、總酚（X3）、游離氨基酸（X4）含量均與L*值（Y）極顯著相關（p＜0.01），其中，還原糖（X2）對李光杏干制品的L*值顯著性明顯高于其他因素，其次是游離氨基酸（X4）、抗壞血酸（X1）、總酚（X3），表明在李光杏干制過程中，美拉德反應和抗壞血酸氧化引起的非酶褐變主要的。這與陳思奇[40]等研究刺梨果糕不同干燥溫度條件發(fā)生非酶褐變的主要原因是美拉德反應的結(jié)果基本一致。

3 結(jié)論

通過單因素并結(jié)合響應面試驗得出李光杏干制過程中無硫護色劑最佳復配條件為0.60%檸檬酸、0.06%植酸、0.20% L-半胱氨酸，植酸對李光杏干制品色澤（L*值）影響最大，其次是L-半胱氨酸、檸檬酸，在此條件下，李光杏干制品預測 L*值 42.20，實際為42.18±0.22，相對誤差為0.05%，誤差較小，說明該模型能夠較好的預測實際值；通過復合無硫護色劑處理，李光杏干制品抗壞血酸含量為1.39 mg/100 g、還原糖含量為13.52 g/100 g、總酚含量為0.27 mg/g、游離氨基酸含量為39.33 mg/100 g，并利用相關性分析得出干制過程中對非酶褐變影響的順序為還原糖＞游離氨基酸＞抗壞血酸＞總酚。這為今后更有針對性研究無硫護色劑抑制李光杏干制過程中色澤的變化提供一定的理論依據(jù)。