李寶深，王 斌，韋紹龍，李朝生，覃柳燕，黃素梅，韋 弟

(1 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，南寧，530007；2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京，100093)

香蕉漿是香蕉加工產(chǎn)品的半成品，多作為嬰幼兒輔食、冰激凌、風(fēng)味牛奶以及烘培糕點(diǎn)等食品的基本原料，不僅能夠最大程度地保留香蕉營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)，同時(shí)能夠滿足香蕉長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸及貯藏。香蕉經(jīng)過(guò)打漿之后經(jīng)過(guò)高溫滅酶、負(fù)壓脫氣、高壓均質(zhì)和超高溫殺菌之后，得到成品香蕉漿。香蕉在加工過(guò)程中面臨最大的問(wèn)題是褐變[1]，其中酶促褐變是主要因素[2]，這主要與香蕉中富含大量的酚類物質(zhì)有關(guān)。據(jù)報(bào)道，成熟香蕉果肉中總酚含量高達(dá)459.3 mg/L[3]。參與酶促褐變的酶主要有多酚氧化酶(PPO)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)，其中以多酚氧化酶為主。

多酚氧化酶是一類含銅的氧化還原酶，催化鄰-苯二酚氧化成鄰-苯二醌，也能作用于單酚單加氧酶的底物，氧化形成不穩(wěn)定的鄰-苯醌類化合物，再進(jìn)一步通過(guò)非酶氧化反應(yīng)，聚合成黑色素。褐變一方面對(duì)于食品外觀造成不良的影響；另一方面，當(dāng)鄰苯醌與蛋白質(zhì)中賴氨酸殘基的ε-氨基反應(yīng)，可引起蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和溶解度下降，造成食品營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味變化。引起褐變的3個(gè)必要條件是多酚類物質(zhì)、多酚氧化酶和O2。從食品中去除多酚類物質(zhì)不現(xiàn)實(shí)，因此只能夠通過(guò)降低多酚氧化酶的活性或者降低氧氣含量來(lái)抑制酶促褐變的發(fā)生。降低溶氧量主要通過(guò)氮?dú)獗Ｗo(hù)[4]、添加1%～2%食鹽[5]或者一定量的蔗糖[6]等具有高滲透壓的物料，來(lái)降低物料中的溶氧量，同樣也可以使多酚氧化酶因脫水而失活。生產(chǎn)上常常采用高溫?zé)釥C的方法來(lái)達(dá)到滅酶的效果，多酚氧化酶最適溫度25～40 ℃，目前大部分加工工藝采用100 ℃水浴處理20～30 s來(lái)鈍化多酚氧化酶的活性[7]。

生產(chǎn)工藝的確定往往是多因素相互影響的結(jié)果。響應(yīng)面分析法(Response Surface Methodology)利用合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用多元二次回歸方法作為函數(shù)估計(jì)的工具，將多因子實(shí)驗(yàn)中因素與指標(biāo)的相互關(guān)系用多項(xiàng)式公式進(jìn)行擬合，根據(jù)公式能夠得到函數(shù)的響應(yīng)面和等高線分析，能夠用于研究因子和響應(yīng)面之間以及因子和因子之間的相互關(guān)系[8]，該方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用[9-10]。相比正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，該方法所求得的回歸方程精度較高，同時(shí)具有能夠研究多個(gè)因素之間的相互作用的優(yōu)點(diǎn)[11]。本研究采用響應(yīng)面分析法對(duì)打漿護(hù)色過(guò)程中檸檬酸、D-異抗壞血酸鈉添加量以及水與果肉比進(jìn)行研究，以此來(lái)提高香蕉護(hù)色效果，為香蕉打漿護(hù)色生產(chǎn)工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

南寧市隆安縣香蕉種植基地香蕉經(jīng)過(guò)催熟至果皮全黃備用。檸檬酸、D-異抗壞血酸鈉均為AR級(jí)。試驗(yàn)設(shè)備包括3nh NR110 手持色差儀，深圳市三恩馳科技有限公司產(chǎn)；JA12002精密電子天平，日本島津產(chǎn)；MJ-25BM05A水果打漿機(jī)，廣東美的精品電器制造有限公司產(chǎn)；STARTER 3100/F pH計(jì)(OHAUS)；MM721NG1-PW美的微波爐，廣東美的廚房電器制造有限公司產(chǎn)；FJ200 高速分散均質(zhì)機(jī)，上海標(biāo)本模型廠產(chǎn)；HH-S6 金怡數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠產(chǎn)。

1.2 方法

1.2.1 香蕉漿制備及護(hù)色效果評(píng)價(jià)方法 香蕉漿加工工藝流程見(jiàn)圖1。將同一批次香蕉催熟后剝皮，按照果肉質(zhì)量，計(jì)算添加水和護(hù)色劑量，將護(hù)色劑溶解在水中，連同香蕉一起進(jìn)行打漿10 s；打漿完成后迅速轉(zhuǎn)移至燒杯中，用均質(zhì)機(jī)中高速勻漿2 min；沸水浴加熱10 min使酶完全失活。采用褐變指數(shù)(Browning index，簡(jiǎn)稱BI)來(lái)表征褐色純度，能夠反映水果在酶促褐變和非酶促褐變過(guò)程中的顏色變化。根據(jù)L*a*b*表色系統(tǒng)，利用色差儀反射模式對(duì)香蕉漿色差參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。BI計(jì)算方法參考Palou等[12]，BI=100(x-0.31)/0.172，其中x= (a*+1.75L*)/(5.645L*+a*-3.012b*)，BI值越小，褐變程度越大。

圖1 香蕉漿加工工藝流程

1.2.2 香蕉漿pH值測(cè)定方法 先用標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行校正，分別標(biāo)定pH值6.86、4.01和9.18的標(biāo)準(zhǔn)溶液，校正之后，把pH計(jì)電極頭直接插入各樣品中，待讀數(shù)穩(wěn)定后即為香蕉漿樣品pH值。

1.2.3 香蕉打漿護(hù)色工藝單因素試驗(yàn) 分別對(duì)水與果肉比、檸檬酸添加量和D-異抗壞血酸鈉添加量對(duì)香蕉打漿護(hù)色效果的影響進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.2.4 香蕉打漿護(hù)色工藝優(yōu)化 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定各因素水平范圍，再進(jìn)行二次回歸旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，采用Design-Expert 8.0.6及Excel 2010軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析，通過(guò)響應(yīng)面擬合的方程得出香蕉打漿護(hù)色過(guò)程中最優(yōu)工藝條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素對(duì)護(hù)色效果的影響

2.1.1 檸檬酸添加量 固定水與果肉比為0.08，D-異抗壞血酸鈉添加量為0.10%，研究檸檬酸添加量對(duì)香蕉打漿護(hù)色效果的影響。由圖2可知，香蕉漿的褐變指數(shù)隨著檸檬酸添加量的增多而逐漸增大，檸檬酸添加量增加，降低體系pH值，抑制了多酚氧化酶的活性，使得香蕉漿的褐變指數(shù)逐漸增大。隨著檸檬酸添加量的增加，香蕉漿的口感也變得越來(lái)越酸，檸檬酸添加量達(dá)到0.30%時(shí)，體系pH值降低至4.04，此時(shí)香蕉漿口感略有酸澀，并且在檸檬酸添加量達(dá)到0.30%后，香蕉漿的褐變指數(shù)增加不顯著，因此檸檬酸添加量選擇0.30%較適宜。

圖2 檸檬酸添加量對(duì)香蕉漿護(hù)色和pH值影響

2.1.2 D-異抗壞血酸鈉添加量 固定水與果肉比為0.08，檸檬酸添加量0.10%，研究D-異抗壞血酸鈉添加量對(duì)香蕉護(hù)色效果的影響。D-異抗壞血酸鈉具有較強(qiáng)的還原性，能夠?qū)⒑肿冞^(guò)程中生成的琨類物質(zhì)直接還原，甚至能夠被多酚氧化酶直接氧化，因此能夠顯著抑制香蕉漿的褐變。由圖3可知，D-異抗壞血酸鈉添加量0.20%以內(nèi)，隨著D-異抗壞血酸鈉添加量增加，香蕉漿褐變指數(shù)逐漸增加；當(dāng)D-異抗壞血酸鈉添加量大于0.20%后，香蕉漿褐變指數(shù)反而逐漸降低?？赡苡捎贒-異抗壞血酸鈉添加量增加提高了體系pH值，從而減弱了檸檬酸的護(hù)色作用；且D-異抗壞血酸鈉添加量增加，經(jīng)過(guò)高溫加熱后，會(huì)引起D-異抗壞血酸鈉參與的美拉德反應(yīng)，加速香蕉漿的褐變。因此D-異抗壞血酸鈉添加量選擇0.20%較為合適。

圖3 D-異抗壞血酸鈉添加量和水與果肉比對(duì)香蕉漿褐變指數(shù)的影響

2.1.3 水與果肉比 固定檸檬酸添加量0.10%，D-異抗壞血酸鈉添加量0.10%，研究水與果肉比對(duì)香蕉漿護(hù)色效果的影響。香蕉漿的黏度較大，香蕉打漿過(guò)程中加水量增加能夠使得香蕉漿與護(hù)色劑充分接觸，并起到香蕉護(hù)色效果。由圖3可以看出，隨著加水量的增加，香蕉漿褐變指數(shù)不斷升高。當(dāng)水與果肉比為0.08，褐變指數(shù)增加幅度較小，因此初步確定最佳水與果肉比為0.08。

2.2 二次旋轉(zhuǎn)正交組合試驗(yàn)分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇各個(gè)單因素條件下最佳工藝條件進(jìn)行二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)因素水平編碼表見(jiàn)表1。

表1 香蕉漿護(hù)色工藝二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)因素和水平編碼

根據(jù)軟件Design-Expert 8設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 香蕉漿護(hù)色工藝二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表3可知，回歸方程的失擬項(xiàng)檢驗(yàn)p=0.191 2>0.05不顯著，因此可以說(shuō)明方程合理，所選擇的回歸模型是合適的。定義p<0.05為顯著，回歸項(xiàng)顯著性檢驗(yàn)p=0.019 8<0.05顯著，失擬項(xiàng)顯著性檢驗(yàn)p=0.191 2>0.05不顯著，說(shuō)明建立的回歸模型與現(xiàn)實(shí)情況吻合較好，模型能夠成立。同時(shí)B、AC、C2的模擬系數(shù)具有良好的顯著性。

表3 香蕉漿護(hù)色工藝二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析

多項(xiàng)方差分析結(jié)果看出，標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.02，平均值53.06，變異系數(shù)5.69%，多元相關(guān)系數(shù)R2=0.952 6，調(diào)整后R2=0.910 0，預(yù)測(cè)R2=0.769 8，表明模擬系數(shù)的相關(guān)性良好。信噪比為15.328>4，表明有充分的信號(hào)強(qiáng)度。方差分析表明此模型可以被應(yīng)用。根據(jù)編碼因子所得最終模擬方程為：Y(即BI值)=-128.97+425.07A+134.05B+309.63C-197.25AB-228.13AC-24.19BC-496.06A2-70.27B2-157.78C2。

Design-Expert利用模擬所得到的擬合方程，以褐變指數(shù)為響應(yīng)值，固定3個(gè)因素中其中1個(gè)因素為中心水平，即“0”水平，以另外兩個(gè)因素為自變量，繪制響應(yīng)面和等高線(見(jiàn)圖4)，可以得出兩兩因素交互作用對(duì)打漿過(guò)程中褐變指數(shù)的影響。根據(jù)模擬方程可以得到香蕉打漿護(hù)色最佳工藝條件為：D-異抗壞血酸鈉添加量為0.13%，檸檬酸添加量為0.50%，水與果肉比為0.085，此時(shí)香蕉漿的褐變指數(shù)為69.78。采用此條件對(duì)香蕉漿進(jìn)行護(hù)色試驗(yàn)，得到香蕉漿的褐變指數(shù)為68.46，與優(yōu)化理論值相對(duì)誤差為1.89%。

圖4 香蕉漿護(hù)色工藝各因素交互作用的響應(yīng)面和等高線

3 結(jié)論與討論

除了降低物料中溶氧量和熱燙的工藝，也可以通過(guò)降低酚酶的活性來(lái)抑制褐變。研究表明，多酚氧化酶等氧化酚類物質(zhì)最適的pH值5.0～6.8范圍[7，13]，生產(chǎn)中常采用添加檸檬酸的量使物料的pH值偏離最適范圍，從而降低酶活。有研究表明，pH值低于3.0，或高于8.5時(shí)，多酚氧化酶的活性受到顯著地抑制；在較強(qiáng)酸性條件下，多酚氧化酶的輔基Cu2+會(huì)解離出來(lái)；而在堿性條件下，輔基Cu2+會(huì)形成氫氧化銅沉淀，使酶失活[5]。而檸檬酸具有3個(gè)羧基，能夠有效地降低體系中的pH值，且酸度適宜，是常用的酸度調(diào)節(jié)劑；此外檸檬酸可以螯合多酚氧化酶活性中心的Cu2+，從而降低酶活性[14]。試驗(yàn)結(jié)果表明，檸檬酸添加量越多，護(hù)色效果越好，但受制于口感，不宜超過(guò)0.50%。

引起褐變的3個(gè)必要條件是多酚類物質(zhì)、多酚氧化酶和O2。從食品中去除多酚類物質(zhì)不現(xiàn)實(shí)，因此只能夠通過(guò)降低多酚氧化酶活性或者降低氧氣含量來(lái)抑制酶促褐變發(fā)生。降低溶氧量主要是通過(guò)氮?dú)獗Ｗo(hù)[4]、添加1%～2%食鹽[5]或者一定量蔗糖[6]等具有高滲透壓的物料，來(lái)降低物料中的溶氧量，同樣也可以使多酚氧化酶因脫水而失活。生產(chǎn)上常常采用高溫?zé)釥C來(lái)達(dá)到滅酶效果，多酚氧化酶最適溫度25～40 ℃，目前大部分加工工藝采用100 ℃水浴處理20～30 s來(lái)鈍化多酚氧化酶活性[7]。

抗壞血酸或者D-異抗壞血酸鈉主要作用一方面影響體系中pH值[15]，另一方面作為生物體中強(qiáng)還原劑能夠?qū)㈢€原，甚至可以直接被多酚氧化酶氧化。但是過(guò)量添加抗壞血酸，在經(jīng)過(guò)高溫?zé)釥C之后，物料會(huì)呈現(xiàn)紅色，這可能與抗壞血酸發(fā)生非酶褐變有關(guān)[16]。

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選定合適的相關(guān)因素及其相應(yīng)水平進(jìn)行響應(yīng)面分析試驗(yàn)，結(jié)果表明，香蕉最佳打漿護(hù)色工藝條件為檸檬酸添加量為0.50%，D-異抗壞血酸鈉添加量為0.13%，水與果肉比保持0.085。