苹果渣果胶褐变的原因研究

撰文/何碧华 李卫林

苹果渣果胶褐变的原因研究

撰文/何碧华 * 李卫林**

本文对以苹果渣为原料提取的果胶发黑的原因进行了研究。通过对果胶中蛋白质含量的测定和对样液中还原糖的测定分析，得出的结论是果胶在干燥过程中发生了Maillard反应，而亚硫酸钠实验显示亚硫酸盐能够抑制果胶变黑，这一结果证明果胶褐变和美拉德反应有关。

苹果渣，果胶，褐变，美拉德反应

果蔬加工企业会产生大量的加工下脚料，比如果蔬的皮屑，核渣等，如果不能有效地进行处理，这些废物将会使企业的产品受到污染，并对造成环境造成不良影响。本文即对苹果渣进行研究以提取其中的果胶。但是，在提取果胶的过程中，在不同的提取条件下，温度、pH值以及原料中成分的差异都会造成果胶产品的色泽出现异常。为了解决果胶色泽问题，本实验旨在通过分析苹果渣的主要成分在果胶提取过程中的变化来确定褐变的主要原因，进而提出合理的解决方案。

1、材料与方法

1.1 实验材料

亚硫酸钠，硫酸铜，硫酸钾，氢氧化钠，硼酸，浓盐酸，碳酸钠，甲基红，次甲基蓝，无水乙醇，过氧化氢，葡萄糖,以上试剂均为分析纯。

旋转蒸发仪(上海亚荣盛华仪器厂),数显恒温水浴锅HH-4(国华电器有限公司),高速碎粉机(北京环亚天元机械技术有限公司),6173pH计(厦门索迈电子科技有限公司)

1.2 实验方法

准确称取一定量的干燥至恒重的苹果渣，量取等体积的蒸馏水，加入到样品中，摇匀后放置24h。抽滤，将滤液浓缩，然后醇析，制得的果胶置于70℃的鼓风干燥箱中干燥24h，比较果胶颜色。然后将滤渣再转移至锥形瓶中，分别加入一定量的等量的pH值为1和2的酸液。置于相同温度下水浴加热相同时间，抽滤，将滤液浓缩，然后醇析，制得的果胶同样置于70℃的鼓风干燥箱中干燥24h，比较果胶颜色。

1.3 蛋白质含量的测定

蛋白质含量测定采用半微量凯式定氮法进行。

1.4 还原糖含量的测定

采用碱性铜盐（即菲林试剂）法测定还原糖的含量。

精确称取一定量干燥至恒重的葡萄糖，配制成葡萄糖标准溶液。

用葡萄糖标准溶液对斐林试剂进行标定。然后用样品溶液对已标定的的斐林试剂进行滴定，记录所用体积。所用的体积越小，则说明样液中含有的还原糖量越多。

准确称取等量已干至恒重的苹果渣，分别量取等量的pH=1和pH=2的盐酸溶液加入到样品中。在同一温度下水浴加热相同时间。取出，分别量取10m L的样品溶液，然后定容至250m L，然后用菲林试剂滴定以测定还原糖的含量。

1.5 亚硫酸钠实验步骤

称取一定量的干至恒重的苹果渣两份，按照一定的液料比加入已调至pH=1的盐酸溶液，置于80℃水浴锅中加热1.5h，趁热抽滤。为了保证滤液成分不出现大的差别，将抽滤所得的滤液合并，摇匀后再平均分开。然后一份加入一定量的亚硫酸钠，使之充分溶解，另一份作对比。加入滤液4倍体积的无水乙醇，使果胶沉淀，然后抽滤。制得的果胶置于70℃的干燥箱中干燥24h。观察两组果胶的颜色。

2、结果与讨论

2.1 果胶中成分含量

通过凯式定氮得知苹果渣中的蛋白质如表1、菲林试剂法测定苹果渣中的还原糖的含量如表2。

由表2可以看出，滴定相同量的斐林试剂，消耗pH=1样液的体积要明显少于pH=2的样液体积。也就是说，pH=1的样液中的还原糖量要明显高于pH=2的样液。因此在醇析过程中，果胶沉淀时能够包埋更多的还原性糖。

通过对样品中的蛋白质的测定及样液中还原糖量的测定，结果表明，pH=1条件下提取果胶的样液中含有较多的还原糖，果胶成品中含有较多的蛋白质。

2.2 溶液pH对果胶色度的影响

通过实验发现，在采用水提和酸液提取时，所得产品的色度有明显的分别（如表3）。

用水提取的果胶颜色为亮黄色，并未出现变黑的现象，而加酸后pH=1条件下提取的果胶出现变黑的现象，pH=2条件下提取的果胶没有变黑。证明果胶颜色确实与pH值有关。

初步推断，在pH=1条件下提取的果胶变黑的原因很可能是在条件，比如温度，水分含量，pH值等适宜的时侯发生了Maillard反应。Maillard反应的影响因素为：反应在酸碱条件下均可发生，但是苹果渣提取果胶时酸性环境会包埋更多的蛋白质，而氨基酸、肽类、蛋白质、胺类均与褐变有关；另一个主要因素是果胶干燥时的温度，温度相差10℃，褐变速度相差3-5倍，一般在30℃以上褐变加快；提取或者干燥时的相对湿度也是一个重要的影响因素。

酸度的增加会促进多糖的水解产生单糖，而单糖更容易发生美拉德反应，造成褐变；而较低酸度时蛋白质可能没有达到其等电点，抽滤时蛋白质会转移到滤液中，而在pH=2的条件下可能在苹果渣中蛋白质的等电点附近，使得一部分蛋白质留在滤渣中，滤液中蛋白质含量相对减少。在醇析过程中，pH=1的样品中，果胶沉淀包埋了更多的单糖和蛋白质，两者相比，相同条件下pH=1的样品更容易发生褐变。

2.3 亚硫酸钠试验

亚硫酸盐是广泛使用且有效的美拉德反应褐变抑制剂。通常使用的亚硫酸盐包括了一组化合物，主要有亚硫酸钠Na2SO3、亚硫酸氢钠N aH SO3、焦亚硫酸钠N a2S2O5、保险粉Na2S2O4。

亚硫酸盐能够抑制美拉德反应发生褐变，在于加成反应反应物的羰基可以和亚硫酸根结合形成加成化合物，其加成物能与氨基化合物缩合，但缩合产物不能再进一步生成Schiff 碱和N-葡萄糖基胺,阻止了美拉德反应的进一步发生，因而有明显的抑制效果。此外，亚硫酸根还能与中间产物的羰基结合形成加成化合物，该加成化合物的褐变活性远低于氨基化合物和还原糖所形成的中间产物，使得生成类黑精的反应难以发生。

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加成的结果使有机物失去双键或减少双键，因而消除或者降低使颜色变化的因素影响，因此亚硫酸盐抑制美拉德反应褐变主要是因为亚硫酸盐捕获了强褐变活性的中间体，而生成了褐变活性很低的中间产物，从而抑制了美拉德反应。亚硫酸盐的试验的结果如表4。

由表4可以看出，亚硫酸钠对褐变有明显的抑制作用，本实验进一步证实了果胶变黑的原因是发生了Maillard反应。

3、结论

在果蔬加工过程中出现褐变情况主要原因是酶促褐变和非酶促褐变，酶促褐变发生的条件要求有多酚类物质、酚酶以及氧，而在处理此类褐变时的手段：加热处理、调节pH以及驱除氧法。

而对于非酶促褐变，本试验进行的条件：温度70℃，pH 1-2，苹果中抗坏血酸即维生素C的含量丰富，就可起到消除氧的目的，因此通过本实验以确认苹果果胶生产中出现产品褐变是非酶促褐变。而通过对蛋白质和对还原糖的测定，可知pH=1条件提取的果胶中含有更多的蛋白质，而且苹果渣中二糖或多糖水解程度要大于在pH=2的条件下的水解程度，从而导致果胶浓缩液中含有了更多的还原性糖。所以果胶生产中发生了Maillard 反应，有了变黑的可能。可用亚硫酸钠来抑制果胶(pH=1条件下制得)的褐变。

*福建厦门集美大学生物工程学院
**福建武夷山武夷学院茶学与生物系