板栗的酶促褐变特性及灭酶预处理研究

曾婷婷，张立彦，芮汉明

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

板栗的酶促褐变特性及灭酶预处理研究

曾婷婷，张立彦﹡，芮汉明

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

对冻藏板栗中多酚氧化酶（PPO）的活力及热稳定性进行了比较，研究低糖板栗果脯灭酶预处理及其对后续渗糖过程的影响。结果表明：板栗中影响褐变的酶主要有PPO和POD，其中PPO较POD热稳定性略高。冻藏后的板栗中PPO最适温度及pH分别为20℃和6.5。板栗加工中应以板栗PPO活力降至8%以下作为是否灭酶充分的标准。通过与热水烫漂灭酶、蒸汽灭酶比较发现，微波热烫处理可抑制低糖板栗果脯加工过程中的褐变，并有助于提高渗糖效率。微波灭酶的最佳条件是：功率密度4W/g，处理6min。

板栗，酶促褐变，微波热烫

板栗原产我国，属壳斗科栗属（Castaneamiu）植物，是最早栽培的经济树种之一。板栗是经济价值较高的干果之一，营养十分丰富，其栗果中含有人体必需的蛋白质、碳水化合物、脂肪和其他微量元素，是人们理想的食物来源[1]。目前我国板栗多以生栗原料销售，板栗加工主要属于粗加工[2-3]，板栗制品的花色品种不多，科技含量不高，加工技术比较落后。在板栗加工过程中，褐变是影响产品质量的一个重要问题。它不仅影响板栗制品的外观、风味，还会造成营养物质的损失，甚至食品的变质。板栗的褐变包括酶促褐变和非酶促褐变[20]。酶促褐变主要是由多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）引起栗果中的酚类与单宁等成分氧化而产生的颜色变化[4]。通常，食品加工过程中采用烫漂的方法使PPO失活[5]。但是热水烫漂灭酶容易使原料香味损失，影响口感和风味。微波热烫灭酶是一种较新的灭酶方式，它能迅速升温，瞬时达到灭酶的效果[6]。国外已将微波用于加热蔬菜、水果，进行酶灭活的处理，避免了沸水或蒸汽“煮白”造成的物料的水溶性维生素和汁液的流失。本文对冻藏板栗的PPO活力进行了研究，同时对板栗进行微波热烫灭酶，通过与热烫灭酶、蒸汽灭酶比较，研究微波灭酶的效果及对后续渗糖过程的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜板栗 阳朔中果红油栗，市售；冻藏板栗 阳朔中果红油栗，市售板栗在-18℃下冻藏30d；PVP（聚乙烯吡咯烷酮）、PEG（聚乙二醇）、邻苯二酚、愈创木酚、高锰酸钾、碘化钾、硫代硫酸钠、双氧水H2O2、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠（磷酸缓冲液） 均为分析纯。

WD800G型Galanz微波炉 佛山市格兰氏微波炉电器有限公司；NN-GS585M型松下变频微波炉上海松下微波炉有限公司；Spectrumlab 22PC型紫外分光光度计 上海棱光技术有限公司；D2KW02电热恒温锅 北京市永光明医疗仪器厂；Center 309 Datalogger thermometer Center Technology Corporation；pHS-3C型精密酸度计 上海大普仪器有限公司；80-2离心机 上海悦丰仪器仪表有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 酶的提取方法 取板栗仁100g，迅速加入200mL含1%PVP（w/v）和1%PEG的0.2mol/L磷酸缓冲溶液（pH7.0，预冷至4℃），迅速用高速组织捣碎机在5000r/min转速下匀浆30s，匀浆液在4℃左右以7800r/min的速度离心10min，离心之后的上清液即为粗酶液，置4℃冰箱保存。

1.2.2 PPO活力测定方法 依次向试管中迅速加入0.2mol/L磷酸盐缓冲液（pH7.0）1.8mL和0.2mol/L邻苯二酚1.0mL，摇匀在30℃水浴中预热10min，然后加入0.2mL粗酶液并鼓泡混匀，立即在410nm测定吸光值的变化。从酶液加入后开始计时，每1min记录一次吸光度值，共记录5min，对照不加酶液，重复测3次。

以1min吸光值增加0.001为一个酶活力单位（U），酶活力计算公式如下：

式中：XPPO-PPO酶活力，U/mL；U-酶活力单位，U；V-粗酶液体积，mL。

1.2.3 POD活力测定方法 依次向试管中加入0.2mol/L的磷酸盐缓冲溶液（pH7.0）2.9mL、0.05mol/L的愈创木酚1mL和2%H2O21mL，30℃水浴预热10min，再加入0.1mL酶液，立即在波长470nm处测定吸光值的变化，从加入酶液时开始计时，记录每隔1min的吸光度值，共记录5min，对照不加酶液，重复测3次。

以1min吸光值增加0.001为一个酶活力单位（U），酶活力计算公式如下：

1.2.4 酶相对残余活力计算方法 相对残余酶活（%）=处理后样品中的酶活/板栗原始酶活×100%

1.2.5 褐变值的测定 取样品3g用粘磨磨碎，加10倍体积的水，在3500r/min的离心机中离心20min，去掉沉淀物，过滤后在分光光度计420nm处测定总褐变的吸光值。取0.1mL样液加10mL水，280nm处测非酶褐变的吸光值。

1.2.6 微波灭酶处理与其它护色处理方式的比较对去壳后的板栗进行如下处理后，比较其褐变吸光度值，分析其护色效果。另外通过比较不同护色处理后渗糖过程中果脯总糖含量的变化，分析不同护色处理对渗糖效果的促进作用。

a.对照：不作任何处理，直接用40%的蔗糖液浸糖20h。

b.NaHSO3处理：用0.5%的NaHSO3溶液浸泡煮制20min，漂洗、沥干用40%的蔗糖液浸糖20h。

c.煮制处理：将栗仁放入沸水中小火维持20min，然后沥干用40%的蔗糖液浸20h。

d.冷冻处理：将栗仁置于冰箱中冻结1h，达到中心温度-20℃，然后室温解冻，用40%的蔗糖液浸糖20h。

e.微波处理：栗仁经微波灭酶最佳工艺处理后，沥干用40%的蔗糖液浸糖20h。

2 结果与讨论

2.1 冻藏板栗PPO性质的研究

2.1.1 温度对板栗中PPO活力的影响 将新鲜板栗及冻藏板栗中的PPO分别在0～100℃下保温10min，迅速冷却后分别测定PPO活性，结果见图1所示。

图1 温度对板栗PPO活力的影响

由图1可知，冻藏后PPO在10～20℃和50℃左右酶活性较高，在60℃以上时，PPO开始受热钝化，热稳定性下降，80℃处理10min已经基本失活。新鲜板栗PPO在20～50℃范围内活力较强。一般果蔬PPO在37～45℃时活性最高，50℃受到抑制，90℃时只需1min即可失活[7]，因此板栗中的PPO耐冷性和耐热性都相对较高，作用的温度范围大，这也是板栗容易褐变的一个重要原因。与新鲜板栗相比，冻藏处理后的板栗PPO的耐冷性增强。在实际生产中应该避开PPO适合的温度作用范围，从而减缓由于PPO引起的褐变。

2.1.2 pH对冻藏板栗PPO活力的影响 研究了pH对冻藏板栗中PPO活力的影响，结果如图2所示。

图2 pH对冻藏板栗PPO活性的影响

从图2中可以看出，反应体系的pH对PPO活力影响较明显。pH在6.5时，PPO的活力达到最大；pH在小于4及大于8时，PPO活力受到显著抑制。其原因主要在于PPO为含铜蛋白质，在较强的酸性条件下，辅基铜将以铜的形式解离出来，从而使酶失活；而在碱性条件时，辅基铜会解离成氢氧化铜，使酶活力显著降低。黎继烈研究了新鲜板栗的最适pH在6.2～6.6之间[8]，这与本结论基本相符。说明冻藏处理后的PPO的最适pH基本保持不变，生产中应避开这段范围。

2.2 冻藏板栗的PPO和POD热稳定性比较

对比研究了冻藏板栗中PPO及POD的热稳定性，结果见图3所示。由图3可见，冻藏板栗PPO的热稳定性比POD好。相同处理条件下，当POD的相对残余酶活降至8%时，PPO尚有较高活力（19.4%）[9]。因此，冻藏板栗灭酶应以PPO活力作为标准。PPO活力随着时间的变化在刚开始时下降明显，在后期下降趋于缓慢，在低于8%时相对变化较小，因此应以板栗PPO活力降低至8%以下作为灭酶充分的标准[10]。

图3 热处理时间对冻藏板栗PPO和POD相对残余活性的影响

2.3 不同灭酶方式对板栗PPO活力的影响

研究了三种不同的灭酶方法：微波灭酶（4W/g）、热水烫漂灭酶、蒸汽灭酶对冻藏板栗PPO活力的影响，结果如图4所示。

图4 不同灭酶方法对冻藏板栗PPO活力的影响

由图4可知，三种热烫方式中采用4W/g功率密度的微波灭酶作用效果是最佳的，蒸汽灭酶的作用效果最差。微波的作用机制能让介质快速升温，加速灭酶效果，同时微波本身还会对酶的蛋白结构有强烈的破坏作用而使之失活[11]。

2.4 微波灭酶工艺的确定

2.4.1 微波处理条件对冻藏板栗PPO酶活力的影响从图5可看出，微波处理对冻藏板栗PPO的钝化作用很明显，在2W/g的功率密度条件下，微波处理8min可使PPO的活力降到8%以下。而当微波功率密度为12W/g时，微波处理3min可使PPO的活力降到8%以下。当微波功率密度小于6W/g时，微波对PPO活力的影响分三个阶段，初期酶活力的降低比较缓慢，而中期有加速过程，当其相对活力为20%左右时又进入了缓慢降低阶段。而微波功率密度大于6W/g时，PPO活力的变化基本是一个急速降低的过程[12]。

图5 微波处理对冻藏板栗PPO酶活力的影响

2.4.2 微波灭酶对板栗非酶褐变的影响 在微波灭酶处理过程中，板栗会发生褐变，主要属于非酶褐变。本文研究了微波处理条件对板栗非酶褐变的影响，结果如图6所示。

图6 微波对板栗非酶褐变的影响

由图6可以看出，随着微波功率密度的增加，非酶褐变不断加剧。并且初期增长缓慢，随着时间的增加，增长速率不断增加。这主要是由于微波的加热机制并不是匀速加热，并且随着加热时间增长，温度不断增加，美拉德反应加剧。后期可能还会出现焦化现象。之前的研究结果显示，功率密度为2W/g的条件下，微波灭酶所需时间是8min；功率密度4W/g条件下，微波灭酶所需时间是6min；6W/g板栗仁时是5min。从灭酶过程中微波对板栗非酶褐变的影响来看，不同功率密度下板栗褐变急剧增加的时间不同，2W/g时是8min，4W/g时是6min，6W/g时是4min，由此可见当微波功率密度大于4W/g灭酶后会产生严重的非酶褐变，从而影响灭酶的效果。因此板栗微波灭酶的最佳条件是4W/g功率密度下处理6min。

2.5 不同护色方式对低糖板栗果脯渗糖过程的影响

在果脯制作过程中渗糖速度的快慢是整个加工过程快慢的决定因素。通过测定糖液中的糖度来确定不同护色处理工艺对低糖板栗果脯渗糖过程的影响。图7表明微波灭酶处理后的样品糖液渗透速度最快，并且只要2h就达到渗透平衡，水煮处理次之。NaHSO3处理与水煮处理比较，在煮制过程中，NaHSO3对组织有一定的破坏作用，增加了水煮时的渗透速率。冻藏过程中，板栗的水分形成结晶，冰结晶对组织有一定的破坏作用，在解冻后组织脱水严重，组织质地变软，糖液渗透过程中糖液可以更快地渗透进组织内部。由上可见微波灭酶处理不但能够有效抑制果脯加工过程中的褐变，而且有助于提高渗糖效率。

图7 不同预处理方式对渗糖速率的影响

测定了经过上述不同护色工艺处理后制备的低糖板栗果脯的含糖量及褐变值，结果见表1所示。

表1 不同护色处理工艺下低糖板栗果脯含糖量及褐变值

从表1可以看出，微波灭酶后所得到板栗果脯的总糖含量最高。微波加热后的样品由于内部水分子的急剧汽化使得板栗组织膨胀，形成细小通道，通透性增加，蔗糖分子较易进入组织内部，所以总糖含量较高。经煮制处理后的板栗果脯总糖含量要明显高于没有煮制的样品，且高于冻藏板栗样品。所以高温对提高渗透速度有很大的影响。

NaHSO3处理能明显改善样品的褐变特性，微波处理效果次之。微波能在瞬时达到高温所以能够钝化酶，但由于其作用时间短又不会明显地加速非酶褐变，所以使整体褐变程度降低。由于NaHSO3处理在护色作用的可行性存在争议，所以在低糖板栗果脯加工中采用微波处理灭酶护色可以达到安全、无残留的目的。

3 结论

3.1 温度在20℃，pH在6.2～6.6的条件下新鲜板栗的PPO有最高的活力。而冻藏处理后的板栗PPO最适温度降为10℃，最适pH在6.2～6.6之间。冻藏板栗中PPO的热稳定性比POD好。

3.2 对冻藏板栗进行灭酶，得出微波灭酶效果最好，热水烫漂次之，蒸汽灭酶效果最差。最佳的微波灭酶条件是：微波功率密度为4W/g条件下处理6min。微波灭酶处理不但能够有效抑制果脯加工过程中的褐变，而且有助于渗糖过程，提高生产效率。

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Study on enzymatic browning and blanching methods of chestnut

ZENG Ting-ting,ZHANG Li-yan*,RUI Han-ming

（College of Light Industry and Food Sciences,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China）

The activity and thermal stability of polyphenol oxidase (PPO)in frozed chestnut were studied.The blanching methods and their effects on candying processing of chestnut were also investigated.Results showed that the thermal stability of PPO was higher than POD，the optimum temperature and pH of PPO were 20℃，6.5 respectively.When the relative activity of PPO was decreased to less than 8%，the enzymes causing browning in chestnut were estimated to be inactivated enough.Compared with the way of hot water and steam blanching，enzymatic browning in chestnut was inhibited efficiently by microwave blanching，and the sugar impregnation into chestnut was enhanced too in the processing of low-sugar candied chestnut.The optimal treatment of microwave blanching was that chestnut was heated at 4W/g power indensity for 6min.

chestnut；enzymatic browning；microwave blanching

TS201.2

A

1002-0306（2011）10-0110-04

2010-11-30 *通讯联系人

曾婷婷（1986-），女，研究生，研究方向：食品加工与保藏。

广东省科技计划农业攻关项目（2010B020312004）。