苹果多酚氧化酶特性及无硫护色脱水研究

刘树兴，王 乐

(陕西科技大学生命与工程学院，陕西西安710021)

苹果多酚氧化酶特性及无硫护色脱水研究

刘树兴，王 乐*

(陕西科技大学生命与工程学院，陕西西安710021)

脱水苹果片在加工过程中极易发生褐变。在对苹果多酚氧化酶特性进行分析的基础上，通过设计正交实验得到最佳无硫护色剂组合，并初步确定真空干燥的条件。结果表明，苹果多酚氧化酶的最适pH为6.0，最适温度为36℃，100℃热烫60s可使其完全失活。苹果片的最佳无硫护色剂组合为0.6%柠檬酸、0.06%L-半胱氨酸、1.5%氯化钠，在真空度为0.09MPa，温度为50℃的条件下，可得到色泽较好的苹果片。

脱水苹果片，多酚氧化酶，无硫护色，真空干燥

苹果 新鲜市售;柠檬酸、氯化钠 食品级;邻苯二酚、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、甲醇、L-半胱氨酸分析纯。

DZF型真空干燥箱、粉碎机FW-400A 北京科伟仪器有限公司;5810R型冷冻离心机 湖南凯达科学仪器有限公司;UV754紫外分光光度计 上海第三分析仪器厂;MF-50快速水分测定仪 上海禾工科学仪器有限公司;PB-10型pH测定仪 浙江赛因科学仪器有限公司;BCD-177AK型电冰箱 河南新飞电器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 苹果粗酶液的提取 新鲜苹果放入4℃冰箱中预冷30min，取出洗净。称取果肉1g，加入3mL 0.05mol/L磷酸缓冲液及少量石英砂，冰浴研磨，低温离心(13000r/min，10min)，取上清液，即为粗酶液［3］。

1.2.2 PPO活性测定 反应体系中加入1mL缓冲液，1.5mL 0.02mol/L邻苯二酚，36℃保温10min，迅速加入0.5mL酶液。在420nm下每隔30s测一次吸光值，共3min，重复测3次，以每分钟吸光度改变0.001所需酶量为1个活力单位(0.001ΔA/min)［4］。

1.2.3 pH对PPO活性的影响 配制pH为2.0～8.0系列缓冲液，分别加入1.5mL 0.02mol/L邻苯二酚和0.5mL酶液，按1.2.2方法测定不同pH对PPO活性的影响。

1.2.4 温度对PPO活性的影响 吸取1mL缓冲液和1.5mL 0.02mol/L邻苯二酚，分别在 20～80℃保温10min，迅速加入0.5mL酶液，测定不同温度对PPO活性的影响。

1.2.5 PPO的热稳定性 将苹果粗酶液在100、90、80℃水浴中处理一定时间(10、20、30、40、50、60s)后，加入反应体系，测定PPO的活性。

1.2.6 抑制剂对PPO活性的影响 用0.05mol/L磷酸缓冲液配制表1中不同浓度的抑制剂。在反应体系中加入0.5mL抑制剂，混合反应20min，再迅速加入0.5mL酶液，测定不同浓度抑制剂对PPO活性的影响。

表1 不同浓度抑制剂对PPO活性的影响

1.2.7 褐变度的测定 取数片苹果片研磨成粉并过筛，称取0.5g，按1∶10(W∶V)加入甲醇5mL，在40℃水浴锅中浸提30min，立即冷却，离心(13000r/min，10min)。取上清液在420nm下测定吸光度A420，褐变度BD以A420×10表示［5］。重复测定3次取平均值。

1.2.8 最佳无硫护色条件的确定 本实验选用柠檬酸、L-半胱氨酸、氯化钠作为护色剂。苹果经去皮等预处理，切分成5mm厚的苹果片，分别用不同浓度的护色剂处理，浸泡时间为20min，以初步确定护色剂适宜的浓度范围，护色后的苹果片，沥干水分，置于真空干燥箱中脱水干燥。采用L9(34)正交实验方案，以柠檬酸、L-半胱氨酸及氯化钠浓度、浸泡时间为考察因素，以苹果片的褐变度为考察指标，由正交实验结果分析得到最佳无硫护色剂组合。

1.2.9 苹果片真空干燥实验 苹果片经最佳护色剂护色处理后，沥干水分，均匀铺放于真空干燥箱中进行薄层干燥，至最终含水量为3%。保持真空度为0.09MPa，调节温度分别为40、45、50、55、60℃，评价指标为产品的褐变度、干燥时间及感官品质，综合比较得到最佳干燥条件。

表2 苹果片感官指标评价标准

2 结果与讨论

2.1 pH对PPO活性的影响

由图1可知，苹果多酚氧化酶的活性随pH的增加而增加，在pH为6时，PPO活力最大为142ΔA/min，pH继续增加，PPO活力开始下降。由此可知，pH对PPO活力影响显著，偏酸或偏碱的条件都可对酶活性有较好抑制。对苹果片进行护色时，必须考虑pH的影响，可调节pH在2～3范围内。

图1 pH对PPO活性的影响

2.2 温度对PPO活性的影响

图2表明，酶活力随温度的升高而发生较大变化，在36℃时达到最大值，当温度继续上升时，酶活力显著降低，在80℃条件下，酶活力仅为最大值的21%。因此在苹果片加工过程中应尽量避免多酚氧化酶的最适温度即36℃。

图2 温度对PPO活性的影响

2.3 PPO的热稳定性

图3显示的是苹果粗酶液经100、90、80℃高温处理10、20、30、40、50、60s后PPO的相对活性。经高温处理后，多酚氧化酶活性受到较大程度的抑制，温度越高，处理时间越长，抑制效果也越明显。100℃水浴热烫30s，大部分酶已失活，热烫60s就可以使多酚氧化酶完全失活。在苹果片加工的过程中，可以考虑使用高温瞬间热烫的方法来护色，但同时必须考虑到热烫对果片风味的不良影响。

图3 PPO的热稳定性

2.4 抑制剂对PPO活性的抑制作用

由图4可知，三种抑制剂对PPO活力的抑制效果依次为L-半胱氨酸、柠檬酸、氯化钠。L-半胱氨酸的抑制作用最显著，随着其浓度的增大，PPO的相对活性一直呈下降的趋势，当L-半胱氨酸浓度为0.06%时，PPO的相对活性仅为10%，当其浓度继续增大为0.08%时，PPO的相对活性为0。分析可能的原因是:L-半胱氨酸与酚氧化产物醌反应生成一种新的无色物质，避免醌与其他醌类、氨基酸、蛋白质反应生成有色物质;半胱氨酸还可通过与多酚氧化酶活性位点的铜离子不可逆结合，或者替代活性位点的组氨酸残基而抑制酶活性［6］。

图4 不同浓度护色剂对PPO活性抑制效果

柠檬酸护色原因有两方面:第一，降低体系的pH，使其远低于苹果多酚氧化酶的最适pH;第二，通过羧基与多酚氧化酶的辅基铜离子的螯合作用，抑制酶的活性［7］。增加柠檬酸溶液浓度，PPO活性下降，当浓度为1.0%时，相对活性可降为36.1%。但考虑到此浓度会造成苹果片口感过酸，在加工过程中可使用较低浓度并和其它护色剂联合使用，以达到护色的效果。

苹果多酚氧化酶的活性随着氯化钠浓度的升高呈下降趋势，但是相对趋势与以上两种抑制剂相比较小。氯化钠能护色在于它能部分排除溶于水中的氧气，使酚类底物难以与氧接触，氯化钠溶液形成的高渗透压也可使酶细胞脱水失活。但在实际添加过程中，必须注意氯化钠浓度不能过高，否则影响产品的口感。

2.5 最佳无硫护色条件的确定

通过分析可得，以上四因素对苹果片褐变度影响程度大小依次为B＞A＞D＞C，即L-半胱氨酸对苹果片护色效果影响最大，其次为柠檬酸、浸泡时间、氯化钠。根据实验结果及极差分析得出最佳护色组合为A2B3C3D2，即0.6%柠檬酸、0.06%L-半胱氨酸、1.5%氯化钠，浸泡时间为20min。

表3 苹果片护色正交实验

2.6 验证实验

根据正交实验得到的最佳护色组合为A2B3C3D2，进行验证实验，测定褐变度为1.31，结果与正交实验相符，证明正交实验结果是可信的。采用此复合护色剂处理的苹果片，在整个加工过程中，包括护色处理及后续干燥脱水期间，无褐变现象，并且酸甜适中，具有苹果特有的香味。

表4 正交实验结果表

2.7 苹果片真空干燥参数的确定

苹果片护色后进行真空干燥，可使水分在较低的温度下蒸发，从而减轻普通热风干燥较高的温度所带来的非酶促褐变。同时干燥箱内保持一个较低的氧气浓度，可进一步削弱脱水过程中酶促褐变和非酶促褐变的发生。从表5可以清楚地看到，在保持0.09MPa这个较高的真空度时，温度越高，干燥速度越快，40℃条件下，果片干燥到安全水分含量需要8h之久。当温度高于50℃，虽然干燥速度快，但果片褐变较严重，测得60℃干燥的苹果片吸光度最大;温度较低时，由于达到3%含水量所需的干燥时间过长(7～8h)，褐变现象反而更严重。综合比较可知，50℃为最佳温度，苹果片无褐变、色泽好、脱水速度快，并且有良好的苹果香味，最终含水量可达3%，适于长期保存。

表5 真空干燥不同温度对苹果片综合指标的影响

3 结论

护色及干燥是苹果片加工最关键的两个工序，采用无硫护色剂处理，真空干燥脱水不仅可以保证产品的安全性，还可以最大程度地防止果片褐变。苹果片防褐变的最佳无硫护色剂组合是0.6%柠檬酸、0.06%L-半胱氨酸、1.5%氯化钠。采用此护色剂组合对苹果片浸泡20min，在真空度为0.09MPa，50℃下干燥5.5h可得到色泽及风味较好的苹果片。

［1］廖小军，胡小松.我国苹果生产、加工现状与发展对策［J］.中国农业科技导报，2001，3(6):13-16

［2］庞韵华.组合干燥法生产苹果片的研究［D］.江南大学，2008.

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Characteristics of polyphenol oxidase in apple and non-sulfur prevention of discoloration in dried apple slice processing

LIU Shu-xing，WANG Le*
(College of Life Science＆Engineering，Shaanxi University of Science＆Technology，Xi’an 710021，China)

Browning occured very easily during the procession of dried apple slice.In this study，the characteristics of polyphenol oxidase in apple were investigated.By an orthogonal experiment of L9(34)，a kind of mixed soaking solution which was safe and effective for color protection was obtained.The results showed that polyphenol oxidase in apple was actively at pH6.0 and 36℃，and the activity was almost lost in condition of 100℃，60s.After the apple were soaked in the mixed solution which consisted of 0.6%citric acid，0.06%L-cys and 1.5%NaCl，and dried at 50℃，0.09MPa，the color of the dried apple slice was good.

dried apple slice;polyphenol oxidase;non-sulfites color protection;vacuum drying

TS255.1

B

1002-0306(2011)03-0334-03

苹果是我国产量最大的水果，而陕西省已成为我国最主要的苹果两大产区之一［1］。苹果产量之大已超过了鲜销的需求，对苹果进行深加工不仅可以解决鲜销市场卖果难的问题，还可以实现加工增值［2］。由于新鲜苹果加工制成的苹果脆片，适用范围广泛，必将会以其独特的口味吸引消费者的目光，具有广阔的市场前景。但苹果在去皮切片后，如果不经处理直接暴露在空气中，会很快发生褐变，脱水干燥时还会发生美拉德反应，影响产品的商业价值。本研究拟分析苹果多酚氧化酶特性，采用无硫护色剂对苹果片护色，使用真空干燥法对其脱水干燥，尽可能减轻非酶促褐变的影响，旨在得到护色效果最好的无硫苹果片。这一新工艺不同于传统的硫处理防褐变方法，可避免由于食品中添加过量硫对人体产生的危害以及对环境的污染，同时为苹果片的生产提供一种新的工艺路线，提高苹果的综合应用价值。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

2010-03-19 *通讯联系人

刘树兴(1962-)，男，教授，硕士，研究方向:食品加工与食品添加剂研制。