不同微波预处理对苹果汁褐变特性的影响

易建华，朱 丹，朱振宝（陕西科技大学生命科学与工程学院，陕西西安710021）

不同微波预处理对苹果汁褐变特性的影响

易建华，朱 丹*，朱振宝
（陕西科技大学生命科学与工程学院，陕西西安710021）

为了抑制苹果汁在加工过程中的褐变，将微波加热技术与乳清分离蛋白（WPI）、抗坏血酸（AA）、柠檬酸（CA）三种褐变抑制剂相结合，采用不同的微波功率和时间处理苹果原料，研究不同预处理方式对苹果汁褐变特性的影响。结果表明，随着微波功率提高和处理时间的延长，苹果汁多酚氧化酶（PPO）活性降低，色泽提高；当功率为720W，处理时间120s时，果汁PPO几乎被完全抑制，色泽、总酚、氨基态氮含量增加，总糖含量下降，总酸含量略微提高。其中，经WPI水浴微波处理后的果汁L值为91.14，与其他预处理后的果汁色泽相差不大，且总酚含量增幅最小，因而是较佳的抑制果汁褐变方法。

苹果汁，微波，褐变，多酚氧化酶（PPO），乳清分离蛋白（WPI）

得益于成本和资源优势，中国苹果加工产业发展迅速，产业规模、产能居世界首位。其中，浓缩苹果汁是苹果加工的主要产品[1]。而苹果汁生产中面临的一大技术难题就是褐变，其主要原因在于苹果多酚氧化酶（PPO）将多酚氧化成邻醌，经过非酶聚合途径与氨基酸、蛋白质或其他化合物作用形成褐色物质[2]，从而影响果汁感官品质，降低其市场竞争力。传统的钝化酶活性的方法是高温热处理或添加抑制酶活性的化学添加剂。工业生产苹果浆采用93～98℃处理4～5min来钝化酶活[3]，郝瑞峰等[4]研究表明75℃30s对PPO活性破坏较大且处理后的PPO酶活可以较好地被果汁自身低pH所抑制；Luo Yangguang等[5]添加亚氯酸钠抑制鲜切苹果块的酶促褐变，赵盼[6]研究了壳聚糖对苹果汁的抗褐变作用，Rosa等[7]添加蜂蜜提取物等天然物质来抑制苹果汁的酶促褐变。但是，高温处理不仅影响产品的营养成分[8]，对于风味物质含量高的热敏性食品如苹果汁，高温处理后其风味、色泽受到很大的影响。微波加热技术与传统加热方法相比，具有快速、均匀、穿透力强等特性[3]。Gerard等[9]研究发现，微波处理苹果浆可以提高出汁率，使酶快速失活，降低褐变程度，改善苹果汁的感官品质；张少颖等[10]研究发现微波处理原料可以提高苹果汁的色值，降低多酚氧化酶的活性。本实验将微波加热技术与褐变抑制剂相结合，探究不同方式预处理原料对苹果汁的PPO活性以及理化品质的影响，以期得到一种快速、高效地抑制苹果汁褐变方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

富士苹果 购于西安果蔬市场，选取大小均匀、颜色一致的苹果，贮存于4℃备用；乳清分离蛋白

Davisco WPI 95，上海福诺食品有限公司；Sigma Folin-Ciocalteu试剂 美国Sigma-Aldrich有限公司；抗坏血酸（AA）、柠檬酸（CA）、硫酸铜、酒石酸钾钠、甲醛、30%过氧化氢、磷酸氢二钠、柠檬酸、无水碳酸钠等 分析纯，天津市天力化学试剂有限公司。

LG-WD900型微波炉 LG电子（天津）电器有限公司；CM-5型色差仪 日本Minolta公司；7200型可见分光光度计 尤尼柯上海仪器有限公司；501A型超级恒温器 上海实验仪器厂有限公司；TDL-40B型台式离心机 上海安亭科学仪器厂；JYL-C020型九阳料理机 山东九阳股份有限公司；BS323S型电子天平、PB-10型精密酸度计 赛多利斯科学仪器北京有限公司。

1.2 实验方法

将苹果洗净，去皮去核，切块，每份50g，浸泡于相同体积的WPI、AA、CA溶液中进行水浴微波处理。经前期实验，WPI的添加量为0.7%，经查阅相关文献，同时为了便于对比同等条件下三种抑制剂的效果，AA、CA的添加量也选为0.7%。处理功率设置为180、360、540、720、900W，处理时间设置为40、60、80、100、120s，处理完后迅速冷却，加入50mL PBS（pH3.0）用料理机打浆，过滤后于3500r/min离心10min，取上清液得果汁。同时以未进行微波处理的作为对照组。

1.3 分析方法

1.3.1 苹果汁PPO活性的测定 根据Krapfenbauer G等[11]的方法，略有改动。2.5mL McIlvane缓冲液（pH6.5），30s后加入0.1mL经处理或未经处理的苹果汁，30s后再加入1mL儿茶酚（0.2mol/L），于420nm下测定其吸光值变化，连续2min。酶活性（U）由最初的反应速率决定。苹果汁PPO的相对活性（R）根据以下公式计算：

式中，U：经微波预处理后的苹果汁PPO活性，U0：未经微波预处理后的苹果汁PPO活性。

1.3.2 苹果汁的色泽测定 应用CIE LAB色彩空间，通过L、a、b值表示，三个基本坐标表示颜色的亮度（L，L=0指示黑色而L=100指示白色），它在红色和绿色之间的位置（a负值指示绿色而正值指示红色）和它在黄色和蓝色之间的位置（b负值指示蓝色而正值指示黄色）。ΔΕ表示果汁总体色差，其值越小，表明褐变程度越小。

ΔΕ=[（ΔL）2+（Δa）2+（Δb）2]1/2

1.3.3 总酚的测定 采用Folin-Ciocalteu法[12]，略有改动。

1.3.4 总酸的测定 参考GB/T 12456-2008食品中总酸的测定。

1.3.5 总糖的测定 采用直接滴定法[13]。

1.3.6 氨基态氮的测定 采用甲醛值法，参考GB/T 12143-2008饮料通用分析方法。

1.4 数据分析

实验重复3次；采用SPSS 14.0软件中One-Way ANOVA进行处理和差异显著性分析，数据结果以均数±标准差（x±SD）表示。

2 结果与讨论

2.1 微波预处理对苹果汁PPO活性的影响

图1是微波与褐变抑制剂相结合处理苹果原料对苹果汁PPO活性的影响。乳清分离蛋白（whey protein isolates，WPI）是一种来源于奶制品的天然蛋白质，广泛应用于食品行业。乳清蛋白富含半胱氨酸，具有一定的抗氧化性。Perez-Gago等[14]研究表明乳清蛋白能够抑制苹果块的酶促褐变，并且指出乳清蛋白的抑制褐变作用来源于WPI中具有抗氧化活性的氨基酸基团，例如半胱氨酸，或是因为蛋白质具有较高的氧化电位。由图1A可以看出，当微波功率低于360W，时间小于60s时，R＞1，说明PPO的活性反而被促进。Ellas等[15]研究表明半胱氨酸、色氨酸、甲硫氨酸等抗氧化氨基酸基团被包埋于蛋白质内部，在一定温度作用下才能暴露出来，另外，前期实验表明，在20～60℃范围内，WPI抑制褐变的作用效果与温度成反比，可能在低功率短时间的微波作用下，一方面达不到WPI的作用温度，一方面PPO的活性被激发；随着微波功率的提高和时间的延长，PPO的相对活性迅速减小，当微波功率为540W，时间100s时，对PPO相对活性仅为6.5%。

抗坏血酸（AA）是一般公认的安全类（GRAS）添加剂。有研究表明，AA可以抑制苹果汁的褐变，因而为苹果汁加工行业广泛采用。由图1B可以看出，当微波功率低于360W，处理时间小于60s时，R＞1，与图A趋势基本一致，可能原因在于在此条件下，PPO受热，活性被激发。但随着微波功率的增强和时间的延长，PPO的相对活性越来越小，当微波功率为540W，处理100s，PPO相对活性仅为5.3%。研究认为，AA可以将苹果醌还原成苹果多酚，因而有效抑制苹果汁褐变[16]。

柠檬酸（CA）是食品工业中常用的一种护色剂，对PPO具有明显的抑制作用。Demir等[17]发现苹果PPO能被CA抑制。邹立强等[18]研究表明当CA浓度达到70mmol/L时，蘑菇PPO相对酶活性仅为原酶活性的1.0%，此时PPO的活性已完全被抑制。由图1C可以看出，CA与微波共同作用下，随着微波功率的增大和时间的延长，苹果汁PPO的相对活性不断下降，这可能因为CA对PPO的活性中心的铜离子具有较强的螯合作用，另外随着CA的加入使溶液的pH降低，使得反应体系的pH远离PPO的最适pH，从而导致PPO的结构被破坏，PPO活性受到抑制。当微波功率为540W，处理100s，PPO相对活性也为5.3%，与AA作用相当。

由图1可知，微波功率较低时，钝化PPO效果较差；但随着功率的增大，PPO钝化率随之提高。综上，微波与抑制剂相结合处理苹果原料，可以抑制PPO活性。

图1 不同微波预处理对苹果汁PPO相对活性的影响Fig.1 Effect of different microwave pretreatments on relative activity of PPO in apple juice

2.2 微波预处理对苹果汁色泽的影响

L值能较好地反映出苹果汁的褐变程度[19]。由图2A可知，当功率低于360W，处理时间小于60s时，果汁的L值低于对照值，可见该作用条件下，反而加速果汁的褐变，该结果与上述研究相一致。这可能是由于该处理条件WPI尚未适当变性，另一方面，WPI作为一种蛋白质可能加速了美拉德反应等非酶促褐变，导致果汁色泽加深。此后，随着功率的增强，果汁的色泽迅速提高，当功率为720W，时间为120s时，其L值与相同处理时间下功率为900W的果汁L值几乎一致。

虽然AA与WPI作用于PPO的规律较为一致，但是由图2B可以看出低功率短时间内果汁的L值高于经WPI水浴处理后的，可能原因在于AA并非直接抑制PPO的活性，而是将醌类还原为酚类，从而阻止褐色物质的形成。而且随着处理功率和时间的增加，总体上果汁的L值也随之升高。当功率为900W，处理时间超过80s时，果块发生缩水现象且颜色发黄，原因是AA氧化分解可与游离氨基酸反应，生成红色素及黄色素[20]，从而影响果汁色泽；当功率为720W时，果汁L值随着处理时间的延长而升高，120s时达到最大值（94.50）。

由图2C可以看出，总体上果汁的L值随着处理功率和时间的增加而升高，当功率大于720W，处理时间大于60s时，L值变化很小，因为此时PPO的活性几乎被抑制完全。当功率为720W，处理时间为60s时，果汁L值最大（93.20），处理120s时，果汁L值略有降低，但仍大于90。

图2 不同方式微波预处理对苹果汁L值的影响Fig.2 Effect of different microwave pretreatments on the evolution of lightness（L）in apple juice

实验过程中发现，当微波功率为900W时，随着处理时间的延长，果块会出现不同程度的收缩且果汁颜色不佳，可能原因是在高温环境中发生了焦糖化反应，果块中的糖分解后与氨基化合物反应而参与到美拉德反应中[20]，使色泽受到影响。可见，适当提高微波功率，可以有效改善果汁的色泽；但微波功率过高，对果汁的色泽产生副作用，因此，在实际应用中，应注意选择合适的处理功率与时间。

表1 不同预处理对苹果汁理化指标的影响Table 1 Effect of different pretreatments on physicochemical index of apple juice

2.3 不同方式微波预处理对苹果汁理化指标的影响

综合不同方式预处理对苹果汁PPO以及L值的影响结果，统一选取微波功率为720W，处理时间120s后的果汁作为理化指标的评价对象，结果如表1所示。

经过不同预处理后，果汁的各项指标均发生显著变化，L值升高，a、b、ΔΕ值降低，表明褐变得到一定程度抑制。果汁总酚含量均比对照组高，与Gerard等[9]的研究结果一致。微波处理后的果汁总酸含量变化不大，增幅不超过0.04%，可以认为果汁酸度几乎不变，这与Vadivambal和张少颖等[8，10]的研究结果一致。果块经预处理后，果汁总糖的含量均显著降低，可能原因是在高温环境中发生焦糖化反应，导致糖类分解。微波处理后的果汁氨基态氮的含量均增加，尤其经WPI水浴微波处理后，可能原因在于WPI受热分解，提高了氨基态氮的含量。虽然AA水浴微波处理后的果汁L值略大于WPI水浴微波处理，但是鉴于酚类是引起果汁在贮藏过程中沉淀浑浊的重要因素，而经WPI水浴微波处理后的果汁总酚含量升高幅度最小，有利于果汁的贮藏，因此，选取WPI水浴微波处理作为较佳的抑制褐变方法。

3 结论

本实验采取WPI、AA、CA水浴微波3种方式处理苹果果块，实验结果表明，随着微波功率提高和处理时间的延长，苹果汁PPO的活性逐渐降低，当功率大于720W，处理时间大于80s时，PPO的活性几乎被完全抑制；果汁的褐变度总体上随着微波功率和时间的增加而降低，但是当功率为900W，处理时间超过80s后，果汁可能会发生焦糖化反应而导致L值降低。综合考虑，本实验选取功率720W，处理时间120s后的果汁作为理化指标的评价对象，结果表明，果块经微波预处理后所得果汁色泽大幅度提高，总酚和氨基态氮含量增加，总糖含量降低，总酸含量略微提高，其中经WPI水浴微波预处理后的果汁总酚含量增幅最小，是较佳的抑制苹果汁褐变方法。

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Effect of microwave pretreatments on browning properties of apple juice

YI Jian-hua，ZHU Dan*，ZHU Zhen-bao
（College of Life Science and Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021，China）

In order to investigate the relationship between microwave combined with three anti-browning agents [whey protein isolates（WPI），ascorbic acid（AA），citric acid（CA）]pretreatment of raw apple and browning of apple juice，the effects of different microwave power and time treatment on the browning of apple juice during apple juice processing were studied.The results indicated that apple juice had lower activity of PPO and higher color value with the increase of microwave power and time，with the microwave power of 720W and time of 120s，the activity of polyphenol oxidase were almost inhibited，color value and the content of total phenolics and amino-nitrogen were increased，total sugar content were reduced and total acid content were increasing slightly.Among those pretreatments，microwave-WPI was the most appropriate way to inhibit browning because of the color value of apple juice was 91.14 which was comparable with others and total phenolics content had the least increase.

apple juice；microwave；browning；polyphenol oxidase；whey protein isolates（WPI）

TS255.44

B

1002-0306（2014）14-0264-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.050

2013－10－11 *通讯联系人

易建华（1971-），女，硕士研究生，副教授，主要从事现代果汁加工体系方面的研究。

国家自然科学基金（31101326）；陕西省咸阳市科技计划项目（2010k12-16）；陕西省人力资源与社会保障厅出国留学人员科技活动项目。