超高压处理对酥梨浊汁多酚氧化酶活性和色差的影响

刘树兴， 魏送送， 常大伟

(陕西科技大学 生命科学与工程学院， 陕西 西安 710021)

0 引言

超高压(Ultra-High Pressure Proeessing,UHP)是将食品物料包装完好后，放入液体介质(如水、油等)中，使用100-600 MPa的压力，在常温或低温条件下保压一定时间，使食品中的高分子物质结构发生变化从而改变食品的性质[1].高压仅作用于食品中大分子物质,对于品种的小分子营养物质无影响，对热敏性果汁草莓汁、哈密瓜汁进行超高压处理后，获得的果汁符合国家卫生标准要求，并且具有良好的口味和品质[2,3].

近年来关于超高压对于酶的作用的研究增多，陶敏等[4]发现菠萝汁中的菠萝蛋白酶随压力的升高先下降后上升，在300 MPa、20 ℃条件下保压10 min相对酶活力增加到120%，低压条件下压力激活酶的活性.ngela指出在苹果清汁在300 MPa下处理可以较好地保持果汁的营养价值和品质[5].对于引起果汁酶促褐变的多酚氧化酶研(PPO)的研究方面，江俊[6]对树莓PPO研究发现随压力的升高酶活降低，600 MPa，保压45 min处理后树莓PPO剩余酶活为40.976%，而袁根良等[7]对香蕉果肉在480 MPa、55 ℃、保压时间 10 min超高压处理条件下，PPO活性可降至0.90%.本实验以酥梨浊汁的色差和PPO活性为对象，研究超高压压力、温度以及保压时间对它们的影响，以期为酥梨浊汁超高压护色技术的研究提供参考.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

陕西蒲城酥梨(4 ℃下冷藏)；购于陕西西安辛家庙果蔬批发市场.

磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、硫酸铵、Fe(NO3)3·9H2O均为分析纯试剂(天津市天力化学试剂有限公司)；邻苯二酚、聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)、聚乙二醇、亚硫酸氢钠均为分析纯试剂(天津市科密欧化学试剂有限公司).

1.2 仪器与设备

HH-S6型 电热恒温水浴锅(北京科伟永兴仪器有限公司)；H-1850R高速冷冻离心机(长沙湘仪离心仪器有限公司)；JYLC012九阳料理机(山东九阳股份有限公司)；Sartorius AC pB-10酸度计(北京赛多利斯仪器系统有限公司)；Bs323s电子天平(赛多利斯科学仪器北京有限公司)；BCD-19LTD IA电冰箱；UV-2600紫外可见分光光度计(尤尼柯上海仪器有限公司)；CM-5型色差仪(日本Minoltra公司)；DZ-500 2S双室真空包装机(星火(中国)包装机械有限公司)；HPP L3-600/3超高压设备(天津市华泰森淼生物工程技术有限公司).

1.3 方法

1.3.1 PPO的提取及活性测定

PPO提取采用Christiane Queiroz等[8]的方法并进行部分改进.酥梨去皮、核，切成3～4 mm大小，取100 g梨肉，加50 mL，0.2 mol/L，pH 6.5的磷酸盐缓冲溶液(含1%聚乙二醇，1%PVPP)，用九阳料理机，迅速搅拌均匀，于4 ℃下10 000 r(9 686×g)离心30 min，取上清液，迅速加硫酸铵至95%饱和度，再次在4 ℃下10 000 r离心30 min，弃去上清液，沉淀用5 mL(0.2 mol/L)pH为6.5的磷酸盐缓冲溶液，分4次溶解，置于4 ℃冰箱中保存24 h，为粗酶液.

取2.4 mL，50 mM的邻苯二酚溶液(溶剂为0.2 mol/L，pH 6.5的磷酸盐缓冲溶液)，加0.6 mL粗酶液，室温静置30 min，使用紫外分光光度计扫描其的最大吸收波长[9].

取2.4 mL，50 mM的邻苯二酚溶液(溶剂为0.2 mol/L，pH 6.5的磷酸盐缓冲溶液)，加0.6 mL粗酶液，立即在410 nm下测其活力.一个酶活单位定义为酶在每分钟内引起吸光度变化0.001OD[10].

1.3.2 色差测定

使用CM-5型色差仪进行分析.其中：L*值代表亮度，并且L*值升高表示亮度越大；a*值显示的是有色物质的红绿偏向，正值代表颜色偏向红色，负值则是偏向绿色，且绝对值越大表示偏向程度越大；b*值则代表有色物质的颜色的黄蓝偏向，正值越大越偏向黄色，负值越大越偏向蓝色.

总色差ΔE=(Δa2+Δb2+ΔL2)1/2；ΔL=L0-Lt；Δa=a0-at；Δb=b0-bt[11].

L0：时间(t)为0时(即初始时)物质的L*值(亮度)，Lt：在时间t时，物质的L*值；a0：初始a*值，at：t时所测的a*值；b0：初始b*值，bt：t时所测的b*值.

1.3.3 单因素实验

(1)超高压压力对梨汁褐变的影响

将梨去皮、核，切成块，经微波功率720 W、处理时间20 s、用3 mM 抗坏血酸浸泡15 min预处理，然后打浆，粗虑制得梨浊汁，装入超高压专用袋中(每袋装100 mL梨浊汁)，迅速用真空包装机热封，在常温、保压时间10 min条件下，分别于100～600 MPa(间隔100 MPa)压力条件下对果汁进行处理.处理后的果汁立即提取PPO并测其活性，并测果汁的色差.

对照为加入0.2%亚硫酸氢钠制得的梨汁.

(2)超高压环境温度对梨汁褐变的影响

将梨去皮、核，切成块，经微波预处理，然后打浆，粗虑制得梨浊汁，装入超高压专用袋中(每袋装100 mL梨浊汁)，迅速用真空包装机热封，在400 MPa、保压时间10 min条件下，分别于20 ℃～60 ℃(间隔10 ℃)温度条件下对果汁进行处理.处理后的果汁立即提取PPO测其活性并测果汁的色差.

(3)超高压保压时间对梨汁褐变的影响

将梨去皮、核，切成块，经微波预处理，然后打浆，粗虑制得梨浊汁，装入超高压专用袋中(每袋装100 mL梨浊汁)，迅速用真空包装机热封，在400 MPa、常温条件下，分别保压 5～25 min(间隔5 min)处理.处理后的果汁立即提取PPO测其活性并测果汁的色差.

1.3.4 二次回归正交组合实验设计

在单因素实验基础上，采用三因素二次回归正交组合实验设计，研究压力、温度、保压时间3因素对梨浊汁PPO活性、色差的影响.

2 结果与讨论

2.1 超高压压力对梨汁PPO活性和色差的影响

由图1可知，在常温、保压时间10 min的条件下，色差和PPO活性随超高压压力的增大而降低，与袁根良等研究香蕉果肉PPO酶活随压力的增加呈下降的趋势相似，本实验中酥梨PPO活性基本呈直线下降，但香蕉果肉PPO处理压力达到500 MPa后酶活的下降趋势变缓[7]，这是原料的性能决定的.PPO活性的变化是因为高压对蛋白质的构象作用，使其活性部位的结构发生改变，导致蛋白质变性，从而降低PPO活性，实现抑制酶促褐变的目的，获得色值较好的产品.色差随压力的增大而降低，是由于压力升高降低酶促褐变引起的.由图看出，超高压压力在300～500 MPa范围内较好降低PPO活性获得色差在1.50(肉眼观察无变化)左右的果汁.

图1 超高压压力对PPO活性和色差的影响

2.2 超高压保压时间对梨汁PPO活性和色差的影响

在400 MPa，常温条件下，PPO活性随时间的延长而降低，在15 min后下降趋势缓慢对PPO活性无显著影响，同样曾庆梅等[12]指出梨汁中PPO活性随保压时间的延长活性减小，并在18 min前下降速度快之后速度变缓慢，因此，保压时间应该存在最小值，当大于这个最小值时，高压对PPO活性的影响就由其它条件(压力、温度等) 决定色差随时间的延长而降低，说明超高压作用时间越长果汁的品质越好，所以，为了保持果汁的新鲜品质超高压处理时间选择为保压10～20 min作用.

图2 超高压保压时间对PPO活性和色差的影响

2.3 超高压温度对梨汁PPO活性和色差的影响

在超高压对酶的处理中，处理环境温度的变化对酶活的有极显著的影响，一般在超高压协同40 ℃以上温度，可有效钝化PPO的活性[12].在400 MPa、保压10 min条件下，由图3可知，梨汁中PPO活性在30 ℃有一个极大值，这是由酥梨PPO的最适温度为35 ℃的性质决定的，在40 ℃以上温度PPO活性和色差均呈线性下降.因此，选择超高压温度的水平范围是30 ℃～50 ℃.

图3 超高压温度对PPO活性和色差的影响

2.4 三元二次回归正交组合试验

在单因素的基础上，设计三元二次正交组合实验，因素水平设计如表1所示.

表1 因素水平表

按照正交组合试验设计所得结果如表2所示.

表2 试验设计及结果

以色差为指标，表2中实验结果最优的为15号实验即400 MPa压力、40 ℃、15 min条件下处理，其次是13号实验：处理条件时400 MPa压力、40 ℃、21.08 min，9号实验：521.5 MPa压力、40 ℃、15 min.

由表3可知，回归模型的复相关系数R=0.914 905，说明所建立的回归方程有显著性，所建立的回归方程能很好的解释这个模型.

表4 回归分析结果表

由表4可知，回归系数(Coefficients)依次为：37.568，-9.011，6.316，1.743，-3.238，-2.488，-0.713，-1.635，-4.311，0.323，所以回归方程的表达式为：

y=37.568-9.011x1+6.316x2+1.743x3-3.238x1x2-2.488x1x3-0.713x2x3-1.635x12-4.311x22+0.323x32

根据表中偏回归系数的：“tStat”和“P-value”可知，偏回归系数x1、x2对应P-value均在0.01和0.05之间，所以因素x1、x2对PPO活性有显著(*)的影响，其它因素对PPO活性无显著影响.在实验范围内，关于超高压处理对梨汁PPO活性的影响，在偏回归方程系数中一次项的绝对值为x1>x2>x3，说明压力的影响最大，而保压时间的影响最小.

3 结论

超高压压力、保压时间、环境温度对酥梨浊汁中PPO剩余酶活的回归分析中，因素x1、x2对PPO活性均有显著(*)的影响，且PPO因素的影响顺序为超高压压力>环境温度>保压时间.

利用正交组合设计分析超高压处理对酥梨浊汁中色差PPO活性的影响，得出超高压处理的工艺条件为压力400MPa、40 ℃、保压时间10min.该条件下酥梨浊汁的色差、PPO剩余酶活分别为1.44和34.20%.

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