马铃薯加工中护色剂配方的优化

朱新鹏+杨江华+胡恒+高天丽+赵欣

摘要：试验以抗坏血酸、半胱氨酸、柠檬酸、氯化钙4种试剂作为马铃薯加工的护色剂，在单因素试验的基础上，以褐变度为考察指标，通过正交试验进行护色剂配方优化。结果表明，优化的配方组成为：0.3%的抗坏血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的柠檬酸、0.15%的氯化钙。用此配方进行马铃薯的护色可使其褐变度降低至0.173。

关键词：马铃薯；护色剂；褐变度；正交试验

中图分类号：TS255.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）19-4654-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.19.039

Optimizing Color Protecting Agent Formulation in Potato Processing

ZHU Xin-peng1，2，YANG Jiang-hua1，2，HU Heng1，GAO Tian-li1，ZHAO Xin1

（1. Department of Agriculture and Life Sciences，Ankang College，Ankang 725000，Shaanxi，China；

2. Selenium-enriched Food Engineering Laboratory of Shaanxi Province， Ankang 725000，Shaanxi， China）

Abstract： Using browning degree as index， the formula of color protecting agent in potato processing made of ascorbic acid， cysteine， citric acid， calcium chloride were optimized with orthogonal test and single factor experiment. The results showed that the optimized formula was 0.3% ascorbic acid， 1.0% cysteine， 0.2% citric acid and 0.15% calcium chloride， with the browning degree of potato during processing of 0.173.

Key words： potato； color protecting agent； browning degree； orthogonal test

马铃薯是重要的粮食和蔬菜兼用作物。在中国，马铃薯加工业发展很快，正在由粗放加工、数量扩张阶段向精深加工、质量提升阶段转变[1]。近年来发展很快的马铃薯全粉、冷冻薯条等产品，在加工过程中容易发生褐变现象，影响其外观和商品价值。褐变分为酶促褐变和非酶促褐变，马铃薯加工中要经过去皮、破碎等过程，与空气接触，极易发生由酶催化的酶促褐变[2]。

引起酶促褐变反应的酶类主要为多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）[3，4]。在马铃薯加工中抗褐变的方法主要是通过控制温度、pH、降低氧含量和添加护色剂（褐变抑制剂）来实现。研究表明，亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、抗坏血酸（异抗坏血酸）、半胱氨酸、柠檬酸、氯化钙等均具有抑制褐变作用[5-10]。含硫物质虽然具有较好的抗褐变作用，但由于其在产品中的残留和安全性问题，人们仍然在寻找效果好、食用安全性高的护色剂。半胱氨酸所含的-SH能与醌类形成无色物质，并能抑制PPO的活性；抗坏血酸及其衍生物异抗坏血酸作为还原剂，能将醌类物质还原为酚类，从而阻止醌类聚合形成有色物质；柠檬酸是广泛使用的食用酸，可有效降低pH和螯合PPO的金属离子，抑制酶活性；氯离子是PPO的非竞争性抑制剂，使用氯化钙可减轻褐变。关于无硫护色剂的研究较多，但尚未见利用半胱氨酸、抗坏血酸、柠檬酸和氯化钙组合的护色剂方面的研究报道，本研究利用这4种物质的抗褐变特性，通过单因素试验和正交试验优化马铃薯护色剂配方，以期为马铃薯加工中的护色提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯：市售。

抗坏血酸、半胱氨酸、柠檬酸、氯化钙、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠，均为分析纯。

1.2 主要仪器和设备

ALC-210.4型电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；BCD-290W型冰箱，青岛海尔股份有限公司；V-1100型可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司；TGL-16G型离心机，上海安亭科学仪器厂；DK-98-11型水浴锅，天津泰斯特仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 试样处理 马铃薯经清洗、去皮后切成约5 mm厚的薯片，浸放于配制的护色剂溶液中10 min，然后取出沥干，盛放于聚乙烯袋中置于4 ℃冰箱中储存4 d备用。

1.3.2 褐变度测定[11，12] 取待测马铃薯样品，迅速切碎，称取2.5 g，加适量预先冷藏的磷酸缓冲液（PBS，pH 5.8）快速研磨，然后再加25 mL PBS（pH 5.8）离心（3 000 r/min，30 min），将上清液在30 ℃水浴中保温20 min， 420 nm下测定其吸光度。每样品重复测定3次，结果取平均值，以此作为马铃薯的褐变度（BD）。

1.3.3 单因素试验 分别考察不同浓度的抗坏血酸（0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%）、半胱氨酸（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、柠檬酸（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、氯化钙（0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%）对马铃薯褐变度的影响。

1.3.4 正交试验 在单因素试验的基础上，采用L16（45）进行正交试验，优化护色剂配方。正交试验因素与水平见表1。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 抗坏血酸浓度对马铃薯褐变度的影响 由图1可以看出，在抗坏血酸浓度范围内，随着抗坏血酸浓度的增加，马铃薯褐变度下降，在0.5%时达到最低值后又缓慢上升。综合分析后认为抗坏血酸浓度以0.3%～0.9%为宜。

2.1.2 半胱氨酸浓度对马铃薯褐变度的影响 由图2可以看出，半胱氨酸对马铃薯褐变有抑制作用，在半胱氨酸浓度范围内，随着半胱氨酸浓度的增加，马铃薯褐变度不断下降，在0.6%以后下降幅度减缓，曲线逐渐变得平稳。综合分析后认为半胱氨酸浓度以0.4%～1.0%为宜。

2.1.3 柠檬酸浓度对马铃薯褐变度的影响 由图3可以看出，在柠檬酸浓度范围内，对马铃薯褐变的抑制曲线呈波动变化，在柠檬酸浓度为0.6%时其褐变度最小。柠檬酸作为广泛使用的食用酸，食用安全性高，但在马铃薯加工中用量大，反而可能导致产品食用品质下降，所以在马铃薯加工中柠檬酸用量不宜过大。综合分析后认为柠檬酸浓度以0.2%～0.8%为宜。

2.1.4 氯化钙浓度对马铃薯褐变度的影响 由图4可以看出，在氯化钙浓度范围内，随着氯化钙浓度增加，马铃薯褐变度下降。但氯化钙用量不宜过大，否则会使产品口感粗糙。综合分析后认为氯化钙浓度以0.15%～0.30%为宜。

2.2 正交试验

2.2.1 正交试验结果 由表2可知，4种护色剂对马铃薯褐变的影响排序为A>B>C>D，即抗坏血酸浓度对马铃薯褐变度的影响最大，其次为半胱氨酸，柠檬酸和氯化钙的影响较小。最优配方组合是A1B4C1D1，即0.3%的抗坏血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的柠檬酸、0.15%的氯化钙。

2.2.2 验证试验 以正交试验优化的护色剂配方进行3次验证试验，结果马铃薯褐变度分别为0.172、0.172和0.174，平均值为0.173，均低于正交试验最低值0.177，说明配方优化结果可靠。

3 结论

单因素试验结果表明，抗坏血酸、半胱氨酸、柠檬酸、氯化钙均对马铃薯褐变有一定的抑制作用，通过正交试验对4种护色剂进行配方优化，优化后的护色剂配方为：0.3%的抗坏血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的柠檬酸、0.15%的氯化钙。

经验证试验证明，优化后的配方护色效果优于正交试验结果，也优于单因素试验结果，说明用4种试剂配制的混合护色剂优于单一试剂的褐变抑制效果。

参考文献：

[1] 欧阳海洪.中国马铃薯加工业发展与展望[J].农产品加工，2013（4）：4-5.

[2] 朱新鹏，胡 恒.马铃薯加工中褐变的研究进展[J].农产品加工（学刊），2013（2）：60-62.

[3] 孙芝杨，钱建亚.果蔬酶促褐变机理及酶促褐变抑制研究进展[J].中国食物与营养，2007（3）：22-24.

[4] WANG C Y，MELLETHIN W M. Relationship of friction discoloration to phenolic compounds in d'Anjou pears[J].Hort Sci，1973（8）：321-323.

[5] 周向军，高义霞，汪之波，等.“黑美人”马铃薯过氧化物酶的特性研究[J].食品与发酵工业，2010，36（8）：55-63.

[6] 李 敏，刘 磊，郭玉蓉，等.马铃薯多酚氧化酶的特性研究[J].甘肃农业大学学报，2005，40（2）：189-192.

[7] DUDLEY E D，HOTCHKISSJ H. Cysteine as an inhibitor of polyphenol oxidase[J].Journal of Food Biochemistry，1989，13（1）： 65-75.

[8] 齐海萍，胡文忠，姜爱丽，等.抗褐变剂对鲜切马铃薯保鲜技术的研究[J].安徽农业科学，2011，39（13）：7690-7691.

[9] 李 瑜，谈 啸，王慧荣，等.响应面优化速冻马铃薯条的护色工艺[J].粮食加工，2012， 37（6）：38-40.

[10] 潘永贵.控制鲜切果蔬酶促褐变添加剂类型及应用方法[J].保鲜与加工，2007，7（5）：54-56.

[11] 李全宏，赵雅松，蔡同一，等.鲜切马铃薯褐变抑制效果研究[J].食品科学，2005，26（9）：92-95.

[12] 何 萌，王 丹，马 越，等. 不同清洗剂对鲜切马铃薯贮藏过程品质变化的影响[J].食品工业科技，2013，34（15）：328-331.

1.3.4 正交试验 在单因素试验的基础上，采用L16（45）进行正交试验，优化护色剂配方。正交试验因素与水平见表1。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 抗坏血酸浓度对马铃薯褐变度的影响 由图1可以看出，在抗坏血酸浓度范围内，随着抗坏血酸浓度的增加，马铃薯褐变度下降，在0.5%时达到最低值后又缓慢上升。综合分析后认为抗坏血酸浓度以0.3%～0.9%为宜。

2.1.2 半胱氨酸浓度对马铃薯褐变度的影响 由图2可以看出，半胱氨酸对马铃薯褐变有抑制作用，在半胱氨酸浓度范围内，随着半胱氨酸浓度的增加，马铃薯褐变度不断下降，在0.6%以后下降幅度减缓，曲线逐渐变得平稳。综合分析后认为半胱氨酸浓度以0.4%～1.0%为宜。

2.1.3 柠檬酸浓度对马铃薯褐变度的影响 由图3可以看出，在柠檬酸浓度范围内，对马铃薯褐变的抑制曲线呈波动变化，在柠檬酸浓度为0.6%时其褐变度最小。柠檬酸作为广泛使用的食用酸，食用安全性高，但在马铃薯加工中用量大，反而可能导致产品食用品质下降，所以在马铃薯加工中柠檬酸用量不宜过大。综合分析后认为柠檬酸浓度以0.2%～0.8%为宜。

2.1.4 氯化钙浓度对马铃薯褐变度的影响 由图4可以看出，在氯化钙浓度范围内，随着氯化钙浓度增加，马铃薯褐变度下降。但氯化钙用量不宜过大，否则会使产品口感粗糙。综合分析后认为氯化钙浓度以0.15%～0.30%为宜。

2.2 正交试验

2.2.1 正交试验结果 由表2可知，4种护色剂对马铃薯褐变的影响排序为A>B>C>D，即抗坏血酸浓度对马铃薯褐变度的影响最大，其次为半胱氨酸，柠檬酸和氯化钙的影响较小。最优配方组合是A1B4C1D1，即0.3%的抗坏血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的柠檬酸、0.15%的氯化钙。

2.2.2 验证试验 以正交试验优化的护色剂配方进行3次验证试验，结果马铃薯褐变度分别为0.172、0.172和0.174，平均值为0.173，均低于正交试验最低值0.177，说明配方优化结果可靠。

3 结论

单因素试验结果表明，抗坏血酸、半胱氨酸、柠檬酸、氯化钙均对马铃薯褐变有一定的抑制作用，通过正交试验对4种护色剂进行配方优化，优化后的护色剂配方为：0.3%的抗坏血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的柠檬酸、0.15%的氯化钙。

经验证试验证明，优化后的配方护色效果优于正交试验结果，也优于单因素试验结果，说明用4种试剂配制的混合护色剂优于单一试剂的褐变抑制效果。

参考文献：

[1] 欧阳海洪.中国马铃薯加工业发展与展望[J].农产品加工，2013（4）：4-5.

[2] 朱新鹏，胡 恒.马铃薯加工中褐变的研究进展[J].农产品加工（学刊），2013（2）：60-62.

[3] 孙芝杨，钱建亚.果蔬酶促褐变机理及酶促褐变抑制研究进展[J].中国食物与营养，2007（3）：22-24.

[4] WANG C Y，MELLETHIN W M. Relationship of friction discoloration to phenolic compounds in d'Anjou pears[J].Hort Sci，1973（8）：321-323.

[5] 周向军，高义霞，汪之波，等.“黑美人”马铃薯过氧化物酶的特性研究[J].食品与发酵工业，2010，36（8）：55-63.

[6] 李 敏，刘 磊，郭玉蓉，等.马铃薯多酚氧化酶的特性研究[J].甘肃农业大学学报，2005，40（2）：189-192.

[7] DUDLEY E D，HOTCHKISSJ H. Cysteine as an inhibitor of polyphenol oxidase[J].Journal of Food Biochemistry，1989，13（1）： 65-75.

[8] 齐海萍，胡文忠，姜爱丽，等.抗褐变剂对鲜切马铃薯保鲜技术的研究[J].安徽农业科学，2011，39（13）：7690-7691.

[9] 李 瑜，谈 啸，王慧荣，等.响应面优化速冻马铃薯条的护色工艺[J].粮食加工，2012， 37（6）：38-40.

[10] 潘永贵.控制鲜切果蔬酶促褐变添加剂类型及应用方法[J].保鲜与加工，2007，7（5）：54-56.

[11] 李全宏，赵雅松，蔡同一，等.鲜切马铃薯褐变抑制效果研究[J].食品科学，2005，26（9）：92-95.

[12] 何 萌，王 丹，马 越，等. 不同清洗剂对鲜切马铃薯贮藏过程品质变化的影响[J].食品工业科技，2013，34（15）：328-331.

1.3.4 正交试验 在单因素试验的基础上，采用L16（45）进行正交试验，优化护色剂配方。正交试验因素与水平见表1。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 抗坏血酸浓度对马铃薯褐变度的影响 由图1可以看出，在抗坏血酸浓度范围内，随着抗坏血酸浓度的增加，马铃薯褐变度下降，在0.5%时达到最低值后又缓慢上升。综合分析后认为抗坏血酸浓度以0.3%～0.9%为宜。

2.1.2 半胱氨酸浓度对马铃薯褐变度的影响 由图2可以看出，半胱氨酸对马铃薯褐变有抑制作用，在半胱氨酸浓度范围内，随着半胱氨酸浓度的增加，马铃薯褐变度不断下降，在0.6%以后下降幅度减缓，曲线逐渐变得平稳。综合分析后认为半胱氨酸浓度以0.4%～1.0%为宜。

2.1.3 柠檬酸浓度对马铃薯褐变度的影响 由图3可以看出，在柠檬酸浓度范围内，对马铃薯褐变的抑制曲线呈波动变化，在柠檬酸浓度为0.6%时其褐变度最小。柠檬酸作为广泛使用的食用酸，食用安全性高，但在马铃薯加工中用量大，反而可能导致产品食用品质下降，所以在马铃薯加工中柠檬酸用量不宜过大。综合分析后认为柠檬酸浓度以0.2%～0.8%为宜。

2.1.4 氯化钙浓度对马铃薯褐变度的影响 由图4可以看出，在氯化钙浓度范围内，随着氯化钙浓度增加，马铃薯褐变度下降。但氯化钙用量不宜过大，否则会使产品口感粗糙。综合分析后认为氯化钙浓度以0.15%～0.30%为宜。

2.2 正交试验

2.2.1 正交试验结果 由表2可知，4种护色剂对马铃薯褐变的影响排序为A>B>C>D，即抗坏血酸浓度对马铃薯褐变度的影响最大，其次为半胱氨酸，柠檬酸和氯化钙的影响较小。最优配方组合是A1B4C1D1，即0.3%的抗坏血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的柠檬酸、0.15%的氯化钙。

2.2.2 验证试验 以正交试验优化的护色剂配方进行3次验证试验，结果马铃薯褐变度分别为0.172、0.172和0.174，平均值为0.173，均低于正交试验最低值0.177，说明配方优化结果可靠。

3 结论

单因素试验结果表明，抗坏血酸、半胱氨酸、柠檬酸、氯化钙均对马铃薯褐变有一定的抑制作用，通过正交试验对4种护色剂进行配方优化，优化后的护色剂配方为：0.3%的抗坏血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的柠檬酸、0.15%的氯化钙。

经验证试验证明，优化后的配方护色效果优于正交试验结果，也优于单因素试验结果，说明用4种试剂配制的混合护色剂优于单一试剂的褐变抑制效果。

参考文献：

[1] 欧阳海洪.中国马铃薯加工业发展与展望[J].农产品加工，2013（4）：4-5.

[2] 朱新鹏，胡 恒.马铃薯加工中褐变的研究进展[J].农产品加工（学刊），2013（2）：60-62.

[3] 孙芝杨，钱建亚.果蔬酶促褐变机理及酶促褐变抑制研究进展[J].中国食物与营养，2007（3）：22-24.

[4] WANG C Y，MELLETHIN W M. Relationship of friction discoloration to phenolic compounds in d'Anjou pears[J].Hort Sci，1973（8）：321-323.

[5] 周向军，高义霞，汪之波，等.“黑美人”马铃薯过氧化物酶的特性研究[J].食品与发酵工业，2010，36（8）：55-63.

[6] 李 敏，刘 磊，郭玉蓉，等.马铃薯多酚氧化酶的特性研究[J].甘肃农业大学学报，2005，40（2）：189-192.

[7] DUDLEY E D，HOTCHKISSJ H. Cysteine as an inhibitor of polyphenol oxidase[J].Journal of Food Biochemistry，1989，13（1）： 65-75.

[8] 齐海萍，胡文忠，姜爱丽，等.抗褐变剂对鲜切马铃薯保鲜技术的研究[J].安徽农业科学，2011，39（13）：7690-7691.

[9] 李 瑜，谈 啸，王慧荣，等.响应面优化速冻马铃薯条的护色工艺[J].粮食加工，2012， 37（6）：38-40.

[10] 潘永贵.控制鲜切果蔬酶促褐变添加剂类型及应用方法[J].保鲜与加工，2007，7（5）：54-56.

[11] 李全宏，赵雅松，蔡同一，等.鲜切马铃薯褐变抑制效果研究[J].食品科学，2005，26（9）：92-95.

[12] 何 萌，王 丹，马 越，等. 不同清洗剂对鲜切马铃薯贮藏过程品质变化的影响[J].食品工业科技，2013，34（15）：328-331.