不同品种马铃薯泥加工过程中褐变抑制研究

李俊，刘嘉，刘辉，王辉，陈中爱，吕都，唐健波，陈朝军，刘永翔

（贵州省生物技术研究所，贵州省马铃薯工程技术研究中心，贵州贵阳550006）

不同品种马铃薯泥加工过程中褐变抑制研究

李俊，刘嘉，刘辉，王辉，陈中爱，吕都，唐健波，陈朝军，刘永翔*

（贵州省生物技术研究所，贵州省马铃薯工程技术研究中心，贵州贵阳550006）

通过对比7个马铃薯品种的多酚氧化酶活性，选择青薯9号、宣薯2号、红宝石和黑美人4个马铃薯品种作为护色试验品种，在马铃薯泥加工过程中测定多酚氧化酶活性抑制率。无硫护色工艺响应面优化试验得到最佳护色工艺为：柠檬酸0.66%，氯化钙0.73%，VC0.06%，护色时间15min，此时酶活抑制率平均值达98.7%；彩色马铃薯护色工艺试验得到最佳护色工艺为：氯化钙0.7%，VC0.05%，护色时间15min，此时酶活抑制率可达89%以上。两种护色剂配方能有效抑制普通和彩色马铃薯泥加工过程中的褐变现象。

马铃薯泥；加工；褐变；抑制

马铃薯经清洗、去皮、切片、护色、蒸煮、制泥等处理，配以乳化剂、增稠剂等经调配得到类似泥状的物质，被称为马铃薯泥[1]。马铃薯泥可以由鲜马铃薯直接制作，再经速冻成冷冻马铃薯泥进入销售渠道；也可由脱水马铃薯全粉加入热水搅拌形成马铃薯泥[2]。冷冻马铃薯泥归属冷冻方便食品，食用时只需简单加热即可。这种马铃薯泥较之马铃薯全粉制作的马铃薯泥，口感佳、风味好，营养更丰富。但马铃薯富含多酚氧化酶，加工过程中多酚氧化酶容易发生酶促褐变，导致加工的马铃薯泥品质不佳[3-4]。目前国内外对多酚氧化酶的抑制有一定的研究，但对于马铃薯泥加工过程中褐变的抑制研究较少，且不同品种马铃薯多酚氧化酶含量不一，对于不同马铃薯品种抑制效果的研究还鲜见报道[5-6]。彩色马铃薯因富含花青素，花青素在碱性条件下变为蓝色，在酸性条件下变为红色，所以其护色工艺与普通马铃薯品种更加不同[7-9]。因此，本论文选取7个马铃薯品种，对比亚硫酸氢钠与无硫化学抑制剂抑制褐变的效果，并研究了彩色马铃薯泥加工过程中的护色工艺，得出了不同品种马铃薯泥加工过程中抑制褐变的有效方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

青薯9号、宣薯2号、大西洋、威芋3号、黑美人、红宝石、费乌瑞它：由贵州省马铃薯研究所提供；氯化钙，柠檬酸，VC，亚硫酸氢钠，磷酸，邻苯二酚，磷酸氢二钠，磷酸二氢钾（均为AR）：天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

UV-2102C型紫外可见分光光度计：尤尼科上海仪器有限公司；FA2004型分析天平：上海精密科学仪器有限公司；HHS型数显恒温水浴锅：上海博迅实业有限公司医疗设备厂。

1.3 试验方法

1.3.1 马铃薯泥加工工艺流程

马铃薯泥加工工艺流程见图1

图1 马铃薯泥加工工艺流程图Fig.1 Flow diagram of mashed potato processing

1.3.2 护色试验样品的选择

选择青薯9号、宣薯2号、大西洋、威芋3号、黑美人、红宝石、费乌瑞它七个马铃薯品种，按照1.3.6的方法测定多酚氧化酶活性，对比七种马铃薯中多酚氧化酶活性大小，确定护色试验样品。

1.3.3 亚硫酸氢钠添加量对马铃薯泥护色的影响

新鲜马铃薯去皮后，切成厚度为3mm的马铃薯片，于浓度分别为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%的NaHSO3溶液中护色20min，按照1.3.6的方法测定多酚氧化酶活性。

1.3.4 马铃薯泥加工过程中无硫护色工艺的研究

1.3.4.1 VC添加量对马铃薯泥护色的影响

新鲜马铃薯去皮后，切成厚度为3mm的马铃薯片，于浓度分别为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%的VC溶液中护色20 min，按照1.3.6的方法测定多酚氧化酶活性。

1.3.4.2 柠檬酸添加量对马铃薯泥护色的影响

新鲜马铃薯去皮后，切成厚度为3mm的马铃薯片，于浓度分别为0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%、0.16%的柠檬酸溶液中护色20min，按照1.3.6的方法测定多酚氧化酶活性。

1.3.4.3 氯化钙添加量对马铃薯泥护色的影响

新鲜马铃薯去皮后，切成厚度为3mm的马铃薯片，于浓度分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%的氯化钙溶液中护色20min，按照1.3.6的方法测定多酚氧化酶活性。

1.3.4.4 响应面优化试验和彩色马铃薯护色剂配比优化实验

在单因素试验的基础上，优选出对马铃薯泥护色有影响的3个因素：VC添加量、柠檬酸添加量和氯化钙添加量，进行响应面优化试验，选择出最优的护色剂配比。亚硫酸氢钠具有强还原性，易将花青素还原为无色，柠檬酸存在条件下花青素变为红色，而抗坏血酸和氯化钙对花青素没有影响，所以选择抗坏血酸和氯化钙作为彩色马铃薯的护色剂。分别测定氯化钙添加量为0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%，柠檬酸添加量分别为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%条件下红宝石和黑美人中酶活抑制率随两种护色剂添加量变化交互作用结果。

1.3.5 护色时间对马铃薯泥护色的影响

分别选择青薯9号、宣薯2号、红宝石、黑美人作为实验样品，切成厚度为3mm马铃薯片，在已确定的护色剂配方条件下，分别护色5、10、15、20、25、30min，按照1.3.6的方法测定多酚氧化酶活性。

1.3.6 多酚氧化酶活性测定[10]

称取去皮马铃薯5.0 g，沥干薯片表面的水分，加入5.0mL的pH值5.8的磷酸缓冲液，磨样，于4℃、8 000 r/min～10 000 r/min条件下离心30min，分离出上清液即为马铃薯PPO粗酶液。

取0.05mol/L磷酸缓冲溶液（pH6.5）1.5mL于1 cm比色皿中，加入0.1mol/L邻苯二酚溶液1.0mL，PPO粗酶液0.5mL，混匀后在416 nm处比色，酶液加入后开始记时，每40秒记录1次OD随时间的变化值，以最初直线段的斜率（△CD/t）计算酶活力。一个酶活力单位定义为：在测定条件下，1min引起吸光度改变0.01所需的酶量。

1.4 数据处理

采用Origin（Version 8.6）和Design Expert（Version 8.0）进行作图，采用SPSS（Version 17.0）进行统计学分析，P＜0.05认为有统计学显著性差异，P＜0.01认为有统计学极显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 薯泥护色试验样品的选择

薯泥护色试验样品的选择见图2。

图2 不同马铃薯品种的多酚氧化酶活力Fig.2 The polyphenol oxidase activity of different varieties potato

由图2可知，青薯9号和宣薯2号两个马铃薯品种的多酚氧化酶活力比其他马铃薯品种的高，所以普通马铃薯品种选择青薯9号和宣薯2号，同时红宝石和黑美人为彩色马铃薯品种，富含花青素等有益成分，其护色工艺与普通马铃薯品种不同。综上所述，选择青薯9号、宣薯2号、红宝石和黑美人四个马铃薯品种作为护色试验品种。

2.2 亚硫酸氢钠添加量的确定

亚硫酸氢钠添加量的确定见图3。

图3 亚硫酸氢钠添加量对酶活抑制率的影响Fig.3 Effects of adding amount of NaHSO3on enzyme inhibition rate

由图3可知，随着亚硫酸氢钠添加量升高，四种样品的酶活抑制率均迅速升高，当亚硫酸氢钠添加量为0.05%时，酶活抑制率达到最高100%，亚硫酸氢钠添加量继续升高，酶活抑制率保持稳定，说明当亚硫酸氢钠添加量为0.05%时，样品中的多酚氧化酶基本失活。所以选择亚硫酸氢钠添加量为0.05%为较适添加量。

2.3 马铃薯泥加工过程中无硫护色工艺的单因素试验结果

2.3.1 柠檬酸添加量的确定

柠檬酸添加量的确定见图4。

由图4可知，随着柠檬酸添加量升高，四种样品的酶活抑制率均逐渐升高，当柠檬酸添加量为0.6%时，酶活抑制率达到最高，柠檬酸添加量继续升高，酶活抑制率基本保持稳定，所以选择柠檬酸添加量为0.6%为较适添加量。

图4 柠檬酸添加量对酶活抑制率的影响Fig.4 Effects of adding amount of citric acid on enzyme inhibition rate

2.3.2 VC添加量的确定

VC添加量的确定见图5。

图5 VC添加量对酶活抑制率的影响Fig.5 Effects of adding amount of VCon enzyme inhibition rate

由图5可知，随着VC添加量升高，四种样品的酶活抑制率均逐渐升高，当VC添加量为0.05%时，酶活抑制率达到最高，VC添加量继续升高，酶活抑制率保持稳定，所以选择VC添加量为0.05%为较适添加量。

2.3.3 氯化钙添加量的确定

氯化钙添加量的确定见图6。

图6 氯化钙添加量对酶活抑制率的影响Fig.6 Effects of adding amount of CaCl2on enzyme inhibition rate

由图6可知，随着氯化钙添加量升高，四种样品的酶活抑制率均逐渐升高，当氯化钙添加量为0.7%时，酶活抑制率达到最高，氯化钙添加量继续升高，酶活抑制率保持稳定，所以选择氯化钙添加量为0.7%为较适添加量。

2.4 普通马铃薯无硫护色工艺响应面优化试验

2.4.1 Box-Benhnken设计与结果

根据单因素试验结果，以Box-Benhnken的中心组合设计原则，选取柠檬酸、氯化钙、VC加入量为自变量，以多酚氧化酶活性抑制率为响应值，设计三因素三水平响应面试验，试验方案及试验结果如表1所示。

表1 Box-Benhnken试验方案及试验结果Table1 Experimental design and results of Box-Benhnken

2.4.2 回归方程与显著性分析

将表1的试验数据，利用Design-Expert8.0软件进行二次多项式逐步回归拟合，得回归模型方程为：

模型的可靠性可以从方差分析及相关系数来考察，结果见表2。

续表2回归模型方差分析Continue table2 Variance analysis of items of regression equation

由表2可知，模型F=15.41，所得多酚氧化酶活性抑制率的回归方程极显著（P＜0.000 1）；F失拟=4.89，失拟项不显著（P＞0.05），从而可以对马铃薯泥护色工艺进行准确的预测和分析。R2=95.19%，说明响应值（酶活抑制率）的变化有95.19%来源于柠檬酸加入量、氯化钙加入量和VC加入量。方差分析结果表明：一次项和二次项都有显著性因素，其中A，C，AC，A2，B2，C2显著，各试验因子对酶活抑制率具有交互影响的非线性关系。可以利用回归方程确定最佳马铃薯泥护色工艺条件，三个变量对游离淀粉率的贡献大小为C＞A＞B。

2.4.3 响应面分析

图7表示将氯化钙添加量B的水平固定为0，即在氯化钙添加量为0.7%，柠檬酸添加量和VC添加量对酶活抑制率的影响。

图7 VC和柠檬酸对酶活抑制率的影响Fig.7 Effects of VCand citric acid on enzyme inhibition rate

由图7可知，无论VC添加量处于何种水平，随着柠檬酸添加量升高酶活抑制率均先升高后缓慢降低，可能是因为氯化钙溶液呈微酸性，当柠檬酸浓度升高时，其溶液酸碱度达到多酚氧化酶最适pH值6.0～7.0，导致酶活抑制率有稍许降低；当柠檬酸添加量一定时，随着VC添加量升高酶活抑制率均先升高后趋于平稳[11-12]。由方差分析可知，两者对酶活抑制率影响显著，与其相对应的等高线形状为椭圆形，表明柠檬酸添加量和VC添加量交互作用显著。

2.4.4 无硫护色剂配比的确定

根据回归模拟方程，得到最佳护色剂配比为：柠檬酸0.66%，氯化钙0.73%，抗坏血酸0.06%，由回归方程预测在此条件下的酶活抑制率的理论值为99.1%。在柠檬酸0.66%，氯化钙0.73%，抗坏血酸0.06%时对马铃薯进行护色，结果表明，酶活抑制率的平均值达98.7%，预测的理论值为99.1%，两者的相对误差为0.40%，因此该模型可以很好的反映护色剂的最佳配比。与添加0.05%亚硫酸氢钠相比，无硫复配护色剂可以有效的抑制不同品种马铃薯泥加工过程中的褐变现象。

2.5 彩色马铃薯护色剂配比优化试验

彩色马铃薯护色剂配比优化试验结果见图8。

图8 彩色马铃薯复配护色剂对酶活抑制率的影响Fig.8 Effects of com pound color-protecting stabilizer of color potato on enzyme inhibition rate

由图8可知，红宝石（a）和黑美人（b）两种样品的酶活抑制率均随两种护色剂添加量的升高而升高，当氯化钙添加量为0.7%，VC添加量为0.05%时，两种样品的酶活抑制率均到达最高，所以氯化钙添加量为0.7%，VC添加量为0.05%为较适宜的彩色马铃薯护色剂添加量。

2.6 护色时间的确定

护色时间的确定见图9。

图9 护色时间变化对酶活抑制率的影响Fig.9 Effects of the change of color-protecting time on enzyme inhibition rate

由图9可知，4个品种的马铃薯随着护色时间增加，酶活抑制率都迅速增加，当护色时间达到15min后，酶活抑制率不再随护色时间增加而变化，此时酶活抑制率均达到90%以上，所以较适宜的护色时间为15min。

3 结论

通过对比7个马铃薯品种的多酚氧化酶活性，选择青薯9号、宣薯2号、红宝石和黑美人4个马铃薯品种作为护色试验品种。试验结果显示，当亚硫酸氢钠添加量为0.05%时，不同马铃薯品种中多酚氧化酶基本失活。通过对无硫护色工艺进行响应面优化试验，得到最佳护色工艺为：柠檬酸0.66%，氯化钙0.73%，抗坏血酸0.06%，护色时间15min，此时酶活抑制率的平均值达98.7%，基本可以达到亚硫酸氢钠的抑制效果。通过对彩色马铃薯进行护色工艺研究，得到最佳护色工艺为：氯化钙0.7%，VC0.05%，护色时间15min，此时酶活抑制率可达89%以上。

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Study on Browning Inhibition in the Machining Process of Different Varieties of Mashed Potatoes

LI Jun，LIU Jia，LIU Hui，WANG Hui，CHEN Zhong-ai，LÜ Du，TANG Jian-bo，CHEN Zhao-jun，LIU Yong-xiang*
（Biological Technology Institute of Guizhou Province，Potato Engineering Research Center of Guizhou Province，Guiyang550006，Guizhou，China）

Compared polyphenol oxidase activity of 7 varieties of potato，then chose four varieties of potato such as qingshu-9，xuanshu-2，ruby and black beauty as the color test varieties，and determined the inhibition rateof polyphenol oxidase activity in the process of mashed potatoes. Response surface optimization tests of none sulfur protect-color process showed that the best color-protecting technology was：0.66 % of citric acid，0.73 % of calcium chloride，0.06 % of ascorbic acid，color-protecting time of 15 minutes，the average enzyme activity inhibition rate was 98.7 %. Color-protecting test of color potatoes showed that the best color-protecting technology was：0.7 % of calcium chloride，0.05 % ascorbic acid，color-protecting time of 15 minutes，the average enzyme activity inhibition rate was 89 %. Two kinds of color-protecting stabilizer can effectively inhibit the browning phenomenon of normal and color mashed potatoes in the machining process.

mashed potatoes；processing；browning；inhibition

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.04.005

2016-05-27

黔科合重大专项字（[2014]6016）

李俊（1990—），男（汉），研究实习员，硕士，研究方向：食品加工。

*通信作者：刘永翔（1978—），女（汉），研究员，博士，研究方向：食品加工。