抗坏血酸和谷胱甘肽复合抗氧化剂对鲜切苹果防褐变效果的研究

张 瑾，梁舒妍，王漫君，刘 宇，钟先锋

（1. 佛山科学技术学院食品科学与工程学院，广东佛山 528231；2. 广东省传统发酵食品工程技术研究中心，广东佛山528231；3. 广东省食品流通安全控制工程技术研究中心，广东佛山 528231；4. 佛山市酿造工程技术研究中心，广东佛山528231；5. 佛山农业生物制造工程技术研究中心，广东 佛山 528231）

0 引言

近年来，随着生活水平的不断提高，人们对水果需求量越来越大。鲜切水果的销售产业在我国迅速发展，用于鲜切加工的水果主要有木瓜、芒果、甜瓜、菠萝、火龙果、猕猴桃、葡萄、草莓等不易褐变的果实[1-2]。然而苹果、雪莲果、香蕉等在鲜切加工产业中并不常见，主要是因为水果鲜切加工后，果肉组织遭到破坏，容易发生褐变，导致食用品质降低，进而影响销售价值。苹果和梨产生褐变是因为植物组织中含有的酚类物质与醌之间保持着氧化还原的动态平衡，当遭到机械破坏后，氧化还原平衡失调，造成醌的积累，并进一步氧化聚合，形成黑色物质[3]，切分造成组织伤害易引起组织合成酚类化合物，同时提高多酚氧化酶的活性及可溶性，增加植物组织的褐变敏感度。研究表明，降低褐变程度的方法有薄膜自发气调包装、抗坏血酸、柠檬酸等结合处理[4]。龚新[5]发现低温贮藏能在一定程度上抑制果实切片的组织褐变和品质下降，随着需求量的增大，消费者对鲜切水果品质的要求越来越高，苹果和梨的防褐变技术仍有待研究与开发。

抗坏血酸俗称维C，常作为水果防褐变的抗氧化剂，在中性或碱性条件下可通过自身分解起到抗氧化作用，已有研究表明，抗坏血酸和柠檬酸可减缓褐变能力[6]。谷胱甘肽是苹果中多酚氧化酶活性的最佳抑制剂，试验证明，经300 μmol/L 谷胱甘肽处理后的苹果切片，多酚氧化酶活性为50%；经500 μmol/L谷胱甘肽处理后的苹果切片，多酚氧化酶活性为0[7]，抑制了多酚氧化酶活性，进而可减缓褐变程度、延长苹果切片的贮藏期。

抗坏血酸和谷胱甘肽结合的报道都是应用于医学方面，在水果褐变方面鲜有报道，试验用不同浓度的抗坏血酸和谷胱甘肽处理鲜切苹果切片，对苹果切片的色度（L*），褐变强度（BD） 进行测定，研究出2 种抗氧化剂的最佳复配浓度，得出有效抑制鲜切苹果切片褐变的最佳抗褐变剂。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料：山东水晶富士苹果，购于永旺超市。包装材料：中号密实袋，永旺特惠优国际贸易（上海） 有限公司提供。

1.2 仪器与试剂

CR410 型色差计、7200 型可见分光光度计、ME104 型电子天平、ALLEGRA-64R 型台式高速大容量离心机。

谷胱甘肽，广州化学试剂厂提供；抗坏血酸，国药集团化学试剂有限公司提供；邻苯二酚、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠，天津市大茂化学试剂厂提供。

1.3 试验方法

1.3.1 单因素试验

选择大小、色泽均一，无虫害、无损伤的山东水晶富士苹果进行试验。先将苹果洗净、去皮、去核、切成1.5 cm 厚，立即放进抗氧化剂中浸泡进行保鲜处理，10 min 后将切片取出，沥干水分，放入托盘，用保鲜膜盖住，于4 ℃条件下贮藏观察，贮藏5 d，每天测试一下指标（褐变强度、色泽），试验重复3 次。

抗坏血酸处理：用蒸馏水配置0，0.01，0.03，0.05，0.07，0.09 mol/L 的抗坏血酸溶液。将苹果切片分别置于不同浓度的抗坏血酸溶液中浸泡10 min。

谷胱甘肽处理：用蒸馏水配置0，300，350，400，450，500 μmol/L 的谷胱甘肽溶液。将苹果切片分别置于不同浓度的谷胱甘肽溶液中浸泡10 min。

1.3.2 抗褐变指标的测定

（1） 色度测定[8]。苹果切片处理后，于室温下测定色泽的变化，每次测定取3 个样品，取平均值，用L*值分析褐变程度。以后每隔1 d 用色差仪CR-400/410 测定1 次L*值，每个值取3 个样品测定，取平均值，共测5 d。

（2） 褐变强度 （BD） 的测定[8]。取约2 g 果肉，按1∶10 比例加蒸馏水，低温下研磨2 min，过滤后取滤液于25 ℃下保温5 min，测定褐变强度，共测3 次，取平均值，结果以D410 nm×10 表示。每隔1 d测定1 次，共测5 d。

褐变强度（BD） 值越高，代表其褐变强度越高，色差计所测出来的指标，L*值为亮度指数，它从0～100 变化，L*=0 表示黑色，而L*=100 表示白色，其值越大亮度越高，表面褐变越轻，反之褐变越严重。

1.3.3 Box- Behken 试验设计

由单因素试验结果得出最佳水平：0.05，0.07，0.09 mol/L 的抗坏血酸和350，400，450 μmol/L 的谷胱甘肽和10，15，20 min 浸泡时间，利用Design Expert 软件，采用Box-Behnken 中心组合设计试验，探索出最佳复合配方方案。

Box-Behken 试验设计的因素与水平设计见表1。

表1 Box-Behken 试验设计的因素与水平设计

1.3.4 数据处理方法

数据采用WPS Excel 2013 统计分析、Design Expert 8.0.6 软件分析。

2 结果与分析

2.1 单一处理的试验结果

2.1.1 抗坏血酸的处理对鲜切苹果切片的影响

在贮藏条件为4 ℃，经不同浓度的抗坏血酸处理的鲜切苹果切片的色度（L*值） 和褐变强度（BD）的变化。

经过抗坏血酸处理的鲜切苹果切片色度L*值的变化见图1。

图1 经过抗坏血酸处理的鲜切苹果切片色度L*值的变化

由图1 可知，在4 ℃的储存条件下，鲜切苹果光泽总体呈下降趋势，失去原来的光泽，根据试验结果可得出，当抗坏血酸浓度大于0.05 mol/L 后，能减缓鲜切苹果切片的褐变程度，与对照组相比，经过0.07 mol/L 和0.09 mol/L 的抗坏血酸浸泡的苹果切片，在前4 d，它们的L*值都比蒸馏水浸泡的苹果切片要高，但是在第4 天后，可看出，由0.09 mol/L浸泡后的苹果切片亮度比0.05 mol/L 和0.07 mol/L 浸泡过后的苹果切片色泽要暗，是因为抗坏血酸的浓度不宜太大，因为浓度越大，自身氧化褐变越明显，反过来也会影响产品的色泽[9]。由此可以得出，0.07 mol/L 的防褐变效果最好。

经过抗坏血酸处理的鲜切苹果切片褐变强度BD的变化见图2。

图2 经过抗坏血酸处理的鲜切苹果切片褐变强度BD 的变化

由图2 可知，总体呈上升趋势，经过0.01，0.03 mol/L 抗坏血酸浸泡过的苹果切片在前2 d 褐变强度比对照组的大，在第3 天褐变强度有所下降，其原因是植物组织在遭到机械破坏时，其多酚氧化酶会增多以保护自身，而抗坏血酸并不能抑制多酚氧化酶活性，因此其褐变强度在前2 d 有所上升，但是抗坏血酸具有还原性，能将褐变产生的有色物质邻二醌还原成无色物质邻二酸[10]，从而达到抑制褐变的效果，因此第3 天呈下降趋势。总体来看，试验组的褐变强度较对照组好，而且，经过抗坏血酸浓度为0.07 mol/L 和0.09 mol/L 的浸泡过的鲜切苹果切片，褐变强度从第1 天开始就比对照组低。

综上所述，结合各项指标来看，经由抗坏血酸浓度为0.07 mol/L 浸泡过的鲜切苹果切片防褐变效果最佳。

2.1.2 谷胱甘肽的处理对鲜切苹果切片的影响

经过谷胱甘肽处理的鲜切苹果切片色度L*值的变化见图3。

图3 经过谷胱甘肽处理的鲜切苹果切片色度L*值的变化

由图3 可知，在贮藏期间，由不同浓度的谷胱甘肽处理后的鲜切苹果切片的色泽，随着天数的变化，明显比对照组要亮，特别是谷胱甘肽浓度为350 μmol/L 和400 μmol/L 时浸泡过的鲜切苹果切片，贮藏5 d 后色泽仍保持在75 以上。

经过谷胱甘肽处理的鲜切苹果切片褐变强度BD的变化见图4。

图4 经过谷胱甘肽处理的鲜切苹果切片褐变强度BD 的变化

由图4 可知，经过谷胱甘肽浸泡的鲜切苹果的褐变强度始终低于对照组，由试验数据可得400 μmol/L浸泡的处理组褐变强度最低。在第5 天时褐变强度均呈下降趋势，其推测原因是鲜切苹果切片褐变后由酪氨酸通过一系列反应变成5,6-2 羟吲哚- 2 - 羧酸，羟基和羧基均为助色基团，但在410 nm 处不显色，因此试验结果显示褐变强度会下降。综上所述，4 000 mol/L 谷胱甘肽浸泡的鲜切苹果切片防褐变效果最好。

2.2 优化筛选复合抗氧化剂

Box-Behnken 设计方案及响应值见表2。

根据试验结果，用谷胱甘肽浓度（B），抗坏血酸浓度（A），浸泡时间（C） 为自变量，鲜切苹果切片的色泽L*值（Y） 为因变量，共设计17 个处理组。因为鲜切苹果切片一般会在3 d 内销售完毕，故选择第3 天的试验数据。

表2 Box-Behnken 设计方案及响应值

回归方程模型方差分析见表3。

表3 回归方程模型方差分析

2.3 多元二次响应面回归模型的建立与分析

利用Design Expert 软件对表2 试验数据进行多元回归拟合和方差分析，得到各因子对响应值的二次多项回归模型为：

由表3 可知，模型总体p＜0.000 1 高度显著，失拟项0.430 1＞0.05 不显著，证明该模型对鲜切苹果切片护色有现实意义，决定系数R2=0.990 8，校正系数R2=0.979 0，表明该模型对于鲜切苹果复合护色工艺中L*值的实际值与预测值之间具有很好的拟合度。模型中A，B，C 的均显著（p＜0.05），且各因素影响对鲜切苹果褐变的影响程度依次顺序为A＞C＞B，二次项A2和B2都极其显著 （p＜0.01）。

2.4 响应面结果分析

各因素交互条件对鲜切苹果切片褐变的影响见图5。

图5 各因素交互条件对鲜切苹果切片褐变的影响

由图5 可知，曲面图开口向下，表明在试验范围内存在响应值的最大值，当L*值为75.9 时，谷胱甘肽浓度和浸泡时间交互作用对响应值二次影响作用，随着谷胱甘肽浓度和浸泡时间的增加，L*值先增大后减少，在接近中心点时达到最大值。从图5可知，曲面图开口向下，表明在试验范围内存在响应值的最大值，随着谷胱甘肽浓度和浸泡时间的增加，L*值先增大后减少，在接近中心点时达到最大值。根据Desgin Expert 软件中的回归模型分析，得到最优抗氧化剂的配方为抗坏血酸0.08 mol/L，谷胱甘肽401.62 μmol/L，浸泡时间15.70 min，此时L*值为76.54。

3 验证试验

为了验证该模型对鲜切苹果切片抗褐变效果的预测是否准确，将得到的最佳工艺条件定为0.08 mol/L抗坏血酸，401.62 μmol/L 谷胱甘肽，浸泡时间15.70 min，在此条件下进行3 次重复试验。结果表明，鲜切苹果切片的L*值为76.54±0.58，与预测值接近，说明模型准确有效。

4 结论

试验研究了抗坏血酸与谷胱甘肽对鲜切水果防褐变的影响，抗坏血酸是众所周知果蔬的抗氧化剂，谷胱甘肽也是抗氧化剂，却尚未被利用于防水果褐变的应用中，水果褐变引起的原因有酶促褐变和非酶促褐变。试验所用的抗坏血酸溶液是在非酶促褐变的方面减缓褐变程度，而谷胱甘肽是在酶促褐变的方面减缓褐变程度，故从褐变机理的2 个方面共同抑制褐变程度。研究通过了Box-Behnken 设计方案，优化了抗氧化剂的最佳配比，为鲜切苹果切片的品质提供了科学依据。