黄冠梨汁无硫护色剂配方的筛选

张凯悦，朱筱琪，秦 靖，梁丽雅，李 玲

（天津农学院食品科学与生物工程学院，天津 300384）

黄冠梨外观综合评价极好，果芯小，果肉洁白，肉质细腻、松脆，残渣少，风味酸甜适口，具有浓郁香味，深受消费者的喜爱。黄冠梨可以用来制作果汁、酿酒、梨膏、梨脯等，能够满足各类人群的需求[1]。黄冠梨汁富含多种营养成分，对人体健康有诸多益处[2-4]。黄冠梨在制作果汁过程中容易发生褐变，生产上常用含硫物质进行护色，但是存在安全隐患[5]。随着人们生活水平的提高，天然、绿色、健康的食品已经逐渐成为人们消费的核心，而黄冠梨汁则可以较好地满足人们的需求。因此筛选安全、有效的护色配方成为行业亟需研究的课题。

褐变是指果汁在加工和储藏过程中发生的颜色变化[6-8]。黄冠梨所含的酚类物质对其品质有双重影响：一方面，酚类物质使黄冠梨汁具有独特的收敛口味；另一方面，过多的酚类物质是黄冠梨汁苦涩及褐变的主要原因。褐变问题一直是黄冠梨汁加工业所面临的技术瓶颈。黄冠梨在破碎榨汁阶段主要发生酶促褐变[9]。酶促褐变是在有氧条件下，酚酶催化酚类物质形成醌及其聚合物的反应过程。植物体内酚类物质种类多、含量丰富，在无损伤的细胞中作为呼吸传递物质，酚-醌保持着动态平衡，若细胞组织遭到破坏，氧气就会大量侵入，酚-醌之间的动态平衡被打破。多酚氧化酶（PPO）作用使邻位酚氧化为醌，醌进一步聚合成黑色物质，导致梨汁发生褐变[10-11]。PPO 是一类铜结合酶，在植物组织中与内囊体膜结合在一起，自然状态下无活性，但是当组织匀浆或损伤后PPO 就会被活化，从而表现出活性。褐变不仅影响果汁的外观和风味，而且会造成营养物质流失，甚至导致食物变质[12-13]。因此研究最佳的护色配方，解决梨汁褐变问题，有助于提高黄冠梨的附加值和种植经济效益，有利于果农脱贫致富。

目前，在生产上主要是用一些含硫护色剂对梨汁进行护色。李梁等[14]确定苹果梨汁的最佳护色剂配方是柠檬酸添加量0.67 g/100 mL，Na2SO3添加量0.01 g/100 mL，L-半胱氨酸添加量0.01 g/100 mL。周会玲等[15]用 Na2SO3、乙二胺四乙酸（EDTA）、草酸、柠檬汁复合液对梨汁进行护色也取得了较好的效果。孙姗姗等[16]研究结果显示，0.8 g/L VC、0.2 g/L NaHSO3和5 g/L 柠檬酸的复合液浸泡1 min 后制得的雪梨汁护色效果较好。常大伟等[17]和李磊等[18]研究发现，抗坏血酸、β－环糊精、EDTA 三种褐变抑制剂之间存在协同作用。黄文书等[19]研究发现，将切块后的库尔勒香梨用VC、柠檬酸、L-半胱氨酸组成的复合护色剂浸泡对梨汁护色效果较好。尤丽新等[20]研究发现，菠萝和水晶梨饮料的护色条件为0.03% VC、0.03%Na2SO3和0.01%柠檬酸。苏菲烟等[21]确定6.56 mmol/L L-半胱氨酸、4.58 mmol/L D-异抗坏血酸钠和6.18 mmol/L 抗坏血酸为雪梨果汁最佳复合护色剂。本研究采用无硫护色试剂对黄冠梨汁进行护色，筛选适宜的护色剂配方组合，以期为企业实际生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

黄冠梨，购于天津市西青区红旗农贸市场；柠檬酸、抗坏血酸、D-异抗坏血酸钠（分析纯），国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器与设备

UV-3100 型紫外分光光度计，由上海美普达仪器有限公司生产；SKG2030 型原汁机，由广东艾诗凯奇智能科技有限公司生产；ME203E 型电子天平，由梅特勒-托利多公司生产。

1.2 方法

1.2.1 单因素试验设计

将3 种护色剂分别配成不同浓度（表1）。挑选新鲜、大小均一、无伤痕、无腐烂的黄冠梨进行试验。将黄冠梨洗净后去皮、去核，切分成2 cm3的小块，分别浸泡于不同浓度的3 种护色液中，保持10 min，以去离子水浸泡作为对照。以不同浓度的Na2SO3处理作为阳性对比，护色结束后立即进行榨汁，取适量梨汁转入比色皿中测其褐变度，确定各个护色剂的最佳浓度。

表1 不同护色剂的浓度Table 1 The concentrations of different color protectors

1.2.2 黄冠梨汁最佳护色剂配方的响应面设计

通过单因素试验确定柠檬酸、抗坏血酸、D-异抗坏血酸钠3 种护色液各自的最佳浓度，以最佳浓度为中水平，运用Design Expert 8.0.6 软件，以褐变度为响应值，进行响应面试验，筛选最佳的复合护色液配方组合。响应面试验因素水平见表2。

表2 响应面试验因素水平表Table 2 Factors and levels of RMS design

1.2.3 黄冠梨汁褐变度的测定

参考Li 等[22]的方法，将黄冠梨经护色榨成汁后，立即转入规格为12.5 mm×12.5 mm×45 mm 的比色皿，在420 nm 下测定吸光度，每个样品重复5 次。

褐变度=A×V/m

式中：A 为吸光度；V 为样品体积，mL；m 为样品质量，g。

1.2.4 数据处理

用Microsoft Excel 2007 对数据进行整理和计算，通过Origin 95 软件进行方差分析（ANOVA）和邓肯氏多重检验。

2 结果与分析

2.1 柠檬酸对黄冠梨汁褐变度的影响

柠檬酸存在于许多植物中，是一种天然护色剂。柠檬酸能防止因酶催化引起的氧化作用，可以降低pH，螯合PPO 活性中心的Cu2+，最终达到护色效果[23-24]。熊忠飞等[25]研究发现，当柠檬酸添加量为0.12%时，对“黄元帅”苹果汁的褐变有较好的抑制作用。由图1 可知，当柠檬酸浓度为0.2%时，黄冠梨汁的褐变度最小，且与其他各组处理之间存在显著差异（P＜0.05）。随着柠檬酸浓度的增大，黄冠梨汁的褐变度反而越来越高。总之，柠檬酸的护色效果并不随其浓度的增加而提高，柠檬酸的最适添加量为0.2%。

图1 柠檬酸对黄冠梨汁褐变度的影响Fig.1 Effects of citric acid on browning degree of Huangguan pear juice

2.2 抗坏血酸对黄冠梨汁褐变度的影响

抗坏血酸是食品行业中一种重要的天然抗氧化剂，具有较强的还原性，可以将醌类及其衍生物还原成酚，进而阻止聚合成有色物质，从而达到抑制褐变的目的。抗坏血酸对氧化褐变反应中的氧分子有很强的结合能力，可以降低褐变反应过程中的氧分子浓度，抑制褐变反应速率，强化护色作用[26]。由图2 可以看出，当抗坏血酸浓度小于0.15%时，黄冠梨汁的褐变度随抗坏血酸浓度的增加而降低；但是当抗坏血酸浓度大于0.15%时，黄冠梨汁的褐变度反而会随着抗坏血酸浓度的增大而增加。邓肯式多重检验结果表明，抗坏血酸浓度为0.10%和0.15%时，黄冠梨汁褐变度之间的差异没有达到显著水平，但是加入0.15%抗坏血酸，黄冠梨汁的褐变度值最低，为1.389 6。

图2 抗坏血酸对黄冠梨汁褐变度的影响Fig.2 Effects of ascorbic acid on browning degree of Huangguan pear juice

2.3 D-异抗坏血酸钠对黄冠梨汁褐变度的影响

D-异抗坏血酸钠又名赤藻糖酸钠，具有抗氧化、无臭、无毒，且不影响人体对VC 吸收的特点[27]。作为控制食品氧化变色和风味劣变的抗氧化剂，D-异抗坏血酸钠可以保持橄榄汁的色泽和自然风味，延长保质期，改善其变色、异味、浑浊等不良现象，且无任何毒副作用[28]。0.1%D-异抗坏血酸钠对速冻莱阳梨丁的褐变抑制作用效果最好[29]。

从图3 可知，加入D-异抗坏血酸钠在一定程度上抑制了黄冠梨汁的褐变，且与对照相比差异均达到显著水平（P＜0.05）。0.30%、0.40%和0.50%的 D-异抗坏血酸钠对梨汁褐变有明显的抑制作用，但是三者之间的差异不显著。当加入0.5% D-异抗坏血酸钠时，黄冠梨汁的褐变度最小，其抑制褐变的效果最好。

图3 D-异抗坏血酸钠对黄冠梨汁褐变度的影响Fig.3 Effects of D-sodium isoascorbate on browning degree of Huangguan pear juice

2.4 亚硫酸钠对黄冠梨汁褐变度的影响

亚硫酸钠能显著降低黄冠梨汁的褐变度（P＜0.05），且浓度越大，对黄冠梨汁褐变的抑制作用越强（图4）。当加入0.05%亚硫酸钠进行护色后，黄冠梨汁的褐变度仅为1.361 6，护色效果显著好于加入0.01%和0.02%亚硫酸钠（P＜0.05）。最佳浓度的柠檬酸、抗坏血酸和D-异抗坏血酸钠护色剂与0.05%Na2SO3相比，黄冠梨汁的褐变度无显著性差异。说明适宜浓度的柠檬酸、抗坏血酸和D-异抗坏血酸钠可以代替亚硫酸钠起到良好的抑制褐变作用。

图4 亚硫酸钠对黄冠梨汁褐变度的影响Fig.4 Effects of sodium sulfite on browning degree of Huangguan pear juice

2.5 复合护色剂配方组合的筛选

在单因素试验的基础上，进行黄冠梨汁复合护色液配方组合的筛选。通过单因素试验确定柠檬酸、抗坏血酸、D-异抗坏血酸钠3 种护色液的最佳浓度分别为0.20%、0.15%、0.50%，以此最佳浓度为0 水平，褐变度为响应值，进行3 因素3 水平响应面试验。依据Box-Behnken 设计进行，响应面试验设计与结果见表3。

表3 响应面试验设计与结果Table 3 Results and design of RSM

将表3 中的数据使用Design Expert 8.0.6 软件进行回归拟合，回归模型中柠檬酸浓度为A，抗坏血酸浓度为B，D-异抗坏血酸钠浓度为C，褐变度（Y）的响应值遵循如下公式：

Y=0.80-0.081A+0.047B-0.022C+0.007 4AB-0.035AC-0.057BC +0.27A2+0.24B2+0.42C2

如表4 所示，模型的P 值为0.001 4，小于0.01，差异极显著。失拟项的P 值为0.071 1，大于0.05，差异不显著。决定系数R2为0.943 5，大于0.9，说明该模型适合用于分析和预测护色剂组合处理对黄冠梨汁褐变的控制效果。因素A、B、C 的线性效应不显著，抑制黄冠梨汁褐变的效果由强到弱依次是柠檬酸＞抗坏血酸＞D-异抗坏血酸钠。A、B、C 的平方级效应极显著，均小于0.01。A、B、C 的交互作用均未达到显著水平，两两交互的响应面图如图5 所示。

表4 回归方程系数的显著性检验结果Table 4 The significance test of regression equation coefficients

图5A 表示当加入0.5%D-异抗坏血酸钠，柠檬酸浓度在0.10%～0.30%范围内时，随着抗坏血酸浓度的增加，黄冠梨汁褐变度变化不明显。图5B 表示抗坏血酸浓度为0.15%时，柠檬酸和D-异抗坏血酸钠对黄冠梨汁褐变度的交互作用。当柠檬酸浓度为定值时，随着D-异抗坏血酸钠浓度的增加，黄冠梨汁褐变度呈逐渐降低的趋势，但是超过一定浓度，梨汁的褐变度反而逐渐上升。图5C 表示柠檬酸浓度为0.20%时，D-异抗坏血酸钠和抗坏血酸对黄冠梨汁褐变度的交互作用。当抗坏血酸浓度一定时，随着D-异抗坏血酸钠浓度的增加，黄冠梨汁褐变度呈先降低后增加的趋势。

图5 各因素的交互作用对黄冠梨汁褐变度影响的响应面图Fig.5 Response surface plots of interaction effects on browning degree of Huangguan pear juice

结合拟合的多元回归方程，利用软件分析得到黄冠梨汁无硫护色剂的最佳配方组合为0.22%柠檬酸+0.15%抗坏血酸+0.50%D-异抗坏血酸钠，此时黄冠梨汁褐变度的理论预测值为0.796 1。采用上述最优配方对黄冠梨汁进行护色处理，其实际褐变度为0.813 2±0.052 1，与预测值相近。说明响应面法优化得到的黄冠梨汁护色剂配方组合准确可靠，可以指导工厂生产。

3 结论

黄冠梨汁在加工过程中极易褐变，不仅会降低黄冠梨汁的营养品质和感官特性，影响消费者食用时的心情，还会影响产品的销售和企业的经济效益。利用天然的柠檬酸、抗坏血酸和D-异抗坏血酸钠对黄冠梨汁进行护色，通过单因素和响应面试验得出黄冠梨汁最佳的复合护色剂配方组合为0.22% 柠檬酸+0.15%抗坏血酸+0.50%D-异抗坏血酸钠。