氯化钠处理对鲜切马铃薯褐变的影响研究

王 宁，张艳艳，张春燕，王艾丽，闫陆飞

（榆林市农业科学研究院，陕西榆林 719000）

马铃薯也称土豆、洋芋等，在我国的种植面积和总产量均居世界第一，有“营养之王”的美誉，蛋白质、膳食纤维含量高，含有人体所需全部的必需氨基酸，矿物质及维生素含量丰富。鲜切果蔬属于轻度加工果蔬，因其新鲜度高、营养品质高，可以满足人们快节奏的生活需求，近年来鲜切果蔬消费数量及发展规模不断扩大。然而，鲜切果蔬在加工过程中会受到机械损伤，因此相比完整果蔬更容易发生品质劣变，导致营养物质流失、衰老加速、微生物污染等一系列变化，降低食用价值、营养价值和商品价值。近年来，鲜切马铃薯有较大的市场需求，但马铃薯在鲜切过程中易发生褐变，影响商品的品质和营养价值，降低产品的视觉质量[1]。多数研究表明果蔬酶促褐变的发生是由于多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）的存在。Zhao 等[2]研究表明PPO 在有氧条件下参与酚类化合物代谢，并催化酚类化合物氧化为奎宁，从而导致褐变色素的形成，这与采后果蔬的酶促褐变密切相关。

NaCl 是一种食品添加剂，具有安全、价低、无毒等优点。目前，有研究者发现NaCl 溶液对鲜切苹果、鲜切粉葛等氧化褐变有积极的作用，能显著降低PPO 活性，缓解了细胞的衰老，显著降低鲜切粉葛[3]、鲜切苹果[4-5]、鲜切梨片[6]的褐变程度。贾茹羽[7]研究表明，0.05 mol/L NaCl 结合PP 包装材料处理可以较好地维持生姜膜结构的稳定性，从而抑制生姜褐变。张玉等[8]研究表明一定浓度的盐溶液可以有效缓解双孢蘑菇褐变，且与其它保鲜剂相比，盐溶液处理有较高的安全性。王红颖[9]研究表明NaCl溶液处理可以显著延缓马铃薯块茎的褐变。上述研究均表明NaCl 溶液对果蔬的酶促褐变有显著的抑制作用，从而达到较好的保鲜效果，因此本研究利用NaCl 溶液处理鲜切马铃薯，以期为鲜切马铃薯找到一种更加安全、有效的保鲜方法，促进鲜切马铃薯的产业化发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯品种为‘夏波蒂’，榆林市农业科学研究院；邻苯二酚、氯化钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠，榆林市天丰昌医教科技有限公司，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TU-1900 紫外分光光度计，山西盛安泰科技有限公司；高速冷冻离心机，西安华辰乐天实验室设备有限公公司；电子天平，瑞士梅特勒-托利多；冰箱，海尔集团；纯水机，上海富诗特仪器设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 马铃薯鲜切工艺

马铃薯先用自来水进行清洗，再用500 μL/L NaClO溶液浸泡消毒5 min。用消毒后的锋利刀具纵向分割马铃薯，切成3 mm 厚的马铃薯片。将马铃薯片用200 μL/L NaClO 溶液消毒5 min。

1.3.2 NaCl 溶液处理

消毒后的马铃薯切片浸泡在不同浓度NaCl 溶液中，烧杯外层采取冰浴处理，处理后的马铃薯片用纱布轻轻拭干，每袋装入3 片大小、厚度均匀的原料，每组做3 个平行，放入4 ℃冰箱冷藏待测。

1.3.3 PPO 的测定

参照范凯[10]的方法。

1.4 单因素试验

精密称取马铃薯1.000 0 g，固定处理时间10 min，处理温度20 ℃，NaCl 溶液浓度0.2 mol/L，以PPO 活性为评价指标，进行单因素试验。NaCl 溶液处理浓度设为0.05、0.10、0.20、0.30 mol/L，NaCl 溶液处理时间设为5、10、20、30 min，处理温度设为0、10、15、20 ℃，以未经NaCl 溶液处理为对照（CK）。

1.5 响应面试验

参考单因素试验的结果，以NaCl 溶液浓度、处理时间、处理温度为自变量，马铃薯PPO 活性为响应值，根据中心组合实验设计原理设计三因素三水平响应面分析试验[11]。如表1 所示。

表1 响应面试验因素与水平设计Table 1 Factors and levels of response surface experiment

1.6 数据分析

采用Excel 2016 作图，采用Design Expert 13 响应面优化试验进行设计和分析，IBMSPSS Statistics 26 进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 NaCl 处理浓度对鲜切马铃薯片PPO 活性的影响

PPO 是一种末端氧化酶，其活性的高低显著影响马铃薯的褐变[12-13]。如图1 所示，随着NaCl 浓度的增加，PPO 活性呈先下降后上升的趋势，且不同NaCl 浓度处理对鲜切马铃薯片PPO 活性有显著影响。当NaCl 浓度为0.2 mol/L 时，PPO 活性最小，为145.04 U/g，与未处理组相比，降低了27.87%（P＜0.05）。这可能是由于0.2 mol/L浓度的NaCl 溶液环境使细胞膜系统能够维持相对稳定的区域化分布，降低了酚与酶的接触率，降低了酶促褐变反应的可能性，从而起到抑制褐变的作用。有研究得出，NaCl 溶液会激发植物的抗性[14]，从而减少细胞膜通透性的变化。因此，NaCl 溶液浓度选择0.2 mol/L。

图1 NaCl 处理浓度对鲜切马铃薯片PPO 活性的影响Fig.1 Effect of NaCl treatment concentration on PPO activity of fresh-cut potato chips

2.1.2 NaCl 处理时间对鲜切马铃薯片PPO 活性的影响

如图2 所示，不同NaCl 处理时间对鲜切马铃薯片活性有显著的影响。当处理时间为20 min 时，PPO 活性最小，为142.01 U/g；与未处理组相比酶活性显著降低了30.05%。这可能是由于20 min 的NaCl 处理时间能够充分积累渗透调节物质，维持细胞膜的完整性，从而降低了褐变反应的发生率。这与宋康华等[3]的研究结果一致。因此，NaCl 处理时间选择20 min。

图2 NaCl 处理时间对鲜切马铃薯片PPO 活性的影响Fig.2 Effect of NaCl treatment time on PPO activity of fresh-cut potato chips

2.1.3 NaCl 处理温度对鲜切马铃薯片PPO 活性的影响

如图3 所示，随着温度的升高，PPO 活性先下降后上升。在10 ℃时，PPO 的分子动能较低，所以催化反应的速度也较慢，从而使PPO 活性保持稳定的状态。温度升高到10～20 ℃时，PPO 活性不断升高，这可能是由于随着温度的升高，分子的热运动不断加剧，导致PPO 分子空间结构改变，从而使其活性中心三维结构破坏，使PPO活性不断升高[15]。因此，NaCl 处理温度选择10 ℃。

图3 NaCl 处理温度对鲜切马铃薯片PPO 活性的影响Fig.3 Effect of NaCl treatment temperature on PPO activity of fresh-cut potato chips

2.2 响应面试验结果与分析

通过Design-Expert 13 软件的分析，得到响应面试验设计结果，如表2 所示。

表2 响应面试验设计方案及结果Table 2 Design and results of response surface experiment

对表2 数据进行多元回归拟合，得到A、B、C 三个变量与响应值PPO 活性的回归模型Y=335.48-1 091.91A-2.51B-11.00C-6.13AB+6.62AC+0.12BC+2486.95A2+0.07B2+0.35C2。

回归模型进行方差分析的结果见表3。由表可知，回归模型的P＜0.001，具有高度的显著性，能较好地模拟出真实曲面。失拟项P=0.278 8，大于0.05，差异不显著，说明模拟性较好。R2=0.996 3、调整后的R2Adj=0.991 5，二者差异小于0.2，说明该模型拟合度较好。变异系数1.32%＜10%，精密度为40.46＞4，表明该模型对马铃薯PPO 活性的预测具有较高的参考价值。在此模型中A、AB、BC、AC、A2、B2、C2项对试验结果的影响极显著（P＜0.01），B、C 项对试验结果的影响显著（P＜0.05）。由F值可知，对马铃薯PPO 活性影响程度大小的因素依次是A＞B＞C，即NaCl 处理浓度＞NaCl 处理时间＞NaCl 处理温度。

表3 回归方程系数及显著性检验Table 3 Coefficient of regression equation and significance test

交互作用的强弱趋向可以被响应面坡度陡峭程度和等高线椭圆形状反映，交互作用强弱水平可以从投影面的等高线形状中观察，曲面倾斜度越大，则该因素对响应值的影响越显著[8]。由图4 可知，三维曲面图坡度较大且等高线图都呈椭圆形。所以，各因素之间的相互作用对马铃薯PPO 活性有显著影响，此结果与表3 的方差分析结果一致。

图4 因素间交互作用对PPO 活性的影响Fig.4 The effect of interaction between factors on PPO activity

根据回归模型得出最佳处理条件为NaCl 处理浓度0.28 mol/L，处理时间19.63 min，处理温度10.23 ℃。在此条件下，马铃薯PPO 活性为128.89 U/g。根据实际情况，调整最佳处理条件为NaCl 处理浓度0.28 mol/L，处理时间20 min，处理温度10 ℃。在此条件下进行试验，得到PPO 活性为125.41 U/g，与理论值相近，说明建立的此模型与实际情况基本吻合，进一步说明该方法是可靠的。

3 结论

通过单因素和响应面试验，考察了NaCl 浓度、处理时间、处理温度为马铃薯PPO 活性的影响，得出最佳处理条件：NaCl 浓度0.28 mol/L、处理时间20 min、处理温度10 ℃。在此条件下，鲜切马铃薯的PPO 活性为125.41 U/g，与理论值（128.89 U/g）相近，说明该模型准确度较高。研究结果表明NaCl 溶液处理可以显著抑制鲜切马铃薯的酶促褐变，因此该研究可为马铃薯实际生产提供一定的理论基础和技术支持。