美拉德反应产物抑制冷冻甘薯片的褐变.pdf

第 2 5卷第 3期 2 0 0 6 年 5月 食 品 与 生 物 技 术 学 报 J o u r n a l o f F o o d S c i e n c e a n d B i o t e c h n o l o g y Vo 1 2 5 No 3 M a y 20 06 文章编号 ： 1 6 7 3 - 1 6 8 9 【 2 0 0 6 ) 0 3 - 0 0 4 6 - 0 6 美拉德反应产物抑制冷冻甘薯片的褐变 李淑媛 ， 张 憨 ( 江南大学 食品学院， 江苏 无锡 2 1 4 0 3 6 ) 摘 要 ： 氨基酸与葡萄糖形成的美拉德反应产物( MR P s ) 对甘薯 中的多酚氧化酶 ( P P O) 以及冷冻 甘薯片的褐变均具有一定的抑制作用。氨基酸与葡萄糖在 不同的反 应条件下( 氨基酸的种类、 p H 值 、 反应时问以及氨基酸与葡萄糖之 比) 所形成的美拉德反应产物对甘 薯 中多酚氧化酶的抑制作 用不同。其最佳的美拉德反应条件是反应 p H值为 3 O ， L - 半胱氨酸 ， 氨基酸与葡萄糖 的质量 比为 1： 2， 反应 时间为 5 h 。 关键词：美拉德反应产物f多酚氧化酶；冷冻甘薯片#褐交 中图分类号 ： S 5 3 1 文献标识码 ： A Ma i l l a r d Re a c t i o n P r o d u c t s( MRP s )I n h i b i t B r o wn i n g o f Fr o z e n S we e t Po t a t o S l i c e s L I S h u - y u a n， Z HANG M i n ( S c h o o l o f F o o d Sc i e n c e a n d En g i n e e r i n g。S o u t h e r n Ya n g t z e Un i v e r s i t y。W u x l 2 1 4 0 3 6 C h i n a ) Ab s t r a c t ： M a i l l a r d r e a c t i o n p r o d u c t s ( M RPs )h a v e e f f e c t o n t h e p o l y p h e n o l o x i d a s e ( PP O)a n d t h e b r o wn i n g o f f r o z e n s we e t p o t a t o s l i c e s MRP s ，s y n t h e s i z e d u n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i o n s i n c l u d i n g h e a t i n g t i me ，t y p e o f a mi n o a c i d s ，P H ，a mi n o a c i d a n d g l u c o s e c 0 n c e n t r a t i 0 n s v a r i o u s ，s h o we d d i f f e r e n t e f f e c t s o n P PO a n d o n b r o wn i n g o f f r o z e n s we e t p o t a t o s l i c e s Th e o p t i mu m c o n d i t i o n i s p H 3 0，L - c y s t e i n e ，1 2 a n d 5 h o u r s Ke y wo r d s ：ma i l l a r d r e a c t i o n p r o d u c t s ；p o l y p h e n o l o x i d a s e ；f r o z e n s we e t p o t a t o s l i c e s f b r o wn i n g 甘薯( I p o mo e a b a t a t a s ) 是 中国重要 的粮食作 物 ， 随着食品科技的不断发展 ， 相应地 开发 出了许 多甘薯食品。但是 ， 在甘薯食品 的加 工过程 中， 由 于甘薯的褐变作用而导致其加工的食品色泽差、 质 量低， 从而降低了产品的实际开发应用价值。甘薯 的褐变主要是由其所含的多酚氧化酶( P P O) 所引 起的。多酚氧化酶能催 化甘薯 中的内源性 多酚物 质氧化生成黑色素 ， 从而影响加工品的色泽【 1 。 目前 ， 控制甘薯褐变 的方法主要是利用护色剂 如抗坏血酸 、 柠檬酸 、 亚硫酸盐 、 半胱氨 酸等来抑 制甘薯中的多酚氧化酶 或是分解 由多酚氧化酶形 成黑色物质， 从而防止甘薯在加工过程中发生褐 变。众多护色剂 中， L - 半 胱氨酸 的护色效果最好 ， 但用 L 一 半胱氨酸护色成本较高， 为了降低成本还需 寻找更实用 的护色方法 。 美拉德反应 ( Ma i l l a r d R e a c t i o n ) 是食品中的氨 基化合物( 胺 、 氨基酸 、 肽和蛋 白质) 和羰基化合物 ( 糖类) 在食品加工和贮藏过程 中自然发生的反应。 收稿 日期 ： 2 0 0 5 - 0 1 - 1 4 ； 修回 日期 ： 2 0 0 5 - 0 3 - 1 2 基金项目： 江苏省农业科技攻关项 目( B E 2 0 0 2 3 2 0 ) 作者简介： 李淑媛( 1 9 7 9 一 ) 。 女。 江西万载人。 农产品加工与贮藏硕士研究生 维普资讯 第 3期 李淑媛等： 关拉德反应产物抑制冷冻甘薯片褐 变 4 7 从营养角度考虑 ， 由于发生使食品 中的有效成分如 氨基酸类和糖类有所损失 以及引起食 品的褐变等 ， 使食品的营养价 值部分 降 低。但 是 ， 在 生 产类黑 精美拉德反应产物 ( MRP s ) 的同时， 有一 系列 的美拉德 反应 中间体还原 酮类物 质及 杂环类 化合物生成 ， 这类物质具有抗氧化的功能L 2 。 美拉德反应产物也是 一类很好 的抑制多酚 氧 化酶防止果蔬褐变的抑制剂 。一般认 为， 抑制作用 与 MR P s 的性质及结构有关 ， 主要的 MRP s 是美拉 德反应的中间体 Ama d o r i 重排产物 ， 这类氨基还原 酮物质具有螯 合、 还原和消除 氧的特性， 还可 以螯 合 F e 、 Z n和 C u ， 具有很好的抗氧化特性 ， 可抑制酶 褐变 ， 但来源不 同表 现不 同。来 自缬 氨酸、 谷 氨酸 与糖反应的 MR P s不能 抑制多酚氧 化酶 ( P P O) 的 活性 ， 反而能加剧 P P O 的作 用 ， 但 精氨酸 、 半 胱氨 酸、 组氨酸 、 赖氨酸与糖 的 MRP s具有很 强的抑制 作用 。 作者主要讨论利用精氨酸 、 半胱氨酸、 组氨酸、 赖氨酸与葡萄糖发生 的美拉 德反应 产物来抑制冷 冻甘薯片的褐变。 1 材料 与方法 1 1 材料和仪器 甘薯： 产地为江苏徐 州， 新 鲜、 表 皮无霉 、 粗 细 均匀 、 无病虫害、 个体完整 ， 品种 为脱毒徐薯 1 8号。 丙酮： 分析纯； 精氨酸： 生化试剂； 组氨酸： 生化 试剂 ； L - 半胱氨酸 ： 生化试剂 ； 赖氨酸 ： 生化试剂 ； 葡 萄糖： 分析纯； 邻苯二酚： 分析纯。 组织 捣碎机 ： D S 一 1 ， 上海 标本 模 型厂制 造， 冰 箱 ： B C I ) - 2 O 5 UT， 青 岛 海 尔 股 份 有 限 公 司 产 品； wS C - S测色色差计 ： 上海精 密科学 仪器有 限公 司 产品。 1 2实验方 法 1 2 1 甘薯中多酚氧化 酶的提取( 丙酮粉 法) 称 取预先冷冻好 的红薯 1 0 0 g与 一2 6的丙酮 4 0 0 mL混合 ， 置于高速组织捣碎机中捣碎 ， 然后迅速进 行抽滤 ， 离心 ， 得 到的上清液即为多酚氧化酶 的粗 酶液口 。制得 的粗酶液保存在 4冰箱 中冷藏待 用 。 1 2 2 不同美拉德反应产物的制备利用不同的 氨基酸( 精 氨酸、 组氨酸 、 L 一 半胱 氨酸和赖 氨酸) 与 葡萄糖， 在不同的 p H值 ( 3 0 、 5 0 、 7 0 、 9 0 、 1 1 O ) ， 不同的反应时间( 1 、 3 、 5 、 7 h ) ， 不 同的氨基酸与葡萄 糖质量 比值( 1： 2 ， 1： 1 ， 2：1 ) ， 相同的温度 ( 9 0) 下进行反应 ， 从而得到不同的美拉德反应产物 。 1 2 3 美拉德反应产物对甘薯 中多酚氧化酶的抑 制作用 吸取 0 5 mL不同反应条件的美拉德反应 产物， 0 5 mL 的粗 酶 液 和 0 5 mL底 物 ( 0 0 1 5 mo l L的邻苯二酚溶液) 于预先装有 4 5 mL p H值 为 6 5的磷酸 二氢钠和磷酸氢 二钠缓冲液的试管 中， 充分反应 ( 约 1 O h ) 后 ， 用测色色差仪进行色差 的测定 。因为美拉德反应 产物本身具有颜色 ， 因此 本 试 验 结果 以 E 表 示 ， 色 差 E是 样 品 与对 照 样 之间色差值的差异 ， 其 计算公式为 ： E一 ( LLo ) 十( 口 一n o ) + ( 6 一b o ) 式中： L、 n和 b是处理样 品的色差 L、 n和 b值 ， L 0 、 n 。 和 b 。 值分别为对照样 的色差 L、 n和b值 。 此处的对 照样 指不加粗酶 液只加美拉德反应 产物 以及底物的酶反应液 ， 此处 Z X E越小， 处理样品 与对照样色泽的差异越小 ， 由多酚氧化酶引起 的褐 变就越少 ， 说明美拉德反应产物的抑制效果越好 。 1 2 4关拉德反应产物对冷冻甘薯片褐 变的抑制 作用 冷冻甘薯片的工艺 流程 ： 鲜甘薯切片( 3 mm 左右) 一漂烫 ( 沸水漂烫 1 5 s ) - - * 冷却护色一装盘一 冷冻 。浸泡护色方法 ： 先将美拉德反应液稀释一定 的倍数后配制成美拉德反应产物稀释液 ， 将漂烫好 的甘薯片放人美拉德 反应 产物稀释液 中进行浸 泡 ( 常温 ， 时间为 3 0 mi n ) 。浸泡后再装入塑料盒 中进 行冷冻贮藏 ， 1 4 d后进行指标测试 。 1 2 5 冷冻甘薯片指标 的测定方法 采用 WS C - S 测色色差计来进行冷冻甘薯片颜色的测定 ， 色差 L 值是用来表示亮度的一个指标 ， L值越大， 表示样品 越亮 ， 也即褐变越小； 相反 ， L值越小 ， 表示样品颜色 越暗 ， 也即褐变越严重 。冷冻甘薯片中维生素 C的 测定采用 2 ， 6 一 二氯靛酚法 5 。 2结果 与讨 论 2 1 不同制备时间的美拉德反应产物对多酚氧化 酶的影响 美拉 德 反 应 产 物 的 制 备 条 件 ： 加 热 温 度 为 9 O， p H值为 5 0 ， 时间为 1 ， 3 ， 5 ， 6 ， 7 h 。氨基酸 的浓度为 0 5 mo l L， 葡萄糖 的浓度为 0 5 mo l L。 操作步骤 ： 分别吸取等体积氨基酸溶液和葡萄 糖溶液置于试管 中， 用质量分 数 1 的磷酸溶液调 节 p H值 ， 然后将试管放人温度为 9 O左右的恒温 水浴锅中进行 恒温。每隔一定的时间拿 出相应的 试管， 用冰水冷却至室温， 然后测定其褐变强度。 美拉德反应产物褐变强度的测定方法： 将美拉 德反 应 液 稀 释 1 0 0倍 后 在 4 2 0 n m 处 测定 其 吸 光值 。 维普资讯 4 8 食品 与 生物技术 学报 第 2 5卷 2 1 1 不 同制备 时 间的 美拉 德 反 应 产 物 的褐 变强 度图 1是 4种不同的氨基酸与葡萄糖反应不同的 时间所得到 的美拉德 反应 产物 的褐 变强度 。从 图 中可以看 出， 同一时间赖氨酸 的褐变程度最 大， 其 次是组氨酸和精 氨酸， 褐 变程度最 小 的 L _ 半 胱氨 酸 ， 且随着时间的延长 ， 褐变程度有所加剧。 0- 3 0 O 25 O 2 O 0 1 5 O 1 0 0 0 5 O 0 2 4 6 8 加热时间， h 图 1 不同制备 时间的美拉德反应产物 的褐变强度 F 1 The c o l o r i nt e n s i t y o f M RP s y nt h e s i z e d f r o m v a r l o us s o l u t i o n o f a min o a c i d a nd g l uc o s e h e a t e d f 0 r d if f e r e n t h o u r s 2 1 2 不同制备 时间的美拉德反应产物对甘薯 中 多酚氧化酶 的影响 样 品组成 ： 4 5 r n L p H 值 为 6 5的 0 0 5 mo l L磷酸盐缓冲液 ， 0 5 mL酶提取 液 ， 0 5 mL美 拉德 反应 产 物 以及 0 5 mL底 物 ( O 0 1 5 mo l L的邻苯二酚溶 液) 。溶液在 2 5下 进行反应， 大约 1 0 h后进行其色差的测定。 图 2是 4种氨基酸与葡萄糖反应不同的时间得 到的美拉德 反应产 物对 甘薯 中多酚氧化酶的抑制 作用 。图中的色差 E是指加入美拉德反应产物抑 制剂后 ， 粗酶液与底物邻苯二酚反应液的色差 与对 照样即不加酶液的色差 A E。以此值的大小来反映 美拉德反应产物对多酚氧化酶的抑制作用 。从图 2 中可以看 出， 各种氨基酸对应的样品其 A E值 均是 随着加热时间的延 长而 降低 ， 这说 明， 加热时间越 长， 美拉德 反应产物对 多酚 氧化酶 的抑制作 用越 强 ， 但 由图 1可知 ， 加热时间越长美拉德反应产物 本身的颜色加深 ， 因此也不能无 限延 长。另外从 图 2中还可 以看 出， 4种氨基酸 中属 L 半 胱氨酸效果 最好 ， 其次是赖氨酸 ， 精氨酸和组氨酸效果差不多。 2 2 不同制备 p H值 的美拉德 反应产物对多酚氧 化酶的影响 美拉德反应产物的制备条件： 反应温度 9 0， 时间 5 h ， 反应物 的浓 度 同上 ， p I - I 值分 别 为： 3 0 、 5 0、 7 0、 9 0、 1 1 0。 操作方法 ： 分别吸取等体积 的氨基酸溶液和葡 萄糖溶 液， 混 合 后用 1 mo l L 的磷 酸溶 液和 0 1 mo l L氢氧化钠溶液调节到不同 的 p I - I 值 ， 然后分 别吸取一定量的溶液放入试管中进行反应 。 图 2 不同制备时 间的美拉 德反 应产 物对 多酚氯化 酶 的影响 F 嘻 2 The e f f e c t o f MR P s s y n thes i z e d f rom v a r i o u s S O - int i o n hea t ed f o r di f f e r e nt ho u r s o n PPO a c t i v i t y 2 2 1 氨 基 酸 在 不 同制 备 p I - I 值 的 美拉 德 反 应产 物的褐 变强度 图 3是 4种氨基酸在不同制备 p H 值的美拉德反应产物 的褐变强度 。从 图中可以看 出， 美拉德反应产物 的吸光度随着制备 p I - I 值 的增 加而迅速增大 ， 尤其是在 p I - I 7 0以上， 说明用来抑 制多酚氧化酶褐变的美拉德反应产物其反应 p H值 应在酸性条 件下 比较 好。另 外 ， 从 图中还 可以看 出， L 半胱氨酸和组氨酸 的褐变强度普遍 比精氨酸 和赖氨酸低 。 +精 氨酸 1 2 1 0 0 8 墨 0 6 0 4 0 2 0 p H 图3 不同制备 p n值的美拉德反应产物的褐变强度 F i g 3 Th e c o l o r int e m l t y o f M RP s y n t h esi z e d f ro m V a 。 r i o us s o l u t i o ns a t d iff e ren t p n 2 2 2 不 同反应 p I - I 值 的美拉德反应产物对甘薯 中多酚氧化酶 的影响操作条件同 2 1 2 。结果如 图 4所示 。 从图中可以看出， 随着制备 p I - I 值 的不断增加， 样品与对照样 的色差 E值迅速降低 ， 说明美拉德 维普资讯 第 3期 李淑媛等 ： 关拉德反应产物抑制冷冻甘薯片褐变 4 9 反应产物的抗氧化能力增加 ， 即抑制多酚氧化酶的 能力加强 ， 当 p Hi7 0时 ， A E值变化就不明显， 由 图 3可知 ， 当 p H5 0时， 美拉德反应产物 的褐变 强度迅速增加 ， 因此反应 p H值应选择在 5 0以下 。 制 制 锄 图 4 不同制备 p H 值 的美 拉德 反 应产 物对 多 酚氧化 酶的影响 F i g 4 T h e e ffe c t o f _ RP s s y n t h e s i z e d f r o m v a r i o u s S O “ l u t i o n s a t d i f f e r e n t p H O R P P O a c tiv i t y 2 3美拉德反应产物制备条件优化 2 3 1 正交试验设计 根据前 面结果确定进行正 交试验的因素和各 因素的水平 。虽然赖 氨酸对 多 酚氧化酶的抑制作用较强 ， 但 由于其颜色 太深， 使 用受到 限制 ， 所 以氨基 酸的种类 就选择 L _ 半 胱氨 酸、 精氨酸和组氨酸3种 。 表 1 正 交试验 因素水平表 T a b 1 F a c t o r s a n d l e v e r s o f o r t h o g o n a l e x p e r i me n t 1 1 ( 3 0 ) 2 1 3 1 4 2 ( 5 0 ) 5 2 1 ( L _ 半 胱氨酸) 2 ( 精氨酸) 3 ( 组氨酸 ) 1 2 1 ( 1 l 2 ) 2 ( 1 l 1 ) 3 ( 2：1 ) 2 3 1 ( 1 h ) 2 ( 3 h ) 3 ( 5 h ) 3 1 续表 2 实验号 1 3 4 2 3 2 正 交试验 关拉德 反 应 产 物 褐 变 强度 的 直观 分析图 5是正交试验 9个样品的美拉德反应产物 的褐变强度的直观分析 。从 图中可 以看 出， 前面 7 个样 品的褐变强度 都差不大 ， 而 8号和 9号的褐变 强度远 高 于其他样 品 。 图 5 美拉德反应产物 的褐变强 度 F i g 5 Th e c o l o r I n t e n s i t y o f M RP 2 3 3 正 交试验 关拉德 反 应 产 物 对 多酚 氧 化酶 的 影响 图 6是正交试验 9个样 品的美拉德反应产物 对甘薯多酚氧化酶的抑制作用 。从 图中可以看 出， 1 号 、 4号和 7号的色差 E最小 ， 且 7号 E值 略 比 1 号和 4号的小， 说明 7号对多酚氧化酶的抑制 作用最强。2号 E值最大 ， 说 明其对 多酚氧化 酶 的抑制作用最弱 。 图 6 美拉德反 应产物对多酚氧化酶的影响 F i g 6 Th e e ffe c t o f M RP s O n PP O a c t i v i t y 2 4 正交试验美拉德 反应产物对甘薯褐变的影响 2 4 1 护 色液组成的确定 以正交实验的 2号 、 4 号和 9号进行试验。把美拉德反应产物稀释成 1 0 0 倍 、 5 0倍和 2 5倍进行护色 。不 同稀释倍数的美拉 德反应产物对冷 冻甘薯 片褐变的抑制效果 如图 7 所示 。从图中可 以看 出， 稀 释倍数越低 ， 即护 色液 浓度越高， 护色效果越好， 但 2 号精氨酸与葡萄糖 0 2 3 3 ( 6 7 8 9 维普资讯 5 0 食品 与 生 物技术 学报 第 2 5卷 的美拉德反应产物在稀 释倍 数为 5 0时效果 最好。 根据总体效果 ， 选择 稀释 2 5倍作 为进一步实验 的 依据。 ， 3O 2 O l 0 O 2 号 4 号 9 号 O 2 O 4O 6O 8 O l OO l 2 O 稀释倍 数 图中的 AE值是指用美 拉德 反应产物 护色后 的冷冻 甘薯 片的色差与没经过护色 、 冷冻 只经过热 烫的新鲜 甘薯 片色差 的 方差 ， AE值越小 说 明样 品越接 近于新鲜 甘薯 片， 护色效 果越 明显 图 7 不 同稀释倍数的护色液对甘薯 褐变的抑制作用 F i g 7 T h e e ffe c t o f M RP s o f d i ffe r e n t d i l u t e d t i m e s o n P P O a c ti v i t y 2 4 2 美拉德反应产物对冷冻甘薯褐变的抑制 把样品从冷冻柜中取出， 然后 在 2 5下进行解冻 。 解冻 3 0 rai n后各样品的色差与鲜样的 E值如图 8 所示 ， 解冻 1 5 0 rai n后各样 品的色差与鲜样 的 E 值如图 9所示， 图中的 E值 的定义与图 7相 同。 图8 解冻 3 0 ml n后样品与鲜样的色差方差 F 睡 8 C o l o r v a r t a n c e o f s a mp l e s a f t e r t h a w i n g 3 0 ml n s 从图 8中可以看 出， 1号、 4号 和 7号样 品的 A E值明显低于其他样品的 E值 ， 说 明其护色效果 明显好于其它样品。另外 3 号、 5号和 9号其 A E 值接近甚至还高于对照样的 A E值 ， 说明其效果还 不如不进行护色的样品颜色好 。 从图 9中可看出， 解冻 1 5 0 rai n 后 ， 1 号 、 4号和 7号样品的 E值明显小于其他样品的 E值 ， 再次 说明 1 号 、 4号和 7号样 品所用 的护色液 的效果最 好 ， 另外 9号样品的 A E值还与对照样的 E值 相 似， 说明 9号样品的护色液的护色效果最差 ， 其 次 是 5号样 品。而 2 号 、 3号 、 6号和 8号效果差不多。 结合图 8和图 9 ， 还可 以得 出： 解冻时间长， 更能体 现出美拉德反应产物的护色效果 。 4 0 3 O j IIlJ 2 0 脚 l O O 0 2 4 6 8 l 0 l 2 实验 号 图 9 解冻 1 5 0 mi n后样 品与鲜样 的色差方 差 Fi g 9 Co l o r v a r i a nc e o f s a mpl es a f t e r ma wl u g 1 5 o ml n s 2 4 3 正 交 实验 美拉 德 反 应 产 物 对 冷 冻甘 薯 片 维 生素 C的影响 维生素 C是甘薯 中最不稳定 的营 养成分 ， 因此选择维生素 C来确定美拉德反应产物 对甘薯营养成分的影响。图 1 0是美 拉德反应产物 对冷冻甘薯 片维生素 C质量分数 的影 响。图中对 照样 1是指经过热处理 而不进行 护色和冷冻的甘 薯片的维生素 C质量分数 ， 对照样 2是指不经过护 色液处理 ， 其他操作跟样 品相 同的甘薯 片。从图中 可以看出， 所有样品的维生素 C质量分数都高于对 照样 2 ， 这说 明美拉德反应产物对维生素 C都有保 护作用 ， 只是作用大小不一样 。其中 1号、 4号和 7 号的维生素 C质量分数较高 ， 而 5号维生素 C质量 分数最低， 接近于对 照样 2的维 生素 C质量分数， 这说 明 1 号 、 4号和 7号美拉德反应产物对 维生素 C的保护作用最好。 毫 鑫 裔 量 2 图 1 O羹拉德 反应产 物对甘 中维生鬃 C的影响 F t 舀1 0 Th e e ff e c t o f MR P s o nt h e a s c o r b l c a c i d c o n t e n t o ff r o z e n s we e t p o t a t o 2 4 4 正交试验结果的极差分析 表 3是不同制 备条件的美拉 德反应产物对 冷冻 甘薯片护色效果 及对维生素 C质量分数影响 的极差分析表 。从表 中可以看出， 影响冷冻甘薯片护色效果 的主要因素 是氨基酸的种类 ( R ) ， 其次是制备 p H值和制备温 度， 而氨基酸与葡萄糖之 比对护色效果的影响不是 很大 。另外从均值可以看出( K K z 和 K 。 ) ， 就护 色效果而言 ， p H值为 3 0 ， 氨基酸的种类 为 L 一 半胱 维普资讯 第 3期 李 淑媛 等 ： 美拉德 反应 产 物抑制 冷 冻甘薯 片褐 变 5 1 氨酸， 氨基酸与葡萄糖质量 比值为 1： 2 ， 时间为 5 h 是护色效果最好的美拉德反应产物制备条件。 从表中还可以看出 ， 影 响维生素 C质量分数的 主要因素是氨基酸 的种类 ( R 。 ) ， 其 次是 制备