鲜切果蔬变色及其控制技术研究进展.pdf

第 6 卷 第 7 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol. 6 No. 7 2015 年 7 月 Journal of Food Safety and Quality Jul. , 2015 基金项目: 国家自然科学基金项目(31360414)、国家级星火计划重点项目(2014GA800001)、海南大学服务地方经济项目(HDSF201306) Fund: Supported by National Natural Science Foundation of China (31360414), Special Point Item in the National Spark Plan (2014GA800001), Hainan University Serving Local Economic Projects (HDSF201306) *通讯作者: 潘永贵, 教授, 主要研究方向为果蔬采后生理和贮运保鲜技术。E-mail: yongui123 *Corresponding author: PAN Yong-Gui, Professor, College of Food Science, Hainan University, No.38, Renming Road, Meilan District, Haikou 570228, China. E-mail: yongui123 鲜切果蔬变色及其控制技术研究进展 何凤平, 潘永贵* (海南大学食品学院, 海口 570228) 摘摘 要要: 影响鲜切果蔬外观品质最主要因素之一是变色。变色不仅影响鲜切果蔬外观品质, 而且会影响其营养 价值、风味等。本文主要概述了鲜切果蔬主要变色现象, 包括褐变、黄化、白变和脱绿等, 阐述了几种变色的 机制及极易出现这几种变色现象的鲜切果蔬种类, 同时还综述了目前控制鲜切果蔬变色的技术, 主要包括化 学方法(如化学护色剂处理、可食性涂膜、天然植物提取液处理等)、物理方法(如低温贮藏、热处理、气调贮 藏、超声波处理等)和综合处理方法, 以期为以后相关研究者提供参考借鉴。 关键词关键词: 鲜切果蔬; 果蔬变色; 变色控制技术 Research advances on discoloration of fresh-cut fruits and vegetables and its control HE Feng-Ping, PAN Yong-Gui* (College of Food Science of Technology of Hainan University, Haikou 570228, China) ABSTRACT: Discoloration, which is the most important factors affecting the appearance quality of fresh-cut fruits and vegetables, can also affect its nutritional value and flavor. This paper summarized the discolored phenomenon and mechanism of fresh-cut fruits and vegetables, including browning, etiolation, leucismus, degreening, and so on. In addition, current control technologies for discoloration of fresh-cut fruits and vegetables are also reviewed, mainly including chemical methods such as chemical color fixatives, edible coating films, natural plants extract, etc., physical methods such as low temperature storage, heat treatment, modified atmosphere packaging (MAP), ultrasonic treatment, etc. and comprehensive treatment methods, which could provide reference for later related researchers. KEY WORDS: fresh-cut fruits and vegetables; discoloration of fruits and vegetables; discoloration control technology 1 引 言 鲜切果蔬又称最小加工果蔬、部分加工果蔬、轻(浅) 加工果蔬等。任何水果或蔬菜只要是形状发生了改变, 但 仍然保持了新鲜状态的产品都属鲜切产品1。然而新鲜果 蔬经去皮、 切分之后, 果蔬组织由于受到了机械损伤, 切割 表面颜色往往会发生变化, 其不仅会严重影响鲜切果蔬的 外观品质、营养成分、风味和货架期, 而且也会降低其商 业价值2。 因此控制变色是鲜切果蔬研究中一个重要内容。 国内外众多研究者长期以来就这些方面进行了大量研究, 第 7 期 何凤平, 等: 鲜切果蔬变色及其控制技术研究进展 2421 本文就这方面做一综述, 以期为以后相关研究者提供参考 借鉴。 2 鲜切果蔬主要变色现象 2.1 褐 变 褐变是鲜切果蔬最常见的现象。目前, 大多数研究认 为鲜切果蔬褐变主要是酶促褐变。关于其发生机制, 目前 普遍认同的是酚-酚酶区域化分布学说。 完整果蔬之所以不 会发生酶促褐变, 是因为果蔬细胞中酚类物质和主要酚酶 PPO 分别存在于液泡和细胞质中。 然而, 果蔬组织一旦破裂, 包括切分处理, 完整果蔬细胞受到伤害导致液泡破裂, 酚类 物质释放出来接触到多酚氧化酶(PPO), 使得切割部位迅速 发生酶促褐变3。不仅切割部位会发生酶促褐变, 甚至在远 离切割伤害部位的内层(如鲜切茄子、鲜切甘薯等)也会发生 酶促褐变, 其原因可能是切割伤害胁迫产生的刺激信号转 导而引致组织的整体协同伤害防御反应的结果4。 许多因素会对鲜切果蔬酶促褐变产生影响, 包括果 蔬种类、品种、切割方式及刀具、清洗方式及时间等。不 同种类果蔬之间的褐变差异很大, 主要是由于不同种类果 蔬之间 PPO 活性及酚类物质含量不同所致。例如香蕉5、 马铃薯6等鲜切后迅速褐变, 而芒果7鲜切后则不易褐变。 即使同一种类不同品种的果蔬之间褐变差异也很大, 例如, “Agata” 、 “Agria” 、 “Almera” 、 “Marabel”和“Vivaldi” 五个品种的马铃薯鲜切后褐变程度完全不一样, 进一步研 究发现 “Marabel”马铃薯中酚类物质含量和 PPO 活性均 最低8。切割方式同样会致使发生不同程度的褐变, 在菠 萝9、木瓜10和冬瓜11等果实上, 均发现纵切褐变程度低 于横切, 主要是由于纵切造成的损伤面积较横切小, 使得 其酚类物质与空气接触机会也越小。 同时, 采用锋利的刀 具切割, 由于其可以减轻果蔬细胞的损伤也不易导致鲜 切产品褐变12。 另外, 清洗方式不同也会影响鲜切产品的 褐变程度, 例如使用弱酸性电解水(pH 5.65)清洗与使用 强酸性电解水、 次氯酸钠、 去离子水清洗的鲜切莲藕片相 比褐变最轻, 主要是弱酸性电解水抑制鲜切莲藕片中褐 变相关酶 PPO 活性能力较强13。清洗时间长短也会影响 到鲜切果蔬褐变程度, 例如鲜切茄子经臭氧水清洗 5 min 比清洗 2 min 和 10 min 更能有效抑制其 PPO 活性, 因此褐 变程度更轻14。 2.2 黄 化 对于某些鲜切果蔬而言, 鲜切组织表面会发生黄化, 主要是鲜切组织中的某些物质经过特有途径生成黄色色 素。例如鲜切荸荠组织中最常见的黄化就是通过苯丙烷代 谢途径生成黄酮类物质所致。研究发现鲜切荸荠随着表面 黄色的加深, 其总黄酮含量相应增加15。通过进一步对黄 化物质进行分离纯化和结构鉴定, 发现鲜切荸荠切割表面 的黄化主要可能与圣草酚和柚皮素两种黄酮类物质有关 16。黄化现象同样出现在白萝卜中17, 研究表明, 白萝卜 黄变与多酚氧化酶和过氧化物酶无关18, 而是萝卜肉质中 的硫甙 4-甲硫基-3-丁烯基硫代葡萄糖苷(4-MTBG)在芥子 苷酶的作用下生成降解产物 4-甲硫基-3-丁烯基异硫氰酸 酯(4-MTBI), 随后进一步降解生成 2-硫代-3-吡咯烷醛 (TPC), 然后 TPC 与 L-色氨酸(L-try)脱水缩合生成无色的 黄变前体 1-(2-硫羰吡咯烷-3-基)-1,2,3,4-四氢-咔啉-3- 羧酸(PTCC), 最后黄变前体 PTCC 再开环生成黄色素 2-3-(2-硫代吡咯烷-3-内鎓烯)甲基-色氨酸(TPMT)19。 2.3 白 变 白变是果蔬经鲜切处理后, 切割表面出现白色物质 形成白色层。这种白变现象主要出现在鲜切胡萝卜中。鲜 切胡萝卜发生白变目前认为主要有两个原因, 一是胡萝卜 经去皮、切割等机械处理会导致表层细胞损坏, 这些损坏 的表层细胞极易脱水, 因此会使切割表面颜色变淡; 二是 切割导致胡萝卜切割表面大部分细胞破裂, 从而加快木质 素的酶促合成, 因此破损的切割表面会形成白色物质(木 质素)20。此外, Bolin 等21报道鲜切胡萝卜因其表面脱水 和木质化作用造成的表面损伤能够启动生成一种新的保护 层, 被称之为“white blush” 。 鲜切胡萝卜的白度值与木质素含量、 失重率和氧化物 酶(POD)活性呈极显著正相关20。并且, 研究发现 POD 活 性会显著影响鲜切胡萝卜白变和木质素生成22。鲜切胡萝 卜发生白变过程中 POD 活性上升主要是因为木质素合成 过程中 POD 是必需的关键酶。 因此, 抑制这些酶活性的上 升和延缓木质素含量的增加, 有助于防止鲜切木质化的发 生, 从而减轻或避免鲜切产品白化的发生23,24。 此外, 南瓜经鲜切加工之后, 切割表面也会发白, 同 时鲜切南瓜中的总酚含量、 PPO 和 POD 等相关酶活性提 高25。某些处理(如氯化钙和热处理等)能够明显降低其 木质素合成相关酶 POD 活性, 防止了鲜切南瓜切口褪黄 发白26,27。 2.4 褪 绿 对于大部分绿色蔬菜而言, 其鲜切产品在贮藏过程 中主要变色问题是褪绿变黄。原因是由于鲜切绿色蔬菜中 叶绿素通过主要生化途径脱镁叶绿酸氧化酶(PAO)途 径, 不断降解失去绿色, 原有的类胡萝卜素致使其呈黄色 而变黄。具体降解途径为叶绿素在叶绿素酶和脱镁叶绿酸 酶的作用下, 分别脱去植醇基和镁离子, 生成带有卟啉环 的脱镁叶绿酸a, 然后在 PAO作用下, 卟啉环中 C4-C5键断 裂生成红色的叶绿素降解产物(RCC), RCC 进一步降解为 无色具蓝色荧光物质(FCCs), 随后 FCCs 在液泡的酸性 pH 条件下降解成无荧光物质(NCCs)28-30。鲜切西兰花31 、 芹菜32、青椒33、菠菜34等鲜切果蔬在贮藏过程中, 组织 2422 食品安全质量检测学报 第 6 卷 均会褪绿而变黄。 2.5 其他颜色变化 鲜切果蔬除了上述主要的颜色变化以外, 还会出现 一些其他特殊的变色现象, 如蒜头去皮之后浸泡在醋酸中 会慢慢变绿, 洋葱头、韭葱头变红等35。 3 鲜切果蔬护色研究进展 为了减缓鲜切果蔬切割表面颜色变化和保护其原有 色泽, 国内外研究者对此做了大量的研究。 3.1 化学方法 3.1.1 化学护色剂 近年来, 尽管传统上使用的氯、次氯酸钠、亚硫酸 盐等会对人体产生一定的毒害作用, 也寻找到了一些新 型的替代方法如电解水、臭氧水、过氧化氢等, 但在鲜切 果蔬护色中, 化学护色剂处理仍是最广泛使用的方法。 这 些化学护色剂种类较多, 根据作用机制可分为以下几类: (1)直接控制相关酶的护色剂。这类护色剂主要是通过螯 合酶的活性辅基或是替代酶活性位点的氨酸残基、改变 pH 以达到抑制相关酶的活性, 从而控制鲜切果蔬颜色变 化36。 目前最常用的主要有抗坏血酸及其或盐类、 4-己基 间苯二酚(4-HR)、 柠檬酸、 含巯基(-SH)化合物等。 其中, 抗 坏血酸是目前易褐变鲜切果蔬最理想的褐变抑制剂, 如 使用 0.2%的抗坏血酸浸渍桃切片可以抑制 PPO 和 POD 活性, 从而阻止褐变37。 异抗坏血酸是抗坏血酸的衍生物, 具有类似的抑制褐变效果38; 4-HR 可较好地抑制鲜切莲 藕中的 PPO 活性, 从而控制其贮藏期间的褐变39; 柠檬 酸处理鲜切苹果能有效抑制其褐变, 处理萝卜条可以控 制黄变40,41; 含巯基(-SH)化合物如半胱氨酸溶液浸泡处 理鲜切洋蓟可以非常有效地控制其褐变的发生42, 同样 也可以在短时间内抑制萝卜条黄变41。此外, 钠盐43、 钙盐44、磷酸45等浸泡处理也能通过与变色相关酶作用 而抑制鲜切果蔬的变色; (2)直接作用反应物的护色剂。在 鲜切果蔬组织中, 可通过去除其表面的氧气和导致颜色 改变的反应底物, 以达到护色目的, 例如抗坏血酸由于 其具有抗氧化性, 可以直接与氧气发生反应, 避免了氧 气参与酶促褐变。 此外, 使用其他护色剂也可以达到清除 引起变色的反应底物。 例如 Na2S2O5可以与萝卜条中的硫 苷 4-MTBI 结合而抑制 4-MTBI 的降解, 从而抑制黄色素 的形成, 因此可以较好地保护其原有色泽41; (3)直接作 用生成物的护色剂。 主要是抗坏血酸46、 氨基酸47等, 这 些护色剂主要是用来抑制酶促褐变, 它们可以还原醌类 物质, 或与其形成无色的复合物, 中断醌类物质聚合形 成色素物质, 从而抑制褐变。例如采用乙酰半胱氨酸、异 抗坏血酸或抗坏血酸溶液处理鲜切菠萝, 都有效地抑制 了褐变的发生48。 3.1.2 可食性涂膜 目前采用的可食性被膜材料主要包括多糖(壳聚糖、 卡拉胶、藻酸盐、果胶、环式糊精等)、蛋白质(乳清蛋白 粉、乳清蛋白制品、大豆蛋白粉等)、脂类(蜂蜡、乙酰化 甘油酸酯、脂肪醇和脂肪酸等)和树脂49等。一方面, 很多 可食性被膜的成分中本身具有护色作用; 另一方面, 可食 性涂膜可以在鲜切果蔬的表面形成一层保护层, 起到了隔 绝氧气的作用, 从而在一定程度上具有护色作用。例如壳 聚糖和海藻酸钠涂膜鲜切荸荠, 可以延迟其原有的颜色发 生改变50, 同样可以延迟鲜切芒果失去其原有颜色51; 抗 菌纳米乳化液涂膜鲜切苹果可以减缓其在贮藏过程中的褐 变52。另外, 有研究发现, 将某些化学护色剂加入到可食 性被膜中后, 其对鲜切果蔬的护色效果比单一涂膜更好。 例如采用加入肉桂酸的黄原胶膜涂层鲜切“Nashpati”和 “Babughosha”梨后, 其表面褐变程度降低53。在鲜切芒 果上, 加入抗坏血酸和柠檬酸的膜涂层较好地保持了其原 有颜色54。 3.1.3 天然植物提取液 应用天然植物提取液处理鲜切果蔬也可以有效地控 制其变色, 主要原因是由于其具有某些生物活性物质, 能 够降低鲜切果蔬中变色相关酶的活性。例如松针提取液中 因含有甲基松柏苷和阿魏酸-D-葡萄糖苷两种活性成分, 能显著抑制单酚酶及多酚酶活性, 用该提取液浸泡鲜切苹 果片, 可以较好地控制其褐变55; 黄连、黄芩和连翘提取 液既可以抑制鲜切莴苣褐变, 也可以控制鲜切胡萝卜白变, 主要是该提取液可抑制其 PPO、POD 活性22。 3.2 物理方法 3.2.1 低温贮藏 低温贮藏可有效地降低呼吸代谢作用和抑制酶活动, 从而减轻变色, 所以这是控制鲜切果蔬最有效、最常用的 措施。 鲜切莲藕片在 1 下贮藏到 23 d 未明显褐变, 而在 20 下贮藏 2 d 就褐变56; 鲜切紫洋葱在 0 下不易变 色, 而在 15 却变色严重57, 在鲜切洋蓟中也出现类似 结果58。 3.2.2 热处理 热处理由于可以钝化变色相关酶, 同样可以控制鲜 切果蔬变色。 60 热水处理 1 min 能较好地抑制鲜切马铃 薯 PPO、POD 活性, 从而控制了鲜切马铃薯的褐变59; 中 温水(45 , 120 s)处理过的卷芯莴苣和莴苣鲜切之后品质 能够得到改善, 而且鲜切莴苣中 PAL 活性也被抑制60。 3.2.3 气调贮藏 通过采用气调或自发气调(MAP)包装, 改变鲜切果蔬 组织周围环境气体成分比例, 使鲜切果蔬组织处于低氧环 境状态, 从而起到控制色变的效果。 鲜切菠萝蜜采用 3 kPa O2+6 kPa CO2气调贮藏能非常有效地维持产品外观品质 61; 采用聚氯乙烯包装鲜切番木瓜, 发现其在 4温度下 可以保存 19 d, 而且感官品质也较好地得到了保持62。另 第 7 期 何凤平, 等: 鲜切果蔬变色及其控制技术研究进展 2423 外, 鲜切果蔬短时间内处于无氧环境中, 也会产生相同的 效果, 例如鲜切菠萝蜜采用纯氮气进行短期厌氧处理之后, 组织内的酚类物质水平得到了维持, PPO 活性得到了抑制, 其褐变得到控制63; 同样的结果在鲜切荸荠护色中也有报 道64。此外, 高氧环境也有助于鲜切果蔬的护色。70%O2 结合 30%CO2气调包装鲜切火龙果, 能够明显地减缓其中 甜菜红色素的降解, 有利于维持其红色色泽65。 3.2.4 其他物理方法 超声波、 光照和加压处理也对鲜切果蔬变色具有一定 控制作用。超声波和光照主要使过氧化物酶和多酚氧化酶 等酶活性降低或钝化而护色, 例如超声波(40 kHz, 200 W) 处理鲜切马铃薯 5 min 可以抑制其 50%的 PPO 活性, 从而 减轻其变色66。但是处理时间过长(10 min)可能对产品品 质不利, 如鲜切芒果经 25 kHz 超声波处理 30 min, 芒果原 有黄色逐渐褪去67; 光照(2000 lux)鲜切芹菜可以抑制 PPO、POD 活性, 从而延缓组织褐变68, UV-C 照射也可以 抑制鲜切胡萝卜中 POD 活性而降低其白度值69; 加压处 理可能使酶分子发生聚合, 导致酶活性降低甚至丧失, 从 而防止鲜切果蔬发生酶促褐变70, 例如加压氩气(4 MPa, 1 h)处理鲜切青椒, 其 CAT 和 POD 活性均受到抑制, 而且延 缓了叶绿素的降解, 因此较好地控制了鲜切青椒变色71。 在鲜切胡萝卜上, 超高压处理之后, 不会出现白变现象72; 类似效果在鲜切南瓜中也有报道73。减压处理鲜切果蔬也 可以产生和高压处理类似的护色效果, 但是仍处于实验室 阶段。 3.3 综合处理方法 由于鲜切果蔬变色往往是多种因素综合导致的, 所 以采用单一的处理方法一般难以有效地抑制其变色, 所以 更多情况下, 需要多种方法结合应用。目前往往是化学方 法与物理方法结合应用, 例如鲜切牛蒡经 1.5%柠檬酸 +0.5%抗坏血酸+0.5%氯化钙处理结合真空包装, 有效地 抑制了其在贮藏期间的褐变, 而且在 03 条件下贮藏 30 d, 其颜色、风味和质地均保持良好74。在鲜切茄子上, 1%半胱氨酸-5%大豆蛋白涂膜结合高氧(80 kPa)气调包装, 控制了其在低温(5 )贮藏期间的酶促褐变, 从而较好地 维持了其感官品质75。先采用 1%氯化钙+2%柠檬酸浸泡 鲜切木瓜, 然后用 5%O2、 10%CO2+85%N2气调包装, 发现 此处理能阻止其表面的天然色泽失去76。 4 结束语 鲜切果蔬因其新鲜、 方便等优点受到众多消费者的喜 爱, 近年来发展比较迅速, 但是贮藏过程中却极易变色, 这不仅影响了产品外观品质, 也降低了其商业价值。因此 探寻控制鲜切果蔬变色的有效方法非常重要。目前主要应 用化学方法和物理方法来对鲜切果蔬护色。但是单一的化 学或物理方法护色效果不太理想, 而且若过量使用某些化 学护色剂会对人体健康产生危害, 因此, 随着科学技术的 进步及研究者更深入的研究, 天然植物提取液以及多种方 法综合使用将会是鲜切果蔬今后护色的一个重要方向。 参考文献 1 Lamikanra O. 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