（农产品加工及贮藏工程专业论文）水煮藕片褐变机理的研究.pdf

i一j 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授一 学位论文 是否保密是 如需保密，解密时间 加口年占月乡日 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生签名： 镧燕 时间： 溯年 6 月 ，多日 学位论文作者签名：诩熙 导师签名二一 签名日期：加8 年6 月侈日签名日期：劢d 6 啤多月勿日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 华中农业大学2 0 0 8 届硕上学位论文 目录 摘要一i a b s t r a c t h i 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 莲藕褐变机制的国内外研究现状2 1 2 1 酶促褐变机理2 1 2 2 酶促褐变的抑制4 1 2 3 非酶褐变机理6 1 2 4 非酶褐变的抑制9 1 3 本课题研究目标和研究内容1 2 1 3 1 研究目标1 2 1 3 2 研究内容1 3 第二章加工工艺和储藏条件对水煮藕片褐变的影响1 4 2 1 前言1 4 2 2 材料与方法1 4 2 2 1 实验材料1 4 2 2 2 设备1 4 2 2 3 实验方法1 5 2 3 结果与分析1 7 2 3 1 加工工艺对水煮藕片褐变的影响1 7 2 3 2 酶对水煮藕片褐变的影响2 0 2 3 3 储藏条件对水煮藕片褐变的影响2 l 2 4 讨论2 4 第三章水煮藕片褐变的主要原因分析2 5 3 1 前言2 5 3 2 材料与方法2 5 3 2 1 材料2 5 3 2 2 设备2 5 3 2 3 实验方法2 6 3 3 结果与分析。2 6 3 3 1 莲藕中总酚对藕片褐变的影响2 6 3 3 2 莲藕中维生素c 对莲藕褐变的影响2 8 3 3 3 莲藕中游离氨基酸对莲藕褐变的影响2 9 水煮藕片褐变机理的研究 3 3 4 莲藕中还原糖对莲藕褐变的影响3 0 3 3 5 莲藕中5 一羟甲基糠醛对莲藕褐变的影响3 2 3 4 讨论3 3 第四章氨基酸与还原糖美拉德反应的模拟试验3 4 4 1 前言3 4 4 2 材料与方法3 4 4 2 1 实验材料3 4 4 2 2 实验方法3 4 4 3 结果与分析3 5 4 3 1 氨基酸和还原糖在柠檬酸一磷酸缓冲液中进行美拉德反应模拟试验3 5 4 3 2 还原糖和氨基酸在莲藕汁中进行美拉德反应模拟试验3 6 4 4 讨论3 7 第五章酚类化学氧化模拟实验的研究3 9 5 1 前言3 9 5 2 材料与方法3 9 5 2 1 实验材料3 9 5 2 2 设备3 9 5 2 3 实验方法4 0 5 3 结果与分析。4 l 5 3 1 单酚化学氧化模拟实验的结果4 1 5 3 2 混合酚类化学氧化模拟实验结果4 7 5 4 讨论4 9 第六章水煮藕片中褐变色素的提取和初步结构鉴定5 0 6 1 前言5 0 6 2 材料与方法5 0 6 2 1 材料。5 0 6 2 2 设备5 0 6 2 3 方法5 0 6 3 结果与分析5 3 6 3 1 萃取剂浓度的选择结果5 3 6 3 2 料液比的选择结果5 4 6 3 3 萃取时间的选择结果5 4 6 3 4 萃取温度的选择结果5 5 6 3 5 正交实验结果5 6 6 3 6 黑色素的紫外可见光谱5 8 6 3 7 黑色素的红外吸收光谱5 9 华中农业大学2 0 0 8 届硕士学位论文 6 3 8 黑色素的l c m s 分析结果6 0 6 4 讨论6 1 第七章常见护色剂对藕片的褐变及生理品质的影响6 2 7 1 前言6 2 7 2 材料与方法。6 2 7 2 1 材料6 2 7 2 2 设备。6 2 7 2 3 实验方法6 2 7 3 结果与分析。6 3 7 3 1 各护色剂对水煮藕片褐变的影响6 3 7 3 2 各护色剂对水煮藕片中褐变相关成分的影响6 8 7 4 讨论7 6 第八章结论与展望7 7 8 1 结 念7 7 8 2 展望7 8 参考文献7 9 致谢8 4 华中农业大学2 0 0 8 届硕士学位论文 水煮藕片褐变机理的研究 摘要 本研究以莲藕为试验材料，研究了加工工艺和储藏条件对水煮藕片后褐变 的影响；导致水煮藕片后褐变的可能原因；常用保鲜剂对水煮藕片后褐变的影响。 还进行了还原糖和氨基酸美拉德反应以及酚类化学聚合的模拟实验。最后还对水 煮藕片中褐变黑色素进行了提取纯化和初步的结构鉴定。主要研究结果如下： 1 水煮藕片最佳加工工艺为：漂烫温度为1 0 0 ，漂烫时间为l m i n ，汤汁p h 为6 ，在此工艺条件下制作的藕片在储藏过程中褐变相对较缓慢。另外，储藏条 件中温度对藕片褐变的影响最大，低温条件下藕片不易发生褐变；光照和氧气对 藕片褐变的影响不显著。 2 藕片中总酚的含量、游离氨基酸的含量、还原糖的含量、维生素c 的含 量以及5 。羟甲基糠醛的含量都对藕片的褐变有一定的影响，而且它们与藕片的褐 变指标都有比较好的相关性，说明藕片的褐变可能由多种原因引起，也就是蜕美 拉德反应、抗坏血酸氧化分解和酚氧化聚合这几种化学反应都是导致藕片产生褐 变的原因。 3 针对莲藕中常见的几种氨基酸和还原糖，在柠檬酸磷酸( p h 6 4 ) 缓冲溶 液中进行美拉德反应模拟试验，氨基酸反应活性大小顺序为：苯丙氨酸 丝氨酸 苏氨酸 亮氨酸 酪氨酸，还原糖反应活性大小顺序为：木糖 阿拉伯糖 葡 萄糖 果糖；在莲藕汁中进行美拉德反应模拟试验，氨基酸反应活性大小顺序为： 苏氨酸 苯丙氨酸 丝氨酸 亮氨酸 酪氨酸，还原糖反应活性大小顺序为：木 糖 果糖 葡萄糖 阿拉伯糖。 4 针对莲藕中所含的主要酚类邻苯二酚、没食子酸和多巴进行了酚类化学氧 化的模拟试验，邻苯二酚、没食子酸及多巴化学氧化后，产物褐变程度增大，影 响褐变的主要因素为：p h 值 酚的种类 反应温度。邻苯二酚、没食子酸以及 多巴在碱性条件易发生化学氧化，多巴的氧化反应速度最快，其次是没食子酸， 最不容易发生氧化反应的是邻苯二酚。并且几种酚混合后比单种酚类更容易氧 化，使体系褐变程度大幅增加。 水煮藕片褐变机理的研究 5 用碱溶酸沉法对水煮藕片中的褐变黑色素进行提取，提取的最佳工艺为： 萃取温度6 0 。c ，萃取时间9 0 n f i n ，料液比1 ：4 0 ( w v ) ，萃取剂浓度6 l o o g 。紫外 可见光谱显示：藕片褐变黑色素在紫外可见范围内没有最大吸收峰，在2 6 0 2 8 0 n m 范围内有一吸收平台；由其红外吸收光谱推测藕片褐变黑色素中可能含 有酚羟基、c = o 、高度共轭的c = c 、芳香羧基、氨基等官能团；从其质谱图分析 得到藕片褐变黑色素不是单一的化学成分，其中至少含有四种物质，他们的分子 量分别为2 2 6 ，3 3 9 ，5 6 5 ，6 7 8 。但是仅有这些信息还不足以得到这几个化合物 的分子结构，如果要最终鉴定出莲藕褐变黑色素的化学成分还有待进一步的研 究。 6 常见的护色剂过氧化氢、亚硫酸钠、次氯酸钠和保险粉都可以不同程度的 抑制水煮藕片的褐变。过氧化氢和次氯酸钠可以通过减轻美拉德反应的程度来抑 制藕片的褐变；亚硫酸钠和保险粉的存在一方面可以降低v c 的氧化分解速率， 另一方面还可以减轻美拉德反应的程度，从而延缓水煮藕片的褐变。但是这几种 保鲜剂抑制藕片褐变的效果并不是很理想。这可能是由于水煮藕片褐变的机理太 复杂，导致水煮藕片褐变的原因太多，而这些保鲜剂只能作用于其中一到两个方 面，所以只能稍微缓解而不能有效的抑制水煮藕片的褐变。 关键词：水煮藕片；褐变；加工；储藏；美拉德反应；酚类；褐变黑色素 l i 华中农业大学2 0 0 8 届硕上学位论文 a b s t r a c t s t u d i e sw e r ec a r d e do u to nt h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tp r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n d s t o r i n gc o n d i t i o no nt h eb r o w n e s so fb o i l e dl o t u sr o o ts l i c e s ，t h ep o s s i b l er e a s o no f b r o w n e s sa n dt h ei n f l u e n c eo fc o m m o ns u b s t a n c ew h i c hc a np r e v e n tb r o w n e s so ft h e b o i l e dl o t u sr o o ts l i c e s m a i l l a r dr e a c t i o n sc a u s e db ya m i n oa c i d sa n dr e d u c t i v es u g a r s a n dr e a c t i o n sc a u s e db yh y d r o x y b e n z e n ew e r es i m u l a t e d m o r e o v e r ，t h eb l a c ks e s a m e p r o d u c e db yb r o w n e s sw a se x t r a c t e d ，p u r i f i c a t e da n di d e n t i f i e d t h em a i nr e s u l t s w e r ea sf o l l o w s ： 1t h eb e s t p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y o fb o i l e dl o t u sr o o ts l i c e si st h eh e a t t e m p e r a t u r eo f10 0 t h eh e a tt i m eo f1 m i na n dt h ep ho f6 t h eb o i l e dl o t u sr o o t s l i c e sw h i c hp r o c e s s e db yt h i s t e c h n o l o g yw i l l b r o w nm o r es l o w l yi n s t o r i n g o t h e r w i s e ，h e a tt e m p e r a t u r ei st h eb e s ti m p o r t a n tf a c t o rw h i c hw i l lc a u s eb r o w n e s s a n dt h eb o i l e dl o t u sr o o ts l i c e sw i l lb r o w nm o r es l o w l yi nl o wt e m p e r a t u r e i l l u m i n a t i o na n do x y g e nw i l ln o ta f f e c tt h eb r o w n e s so ft h eb o i l e dl o t u sr o o ts l i c e s o b v i o u s l y 2t h ec o n t e n to fh y d r o x y b e n z e n e ，d i s s o c i a t i v ea m i n oa c i d ，r e d u c t i v es u g a r s ， v i t a m i nca n d5 - h v d r o x v m e t h v lf u r f u r a l d e h v d e ( 5 一h m f ) c a na l s ow o r ko nt h e b r o w n e s so ft h eb o i l e dl o t u sr o o ts l i c e sa n dt h e ya r eg r e a tc o r r e l a t i v ew i t hb r o w n e s s s ot h ep o s s i b l er e a s o no fb r o w n e s sm a y b ec o m p l e x ，t h a ti st os a ym a i l l a r dr e a c t i o n ， o x i d a t i o no fv ca n dh y d r o x y b i e n z e n ea l la r et h er e a s o n so fb r o w n e s s 3i na l l u s i o nt oa m i n oa c i d sa n dr e d u c t i v es u g a r si nl o t u sr o o t w h e nm a i l l a r d r e a c t i o n ss i m u l a t e di nb u f f e rs o l u t i o n ，t h er e a c t i o na c t i v ec h a r a c t e ro fa m i n oa c i di s ： p h e n y l a l a n i n e s e r i n e t h r e o n i n e l e u c i n e t y r o s i n ea n d t h er e a c t i o na c t i v e c h a r a c t e ro fr e d u c t i v es u g a r si s ：x y l o s e g u ms u g a r g l u c o s e f r u c t o s e ；w h e n m a i l l a r dr e a c t i o n ss i m u l a t e di nl o t u sr o o tj u i c e ，t h er e a c t i o na c t i v ec h a r a c t e ro fa n l i n o a c i di s ：t h r e o n i n e p h e n y l a l a n i n e s e r i n e l e u c i n e t y r o s i n ea n dt h er e a c t i o n a c t i v ec h a r a c t e ro fr e d u c t i v es u g a r si s ：x y l o s e f r u c t o s e g l u c o s e g u ms u g a r i i i 水煮藕片褐变机理的研究 4i na l l u s i o nt oh y d r o x y b e n z e n ei nl o t u sr o o ts u c ha sc a t e c h o l ，g a l l i ca c i da n d d o p a ，o x i d a t i o nr e a c t i o no fh y d r o x y b e n z e n ew e r es i m u l a t e d c a t e c h o l ，g a l l i ca c i da n d d o p aw i l lb r o w nw h e nt h e ya r eo x i d a t e d t h em a i ni n f l u e n c ef a c t o ri sp ha n dt h e k i n d so fh y d r o x y b e n z e n e ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r ei si nt h en e x tp l a c e c a t e c h o l ，g a l l i c a c i da n dd o p ac a nb eo x i d a t e de a s i l yi na l k a l e s c e n tc o n d i t i o na n dd o p aw i l lb e o x i d a t e dt h em o s tq u i c k l y , t h e ng a l l i ca c i da n dc a t e c h o lw i l lb eo x i d a t e dt h em o s t s l o w l y m o r e o v e r , c o m m i xo ft w oo rm o r ek i n d so fh y d r o x y b e n z e n e ，c o m p a r a t i v et o s i n g l ek i n do fh y d r o x y b e n z e n e ，w i l li n d u c eb r o w n e s se a s i e r 5b l a c ks e s a m ep r o d u c e db yb r o w n e s sw a se x t r a c t e db yt h em e t h o do f d i s s o l v i n g w i t ha l k a l ia n dd e p o s i t i n gw i t ha c i d t h eb e s te x t r a c t i o nt e c h n o l o g yi st h ee x t r a c t i o n t e m p e r a t u r eo f6 0 。c ，t h ee x t r a c t i o nt i m eo f9 0 m i n ，t h em a t e r i a lt ol i q u i do f1 ：4 0a n d e x t r a c t i o ns u b s t a n c ec o n c e n t r a t i o no f6 9 1 0 0 9 t h e r ei sn o t o p m o s t a b s o r bi n u v - v i s i b l er a n g eo fb l a c ks e s a m ep r o d u c e db yb r o w n e s sa n dt h e r ei saa b s o r bf l a t r o o fb e t w e e n2 6 0 - 2 8 0 n m t h er e s u l to fi n f r a r e da b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p y ( i r ) s h o w s t h a tm a y b et h e r e a r er o h ，c = o ，c = c ，r c o o h ( rd e l e g a t e sp h e n y l ) ，一n h 2i nt h e b l a c ks e s a m ep r o d u c e db yb r o w n e s s t h er e s u l to fh p l c - m ss h o w st h a tt h e r ea r ea t l e a s tf o u rs u b s t a n c e si nb l a c ks e s a m ep r o d u c e db yb r o w n e s s ，a n dt h em o l e c u l a r w e i g h to ft h e ma r e2 2 6 ，3 3 9 ，5 6 5a n d6 7 8 b u tt h e s ea r en o te n o u g h ，i fw ew a n tt o k o w nt h ec o m p o n e n ta n dc o n f i g u r a t i o no fb l a c ks e s a m ep r o d u c e db yb r o w n e s s ， f u r t h e r s t u d i e sn e e dt og oa l o n g 6af e wo fs u b s t a n c e sw h i c hc a np r e v e n tb r o w n e s ss u c ha sh 2 0 2 ，n a 2 s 0 3 ， n a c l 0a n dn a 2 s 2 0 4c a na l s ow o r ko nt h eb r o w n e s so fb o i l e dl o t u sr o o ts l i c e s h 2 0 2 a n dn a c i oc a nl i g h t e nm a i l l a r dr e a c t i o n s ，n a 2 s 0 3a n dn a 2 s 2 0 4n o to n l yc a nl i g h t e n m a i l l a r dr e a c t i o nb u ta l s oc a nl i g h t e no x i d a t i o nr e a c t i o no fv c t h ee f f e c to ft h o s e s u b s t a n c e si sn o ta v a i l a b i l i t y i fw ew a n tt of i n db e t t e rm e t h o d sw h i c hc a n a v a i l a b l y p r e v e n tb r o w n e s s ，f u r t h e rs t u d i e sn e e dt og oa l o n g k e yw o r d s ：b o i l e dl o t u s r o o t s l i c e s ；b r o w n ；p r o c e s s i n g ；s t o r i n g ；m a i l l a r d r e a c t i o n s ；h y d r o x y b e n z e n e ；b l a c ks e s a m ep r o d u c e db yb r o w n e s s i v 华中农业人学2 0 0 8 届硕士学位论义 1 1 引言 第一章绪论 莲藕为睡莲科多年生水生植物的肥大根茎，原产中国和印度，我国栽培约 有三千年历史，至今在我国南北各地均有种植，是长江三角洲等地重要的水生蔬 菜之一，也是对外贸易中的重要农产品品种。莲藕作为一种高碳水化合物、低脂 肪水生蔬菜，除含有淀粉、蛋白质、多种维生素、胡萝卜素、天门冬素外，还含 有天冬碱、氨基酸、胡芦巴碱、焦性儿茶酚、新绿原酸等生物碱。莲藕性寒味甘， 深受人们的喜爱，对人体具有营养和保健双重功效，是食药皆宜的蔬菜( 顾智章 和陈瑛，1 9 9 8 ) 。 莲藕及其制品现已成为我国对外贸易中的重要农产品。我国莲藕产量大， 每年有一定的出口量，但由于莲藕作为水生蔬菜易于腐烂或发生褐变使品质下 降，产品出口率较低。因此经济科学的加工工艺已成为莲藕产业发展的关键( 郁 志芳等，2 0 0 3 ) 。近些年来，水煮藕片已经成为莲藕制品中重要的出口品种之一。 在江苏和浙江等省有很多的蔬菜加工产地都生产水煮藕片出口到东南亚和欧美 各国。 新鲜莲藕经过清洗、去藕节、削皮、切片护色、烫漂、硬化、装袋、灌汤 汁、真空包装和杀菌等一系列的加工生产出来的水煮藕片可以在一定程度上延长 莲藕的货架期，但是水煮藕片在贮藏过程中依然存在褐变的问题。严守雷对水煮 莲藕片的加工工艺进行了研究，特别针对非酶褐变关键步骤，应用不同浓度草酸、 乙二胺四乙酸( e d t a ) 、抗坏血酸、曲酸和柠檬酸钠进行了试验。研究结果表明， 除了e d t a 以外，其它试剂都对水煮藕片的褐变有一定的抑制作用。但是，无论采 用哪种处理，随着贮藏时间的延长，其褐变度均呈增加的趋势。因此，采用热处 理和化学防褐变方法还不能完全抑制褐变，可能与酶复活、多酚类物质的氧化、 光分解等因素有关，有待于这方面的进一步研究( 严守雷等，2 0 0 2 ) 。 水煮藕片褐变机理的研究 1 2 莲藕褐变机制的国内外研究现状 莲藕褐变是指莲藕在加工和贮藏过程中颜色发生改变的一种现象。这种颜色 的改变，不仅影响莲藕的外观、风味，而且还会造成营养物质的损失，甚至食品 的变质。比如人体必需氨基酸一赖氨酸，就很容易在m a i l l a r d 反应中丢失，从而 导致蛋白质营养价值的降低( d y e r ，1 9 9 1 ) ( 川张添等，2 0 0 2 ) 。为此，寻求褐 变发生的原因与解决途径有重要的意义。长期以来，褐变是果蔬生产加工技术的 关键控制点之一。关于果品褐变及其控制的方法自1 9 5 1 年起就开始多方面研究 ( 程建军等，2 0 0 2 ) ，直到今天，随着新的果蔬品种问世和先进检测手段的出现， 研究还在进行和深入。在国内外开展的大量研究工作中，普遍认为果蔬褐变包括 酶促褐变和非酶褐变。 1 2 1 酶促褐变机理 有许多报道说明植物的褐变与多酚氧化酶的活性有着密切的关系。植物体 内的多酚氧化酶属于氧化还原酶类，在植物界广泛分布。p p o 最早是在蘑菇中发 现的，在植物体中分布于质体和叶绿体中，是果蔬加工中果蔬褐变的主要原因。 p p o 又称为酚酶、单酚氧化酶、双酚氧化酶、漆酶和儿茶酚酶( m a r t i n e za n d w h i t a k e r ，1 9 9 5 ) ，催化两个基本的反应：催化单酚羟基化成双酚；氧化双酚为 酮。这两步反应都利用氧为辅助底物。p p o 催化这两步反应的机制，都与p p o 的c u 2 + 结合位点相关( m a r s h a l le ta 1 ，2 0 0 0 ) 。 在植物体内多酚氧化酶或以结合态( b p p o ) 存在或以游离态( f p p o ) 存 在，也还有些以潜伏态存在需要用一些试剂激活。在植物受到一些外因作用的时 候，膜结构被破坏，使结合态的酶从膜上游离下来成为f p p o 与底物接触并使之 氧化，加速褐变的出现( 李宁等，2 0 0 2 ) 。 酶促褐变的产生必须具备3 个条件：酚类物质、p p o 和氧气，只有这三个 因素同时具备，褐变才能发生( a l f r e de ta 1 ，1 9 7 9 ) 。通常认为是多酚氧化酶( p p o ) 起重要作用。一些抑制该酶的活性的物质可有效防止褐变，但不能彻底解决褐变 问题，而且有些植物材料p p o 活性低，但褐变程度却不低，罗晓芳( 罗晓芳等， 1 9 9 9 ) 对苹果枣、阿月浑子、红地球组织培养的研究，阿月浑子p p o 活性最小， 2 华中农业人学2 0 0 8 届硕士学位论文 但褐变最严重，而不褐变的苹果枣p p o 活性相当高，说明酶活性的高低不是判 断褐变是否严重的充分条件。众多的研究表明果蔬褐变与酚类物质的变化关系密 切，与褐变呈显著正相关( f r i e d m o na n db a u t i s ，1 9 9 5 ) 。莲藕中的多酚化合物 约占藕的0 2 一0 3 ，主要是指含有单宁酸( 鞣酸) 成分的物质，大体有二类： 一类是儿茶酸类，包括d 一表儿茶酸、d 一儿茶酸、新绿原酸等，另一类是隐色 花色素类。在控制酶促褐变的实践中，除去底物的途径可能性极小，因此在加工 中控制莲藕酶促褐变的方法主要从控制酶和氧两个方面入手，主要途径有：钝化 酶的活性( 热烫、抑制剂等) ；改变酶作用的条件( p h 值、水分活度等) ；隔 绝氧气的接触，使用抗氧化剂( 抗坏血酸，s 0 2 等) ( 赵伟等，2 0 0 2 ) 。 胡晓丹、卢黎明、谢笔钧等人研究了莲藕的酶促褐变，包括多酚氧化酶( p p o ) 与过氧化物酶( p o d ) 的活性和莲藕中酚类物质的分布以及不同贮存条件下p p o 与p o d 的活性，总酚含量和褐变度之间的相关性。他们经实验测定：藕皮 藕 节 藕肉，其中藕皮和藕节的总酚含量分别是藕肉的8 - 9 倍和5 6 倍；不同生长 部位的总酚含量大小依次为：藕头 中截 后巴，其中藕头为后巴的2 倍左右。 由此可见，酚类物质在莲藕中的分布是很不均匀的。不同组织部位p p o 和p o d 活性差异明显，均为藕节 藕肉 藕皮，结合贮存试验结果来看，最易褐变的是 藕节，这与藕节中酶活性和底物含量均很高是一致的。对于不同生长部位，p o d 活性大小与总酚含量多少一致，而p p o 活性与总酚含量多少相反。由贮存试验 结果可知，生长旺盛的藕头最易褐变，其次是中截，这与总酚含量多少一致。可 能是在一定的酶活水平下，褐变快慢取决于底物含量。他们用实验证明了不同贮 存条件下总酚含量和褐变度的相关性，在四种贮存条件下，随着褐变度的增加， 莲藕中总酚含量逐渐减少。贮存2 2 天后，酚类物质保留得越多的，则褐变度越 低，说明酚类物质参与了酶促褐变。他们用实验证明了总酚含量和褐变度之间有 很好的负相关性。 在低温、常温、真空以及柠檬酸四种不同的贮存条件下，以低温贮存的褐变 增加最缓慢，任何时期均处于最低水平。他们进一步研究得出在不同贮存条件下 总酚含量和褐变度有很好的相关性；p p o 活性和褐变度则无明显的相关性；在室 温和低温下贮存p o d 活性和褐变度呈良好的j 下相关，而在真空和柠檬酸条件下 贮存无相关性( 胡晓丹等，1 9 9 6 ) 。 水煮藕片褐变机理的研究 1 2 2 酶促褐变的抑制 影响酶促褐变的因素有很多，如温度、p h 、0 ：等。植物中p p 0 的最适p h 一 般在4 - 7 之间( 沈金等，2 0 0 5 ) ，随着p h 的下降，p p 0 的活性直线下降，特别是p h 在3 以下时，强酸性环境会使酶蛋白上的铜离子解离下来，导致p p 0 逐渐失活，酶 活性趋于最低( 林向东等，2 0 0 0 ) 。有关抑制褐变的方法也已经从物理、化学、 生物技术等多方面入手，找到了多种抑制果蔬褐变的有效方法。随着科学技术的 不断发展，运用高新技术更深层次的揭示褐变机理，采取更有效的抑制褐变技术， 将果蔬贮藏、) j 口- r 提高到更高的水平，为人们提供安全、高质量的食品已经成为 可能。 莲藕中含有多种酚类物质，多孔，且酶活力高，其传统贮藏多带泥，有埋 藏法和薄膜帐贮藏法，但无法满足现代社会快节奏生活对净菜的需求。现在多是 将藕去泥，低温贮藏、气调贮藏或减压贮藏。但这些方法对温度、湿度、气体的 控制要求较高，易发生冷害、c 0 ：中毒、缺氧危害、霉变等，且减压的建筑费用 较高、库存量较小，提高了贮臧成本。电离辐射对果蔬保鲜也取得了较好的效果， 但有时易产生异味，并可导致某些果实色素氧化、组织变软、失去脆性及维生素 损失。用化学试剂处理果蔬，剂量易控制，大小规模皆适宜，且能满足远距离运 输和贮藏的特殊需要。近年来有越来越多的人致力于莲藕保鲜剂的研究，这些研 究都是基于褐变机理，从反应体系中除去一个或更多个反应必需的组成条件，包 括氧、铜、酶或底物等( 李洁和王清章，2 0 0 0 ) 。用保鲜剂控制酶促褐变主要有 以下几个方面： 1 2 2 1 抑制酚酶活性 对酶活性的抑制是控制酶促褐变最有效的方法，王美兰等人对莲藕中多酚 氧化酶的特性的研究显示，莲藕中多酚氧化酶的最适作用p h 值一般在4 7 左右， 随着p h 值的下降，其活性呈直线下降。当p h 六碳糖 双糖；就氨基化合物而言， 胺类较氨基酸易于发生褐变，氨基酸中以碱性氨基酸易于发生褐变，氨基酸的氨 基在三位或在末端的易于发生褐变。因此，使用不易褐变的原料能减少美拉德反 应的发生( 周亚平，2 0 0 6 ) 。 1 2 4 2 调节影响非酶褐变反应速率的因素 非酶褐变反应是十分复杂的反应，影响因素众多，主要有：温度、p h 值、 水分活度、氧气、金属离子等。 9 水煮藕片褐变机理的研究 1 2 4 2 1 降低温度 非酶褐变反应的速率受温度影响较大，温度越高，褐变速率越快。温度每提 高1 0 。c ，反应速率大约提高3 5 倍( w us h a o x i o n ge ta 1 ，2 0 0 5 ) 。例如：1 0 0 * c 下2 h 反应得到的甘氨酸和葡萄糖的色度，在5 6 。c 条件下需要2 5 h 。一般3 0 c 以 上褐变较快，而在2 0 。c 以下较慢。所以容易褐变的食品，应在低温下贮藏 ( g o n z a l e za g u i l a r ae ta 1 ，2 0 0 4 ) 。 1 2 4 2 2 降低p h 值 p h 值是影响非酶褐变反应速率的重要因素。羰氨缩合是一个可逆的过程， 在稀酸条件下，羰氨缩合产物很容易水解。羰氨缩合过程中封闭了游离的氨基， 反应体系p h 值就下降，所以碱性条件有利于羰氨反应。p h 值在3 以上时，褐 变速率随p h 值的增加而加快。因此降低p h 值可以抑制非酶褐变( 马霞和林炳 芳，1 9 9 8 ) 。 1 2 4 2 3 调节水分活度 水分活度与非酶褐变速率有较大关系。水分在l o 一1 5 时最容易发生褐 变( 付丽和李铁刚，2 0 0 6 ) 。一般情况下，褐变反应速率与基质浓度成正比。完 全无水的情况下，非酶褐变几乎不发生。这是因为氨基化合物和羰基化合物的分 子无法运动的缘故；水分含量很高的情况下，反应基质浓度很低，非酶褐变也难 以发生。 1 2 4 2 4 其它 近些年来，研究己经证实：室温下氧气的存在对非酶褐变反应速率起促进作 用。因此容易褐变的物料，应尽量减少与氧的接触。金属离子对非酶褐变也有促 进作用。一般认为：铜、铁和亚铁离子能促进非酶褐变反应的发生，而钙、锡离 子能减缓非酶褐变反应的发生( 张妍等，2 0 0 6 ) 。 1 2 4 3 使用褐变抑制剂 食品生产过程中工艺流程长，不可避免接触高温、酸性、碱性环境，温度、 p h 值、水分活度的调节空间有限。因此，最有效的抑制非酶褐变反应的方法是 使用褐变抑制剂。根据有机化学和近代波谱理论：有机物的颜色是由含共轭双键 系统的生色团、发色团引起的。使用还原剂可与共轭双键形成加成物，使用氧化 剂可有效破坏共轭双键体系。因此，可用下列抑制剂抑制非酶褐变反应，降低色 值。 1 0 华中农业大学2 0 0 8 届硕上学位论文 1 2 4 3 1 使用还原剂 亚硫酸盐是广泛使用且有效的非酶褐变反应抑制剂。通常使用的亚硫酸盐 有：亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、保险粉等。亚硫酸盐抑制非酶褐变的 机理是： 加成反应：反应物的羰基可以和亚硫酸根结合形成加成化合物，其加成物能 与氨基化合物缩合，但缩合产物不能再进一步生成s c h i f f 碱和n 葡萄糖基胺， 阻止了美拉德反应的进一步发生，因而有明显的抑制效果。反应方程式如下： h 妒h 嚣瞄h 一攀：喜 h 一o hh e o hh - o h h 三蔓：h + h 蝤h 塞蔓芝h + r n 嚆垫受h 譬二霆二：h h - 芒。- o hh - c ! - o h 畦一毒一o h c h 2 0 h6 h 2 0 h c 。h 2 0 h 此外，亚硫酸根还能与中间产物的羰基结合形成加成产物，这些加成产物 的褐变活性远低于氨基化合物和还原糖所形成的中间产物，使得后面生成类黑精 的反应难以发生( 五十岚俏等，1 9 9 4 ) 。反应方程式如下： = 0 + h s o 。壬s 加成的结果：有机物失去双键或减少双键，因而颜色失去或变浅。亚硫酸盐 抑制非酶褐变主要原因是亚硫酸盐捕获了强褐变活性的中间体，生成褐变活性很 低的中间产物，从而抑制了非酶褐变( d y e r ，1 9 9 1 ) 。 还原反应：由于亚硫酸盐是还原剂，能产生还原作用，阻止或减缓某些中间 反应，从而避免或减少色素的生成。 亚硫酸盐能消耗氧和降低p h 值，这些都间接的阻止了非酶褐变的发生。 但单一使用还原剂抑制效果不稳定，一些实际应用表明：在有氧或氧化剂存在的 条件下，已被还原的双键易恢复，氧化作用还减少了体系中的还原剂含量，从而 出现了回色现象。因此，在使用还原剂脱色时，必须减少与氧的接触，或使用抗 氧稳定剂。还原剂与稳定剂共用，脱色效果较为稳定。 1 2 4 3 2 使用氧化剂 非酶褐变反应中产生了含有共轭双键结构的有色物，强氧化剂可以有效破坏 羰基化合物及中间产物的双键结构，使共扼双键氧化发生断裂，含有共轭双键的 水煮藕片褐变机理的研究 有色物分子破坏成为分子量低、双键含量少的物质；使强褐变活性的中间产物难 以生成，改变生色基的结构，减少生色基和发色基的数量，达到抑制褐变的目的。 一些抑制效果较好的强氧化剂有