苹果汁酶促褐变抑制方法的比较

1、中国是世界苹果第一生产大国,也是浓缩苹果汁生产和出口第一大国。2006年中国苹果总产量2606万t ,占世界总产量的50%以上;2006/2007榨季,中国生产浓缩苹果汁97万t ,出口90万t ,占世界产量和出口量近70%。但由于苹果汁在加工过程中易发生酶促褐变,导致苹果汁色值下降,品质劣变,营养价值降低,从而降低了果汁的附加值,严重影响了产品的销售和企业的经济效益。因此研究苹果汁酶促褐变的机理,并寻求抑制酶促褐变的方法,对苹果汁加工业具有重要意义。1酶促褐变的机理酶促褐变的研究始于20世纪40年代,曾先后提出乙醛乙醇毒害学说、氧自由基假说、Vc 保护假说、酚-酚酶区域化分布等学说,其中,酚

2、-酚酶区域化分布学说是目前较易接受的解释酶促褐变的学说1。国内外学者一致认为果蔬的酶促褐变,主要是由多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO在有氧条件下将酚类物质氧化为醌,醌再进一步脱水、聚合,最后形成褐色物质的过程。正常发育的果实是完整的有机体,酚类物质在液泡中,PPO 在质体中,PPO 与底物不能相互接触,不会发生酶促褐变。但苹果汁在加工过程中,因破碎、压榨等使苹果的细胞质膜破裂,打破了多酚与酶的区域化分布,酚类物质、PPO 和氧接触,从而发生酶促褐变。PPO 是一类核编码的铜金属酶,由多个基因控制,表现出多基因的家族性。研究表明苹果中至少有4个基因编码PPO 2。大多研究

3、以邻苯二酚为底物,发现苹果的PPO 在pH 5.08.0时有较高的稳定性,最适pH 在6.26.6之间,最适温度在2830之间,其特性因苹果品种的不同而略有不同3,4。但苹果汁中含有多种酚类,故研究者考虑采用多种酚类做底物研究PPO 的动力学特性。Janovitz-Klapp 等5对含两种酚类的模型系统研究表明,可由相关的浓度及存在的每个单酚的动力第一作者简介:唐贵芳,女,1984年出生,河南沈丘人,河南农业大学2006级研究生,研究方向为食品营养与质量控制。通信地址:450002河南省郑州市文化路95号河南农业大学食品科学技术学院,Tel :0371-*,E-mail :tchenxin 。

4、通讯作者:宋莲军,女,1969年出生,河南郑州人,河南农业大学食品科学技术学院副教授,硕士生导师,主要从事食品科学研究工作。通信地址:450002河南省郑州市文化路95号河南农业大学食品科学技术学院,Tel :0371-*,E-mail :slj69 。收稿日期:2008-08-25,修回日期:2008-09-04。苹果汁酶促褐变抑制方法的比较唐贵芳,赵秋艳,乔明武,宋莲军(河南农业大学食品科学技术学院,郑州450002摘要:简述了苹果汁酶促褐变的机理,从物理、化学、生物等方面对当前苹果汁酶促褐变的抑制方法进行了比较,指出各种抑制方法的优缺点,进而提出苹果汁酶促褐变抑制方法的发展方向,为苹果汁

5、加工业提供了理论和参考依据。关键词:苹果汁;酶促褐变;抑制方法;比较中图分类号:TS255.44文献标识码:AComparison of Inhibition Methods of Enzymatic Browning for Apple JuiceTang Guifang,Zhao Qiuyan,Qiao Mingwu,Song Lianjun(College of Food Science &Technology,Henan Agriculture University,Zhengzhou 450002Abstract:In this paper,mechanism of enzymati

6、c browning on apple juice and comparison of different inhi-bition methods with physical,chemical and biologic were summarized.Advantages and disadvantages of var-ious of methods were pointed out.Finally,development prospects of solution for enzymatic browning were proposed.These can provide theory a

7、nd reference basis for apple juice processing industry.Key words:apple juice,enzymatic browning,inhibition methods,comparison学参数推测初始氧气吸收速率。P.Goupy等6利用苹果多酚建立模拟系统研究发现,各单酚间的氧化互有影响,除主要酚类外,原花青素、黄酮醇类和二氢查耳酮类等对褐变也有影响。目前,关于酶促褐变的机理仍需进一步研究。2苹果汁酶促褐变的抑制方法生产高质量的苹果汁应选用适度成熟、酚类物质含量较低、可滴定酸含量在0.8%1.2%之间、果实硬度6.0kg/cm2以

8、上的品种。目前较成熟的加工果专用品种主要有澳洲青苹、红玉、瑞丹、瑞林等。但即便选用优质的苹果原料,苹果汁的酶促褐变仍然难以控制。因此,研究酶促褐变的抑制方法依然是一个热点问题。目前,人们根据酶促褐变的机理,从酶、酚类物质和氧三方面入手,采用物理、化学和生物等方法来抑制苹果汁的酶促褐变。2.1物理方法早期抑制苹果汁酶促褐变的方法主要是热处理、低温和除氧。热处理包括热水、热蒸汽、热空气处理。由于热处理会导致苹果汁营养成分及风味损失,故主要与破碎工艺、高压处理和防褐变剂等结合。赵光远等发现在苹果破碎时,蒸汽热处理可以改善浑浊苹果汁的色泽并增强果汁的稳定性7。50协同500MPa处理,可改善果汁色泽8

9、。经过50协同300MPa压力处理的含Vc、柠檬酸和六偏磷酸钠的果汁褐变较轻9。低温主要通过流动空气、冷冻水、冰或真空来实现。目前,低温冷藏主要用于产品贮藏保鲜,其发展方向是与其他手段配合使用。除氧主要是在苹果汁的加工过程中采用破碎时充入惰性气体(N2、CO2或用水蒸气排除系统中的空气,以达到防止产品酶促褐变的目的10。随着科技的发展和研究的深入,人们又发现了高压(high pressure,HP、超滤(ultrafiltration,UF、电场(high-voltage pulsed electric field,PEF、电渗析(electro-dialysis,ED等抑制酶促褐变的方法。A

10、lev Bayindirli 等11发现,450MPa下,50处理苹果汁5min,PPO的残余活力为92.2%。目前,HP结合防褐变剂和热处理对鲜榨苹果汁中酚类物质、Vc以及果汁颜色等品质在贮藏期的影响是研究的热点。国外已将HP应用于果汁和果酱的生产。然而HP对设备的耐压能力要求高,使其在食品行业中的应用受到了很大的限制。通过UF 可除去酚类物质,抑制褐变。Bomeman Z等12发现聚醚砜/聚乙烯吡咯烷酮(PES/PVP膜能除去苹果汁中的多酚和褐色物质以控制酶促褐变。Johannes de Bruijna 等13对1.5104u和5.0104u的氧化锆超滤陶瓷膜过滤苹果汁过程中的膜污染情况和

11、滤后果汁质量进行了研究,发现较高膜面流速(7m/s和较低跨膜压力(150kPa下膜污染程度较低,SF可以制得满足商业要求的高质量苹果汁。但是因其处理量小,要应用于生产实践中需待进一步研究。J.Giner等14发现PEF可抑制苹果和梨的PPO活力;Susanne Schilling等15发现经PEF处理的苹果汁褐变较轻。目前,国外对PEF的研究已进入中试阶段,国内在这方面的研究属于起步阶段。钟葵等16认为PEF处理苹果汁的L值和色值均优于热处理。20世纪90年代初有研究者将有两极膜的ED引入混浊苹果汁的生产中。L.Bazinet等17发现,ED 可以抑制苹果汁的PPO。Quoc AL等18的研究

12、表明, ED可将苹果汁的pH值在30min内降至2.0,导致PPO部分失活,从而抑制苹果汁的酶促褐变。由于没有加酸和碱,较好地保留了混浊苹果汁的自然风味,但目前这方面研究尚处于起步阶段,在工业生产中尚未使用。2.2化学方法长期以来,果蔬的酶促褐变通过运用亚硫酸盐加以控制。但由于亚硫酸盐的毒性作用美国于1993年将亚硫酸盐从一般安全物质目录中除名。因此,寻求安全高效的亚硫酸盐替代品以用于控制酶促褐变成为国内外学者研究的热点。Vc是较早使用的防褐变剂。Vc能鳌合铜离子,并将醌类物质还原。Vc和酸性聚磷酸联合使用对鲜切苹果和果汁有很好的防褐变效果。Vc的衍生物L-抗坏血酸的6-脂肪酸酯对鲜苹果汁有抗

13、褐变作用,且当被亲水性乳化剂如Tween60乳化后作用更好19。环糊精和Vc或抗坏血酸-2-磷酸盐联合使用对果汁有较好的防褐变效果20。其抑制效果有浓度依赖性,添加量少,抑制效果不佳;添加量大,虽然能抑制酶促何褐变,但在果汁存放过程中会发生非酶褐变。曲酸同样具有防褐变能力,抑制机理可能是:结构与酚类物质相似,对PPO有竞争性的抑制作用;可以螯合铜离子;去除氧以干扰酶促反应;将醌类物质还原。苹果在打浆过程中加入曲酸后几乎没有褐变发生。添加量为0.2g/kg的曲酸可以很好的防止苹果汁褐变24。但是曲酸的安全性目前尚存在争议。日本在2005年已禁止曲酸在食品及药品中使用。植酸对果蔬汁也有护色效果,目

14、前国内有关植酸在苹果汁生产中的应用研究较少25。RN Gacche等26发现,谷胱甘肽和肉桂酸可防止苹果汁的褐变。H.!zolu 和A.Bayindirli27研究认为肉桂酸的防褐变作用仅次于LC;且0.49mM Vc、0.42mM LC和0.05mM肉桂酸联合作用可以保持混浊苹果汁在251贮藏2h,但是不能达到长期防止酶促褐变的目的。不同类型的环糊精也可抑制苹果汁的酶促褐变。-环糊精(-cyclodextrin,-CD可将绿原酸等底物包埋,防止褐变发生。其抗褐变能力可被磷酸盐增强。Seib P A28研究表明,1%的-CD结合0.25%0.5%的磷酸盐,可部分抑制苹果汁的褐变。E.Alvar

15、ez-Parrilla 等29发现-CD与4-己基间苯二酚(4-hexylresorcinol ,4-HR有很好的协同作用,二者联合比单独使用对PPO活力的抑制效果要好,但是其抑制机理尚不明了,在苹果汁中的应用也有待进一步研究。JosM. Lpez-Nicols等30研究认为麦芽糖基(-16-环糊精(maltysol(-16-cyclodextrin,Mal-CD可与苹果汁中的二元酚作用,从而抑制酶促褐变,而且Mal-CD可以作为抗氧化剂强化Vc的防褐变作用。但目前这方面研究尚处于起步阶段,要应用于苹果汁的生产实践中则仍需进一步研究。C Le Bourvellec等31发现原花青素及其氧化产物

16、对PPO也有抑制作用,且其抑制作用随聚合度的增加而增加。Catherine Billaud等32发现焦糖化产物和美拉德反应产物可以抑制酶促褐变。C Billaud等33认为硫醇源(如半胱氨酸的美拉德反应产物可以抑制PPO 活力。目前这方面研究较少。有关美拉德反应产物的具体结构、组成、性质仍不十分清楚,其抑制酶促褐变的真正机制以及其应用还有待进一研究。4-HR和硫酸多糖是美国的专利产品。4-HR可与PPO作用,使PPO不能氧化酚类物质。4-HR已成功用于水产品(虾和鱼等、苹果、土豆、荔枝、枇杷等制品中。但4-HR的成本较高。苹果汁中单独加0.25%角叉菜聚糖或同时加0.05%角叉菜聚糖和0.5%

17、的柠檬酸,可在常温下24h不褐变。0.1%角叉菜聚糖和0.5%的柠檬酸可使含有0.1%的苯甲酸钠的苹果汁在3保藏3个月不褐变34。但是这必须是与低温联合作用,若在常温条件下,则无法达到长时间防褐变的效果。可见,已有多种化合物被证实具有抑制酶促褐变的。但由于成本高,抑制效果不理想,及安全性等问题限制了部分化合物的应用。因此,开发一种新的酶促褐变抑制剂仍是当前研究的方向。2.3生物方法随着经济发展和生活水平的提高,人们越来越关注健康,对化学合成抑制剂的疑虑日益增加,因此科技人员都致力于开发一种天然抑制剂。Hosda H等35发现用洋葱汁对苹果片和苹果汁进行处理,80%的PPO活性被抑制。可能是因为

18、洋葱汁中有柠檬酸、苹果酸、Vc和硫醇等物质。但是洋葱汁会引起制品风味的改变,不利于消费者接受。也有研究报道乳酸菌能产生一些低分子量的物质,如酸、醇、酮、CO2、过氧化氢、双乙酰等代谢产物,具有较强的络合金属离子能力和较高的抗氧化性,能有效地抑制酶促褐变。乳酸菌产生的杀菌剂对鲜切果蔬的保鲜很有潜力。采用天然保鲜剂(如乳酸菌产生的抑制剂组成的栅栏技术对酶促褐变抑制效果明显。但是对于苹果汁酶促褐变的抑制方面的研究鲜见报道,需待进一步的研究。利用基因工程培育出抗褐变的苹果品种是目前研究的热点。BROOTHAERTS Wim等38发现,将PPO的反义基因转入苹果中,所得转基因品种褐变进程明显得到抑制。但

19、是目前这方面研究较少,而且转基因产品的安全性问题也要考虑。3结论与展望综上所述,目前苹果汁酶促褐变的机理尚不完全明了,仍需进一步研究。抑制酶促褐变的方法也很多,但每种方法都各有优劣。物理方法中的HP、UF、PEF、ED等非加热处理,在不改变苹果汁风味和营养成分的同时又可以抑制酶促褐变,具有广阔的应用前景。但尚处于实验室阶段,且设备投入较高,要应用于生产实践中尚需进一步的研究。因此,要加强苹果汁生产设备和生产技术的基础研究与开发。化学方法操作简单而实用,短期内仍将占主导地位,开发并研究安全高效的抑制剂仍是今后研究的方向。但化学抑制剂毕竟为外源添加物,随着人们对食品营养及安全性等要求的提高,将来可

20、能限制使用各种化学添加剂。而应用生物方法的转基因技术培育防褐变品种,在未来具有良好的发展前景。但是防褐变品种的培育研发周期性长,而且要做安全性评价,故短期内不易实现,需待进一步研究。因此,苹果汁酶促褐变的控制短期内将仍以化学方法为主导,从长期发展而言应将安全高效的酶促褐变抑制方法联合使用。通过抗褐变品种的培育,建立专属的苹果生产基地提供适宜的苹果汁生产原料;改进生产设备和工艺,建立一套从原料到成品的控制苹果汁褐变的生产体系,从而促进苹果汁产业乃至整个果蔬加工业的发展。参考文献1Masatsune M,Mie T,Masami T,et al.Relationship between apple

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