菊芋泡菜貯藏期間非酶褐變的研究

王衛(wèi)東，孫月娥，李 超，楊冬梅，莊 平

(1. 徐州工程學院食品(生物)工程學院，江蘇 徐州 221008；2. 江蘇省食品生物加工工程技術(shù)研究中心，江蘇 徐州 221008；3. 徐州市金地杰農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇 徐州 221116)

菊芋泡菜貯藏期間非酶褐變的研究

王衛(wèi)東1,2，孫月娥1，李 超1，楊冬梅1，莊 平3

(1. 徐州工程學院食品(生物)工程學院，江蘇 徐州 221008；2. 江蘇省食品生物加工工程技術(shù)研究中心，江蘇 徐州 221008；3. 徐州市金地杰農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇 徐州 221116)

研究不同包裝材料和加工用水對菊芋泡菜褐變的影響，并對其貯藏期間部分理化指標的變化進行測定，初步揭示菊芋泡菜在貯藏期間發(fā)生褐變的機制。結(jié)果表明，菊芋泡菜貯藏期間發(fā)生的褐變主要是多酚的氧化聚合以及美拉德反應(yīng)導(dǎo)致的非酶褐變，而低濃度的金屬鐵離子并不會導(dǎo)致褐變的發(fā)生。在菊芋泡菜中添加不同的抗褐變劑(異抗壞血酸鈉、檸檬酸亞錫二鈉和EDTA)，可以減少菊芋泡菜在貯藏期間的褐變。加速貯藏實驗表明，檸檬酸亞錫二鈉是菊芋泡菜貯藏期間良好的抗褐變抑制劑。

菊芋；非酶褐變；多酚；美拉德反應(yīng)

褐變是食品加工和貯藏過程中常見的一種變色現(xiàn)象，根據(jù)其發(fā)生的機制，可分為酶促褐變和非酶褐變。經(jīng)過殺菌或者足夠強度熱處理的食品，其中的多酚氧化酶(PPO)已經(jīng)失活，因此其貯藏期間產(chǎn)生褐變的原因主要是非酶褐變。美拉德反應(yīng)是非酶褐變中研究最多的反應(yīng)，一般采用控制食品水分含量、降低溫度、控制pH值、減少美拉德反應(yīng)底物的含量來防止和減緩美拉德反應(yīng)的發(fā)生。此外，多酚的變化也是導(dǎo)致食品非酶褐變的一個重要原因。目前研究認為多酚與金屬離子之間的反應(yīng)、多酚的氧化聚合都會導(dǎo)致食品的褐變。由于多酚的氧化和聚合過程非常復(fù)雜，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)多樣，因此對多酚導(dǎo)致食品褐變的機制和防止方法研究較少。

菊芋(Helianthus tuberosus L.)別名洋姜、洋菜、鬼子姜，屬菊科向日葵屬多年生草本植物，在我國的華北、華東、華南、華中等地均有分布。菊芋塊莖富含菊糖，質(zhì)地白細脆嫩，無異味，可生食、炒食、煮食或切片油炸等。最常見的食用方法是把菊芋腌漬加工成泡菜。在菊芋泡菜的貯藏過程中，經(jīng)常有褐變現(xiàn)象產(chǎn)生，導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)黑，嚴重影響其感觀和營養(yǎng)品質(zhì)。本實驗通過貯藏實驗探討菊芋泡菜貯藏期間的非酶褐變機理，旨在為防止其在貨架期內(nèi)發(fā)生褐變提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

菊芋泡菜半成品由徐州市金地杰農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供，用切片機切成3mm的薄片后貯存于4℃?zhèn)溆?；鋁箔袋(BOPP/AL/PE)、復(fù)合塑料袋(BOPP/PE)、鋁塑袋 徐州市金地杰農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司。

5-羥甲基糠醛(HMF) Sigma公司；檸檬酸亞錫二鈉(食品級) 博野縣邦恩食品輔料有限公司；鐵標準溶液 北京納克分析儀器有限公司；純凈水 娃哈哈集團；其他化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TU-1810型紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；TGL-20M高速臺式冷凍離心機 長沙湘儀離心機有限公司；WSC-S測色色差計 上海精密科學儀器有限公司；隔水式恒溫培養(yǎng)箱 上海恒科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菊芋泡菜加工工藝流程

新鮮菊芋→清洗→腌漬發(fā)酵→挑選→切片→脫鹽→配合→真空包裝→巴氏殺菌→冷卻

1.3.2 過氧化物酶(POD)定性實驗[1]

包裝好的菊芋泡菜在90℃水浴中殺菌18min，立即流水冷卻至室溫。將熱處理后的菊芋片切斷，取0.1%愈創(chuàng)木酚-酒精溶液滴在橫斷面上，稍等片刻，再將0.3% H2O2溶液滴在橫斷面上，觀察其顏色變化。若橫斷面在1～2min內(nèi)呈現(xiàn)紅褐色，說明過氧化物酶沒有失活；若橫斷面無顏色變化，則說明過氧化物酶已經(jīng)失活。

1.3.3 包裝材料對褐變的影響

將發(fā)酵后的菊芋泡菜脫鹽后分別用鋁箔袋(BOPP/ AL/PE)、復(fù)合塑料袋(BOPP/PE)、鋁塑袋包裝，每袋100g，殺菌后置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中貯藏。

1.3.4 模擬加工水體系的建立

采用石墨爐原子分光光度法[2]測定去離子水、純凈水、自來水和井水的鐵含量。

配制質(zhì)量濃度分別為2.5、5、7.5、10、12.5ng/mL的鐵標準溶液，各吸取1mL，測定吸光度，以鐵質(zhì)量濃度(C)為橫坐標、吸光度(A)為縱坐標制作標準曲線，得回歸方程：A=0.0153C＋0.0265，相關(guān)系數(shù)R2=0.9992。

為了證明是否由于水中的鐵導(dǎo)致菊芋泡菜褐變，采用不同來源的水對菊芋進行脫鹽處理。分別稱取硫酸鐵、氯化亞鐵0.02g溶于純凈水中，定容到100mL，配制鐵含量相當于井水的脫鹽用水。以井水、自來水、去離子水以及上述的配制水浸泡菊芋泡菜以脫鹽(菊芋泡菜與水的質(zhì)量比為1:2)，每天測定菊芋泡菜的褐變，連續(xù)測定3d。

1.3.5 菊芋泡菜褐變度的測定

用全自動測色色差儀通過反射法測定菊芋泡菜的色澤。儀器的標準白板L*=93.53，a*=－0.82，b*=0.10。用L*值表示褐變度，L*值越小，說明褐變程度越大。

1.3.6 菊芋泡菜的抗褐變處理

菊芋泡菜浸泡脫鹽，加入不同質(zhì)量濃度的抗褐變劑(表1)，攪拌均勻后真空包裝，殺菌冷卻，置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中貯藏，定期測定產(chǎn)品的色澤和其他理化指標。

表1 抗褐變劑及其質(zhì)量濃度Table1 Anti-browning agents and their application concentrations

1.3.7 菊芋泡菜其他理化指標的測定

還原糖：采用3,5-二硝基水楊酸法[3]；總酚：采用Folin-Ciocalteau法[4]；5-羥甲基糠醛：參照Cohen等[5]的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 殺菌條件對POD活力的影響

本研究采用的殺菌參數(shù)為工業(yè)化生產(chǎn)中采用的殺菌條件。結(jié)果表明在此殺菌條件下POD已經(jīng)失活。由于多酚氧化酶(PPO)的熱穩(wěn)定性低于POD，因此本研究采用的殺菌條件可以使PPO完全失活，在菊芋泡菜貯藏期間產(chǎn)生的褐變現(xiàn)象為非酶褐變。

2.2 包裝材料對菊芋泡菜褐變的影響

圖1 37℃貯藏1個月后的菊芋泡菜Fig.1 Imaging of pickled Jerusalem artichoke with aluminum-plastic package and compound plastic package stored at 37 ℃ for one month

由圖1可見，貯存1個月后不同包裝的菊芋泡菜的褐變度有顯著的區(qū)別。鋁塑包裝的菊芋泡菜仍然保持原來的色澤，而復(fù)合塑料包裝后的菊芋泡菜褐變嚴重。圖2中是用鋁箔袋包裝后貯藏1個月后的菊芋泡菜。實驗所用鋁箔袋是立體袋，底部是透明的復(fù)合塑料，袋身為鋁箔和塑料復(fù)合材料。圖2(a)為鋁箔袋底部及其中的菊芋泡菜，很明顯底部的泡菜發(fā)生了嚴重的褐變。而從鋁箔袋袋身的正面觀察，只是在靠近包裝袋底部的菊芋泡菜發(fā)生了明顯的褐變，而靠近袋子內(nèi)部的菊芋泡菜基本保持原有的顏色。

圖2 鋁箔包裝后在37℃貯存1個月的菊芋泡菜Fig.2 Imaging of pickled Jerusalem artichoke with aluminum foil package stored at 37 ℃ for one month

這3種包裝材料不同之處是透氧性、透光性和透濕性不同，鋁箔和鋁塑材料的氣密性和遮光性均好于復(fù)合塑料包裝材料。由于氧氣可以參與食品中的許多化學反應(yīng)，引起多種成分的氧化，如多酚類物質(zhì)的氧化、脂肪的氧化和VC的氧化[6]。而鋁塑和鋁箔包裝的透氧性低于塑料復(fù)合包裝，因此可以減緩氧參與的化學反應(yīng)，使得菊芋泡菜的褐變程度較小。

2.3 菊芋泡菜中總酚的含量

圖3 菊芋泡菜貯藏期間總酚含量的變化Fig.3 Change in the content of total polyphenols in pickled Jerusalem artichoke during storage

由圖3可見，在貯藏期間菊芋泡菜中總酚含量呈現(xiàn)下降趨勢。由于菊芋泡菜在加工過程中經(jīng)歷了殺菌，導(dǎo)致PPO失活，酶促褐變在貯藏期間不會出現(xiàn)，因此多酚的減少不是由于酶促褐變引起的。酚類化合物的化學性質(zhì)相當活潑，很容易氧化形成醌，而醌具有強烈的親電子性，極易與親核基團反應(yīng)，從而促進其他分子氧化及其自身快速聚合[7]。結(jié)合2.2節(jié)中所述包裝材料對菊芋褐變的影響，很可能是多酚類物質(zhì)發(fā)生的氧化聚合導(dǎo)致菊芋泡菜的褐變。

2.4 脫鹽用水對褐變的影響

圖4 菊芋泡菜貯藏期間HMF含量的變化Fig.4 Effect of salt-removed water on the content of HMF in pickled Jerusalem artichoke during storage

表2 不同水樣中的鐵含量Table2 Content of iron in different water samples

由圖4可知，采用純凈水和去離子水浸泡后的菊芋泡菜L*值升高，表明沒有發(fā)生褐變，而采用自來水處理的菊芋泡菜3d后L*值顯著降低，表明發(fā)生了明顯的褐變。

分別測定不同水樣中的鐵含量，結(jié)果如表2所示。由表2可見，純凈水和去離子水中都不含鐵離子，自來水中鐵離子含量最高。采用不含鐵離子的純凈水配制濃度相當于自來水的鐵離子溶液浸泡菊芋。由圖4可見，無論是3價或2價鐵離子都不會導(dǎo)致菊芋浸泡后L*值顯著降低，即不會發(fā)生褐變。

雖然水中的金屬離子特別是鐵離子與食品中的多酚類物質(zhì)可以發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，導(dǎo)致食品褐變[8]。但是加工用水中微量的鐵離子并不會導(dǎo)致菊芋泡菜的褐變。水中其他的化學成分或者金屬離子可能是導(dǎo)致褐變的原因，特別是自來水中殘留的氯，作為氧化劑可能氧化菊芋中的多酚導(dǎo)致其發(fā)生褐變，如果進一步確證需要更深入的實驗和研究。

2.5 菊芋泡菜中羥甲基糠醛(HMF)含量的變化

圖5 菊芋泡菜貯藏期間HMF含量的變化Fig.5 Change in the content of HMF in pickled Jerusalem artichoke during storage

Maillard是十分復(fù)雜的羰胺反應(yīng)，而HMF是反應(yīng)重要的中間產(chǎn)物，不僅是體系形成色素沉積的潛在條件，也是Maillard反應(yīng)和非酶褐變的重要指示因子[9]。圖5是菊芋泡菜貯藏期間HMF含量隨時間的變化。由圖可見，菊芋泡菜在貯藏期間HMF的含量呈現(xiàn)上升的趨勢，表明在貯藏期間發(fā)生了美拉德反應(yīng)。由于HMF是反應(yīng)的中間產(chǎn)物，因此它存在一個積累的過程，在前21d上升速度比較慢，而后上升速度加快。

2.6 菊芋泡菜中還原糖含量的變化

美拉德反應(yīng)是還原糖與游離氨基之間的反應(yīng)，因此如果菊芋在貯藏期間發(fā)生了美拉德反應(yīng)，則必然伴隨著還原糖含量的減少。由圖6可見，還原糖含量并沒有隨時間的增加而減少，該結(jié)果難以解釋菊芋泡菜的非酶褐變與Maillard反應(yīng)的相關(guān)性。由于菊芋中含有大量的菊糖，可能在貯藏期間發(fā)生了降解，導(dǎo)致還原糖的含量沒有發(fā)生明顯的變化。Babsky等[10]在研究中發(fā)現(xiàn)，果汁儲藏期間還原糖變化十分復(fù)雜，一方面還原糖因與游離氨基發(fā)生Maillard反應(yīng)而減少，另一方面果汁中的一些雙糖因受熱而發(fā)生酸水解，導(dǎo)致葡萄糖、果糖等還原糖含量增加。因此，還原糖含量的變化不能明確反映菊芋泡菜貯藏過程中Maillard反應(yīng)的程度。

圖6 菊芋泡菜貯藏期間還原糖含量的變化Fig.6 Change of reducing sugar in pickled Jerusalem artichoke during storage

2.7 褐變抑制劑對菊芋泡菜褐變的影響

由表3可見，褐變抑制效果為檸檬酸亞錫二鈉＞異抗壞血酸鈉＞EDTA，并且抑制劑質(zhì)量濃度越大抑制褐變效果越好。貯藏43d后，對照菊芋泡菜的L*值由57.91降到了46.69，由于L*值越小表明褐變程度越大，因此對照菊芋泡菜的褐變程度比較大。與對照相比，添加了異抗壞血酸鈉、檸檬酸亞錫二鈉的菊芋泡菜L*值變化較小，表明褐變程度較小，而EDTA只有在高質(zhì)量濃度(0.025g/100mL)時才表現(xiàn)出抑制作用。

表3 加入褐變抑制劑后菊芋泡菜貯藏期間的L*值變化Table3 Effects of anti-browning agents on the L* value of pickled Jerusalem artichoke during storage

3 結(jié) 論

不同包裝材料對菊芋泡菜褐變的影響不同，貯藏1個月后，采用鋁箔和鋁塑包裝的泡菜沒有發(fā)生明顯的褐變。加工用水中微量的鐵離子不會導(dǎo)致菊芋的褐變，有可能是其他的化學成分，特別是其中的氧化成分如殘留氯引起的褐變。菊芋泡菜貯藏期間的褐變主要是非酶褐變，是由美拉德反應(yīng)和多酚的氧化聚合引起的。采用阻氣性較好的鋁塑或者鋁箔包裝材料，或者添加異抗壞血酸鈉、檸檬酸亞錫二鈉可以防止菊芋泡菜貯藏期間發(fā)生非酶褐變，較好的保持其色澤。

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Non-enzymatic Browning of Pickled Jerusalem Artichoke during Storage

WANG Wei-dong1,2，SUN Yue-e1，LI Chao1，YANG Dong-mei1，ZHUANG Ping3
(1. College of Food(Biology) Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China；2. Jiangsu Engineering Research Center for Food Biology Processing, Xuzhou 221008, China；3. Xuzhou Excellent Land Agriculture Development Co. Ltd., Xuzhou 221116, China)

The effects of package materials and water used in preparation processing on the browning of pickled Jerusalem artichoke during storage were explored and physiochemical properties of pickled Jerusalem artichoke during storage were determined to explore the browning mechanisms. Results indicated that the browning of pickled Jerusalem artichoke during storage was non-enzymatic browning, which was mainly due to oxidative polymerization of polyphenols and Maillard reaction. The metal ions at the low concentration level did not result in browning. The browning of pickled Jerusalem artichoke exhibited a declined trend at the condition of adding anti-browning agents such as sodium erythorbate, disodium stannous citrate and EDTA. Moreover, disodium stannous citrate was the best anti-browning agent for pickled Jerusalem artichoke during storage with accelerated browning experiments.

Jerusalem artichoke；non-enzymatic browning；polyphenol；Maillard reaction

TS255.53

A

1002-6630(2010)20-0477-04

2010-06-19

徐州市農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新計劃項目(XJ2010105)；徐州市銅山縣2009年科技計劃項目

王衛(wèi)東(1971—)，男，講師，博士，研究方向為食品資源開發(fā)與利用。E-mail：wwd.123@163.com