香蕉全果原汁貯藏期間的非酶褐變分析

劉小玲，張文燦，姜元欣，林 瑩

(廣西大學輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530004)

香蕉全果原汁貯藏期間的非酶褐變分析

劉小玲，張文燦，姜元欣，林 瑩

(廣西大學輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530004)

為更好控制香蕉全果原汁的貯藏褐變現(xiàn)象，探討香蕉全果原汁在貯藏期間的褐變規(guī)律。香蕉全果原汁褐變指數(shù)隨貯藏溫度提高及貯藏時間延長而增大。香蕉全果原汁的非酶褐變符合零級動力學模型，褐變反應活化能為75.752kJ/mol，比果肉原汁活化能低，顯示香蕉全果原汁比果肉原汁更易發(fā)生非酶褐變。貯藏期間果汁成分的變化及通徑分析顯示，20℃及35℃貯藏條件下，酚類物質(zhì)是影響香蕉全果原汁貯藏期間非酶褐變最主要的因素。

香蕉；全果實；原果汁；非酶褐變；通徑分析

香蕉全果原汁是以香蕉全果實(不去皮處理)經(jīng)蒸汽滅酶、酶法液化、澄清、滅菌灌裝后制備所得一種澄清型果汁。由于香蕉果皮的引入，果皮中的成分對全果原汁的風味產(chǎn)生一定的影響[1]，同時也對加工特性及貯藏過程中的果汁褐變產(chǎn)生影響。香蕉全果原汁在加工過程中已經(jīng)過徹底的滅酶處理，因此香蕉果汁貯藏期間的褐變主要為非酶褐變。

非酶褐變不僅影響果汁的外觀顏色，同時造成果汁中糖、VC等營養(yǎng)成分的損失，是果汁品質(zhì)變劣和貯存壽命縮短的主要原因[2]。果汁的非酶褐變有4種類型，即美拉德反應、VC裂解、多元酚氧化縮合反應、焦糖化反應。果汁的非酶褐變通常是多種反應共同作用的結果，但在不同的產(chǎn)品中，有不同的主導反應類型，研究表明，柑橘汁貯藏期間的非酶褐變主要是由VC降解成的羰基化合物引起[3]，而濃縮蘋果汁非酶促褐變的主要類型是美拉德反應[4]。

為了解香蕉全果原汁在貯藏過程中的非酶褐變，進而對引起褐變的因素加以有效控制，解決香蕉全果原汁貯藏褐變的問題。本實驗比較了香蕉果肉原汁與香蕉全果原汁在貯藏期間的褐變指數(shù)變化及褐變動力學，分析了貯藏期間果汁的化學成分變化，并采用通徑分析的方法尋找引起香蕉全果原汁非酶褐變的主要因素，為進一步控制香蕉全果原汁的貯藏非酶褐變提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香蕉：威廉斯香蕉品種，完全黃熟，產(chǎn)地廣西南寧壇洛鎮(zhèn)。

巴比妥酸為化學純；茚三酮、沒食子酸、對苯甲胺、苯酚、亞鐵氰化鉀等(均為分析純)。

1.2 儀器

722可見光分光光度計 常州國華電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 香蕉果汁制備工藝

香蕉果肉原汁(banana juice，BJ)：成熟無損傷香

蕉→清洗去皮→切成3cm段→蒸汽加熱(100℃，6min)→打漿→復合酶液化(50℃，80min，不外加水)→離心澄清→常壓殺菌→灌裝

香蕉全果原汁(whole banana juice，WBJ)：不去皮，直接整果切段，其余加工步驟與果肉原汁一致。

1.3.2 褐變指數(shù)BI的測定[5]

將果汁與等體積95%乙醇混合，混合均勻后在7200r/min 條件下離心20min，上清液在420nm 處測定吸光度。蒸餾水做空白，以420nm 處的吸光度A420nm表示褐變指數(shù)BI。

1.3.3 果汁成分分析

總糖的測定采用直接滴定法[6]；還原糖的測定采用菲林試劑直接滴定法[6]；總酚的測定采用福林-肖卡法[7]；游離氨基酸的測定采用茚三酮比色法[6]；總酸的測定采用酸堿中和滴定法[6]；VC的測定采用Fe-菲啰啉分光光度計法[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實驗重復3次，數(shù)據(jù)用x±s表示，采用SPSS 11.5軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 貯藏前香蕉原汁成分分析

貯藏前香蕉全原果汁和果肉原汁的各項指標如表1所示。兩組原汁各項初始指標均有差異。全果原汁的初始褐變指數(shù)BI為0.140，高于果肉果汁。全果原汁的總酸、總糖、還原糖及游離氨基酸含量均低于果肉果汁的相應值，但總酚含量高于果肉原汁。香蕉中VC含量很少，且與空氣接觸易被氧化，殺菌后，在兩種原汁中均沒有檢測出還原型VC的含量。因此，在討論非酶褐變及其影響因素時，不再考慮VC的影響。

表1 貯藏前香蕉原汁成分分析Table 1 Components of banana juice before storage

2.2 香蕉全果原汁貯藏期間的褐變

非酶褐變反應產(chǎn)生的色素在420nm波長處有很強的吸光度，此波長下的吸光度大小可反映褐變的嚴重程度[9]。分別將香蕉全果原汁和果肉原汁置于不同溫度下貯藏，貯藏期間果汁的褐變指數(shù)變化如圖1所示。隨著貯藏時間的延長，果汁的褐變指數(shù)呈增長趨勢，且貯藏溫度越高，增加越明顯。全果原汁4℃貯藏60d后褐變指數(shù)BI為0.160，35℃貯藏60d后褐變指數(shù)BI提高到0.766，說明貯藏溫度是影響果汁褐變的重要因素。35℃條件下貯藏60d后，果肉原汁和全果原汁的褐變指數(shù)BI分別為0.685和0.766，可見，貯藏期間全果原汁的非酶褐變較果肉原汁嚴重。

圖1 香蕉原汁貯藏期間的褐變指數(shù)變化Fig.1 Change of browning index of banana juice during storage

2.3 香蕉原汁的非酶褐變動力學

對香蕉全果原汁和果肉原汁褐變指數(shù)隨時間變化曲線分別進行線性回歸擬合和指數(shù)回歸擬合，不同貯藏溫度下的褐變反應動力學方程及相關系數(shù)R2如表2所示。由表2可見，貯藏溫度越高，果汁的褐變速率常數(shù)越大；同一溫度下，全果原汁的褐變速率常數(shù)大于果肉原汁。

表2 不同溫度下香蕉原汁褐變指數(shù)變化的動力學參數(shù)Table 2 Kinetic parameters for browning index of banana juice at different storage temperature

全果原汁在4℃和20℃的貯藏條件下，零級動力學方程擬合的相關系數(shù)與一級動力學方程擬合的相關系數(shù)均較高，且差異不明顯。但全果原汁在35℃的貯藏條件下的R02與R12分別為0.985與0.915，差異較大。綜合考慮3組貯藏條件，全果原汁在貯藏期間的褐變指數(shù)BI與零級反應動力學更吻合。果肉果汁在3組貯藏溫度下，褐變指數(shù)與零級動力學方程擬合的相關系數(shù)均高于與一級動力學方程擬合的相關系數(shù)，因此認為果肉果汁在貯藏期間的褐變指數(shù)BI與零級反應動力學相吻合。香

蕉原汁的貯藏褐變與文獻報導的銀杏濁汁[10]、菠蘿濃縮汁[11]的褐變反應規(guī)律一致，都符合零級動力學模型。

將兩組果汁褐變的速率常數(shù)代入Arrhenius方程計算反應活化能Ea。Arrhenius方程k=k0exp(－Ea/RT)，式中：k為速率常數(shù)；k0為指前因子；R為氣體常數(shù)(8.314J/(mol·K))；T為熱力學溫度；Ea為活化能(kJ/mol)。經(jīng)計算，香蕉全果原汁和果肉原汁發(fā)生非酶褐變的活化能Ea分別是75.752kJ/mol和84.267kJ/mol。全果原汁的非酶褐變活化能低于果肉原汁，說明同等條件下，全果原汁更容易發(fā)生非酶褐變。

2.4 貯藏期間香蕉原汁主要成分變化

2.4.1 總酸含量的變化

果汁的酸度是影響非酶褐變的重要因素。有研究表明，pH值可影響反應的活化能，pH值越低，褐變的活化能越高[12]。由圖2可見，果肉原汁的總酸含量顯著高于全果原汁。兩者的差異可能是造成兩組果汁貯藏非酶褐變差異的一個因素。但貯藏期間，兩種果汁的總酸含量變化不明顯。張文燦等[1]的研究顯示，香蕉熱加工及貯藏中發(fā)生了酯類的水解，使香蕉果汁出現(xiàn)了原料所沒有的有機酸如異戊酸和3-羥基丁酸等，同時，香蕉果皮果肉中存在含量較高的亞麻酸在香蕉全果原汁和果肉原汁中均未檢出。說明香蕉在加工和貯藏中有機酸的組成發(fā)生了較為復雜的變化。盡管如此，果汁酸度仍基本保持相對穩(wěn)定。因此，亦有研究將果汁貯藏過程中總酸的相對穩(wěn)定歸因于果汁自身的緩沖能力[13]。

圖2 貯藏過程中香蕉原汁總酸的變化Fig.2 Change of total acid content of banana juice during storage

2.4.2 總糖及還原糖含量的變化

兩種香蕉原汁的總糖及還原糖含量的變化如圖3、4所示。果肉原汁的總糖含量高于全果原汁。兩種果汁的總糖在貯藏期間表現(xiàn)出下降的趨勢，且貯藏溫度越高，下降幅度越大。4℃貯藏條件下，兩種原汁的總糖含量變化均不明顯。隨溫度升高，全果原汁的總糖保留率較果肉原汁高。35℃貯藏條件下，全果和果肉原汁總糖含量的保留率分別為93.03%和91.50%。貯藏前，全果原汁的還原糖含量低于果肉原汁，是果肉原汁的65.21%。在貯藏期間，兩組果汁還原糖的含量沒有發(fā)生顯著變化(圖4)。

圖3 貯藏過程中香蕉原汁總糖含量的變化Fig.3 Change of total sugar content of banana juice during storage

圖4 貯藏過程中果汁還原糖含量的變化Fig.4 Change of reducing sugar content of banana juice during storage

美拉德反應是以還原糖和氨基化合物為底物，生成一系列深色物質(zhì)的復雜反應，是造成許多果汁非酶褐變的因素。一方面，果汁中還原糖由于參與美拉德反應而被部分消耗；另一方面，在酸性條件下，總糖亦可水解產(chǎn)生還原糖而使其含量增加。最終還原糖含量的高低取決于兩個反應的平衡。因此，僅由還原糖的含量變化無法判斷是否發(fā)生美拉德反應，但總糖的變化可間接反映美拉德反應的情況。由圖3、4可推測，高貯藏溫度下，香蕉原汁的非酶褐變部分原因是由美拉德反應引起，但對果肉原汁的影響更顯著。

2.4.3 游離氨基酸含量的變化

氨基酸既是非酶褐變的反應物，也是非酶褐變反應的催化劑。非酶褐變反應活性較強的氨基酸有賴氨酸、甘氨酸、色氨酸、酪氨酸[14]。由圖5可知，果肉原汁的游離氨基酸含量高于全果原汁。隨著貯藏時間的延長，兩種原汁的游離氨基酸含量均下降，4℃條件下，游離氨基酸含量下降不明顯；貯藏溫度越高，游離氨基酸含量下降速率越快。果肉原汁游離氨基酸下降的程度較全果原汁大。35℃貯藏60d后，全果原汁和果肉原汁的游離氨基酸保留率分別為89.9%和82.6%。游離氨基酸是美拉德反應的底物，由圖5亦可推斷，高溫貯藏條

件下，美拉德反應引起果肉原汁的褐變較全果原汁顯著。

圖5 貯藏過程中香蕉原汁中游離氨基酸的變化Fig.5 Change of free amino acids content of banana juice during storage

2.4.4 總酚含量的變化

酚類物質(zhì)的化學性質(zhì)十分活潑，易氧化成為苯醌。苯醌是強烈的親電子基團，極易與親核基反應，使其他物質(zhì)氧化聚合。

圖6 貯藏過程中香蕉原汁總酚含量的變化Fig.6 Change of total phenols content of banana juice during storage

如圖6所示，全果原汁的總酚含量高于果肉原汁，隨著貯藏時間的延長，兩種果汁中的總酚含量呈減少趨勢。4℃條件下，變化不是十分明顯，溫度越高，總酚含量減少的速度越快。35℃貯藏60d后，全果原汁與果肉原汁總酚的保留率分別為82.53%、84.9%。由果汁總酚含量的變化可以推斷全果原汁中酚類化合物氧化聚集比果肉原汁嚴重。這與鮑金勇等[15]在研究香蕉皮單寧與褐變關系的結論一致。

2.5 全果原汁的非酶褐變通徑分析

由上述香蕉全果原汁貯藏期間的褐變指數(shù)變化及化學成分變化分析發(fā)現(xiàn)，低溫貯藏條件下，香蕉全果原汁的褐變不顯著，且其化學成分的變化亦不顯著。但隨著貯藏溫度提高，褐變加劇，果汁的成分變化也顯著。為此，對在20℃和35℃貯藏的香蕉全果原汁進行非酶褐變通徑分析，可進一步揭示香蕉全果原汁貯藏期間非酶褐變的根源。

2.5.1 全果原汁20℃貯藏條件下的非酶褐變通徑分析

以各成分：總糖(X1)、還原糖(X2)、游離氨基酸(X3)、總酚(X4)為自變量因子，以褐變指數(shù)BI為依變量Y值，對引起非酶褐變的各因子進行通徑分析。得到各因子間的相關系數(shù)，并建立相關系數(shù)矩陣，求出直接通徑系數(shù)P1、P2、P3、P4和各因子間的間接通徑系數(shù)Pij。直接通徑系數(shù)表示各因子(X1、X2、X3、X4)對依變量Y的作用；間接通徑系數(shù)Pij為自變量Xi通過自變量Xj對依變量Y的作用。

20℃貯藏條件下，各因子通徑系數(shù)如表3所示。由表可知，20℃貯藏條件下，被研究的4個因子對全果原汁褐變指數(shù)的影響由大到小依次是總酚(P4=－0.6080)、游離氨基酸(P3=－0.4239)、還原糖(P2=0.02363)、總糖(P1=0.01123)，游離氨基酸與總酚的交互作用對褐變指數(shù)的影響也較明顯。

由相關系數(shù)和通徑系數(shù)計算決定系數(shù)d。決定系數(shù)表示各因素對結果的相對決定程度。決定系數(shù)(略)顯示，游離氨基酸與總酚交互作用是影響20℃貯藏條件下香蕉全果實果汁褐變指數(shù)的第一決定因素，總酚是影響褐變指數(shù)的第二決定因素，游離氨基酸是影響褐變指數(shù)的第三決定因素。對剩余因素Pe(Pe=0.2879)的分析顯示，設置的因子已考慮了影響全果汁非酶褐變的主要因素。

表3 全果原汁非酶褐變通徑分析表(20℃)Table 3 Path analysis of whole banana juice browning (20 ℃)

2.5.2 全果原汁35℃貯藏條件下的非酶褐變通徑分析

全果原汁在35℃貯藏條件下的非酶褐變通徑系數(shù)分析如表4所示。由表4可知，在35℃貯藏條件下，4個因子對全果實果汁褐變指數(shù)的影響由大到小依次是總酚(P4=－0.8926)、總糖(P1=－0.4489)、游離氨基酸(P3= 0.3305)、還原糖(P2=0.0311)。總酚與其他因子的交互作用也比較明顯。

由決定系數(shù)可知(略)，總酚是影響35℃貯藏條件下香蕉全果原汁褐變指數(shù)的第一決定因素，總糖與總酚的交互作用是影響褐變指數(shù)的第二決定因素，游離氨基酸與總酚的交互作用是影響褐變指數(shù)的第三決定因素。剩余因素Pe(Pe=0.119)顯示，已考慮了影響全果原汁非酶褐變的主要因素。

綜合上述兩個常規(guī)貯藏溫度下的香蕉全果原汁非酶褐變通徑分析可證實：酚類氧化是引起香蕉全果原汁貯藏期間非酶褐變的主要原因。

表4 全果原汁非酶褐變通徑分析表(35℃)Table 4 Path analysis of whole banana juice browning (35 ℃)

3 結 論

本研究所用的香蕉全果原汁與以往研究的香蕉果汁有較大的差別，其典型特征為：采用了完整的香蕉果實為原料；在液化及其他加工環(huán)節(jié)均不加入水。因此，香蕉全果原汁完全來源于原料香蕉果肉和果皮的水分和其他天然成分。本課題組已實現(xiàn)了香蕉全果生產(chǎn)澄清原汁的加工技術。盡管在加工中，導致香蕉褐變主要因素——多酚氧化酶已經(jīng)被有效控制，但在貯藏期間，香蕉全果原汁比果肉原汁的褐變嚴重。本研究揭示香蕉全果原汁貯藏期間非酶褐變的規(guī)律，即褐變符合零級動力學模型，可用零級反應動力學方程預測某貯藏溫度及一定貯藏時間內(nèi)的褐變程度。同時，亦揭示了香蕉全果原汁貯藏期間的褐變原因，即酚類氧化是導致香蕉全果原汁非酶褐變的原因，為解決香蕉全果原汁的貯藏褐變現(xiàn)象提供了明確的方向。

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Non-enzymatic Browning of Banana Whole Fruit Juice during Storage

LIU Xiao-ling，ZHANG Wen-can，JIANG Yuan-xin，LIN Ying
(School of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

The non-enzymatic browning of banana whole fruit juice (WBJ) during storage was studied. Browning index (BI) of WBJ increased with higher storage temperature and longer storage periods. The BI change of WBJ was fit to zero order kinetic models. The browning activation energy of WBJ was 75.752 kJ/mol, and was lower than that of banana juice (BJ), which suggest that WBJ was easier to browning than BJ. The components of WBJ were determined and the correlation of each component and BI was analyzed with path analysis methods. It was concluded that phenol was the most important factor causing the nonenzymatic browning of WBJ stored at 20 ℃ and 35 ℃.

banana；whole fruit；original juice；non-enzymatic browning；path analysis

TS255.3；S668.1

A

1002-6630(2010)18-0411-05