鮮切馬鈴薯片護(hù)色方法對(duì)比與工藝優(yōu)化

田曉靜,劉元林,龍 鳴,陳士恩,高丹丹,李明生,2,*,馬忠仁,2,娜扎瑞爾·亞哈亞

(1.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅蘭州 730124;2.甘肅省動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)研究中心,甘肅蘭州 730030；3.馬來西亞伊斯蘭理科大學(xué)理工學(xué)院，森美蘭州尼來新區(qū) 71800)

鮮切馬鈴薯是將馬鈴薯經(jīng)分級(jí)、清洗、整修、去皮、切分、保鮮、包裝等一系列處理后,再經(jīng)過低溫運(yùn)輸進(jìn)入冷柜銷售的即用馬鈴薯制品,最大限度保持了其原有的新鮮狀態(tài),具有新鮮、安全、方便的特點(diǎn)[1],在國內(nèi)外快餐店、超市、百貨店和家庭熟食銷售專柜中份額越來越多[2-4]。其預(yù)處理雖為后續(xù)加工提供了方便,同時(shí)節(jié)省了大量的時(shí)間、運(yùn)輸費(fèi)用和垃圾處理費(fèi)用,卻導(dǎo)致馬鈴薯汁液外流、組織暴露于空氣表面與氧氣接觸等而發(fā)生褐變[5],不僅影響馬鈴薯的外觀品質(zhì)、貯藏性能,還影響馬鈴薯的口感、風(fēng)味,降低制品的營養(yǎng)價(jià)值和商品價(jià)值,影響其市場競爭能力,并阻礙其深加工產(chǎn)品的發(fā)展。因此如何有效控制褐變是鮮切馬鈴薯加工面臨的主要問題。

褐變主要是由酶促褐變和非酶褐變引起,在鮮切馬鈴薯片加工中主要是由多酚氧化酶(PPO)引起的酶促褐變。目前常用的護(hù)色方法主要包含降低氧氣含量[6]、降溫、可食性涂膜、熱燙、輻射處理等物理方法和利用化合物抑制酶活性、去除底物或作為競爭底物來抑制酶促褐變的化學(xué)方法[7-8],其中化學(xué)護(hù)色法中使用護(hù)色劑是最常用的方法,該方法不僅操作方便簡單,易于簡化加工工序,而且有利于規(guī)?；僮?便于現(xiàn)代化加工生產(chǎn)。

為進(jìn)一步優(yōu)化鮮切馬鈴薯護(hù)色方案,本研究以鮮切馬鈴薯片為原料,對(duì)比八種護(hù)色方法護(hù)色效果,得出較佳護(hù)色方法,并對(duì)此較佳的護(hù)色方法進(jìn)行工藝優(yōu)化,提高鮮切馬鈴薯片護(hù)色的效果,為鮮切馬鈴薯的進(jìn)一步推廣提供技術(shù)保障。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮馬鈴薯 市售,甘肅蘭州榆中縣,表面無損傷、無發(fā)芽。

FA2204B型電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司;PH-070(A)型干燥箱/培養(yǎng)箱 上海一恒科技儀器有限公司;DK-S26型電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;722E型可見光分光度計(jì) 北京聯(lián)合科力科技有限公司;H2050R型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī) 上海銳析儀器設(shè)備。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品預(yù)處理 將新鮮馬鈴薯洗凈,用紗布吸干,去皮,將其切成一定厚度的薄片,以清水洗去馬鈴薯片上的淀粉后,放入不同護(hù)色劑溶液中浸泡30 min,取出瀝干表面水分,以自封袋密封后置于4 ℃冷藏待用。

將冷凍貯藏樣品于室溫條件下自然解凍并恢復(fù)至室溫,低溫貯藏樣品于室溫條件下恢復(fù)至室溫。取1 g待測樣品加入5 mL預(yù)冷的磷酸緩沖液(pH=6.0)渦旋1 min后在4 ℃、4000 r/min下離心10 min,上清液即為粗酶液[9],進(jìn)行多酚氧化酶活力測定。

1.2.2 鮮切馬鈴薯護(hù)色工藝的確定

1.2.2.1 護(hù)色方法的比較 對(duì)比8種方法(表1)的護(hù)色效果,護(hù)色處理后瀝干表面水分,以自封袋密封后置于4 ℃冷藏待用,對(duì)比選擇較佳的方案并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

表1 參考護(hù)色液Table 1 Color-preservation methods according to reference

1.2.2.2 L-半胱氨酸護(hù)色工藝的優(yōu)化 以L-半胱氨酸為護(hù)色劑進(jìn)行護(hù)色的研究中,樣品預(yù)處理方法主要以切片為主,且其厚度以2～7 mm[11,18]為多;L-半胱氨酸濃度在0.1%～0.4%[13-14,16,19];浸泡時(shí)間多在10～60 min[20];護(hù)色后貯藏溫度主要有冷凍(-18 ℃)[21]、低溫貯藏(4 ℃)[22-23]和室溫貯藏3種[24]。

以樣品厚度、L-半胱氨酸濃度、浸泡時(shí)間、貯藏溫度為研究因素,以感官評(píng)分和測定樣品褐變強(qiáng)度、多酚氧化酶活性為指標(biāo),結(jié)合參考文獻(xiàn)中的范圍,選擇較常用的參數(shù)區(qū)間進(jìn)行的研究,設(shè)計(jì)4因素3水平正交實(shí)驗(yàn)(L9(34))進(jìn)行優(yōu)化,具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

表2 鮮切馬鈴薯片護(hù)色正交實(shí)驗(yàn)因素水平Table 2 Factors and levels of color-preservation for fresh cut potatoes

1.2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo) 待經(jīng)護(hù)色處理的樣品恢復(fù)至室溫,進(jìn)行感官品質(zhì)評(píng)價(jià)、褐變強(qiáng)度、多酚氧化酶活測定。

1.2.3.1 感官品質(zhì)評(píng)價(jià) 按照表3中評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),組織培訓(xùn)10名感官評(píng)定小組,培訓(xùn)后結(jié)合表3[13]對(duì)經(jīng)1.2.2.1護(hù)色處理的馬鈴薯片進(jìn)行獨(dú)立、客觀評(píng)價(jià)。取各項(xiàng)平均值,作為感官品質(zhì)評(píng)價(jià)的結(jié)果。

表3 感官品質(zhì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Evaluation standard of sensory qualities

1.2.3.2 褐變強(qiáng)度(BD)測定 取待測馬鈴薯樣品,迅速切碎取2.5 g 樣品,加適量預(yù)先冷藏的磷酸緩沖液(pH5.8),冰浴研磨后加25 mL緩沖液冷凍離心(1200 r·min-1,20 min,4 ℃),取上清液置于4 ℃?zhèn)溆?。將上清液?0 ℃水浴20 min,測定420 nm下吸光值,每測定重復(fù)三次,結(jié)果以平均值計(jì)算,即為褐變強(qiáng)度。褐變抑制率的計(jì)算公式如下[25]:

褐變抑制率(%)=(A420處理-A420空白)×100/A420處理

式(1)

其中:A420處理為樣品在420 nm下吸光值;A420空白為空白在420 nm下吸光值。

1.2.3.3 多酚氧化酶(PPO)活力測定 采用消光值法[25]測定多酚氧化酶活力。吸取磷酸緩沖液(pH6.0)2 mL,加入8 mL 0.2 mol·L-1的鄰苯二酚,30 ℃保溫5 min,加2 mL經(jīng)1.2.1預(yù)處理的待測粗酶液,迅速混勻后測定410 nm處的吸光值,每隔30 s記錄1次,共記錄 5 min。一個(gè)活力單位(U)定義為測定條件下每分鐘引起吸光值改變0.01所需的酶量,酶活的計(jì)算公式如下:

酶活性(U/g)=ΔOD/(0.01×t)

式(2)

其中:t為反應(yīng)時(shí)間(min)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)參數(shù)重復(fù)檢測3次,采用多重比較分析不同處理的差異,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 8.0軟件(美國SAS軟件公司)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖由Origin 8.0軟件(美國OriginLab公司)繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同護(hù)色方法護(hù)色效果對(duì)比

2.1.1 感官品質(zhì)評(píng)分 褐變情況可以直觀的反映在馬鈴薯片的色澤和組織狀態(tài),感官品質(zhì)評(píng)分是對(duì)鮮切馬鈴薯片護(hù)色效果最直接最有效的評(píng)價(jià)方法之一,不同方法護(hù)色的鮮切馬鈴薯片感官品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。由表4可知,對(duì)照組色澤得分與P6組差異不顯著(p>0.05),與其他處理顯著(p<0.05);P8組樣品色澤得分最高;相比于對(duì)照組,8種護(hù)色方法對(duì)鮮切馬鈴薯片的護(hù)色都有一定效果;組織狀態(tài)得分中,P8組樣品得分顯著低于其它個(gè)處理(p<0.05),P2組樣品得分最高;對(duì)感官評(píng)分總分,P2、P4和P5處理的馬鈴薯片總體感官評(píng)分總分顯著高于其他幾組(p<0.05),而對(duì)照組的得分最低。綜合色澤和組織狀態(tài),含有L-半胱氨酸的護(hù)色液(P2和P5)在鮮切馬鈴薯護(hù)色中的效果較佳,這主要是由于底物酚被氧化后與L-半胱氨酸結(jié)合生產(chǎn)無色硫氰化合物,阻礙了褐變反應(yīng)[26]。

表4 護(hù)色方法對(duì)鮮切馬鈴薯片感官評(píng)分結(jié)果(分)Table 4 Sensory qualities of different color-preservation methods on fresh-cut potato slices(scores)

2.1.2 褐變強(qiáng)度 褐變強(qiáng)度是評(píng)價(jià)不同護(hù)色方法褐變抑制效果的另一個(gè)重要指標(biāo),馬鈴薯片褐變的程度直接反映不同護(hù)色方法的防褐效果[13]。圖1為8種護(hù)色方法處理鮮切馬鈴薯片后褐變強(qiáng)度的結(jié)果。由圖1可知,在貯藏過程中,經(jīng)不同處理馬鈴薯片的褐變強(qiáng)度基本呈上升趨勢,護(hù)色后第1 d,各組之間差異較小,P5處理顯著低于其他各組(p<0.05);第2 d,對(duì)照組褐變強(qiáng)度增強(qiáng),除P6外,對(duì)照組顯著高于其他各組(p<0.05);第3 d,除P8外,各處理組褐變強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng),而對(duì)照組顯著高于其他各組(p<0.05);第4 d,除P5和P6外,各處理組褐變強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng),其中P3組褐變強(qiáng)度急劇增強(qiáng),對(duì)照組仍高于除P3之外的其他各組;第3 d和第4 d部分處理組褐變強(qiáng)度不升反降,可能與部分樣品護(hù)色液殘留量大有關(guān);第5 d,對(duì)照組的上升緩慢,其褐變強(qiáng)度介于P3、P1、P7和其余各組之間。在5 d的檢測期內(nèi),相對(duì)于對(duì)照組,8種護(hù)色液對(duì)馬鈴薯片的褐變具有一定的抑制效果;其中P8和P2始終處理較低水平,其上升速度慢且褐變強(qiáng)度低。經(jīng)P8和P2護(hù)色液處理的馬鈴薯片在貯藏第5 d時(shí),褐變強(qiáng)度分別為0.58、0.57,褐變抑制度分別約為41.70%和43.20%,顯著低于其他組(p<0.05)。

圖1 護(hù)色方法對(duì)鮮切馬鈴薯片褐變強(qiáng)度的影響Fig.1 Effects of different color-preservation methods treatments on browning degree of fresh-cut potato slices

2.1.3 多酚氧化酶活性 多酚氧化酶是導(dǎo)致鮮切馬鈴薯片酶促褐變的主要因素,它能催化馬鈴薯片表面多酚類物質(zhì)生成黑褐色物質(zhì),促使褐變的發(fā)生[27]。多酚氧化酶活性越強(qiáng),褐變程度越高,多酚氧化酶的活性是檢驗(yàn)物質(zhì)抗褐變程度的另一個(gè)重要指標(biāo)。以表1中8種護(hù)色方法對(duì)鮮切馬鈴薯片進(jìn)行處理,處理后馬鈴薯片的多酚氧化酶活性隨時(shí)間變化的規(guī)律見圖2。由圖2可知,鮮切馬鈴薯片組織中多酚氧化酶的活性整體上隨貯藏時(shí)間呈波動(dòng)性上升,這可能是因?yàn)榍衅茐牧笋R鈴薯的細(xì)胞組織,并且隨著貯藏時(shí)間的延長,護(hù)色劑的抑制能力被削弱,因而導(dǎo)致多酚氧化酶活性上升。

圖2 護(hù)色方法對(duì)多酚氧化酶(PPO)活性的影響Fig.2 Effects of different color-preservation methods treatments on PPO activities of fresh-cut potato slices

在5 d觀察期內(nèi),對(duì)照組的多酚氧化酶活性一直較高,而8種護(hù)色處理均對(duì)多酚氧化酶活性有一定的抑制作用。抑制效果最佳的是P8,該處理組樣品貯藏至第5 d時(shí)PPO活性為0.70 U/g,為對(duì)照組的64.2%;其次是P2,第5 d時(shí)多酚氧化酶活性為0.80 U/g,為對(duì)照組的73.40%;經(jīng)P2處理馬鈴薯片PPO活性在2 d后均處于較低水平。

對(duì)感官品質(zhì)而言,P2和P5的護(hù)色效果較好;對(duì)褐變強(qiáng)度和多酚氧化酶活性,P8和P2的護(hù)色效果較好。但P8處理時(shí),組織狀態(tài)評(píng)分為28分,低于其他處理組,且P8中含有亞硫酸氫鈉,可能存在潛在二氧化硫殘留問題。綜上所述,P2的護(hù)色效果較好,即用0.3% L-半胱氨酸溶液浸泡30 min。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化半胱氨酸法護(hù)色工藝

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5,以感官品質(zhì)評(píng)價(jià)為考察指標(biāo)時(shí),影響因素的順序?yàn)镈>B>C>A,最佳護(hù)色條件為A3B3C3D2,即切片厚為7 mm、以0.4%L-半胱氨酸浸泡45 min后于4 ℃貯藏;以褐變強(qiáng)度作為考察指標(biāo)時(shí),影響因素的順序?yàn)镈>A>B=C,最佳提取條件為A1B1C3D1/A1B1C3D2,即切片厚為3 mm、以0.2% L-半胱氨酸浸泡45 min后于4 ℃/-18 ℃貯藏的效果相同;以多酚氧化酶活性作為考察指標(biāo)時(shí),影響因素的順序?yàn)锳>D>C>B,最佳提取條件為A1B3C3D1,即切片厚為3 mm、以0.4% L-半胱氨酸浸泡45 min后于-18 ℃貯藏。

表5 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及其結(jié)果Table 5 Design and results of orthogonal test

綜合感官品質(zhì)評(píng)價(jià)、褐變強(qiáng)度、多酚氧化酶活性三個(gè)指標(biāo)的優(yōu)化結(jié)果,對(duì)A因素,從主次順序來看,對(duì)褐變強(qiáng)度和多酚氧化酶活性的影響都排在較前(第二和第三),而對(duì)感官品質(zhì)評(píng)價(jià)的影響則排第四位,屬于次要因素,故選擇A1;對(duì)B因素,從主次順序來看,對(duì)褐變強(qiáng)度和多酚氧化酶活性的影響都排在較后,而對(duì)感官品質(zhì)評(píng)價(jià)的影響則排在第二位,屬于主要因素,故選擇B3;對(duì)C因素,三個(gè)參數(shù)一致為C3;對(duì)D因素,從主次順序來看,對(duì)感官品質(zhì)評(píng)價(jià)和褐變強(qiáng)度都排第一,而對(duì)感官品質(zhì)評(píng)價(jià)的影響則排第二位,故選擇D2。最終將L-半胱氨酸對(duì)鮮切馬鈴薯片的護(hù)色條件確定為A1B3C3D2,即切片厚為3 mm、以0.4% L-半胱氨酸浸泡45 min后于4 ℃貯藏。在此條件下,對(duì)鮮切馬鈴薯片進(jìn)行護(hù)色進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),其感官品質(zhì)評(píng)價(jià)為93.00,褐變強(qiáng)度為0.32,多酚氧化酶活性為0.50 U/g。

3 結(jié)論

綜合感官品質(zhì)評(píng)價(jià)、褐變強(qiáng)度和多酚氧化酶活性三個(gè)指標(biāo)對(duì)比分析8種護(hù)色方法對(duì)鮮切馬鈴薯片的護(hù)色效果,發(fā)現(xiàn)以0.3% L-半胱氨酸溶液浸泡30 min的護(hù)色效果較佳;采用L9(34)4因素3水平正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化L-半胱氨酸溶液對(duì)鮮切馬鈴薯的護(hù)色工藝,確定L-半胱氨酸對(duì)鮮切馬鈴薯片的護(hù)色條件為A1B3C3D2,即將3 mm厚鮮切馬鈴薯片置于0.4% L-半胱氨酸中浸泡45 min后于4 ℃貯藏,處理后馬鈴薯片色澤淡黃、質(zhì)地均勻尚好、無褐變現(xiàn)象,具有很好的護(hù)色效果,為鮮切馬鈴薯片的護(hù)色工藝提供參考。