超聲波協(xié)同護(hù)色劑浸漬工藝對(duì)橘瓣干制品色澤的影響

孔夢(mèng)潔,祝林虎,夏蒙蒙,胡婉峰,徐曉云,潘思軼

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，武漢 430070

柑橘片是柑橘干制產(chǎn)品，因其藥用價(jià)值和便攜性，深受消費(fèi)者喜愛。柑橘干制過程中的褐變一直是制約柑橘深加工的因素之一。色澤是判斷柑橘加工制品質(zhì)量的首要因素，也是其市場(chǎng)競(jìng)爭力的核心指標(biāo)之一。如何在保持柑橘片色澤和風(fēng)味且有效成分不被破壞的情況下，抑制柑橘片加工過程中的褐變反應(yīng)，是柑橘片加工亟待解決的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題。

柑橘片在加工過程中通常會(huì)經(jīng)過較高溫度的處理，推測(cè)其褐變過程可能與美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)等非酶促褐變過程相關(guān)。維生素C可以發(fā)生氧化降解，有研究表明向果汁中添加過量的維生素C，會(huì)導(dǎo)致非酶褐變的加重，嚴(yán)重影響果汁的風(fēng)味和色澤[1-2]。因此，可以通過測(cè)定還原糖、維生素C的含量探究柑橘片褐變的主要原因。傳統(tǒng)的護(hù)色方法主要通過抗壞血酸[3]、檸檬酸[4]、β-環(huán)狀糊精[5]等護(hù)色劑來抑制褐變。研究表明，檸檬酸、抗壞血酸可以作為酸度調(diào)節(jié)劑降低體系的pH，從而降低酶的活性抑制褐變[3-4];L-半胱氨酸含有的巰基具有還原性，能與醌類物質(zhì)結(jié)合形成無色物質(zhì)，從而抑制類黑素的形成[3]。

近年來，超聲波在食品工業(yè)中的應(yīng)用也日益受到關(guān)注[6-7]。將超聲波技術(shù)應(yīng)用于果蔬，可以顯著提高干燥速度[6,8]，但目前缺乏將其應(yīng)用于柑橘干制品上的研究。隨著超聲波的應(yīng)用越來越廣泛，選擇合適的超聲功率同時(shí)結(jié)合護(hù)色劑處理有望延緩柑橘片的褐變。

本研究基于課題組前期柑橘中褐變相關(guān)酶對(duì)柑橘酶促褐變的影響，考察烘干過程中食品組分的變化，采用超聲波協(xié)同護(hù)色劑的護(hù)色技術(shù)，以期為柑橘片干制過程中的抗褐變技術(shù)提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

柑橘來自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校外農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。L-半胱氨酸、亞甲基藍(lán)三水購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純；2,6-二氯酚靛酚鈉鹽購于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，分析純；抗壞血酸、檸檬酸、Na2SO3、β-環(huán)狀糊精等試劑購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純。

XN028型烤箱，海爾集團(tuán); FUSION系列-F1型破壁料理機(jī)，廣州祈和電器有限公司; HU-910WN-M型原汁機(jī)，韓國惠人集團(tuán)；5804R型高速冷凍離心機(jī)， BIOSPECTROMETER紫外可見分光光度計(jì)，德國艾本德股份公司; JY-92-ⅡD型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，上海德洋意邦儀器有限公司; CR-400型色彩色差計(jì)，日本柯尼卡美能達(dá)控股公司。

1.2 樣品處理

1)柑橘預(yù)處理。選擇成熟度適中、形態(tài)良好、無損傷、無病蟲害的柑橘果實(shí)，去皮、去絡(luò)、榨汁后，進(jìn)行橘汁和橘渣分離。由于橘瓣的囊衣阻礙了部分試驗(yàn)的進(jìn)行，所以整個(gè)試驗(yàn)是通過探究橘汁和橘渣的變化規(guī)律來判斷橘瓣的相關(guān)變化。

2)護(hù)色劑處理。制備0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL的抗壞血酸，0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL的檸檬酸，0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL的L-半胱氨酸，5、10、15、20、25 mmol/L的β-環(huán)狀糊精和0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的Na2SO3溶液。將不同濃度的護(hù)色劑分別加入橘汁和橘渣中，并將處理后的樣品放在70 ℃烤箱中烘制8 h，每隔1 h取出，測(cè)定其色度值。

3)超聲波協(xié)同護(hù)色劑處理。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，選擇抗褐變效果最佳的護(hù)色劑，在其最佳抗褐變濃度下進(jìn)行超聲波處理，超聲探頭直徑為0.636 cm，頻率為20 kHz，超聲功率 (ultrasonic power，UP)為300、400和500 W，超聲時(shí)間30 min。然后將超聲后的樣品放在70 ℃烤箱中烘制8 h，每隔1 h取出,測(cè)定其色度值。

1.3 測(cè)試方法

1)色度值測(cè)定。采用色差計(jì)進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次，測(cè)定其L*(代表其色澤的明亮度)、a*(代表紅綠度)、b*(代表黃藍(lán)度)、ΔE(代表總色差)，其中ΔE=(ΔL2+Δa2+Δb2)/2。取平均值進(jìn)行分析。

2)褐變度測(cè)定。取5 g橘渣，充分研磨后，加蒸餾水定容至50 mL。取5 mL橘汁，加蒸餾水定容至50 mL。參照Rajewska等[9]的方法，采用紫外-可見分光光度計(jì)分別測(cè)定其褐變度。

3)維生素C含量測(cè)定。參照曹建康等[10]的2,6-二氯靛酚滴定法進(jìn)行測(cè)定。

4)還原糖含量測(cè)定。參照曹建康等[10]的Fehling試劑直接測(cè)定法進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 6.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，每組試驗(yàn)至少設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 橘瓣烘制過程色度值的變化

橘汁和橘渣不經(jīng)過任何處理，直接在70 ℃下烘制，其色度值變化如圖1所示。在新鮮橘汁和橘渣烘制過程中，隨著時(shí)間的延長，其亮度值L*逐漸減小，總色差ΔE逐漸增大。并且橘汁L*和ΔE的變化速率明顯比橘渣快，推測(cè)是因?yàn)殚僦械木S生素C的含量比橘渣高，在烘制過程中維生素C氧化降解，褐變發(fā)生。結(jié)果表明，在烘制過程中，橘汁和橘渣顏色逐漸變暗，向顏色更深的方向發(fā)展，其趨勢(shì)符合褐變后顏色加深的現(xiàn)象。

2.2 橘瓣烘制過程中褐變度的變化

如圖2所示，橘汁和橘渣的褐變度隨烘制時(shí)間延長而逐漸上升。在烘制前期(前2 h)褐變度上升較快，而在后面的烘制過程(2～8 h)中褐變度上升較慢。

圖1 新鮮橘汁和橘渣的L*值(A)和ΔE值(B)的變化

圖2 烘制時(shí)間對(duì)褐變度的影響

對(duì)于橘汁，在烘制的0～2 h，A420從0增大到0.016；在2～8 h，從0.016增大到0.020，增大的速度減緩。對(duì)于橘渣，在烘制的0～2 h，A420從0.001增大到0.008，增大了7倍；而在2～8 h，從0.008增大到0.015，增大了87.5%(小于1倍)。到8 h時(shí)，相對(duì)于未烘制的橘渣，其褐變度增大了13倍。

2.3 橘瓣烘制過程中褐變相關(guān)成分的變化

由圖3A可知，在橘汁和橘渣烘制過程中維生素C的含量明顯下降，而且橘汁的變化幅度更大。同時(shí)，新鮮的橘汁和橘渣維生素C含量差異大，而經(jīng)烘制8 h后，維生素C含量相當(dāng)接近。結(jié)果表明，隨著烘制時(shí)間的延長，維生素C發(fā)生了不同程度的降解，導(dǎo)致其含量不斷降低。

由圖3B看出，橘汁、橘渣中還原糖含量隨著烘制時(shí)間的延長呈現(xiàn)增加趨勢(shì),這可能是蔗糖在酸性條件下部分水解成果糖和葡萄糖而造成的。同時(shí)，由于橘渣中含有大量的果膠和纖維素,蔗糖含量較少，因此，橘汁中還原糖含量的增加程度明顯高于橘渣中還原糖的增加程度。橘汁中pH一直保持在低于4.0的水平，對(duì)美拉德反應(yīng)有抑制作用。因此，在烘制過程中的褐變可能不是美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)造成的。

圖3 烘制過程中維生素C(A)和還原糖(B)含量的變化

2.4 抗壞血酸最佳抗褐變濃度的選擇

由圖4可知，抗壞血酸(AA)對(duì)橘汁和橘渣的褐變抑制效果不同。對(duì)于橘汁(圖4A、B)，當(dāng)抗壞血酸的質(zhì)量濃度為0.3和0.5 mg/mL時(shí)，隨著烘制時(shí)間的延長，亮度值L*逐漸增大，同時(shí)2種質(zhì)量濃度下橘汁的總色差 ΔE均呈減小趨勢(shì)，表明0.3和0.5 mg/mL的抗壞血酸對(duì)橘汁的褐變程度有很好的抑制作用。而其他處理組對(duì)橘汁的褐變抑制效果并不明顯。對(duì)于橘渣(圖4C、D)，當(dāng)抗壞血酸質(zhì)量濃度為0.1和0.3 mg/mL時(shí)，其亮度值L*持續(xù)增大，且在0.3 mg/mL的添加量下，總色差ΔE緩慢減小。結(jié)果表明，質(zhì)量濃度為0.3 mg/mL的抗壞血酸抗褐變的效果更佳。

2.5 檸檬酸最佳抗褐變濃度的選擇

對(duì)于橘汁(圖5A、B)，當(dāng)檸檬酸(CA)質(zhì)量濃度為0.4 mg/mL時(shí)，其亮度值L*增大，且總色差ΔE呈減小的趨勢(shì)。當(dāng)檸檬酸質(zhì)量濃度為0.2和0.6 mg/mL時(shí)，其L*值減小的幅度相對(duì)較小，而且在檸檬酸質(zhì)量濃度為0.6 mg/mL下橘汁的總色差ΔE增加的幅度比0.2 mg/mL時(shí)小。對(duì)于橘渣(圖5C、D)，在烘制過程中加入檸檬酸后其亮度值L*和總色差ΔE值與未處理組的變化趨勢(shì)相同，表明檸檬酸對(duì)橘渣的護(hù)色效果不明顯。但相對(duì)其他檸檬酸添加量而言，當(dāng)檸檬酸質(zhì)量濃度為0.6 mg/mL時(shí)，橘渣亮度L*和總色差ΔE的變化幅度較小，表明在這一濃度下橘渣的褐變程度最小。因此，當(dāng)檸檬酸質(zhì)量濃度為0.6 mg/mL時(shí)抗褐變效果最佳。

圖4 抗壞血酸(AA)處理后橘汁L*值(A)、ΔE值(B)和橘渣L*值(C)、ΔE值(D)的變化

圖5 檸檬酸(CA)處理后橘汁L*值(A)、ΔE值(B)和橘渣L*值(C)、ΔE值(D)的變化

2.6 Na2SO3最佳抗褐變濃度的選擇

對(duì)于橘汁(圖6A、B)，當(dāng)添加Na2SO3時(shí)，其總色差ΔE隨時(shí)間延長不斷減小。當(dāng)添加量為0.10%、 0.15%、 0.20%和0.25%時(shí)，L*隨烘制時(shí)間延長呈增大的趨勢(shì)，且與Na2SO3的含量呈正相關(guān)。結(jié)果表明，Na2SO3可以很好地抑制橘汁的褐變，這可能是由于Na2SO3有利于抗壞血酸的保存，從而在一定程度上抑制了類胡蘿卜素的減少和氧化。對(duì)于橘渣(圖6C、D)，當(dāng)添加0.20%和0.25% 的Na2SO3時(shí)，其亮度值L*隨時(shí)間延長逐漸增大，總色差ΔE減小，表明在此含量的Na2SO3溶液的抗褐變效果較好。進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn)，0.20%的Na2SO3溶液抗褐變效果更佳。綜上所述，0.20%的Na2SO3溶液抗褐變程度最佳。

圖6 Na2SO3處理后橘汁L*值(A)、ΔE值(B)和橘渣L*值(C)、ΔE值(D)的變化

2.7 L-半胱氨酸最佳抗褐變濃度的選擇

對(duì)于橘汁(圖7A、B)， 0.1和0.3 mg/mL的L-半胱氨酸處理后，其亮度值L*隨烘制時(shí)間延長而增大，且總色差ΔE值隨時(shí)間延長而減小。表明在這2個(gè)質(zhì)量濃度下，L-半胱氨酸對(duì)于橘汁褐變的抑制效果較好。添加了L-半胱氨酸對(duì)于橘渣的褐變抑制效果不明顯(圖7C、D)。綜上，當(dāng)L-半胱氨酸質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL時(shí)，抗褐變效果最佳。

2.8 β-環(huán)狀糊精最佳抗褐變濃度的選擇

由圖8可知，與檸檬酸、Na2SO3等護(hù)色劑處理相比，β-環(huán)狀糊精對(duì)其褐變抑制效果不佳。通過比較各個(gè)濃度下其擬合曲線的斜率，在β-環(huán)狀糊精濃度為5 mmol/L時(shí)，β-環(huán)狀糊精對(duì)橘汁褐變的抑制效果相對(duì)較好，20 mmol/L β-環(huán)糊精的褐變抑制效果次之，而10 mmol/L β-環(huán)狀糊精褐變抑制效果最差。而對(duì)于橘渣，10 mmol/L的β-環(huán)狀糊精對(duì)褐變的抑制效果最佳，20 mmol/L效果次之，5 mmol/L的效果最差。綜合分析，20 mmol/L的β-環(huán)狀糊精添加量對(duì)于褐變的抑制綜合效果最佳。

綜上所述，通過單因素試驗(yàn)，抗壞血酸最佳抗褐變質(zhì)量濃度為0.3 mg/mL、檸檬酸最佳抗褐變質(zhì)量濃度為0.6 mg/mL、Na2SO3最佳抗褐變添加量為0.20%、L-半胱氨酸最佳抗褐變質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL和β-環(huán)糊精最佳抗褐變濃度為20 mmol/L，最佳護(hù)色劑探索結(jié)果見表1。綜合考慮橘汁與橘渣L*和ΔE的變化，發(fā)現(xiàn)抗褐變效果最佳的是0.20% Na2SO3溶液。

圖7 L-半胱氨酸(L-cys)處理后橘汁L*值(A)、ΔE值(B)和橘渣L*值(C)、ΔE值(D)的變化

圖8 β-環(huán)狀糊精(β-CD)處理后橘汁L*值(A)、ΔE值(B)和橘渣L*值(C)、ΔE值(D)的變化

表1 不同濃度護(hù)色劑的擬合曲線斜率 Table 1 Slope of fitting curve for different concentrations of color fixatives

2.9 超聲波協(xié)同護(hù)色劑最佳抗褐變功率的選擇

未添加護(hù)色劑的橘汁，其亮度L*值隨烘制時(shí)間延長不斷減小，總色差ΔE不斷增大(圖9A、B)；經(jīng)過超聲波預(yù)處理之后，未加護(hù)色劑的橘汁亮度值L*和ΔE變化幅度更大，可能是由于超聲波預(yù)處理加快了干燥的速率。添加護(hù)色劑的橘汁，隨著時(shí)間延長，其亮度L*增大，總色差ΔE減小，表明護(hù)色劑的加入抑制了橘汁的褐變；通過比較未經(jīng)超聲和超聲處理的加入護(hù)色劑的橘汁色度值變化，發(fā)現(xiàn)超聲功率400 W處理時(shí)抗褐變效果最佳。橘渣的色度值變化規(guī)律與橘汁一致(圖9C、D)。超聲波處理可以加速護(hù)色劑進(jìn)入柑橘組織細(xì)胞中，同時(shí)增大干燥速率。綜合考慮橘汁和橘渣的亮度值L*和總色差ΔE的變化，超聲功率400 W結(jié)合質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20%的Na2SO3處理對(duì)于橘汁和橘渣體系褐變抑制效果最好。

圖9 超聲波作用對(duì)于橘汁L* 值(A)、ΔE值(B)和橘渣L* 值(C)、ΔE值(D)的影響

以上試驗(yàn)得出的最佳抗褐變條件應(yīng)用于橘瓣時(shí)，其體系的色度的變化如圖10所示。結(jié)果表明，對(duì)橘汁和橘渣分別作分析，探究出的最佳抗褐變條件為超聲功率400 W結(jié)合0.20%的Na2SO3溶液，對(duì)于橘瓣的褐變抑制效果同樣是最佳的。

圖10 最佳抗褐變條件對(duì)于橘瓣L* 值(A)和ΔE值(B)的影響

3 討 論

非酶褐變可能是引起柑橘片在制作過程中褐變主要原因，主要包括美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、維生素C的降解[2]和類胡蘿卜素的降解[12]等。本研究結(jié)果表明，隨著干制過程中褐變程度的加深，維生素C含量不斷降低，還原糖的含量小幅度上升。因此，維生素C的氧化降解可能與柑橘片的褐變有關(guān)。通過研究不同護(hù)色劑單獨(dú)添加對(duì)橘汁和橘渣褐變程度的影響，發(fā)現(xiàn)不同護(hù)色劑或者同一護(hù)色劑不同濃度對(duì)橘汁和橘渣的褐變抑制效果均不同。推測(cè)可能是由于橘渣的不均勻性，在進(jìn)行色度測(cè)定的時(shí)候產(chǎn)生了誤差?？傮w觀察護(hù)色劑對(duì)于橘汁和橘渣褐變的抑制效果，發(fā)現(xiàn)0.20%的Na2SO3溶液護(hù)色效果最佳。這可能是由于Na2SO3可以作為還原劑，阻止或者減緩某些中間反應(yīng)，從而避免或減少色素的生成; 同時(shí),Na2SO3可以消耗氧氣，降低pH，有利于體系中維生素C的保存，這些作用都可以間接抑制褐變反應(yīng)[3]。超聲波處理可以提高果蔬的干燥速率[13]，蘋果塊經(jīng)超聲波處理之后，提高了干制過程中的干燥速率，增大了干制蘋果的收縮率和孔隙率[6]；同樣的結(jié)果也在鱈[11]、西番蓮果皮[8]干制過程中出現(xiàn)。當(dāng)0.20%的Na2SO3溶液結(jié)合超聲功率400 W處理時(shí)，抗褐變效果最佳，這可能是由于經(jīng)過超聲波處理后，增大了孔隙率和干燥速率，同時(shí)加速了護(hù)色劑與組織的接觸，達(dá)到了最佳的抗褐變效果。

綜上所述，選擇合適的護(hù)色劑可以較好地保持橘瓣干制過程中的色澤，添加護(hù)色劑結(jié)合一定功率的超聲波處理能獲得更為理想的效果。本研究結(jié)果為橘瓣抗褐變技術(shù)提供了新思路，同時(shí)，后續(xù)會(huì)進(jìn)一步研究柑橘片加工過程中的褐變與酶促褐變和非酶促褐變之間的關(guān)系。