一种新型怀山药饮料的护色工艺

苏宇杰，汪家琦，周頔，杨新宇，杨严俊

(江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江南大学食品学院，江苏无锡，214122)

一种新型怀山药饮料的护色工艺

苏宇杰，汪家琦，周頔，杨新宇，杨严俊

(江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江南大学食品学院，江苏无锡，214122)

对一种以怀山药匀浆和银耳汁为主要原料的新型怀山药饮料的护色工艺和最佳配方进行了研究。结果表明:对怀山药原料漂烫6 min后采用0.50%NaCl、0.20%柠檬酸和0.25%抗坏血酸组成的复合护色液浸泡45 min可以得到理想的护色效果;采用0.001%的葡萄糖氧化酶在30℃下对怀山药匀浆酶解2h可以显著抑制产品高温杀菌过程中的非酶褐变;怀山药饮料的适宜配方为怀山药匀浆89%、银耳汁11%、麦力甜0.010%、木糖醇3.0%，这样制作出的怀山药饮料具有较好的感官品质和稳定性。

怀山药，饮料，褐变，护色工艺，最佳配方

怀山药来源于薯蓣科植物(Dioscorea opposite Thumb)的干燥块茎，是我国的一种传统中药，现代医学的研究已经证实怀山药具有调节或增强免疫功能、调整胃肠功能、降血糖、降血脂、抗衰老等功能[1-5］。近年来人们对怀山药的成分和功能进行了深入研究，结果表明怀山药在具有滋补作用的同时还具有很高的营养价值。我国卫生部已将怀山药列为药食同源的植物之一，适合长期食用。然而怀山药的收获季节比较集中，而且鲜山药水分含量大，不宜久储，储存占地面积大，长时间保存和远距离运输都存在困难。过去鲜山药除作为蔬菜直接食用外，主要采取切片晒干或烘干后入药。因此对山药进行产品加工研究，提高产品附加值，对于平衡季节及地区差异、促进山药产业化的形成具有重要的现实意义。以怀山药为原料的饮料开发和应用就很好的抓住了这一市场机遇。目前国内学者已经开始开展这一领域的相关研究，开发出了多种以山药为原料的新型饮料[6-9］。开发怀山药饮料的关键问题在于怀山药在加工过程中易产生褐变，对产品的品质造成较大影响，此外由于鲜山药中富含淀粉和膳食纤维，制成饮料后易发生沉淀和分层现象，传统工艺中为了解决这一问题通常会加入复合稳定剂或进行菌种发酵。本文对怀山药饮料的护色工艺进行详细研究，确定控制怀山药饮料酶促褐变和非酶褐变的方法，此外选择银耳汁作为怀山药饮料生产中的天然稳定剂，确定最佳的生产配方，开发出一种天然绿色健康的新型怀山药饮料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

怀山药(新鲜)，干银耳市售;木糖醇(食品级)山东金田生物科技有限公司;甘草提取物(麦力甜)美国麦福环球有限公司(上海分公司);葡萄糖氧化酶诺维信公司;甲醇，柠檬酸，氯化钠，抗坏血酸等均为国产分析纯。

AB204-N电子分析天平pH计，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;UNICO2000可见分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司;DK-S24型电热恒温水浴锅、DGG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司;T25强力均质头，德国IKA公司;WU-DA100LB-C实验型高压均质机，美国Waters公司;Y90S-2胶体磨，上海华浜电机有限公司;YX280A型手提式不锈钢蒸汽消毒器，上海三申医疗器械有限公司;1525型高效液相色谱仪，美国Waters公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 怀山药酶促褐变的抑制

1.2.2.1 怀山药匀浆液酶促褐变值的测定方法

采用经过改进的消光值法[10］。取2.00 g怀山药匀浆液于25 mL烧杯中，加入20 g甲醇溶液，混匀后在40℃水浴中保温30 min，立即取出用冷水冷却至室温，双层滤纸抽滤，410 nm下测定上清液的吸光值，以甲醇为空白对照，结果以10×A410表示。

1.2.2.2 柠檬酸对怀山药酶促褐变的抑制效果

将经过预处理后的怀山药片分别在0%～0.30%浓度的柠檬酸溶液中(山药片与柠檬酸液质量比为1∶3)浸泡30 min，倒去护色液后用流动水冲洗山药片。将经过护色后的怀山药片加入沸水中(山药片与沸水质量比1∶4)匀浆2 min，按照1.2.2.1中的改良吸光值法测定其褐变值。

1.2.2.3 NaCl对怀山药酶促褐变的抑制效果

将经过预处理后的怀山药片分别在0%～1.00%浓度的NaCl溶液中(质量比1∶3)浸泡30 min，倒去护色液后用流动水冲洗山药片。将经过护色后的怀山药片加入沸水中(质量比1∶4)匀浆2min，按照1.2.2.1中的改良吸光值法测定其褐变值。

1.2.2.4 抗坏血酸对怀山药酶促褐变的抑制效果

将经过预处理后的怀山药片分别在0%～0.20%浓度的抗坏血酸护色液中(质量比1∶3)浸泡30 min，倒去护色液后用流动水冲洗山药片。将经过护色后的怀山药片加入沸水中(质量比1∶4)匀浆2 min，按照1.2.2.1中的改良吸光值法测定其褐变值。

1.2.2.5 怀山药酶促褐变抑制工艺的优化

根据实验中所得的怀山药酶促褐变抑制工艺的单因素实验结果，以NaCl含量(A，%)、柠檬酸含量(B，%)、抗坏血酸含量(C，%)、护色时间(D，min)作为怀山药酶促褐变抑制工艺的4个因素，选用L9(34)进行正交实验优化，确定抑制怀山药饮料酶促褐变的最佳护色工艺，实验因素水平表如表1所示。

表1 怀山药酶促褐变最佳抑制工艺的正交实验因素表

1.2.3 怀山药饮料非酶促褐变的抑制

为了抑制怀山药饮料的非酶褐变，采用葡萄糖氧化酶对怀山药匀浆进行酶解，加酶量0.001%，温度30℃，酶解2 h。检测酶解前后怀山药匀浆中还原糖含量的变化及121℃高温杀菌15 min后成品的颜色变化。采用高效液相色谱法检测怀山药匀浆中还原糖的种类和含量，检测条件为:色谱柱Sugarpak1，6.5 mmid×300 mm，柱温85℃，流动相纯水，流速0.4 mL/min，进样量10 μL。

1.2.4 怀山药饮料的调配和最终配方的确定

由于鲜山药中富含淀粉和膳食纤维，导致怀山药饮料易出现沉淀和分层现象。根据怀山药的这一性质，本工艺选择银耳汁作为怀山药饮料的配料，以增强怀山药饮料的稳定性，同时添加麦力甜和木糖醇以调节怀山药饮料的风味。将银耳汁与山药汁的质量比A、麦力甜含量B(%)、木糖醇含量C(%)作为影响怀山药饮料感官品质的3个因素，选用L9(33)正交实验表进行正交实验，确定怀山药饮料的生产配方。正交实验的因素水平表和怀山药饮料的感官评定标准分别如表2和表3所示。

表2 怀山药饮料配方的因素水平表

表3 感官评定评分标准

2 结果与讨论

2.1 怀山药的预处理

由于怀山药中含有多酚氧化酶和过氧化物酶，会在生产过程中发生酶促褐变而给产品的色泽造成不良影响。为了使怀山药中的酶失活，从而降低产品酶促褐变程度，通常可对怀山药进行预处理。预处理通常采用加热漂烫法，对怀山药原料进行漂烫不仅可使原料中的酶失活，同时还可使原料中的淀粉糊化，提高出汁率和起到杀菌作用。漂烫时间对怀山药质地影响的研究结果如表4所示。

表4 漂烫时间对怀山药质地的影响

由表4中的结果可知，漂烫时间较短时，外部水分较少进入怀山药原料内部，原料质地较硬，灭酶效果不佳;而漂烫时间过长一方面会加大生产能耗，另一方面会使怀山药质地过软而影响打浆效果。综合考虑，怀山药的漂烫时间控制在6 min为宜。

2.2 怀山药酶促褐变抑制方法的确定

2.2.1 柠檬酸对怀山药酶促褐变的影响

以柠檬酸含量为横坐标，怀山药的褐变值为纵坐标，分析柠檬酸对怀山药酶促褐变的影响，结果如图1所示。

图1 柠檬酸对怀山药褐变值的影响

由于许多果蔬中多酚氧化酶的最适pH值在4.0～7.5[11］，因此可以通过使用酸化剂对果蔬组织进行处理，使得果蔬组织的pH值偏离多酚氧化酶的最适pH值而使酶被钝化或失活，从而达到抑制酶促褐变的目的。目前生产中常用的酸化剂包括柠檬酸、苹果酸、酒石酸等，其中柠檬酸最为常用。本实验研究了柠檬酸对怀山药酶促褐变的影响，由图1的结果可知，当柠檬酸含量为0.20%时，怀山药的褐变值最小。然而研究表明，采用单一的酸处理对酶促褐变进行抑制时有时难以取得理想的效果，酸化剂与其他抑制剂混合使用时效果更好。

2.2.2 NaCl对怀山药酶促褐变的影响

研究表明采用无机盐处理的方法也可以降低果蔬材料的酶促褐变，如采用NaCl或CaCl2处理可以明显降低苹果、梨、生菜等材料的酶促褐变程度。本实验研究了NaCl处理对怀山药酶促褐变的抑制效果，结果如图2所示。

由图2中的结果可知，NaCl处理对于怀山药的酶促褐变有一定的抑制效果，其中NaCl含量为0.4%时抑制效果最好。

2.2.3 抗坏血酸对怀山药酶促褐变的影响

图2 NaCl对怀山药褐变值的影响

抗坏血酸具有很强的还原性，能将氧化产生的醌类及其衍生物还原成酚类物质，阻止醌类物质发生进一步的自发聚合反应形成有色物质，从而抑制酶促褐变反应的进行[12］。另外抗坏血酸还可以降低体系的pH值，抑制多酚氧化酶活性，从而抑制酶促褐变反应。抗坏血酸处理经常被用作苹果、梨、马铃薯等果蔬材料的褐变抑制剂。本实验研究了抗坏血酸对怀山药酶促褐变的抑制效果，结果如图3所示。由图3中结果可知，抗坏血酸处理能有效降低怀山药的褐变值，其中以抗坏血酸含量为0.20%时抑制效果最为明显。

图3 抗坏血酸对怀山药褐变值的影响

2.2.4 怀山药酶促褐变抑制工艺的确定

研究表明，采用单一的抑制方法往往不能得到理想的褐变抑制效果。采用复合抑制剂处理是目前工业生产中广泛采用的控制果蔬酶促褐变的方法。复合抑制剂处理既能抑制多酚氧化酶对酚类物质的氧化，还可以改变反应环境的pH值，同时对酶促褐变的抑制效果明显优于单一抑制剂。结合3种护色剂对怀山药护色效果的单因素实验结果，选择NaCl含量(A)、柠檬酸含量(B)、抗坏血酸含量(C)和护色时间(D)作为影响怀山药褐变值的4个因素，选用L9(34)正交实验表，对怀山药酶促褐变抑制工艺进行优化，结果如表5所示。

由表5中的结果可知怀山药酶促褐变抑制工艺的最佳组合是A2B3C3D2，即在怀山药饮料的加工过程中，用0.50%NaCl、0.20%柠檬酸、0.25%抗坏血酸组成的复合护色液对怀山药原料浸泡护色45 min，护色效果最为显著，后续实验中的护色操作均按照这一护色方法进行。此外，从表5的结果中还可知，NaCl、柠檬酸、抗坏血酸浓度和护色时间这4个因素对怀山药褐变的影响顺序是柠檬酸＞抗坏血酸＞护色时间＞NaCl，特别是柠檬酸的浓度对防止怀山药酶促褐变的作用最显著。

表5 怀山药酶促褐变抑制工艺的正交实验结果表

2.3 怀山药饮料非酶褐变的抑制

在对怀山药饮料进行高温杀菌(121℃，15 min)时发现，产品会发生明显的褐变，鉴于在怀山药饮料的加工工艺中已经对原料进行了漂烫和复合护色剂浸泡处理，怀山药原料中的多酚氧化酶和过氧化物酶等酶类已经基本失活。因此推测怀山药饮料杀菌后出现的明显褐变应该是由于怀山药原料中还原糖与游离氨基的美拉德反应造成的。为了尽量降低高温杀菌过程中发生的美拉德反应对怀山药饮料色泽的影响，本工艺从怀山药原料本身入手，采用0.001%的葡萄糖氧化酶在30℃下对怀山药匀浆酶解2 h，以降低其中的还原糖含量，抑制高温杀菌过程中美拉德反应的进行。使用高效液相色谱法对酶解前后怀山药匀浆中单糖和二糖的组成和含量进行分析。怀山药匀浆的高效液相色谱图和酶解前后怀山药匀浆中葡萄糖、果糖和蔗糖的含量分别如图4和图5所示。

图4 怀山药匀浆的高效液相色谱图

图5 酶解前后怀山药匀浆中的糖含量变化

由图4中的结果可知，怀山药匀浆中的单糖和二糖主要有葡萄糖、果糖和蔗糖，匀浆中的还原糖葡萄糖是美拉德反应的主要底物。采用葡萄糖氧化酶对怀山药匀浆进行酶解，从图5结果可知，酶解后怀山药匀浆中葡萄糖含量降低了45.2%，果糖和蔗糖的含量也分别降低了9.2%和2.6%。分别将酶解后和未经过酶解的怀山药匀浆经过后续调配灌装工艺，121℃高温杀菌15 min后，未经酶解的怀山药匀浆制成的成品色泽明显偏黄色，而酶解后怀山药匀浆生产的成品色泽较白，与怀山药匀浆的本色比较接近。这一结果说明采用葡萄糖氧化酶对怀山药匀浆进行酶解可以大大降低匀浆中的葡萄糖含量，降低体系美拉德反应程度，从而抑制产品在杀菌过程中的非酶褐变。但是本工艺的酶解条件并没有能够将怀山药匀浆中的葡萄糖完全脱除，此外匀浆中果糖和蔗糖的含量仍然较高，使得怀山药饮料产品在杀菌后仍然有继续发生美拉德反应的可能。如何完全抑制怀山药饮料产品在生产和储存过程中的美拉德反应值得我们在今后进行更深入的研究。

2.4 怀山药饮料的调配和最终配方的确定

研究表明，由于怀山药原料中富含淀粉和膳食纤维等容易沉淀的物质，使得以怀山药为原料生产的饮料产品容易产生沉淀或分层现象，在生产中需要加入稳定剂来维持怀山药饮料的稳定。本工艺选择银耳汁作为怀山药饮料的配料。银耳汁中的主要有效成分是银耳多糖，其含量约占银耳干重的60%～70%[13］。银耳多糖为大分子酸性异多糖物质，其主要成分包括葡聚糖、木糖、葡萄糖醛酸和甘露糖等，有增加溶液粘度和乳化稳定性的作用。此外，银耳多糖在酸性条件下还具有独特的蛋白质稳定性[14］。本工艺利用银耳多糖的这些特性，选择银耳汁作为怀山药饮料的天然稳定剂，一方面提高怀山药饮料的稳定性，另一方面通过银耳汁的添加增强怀山药饮料的保健功能，在追求产品性质稳定的同时，又符合消费者所推崇的健康饮食理念。根据表2和表3中怀山药饮料配方的复合因素水平表和感官评定评分标准，完成怀山药饮料配方的正交实验，具体实验结果如表6所示。

表6 怀山药饮料配方的正交实验结果表

由表6中的结果可知，怀山药饮料的最佳配方组合为A3B2C2，即当银耳汁与怀山药匀浆质量比为1∶8，麦力甜含量为0.010%，木糖醇含量为3.0%时，怀山药饮料产品的感官评价最好。此外，由表6中结果还可知，银耳汁与怀山药匀浆的质量比、麦力甜含量和木糖醇含量这3个因素对怀山药饮料产品感官评定结果的影响顺序是银耳汁与怀山药匀浆的质量比＞麦力甜含量＞木糖醇含量，特别是银耳汁与怀山药匀浆的比例对怀山药饮料产品感官评定的影响最为显著。根据以上结果，最终确定怀山药饮料的配方为:怀山药匀浆89%、银耳汁11%，麦力甜0.10‰、木糖醇3.0%。

3 结论

(1)对怀山药饮料的护色工艺进行了研究，研究发现怀山药饮料的褐变主要由酶促褐变和非酶褐变两种机理引起。

(2)怀山药酶促褐变抑制工艺确定为对怀山药原料加热漂烫预处理6min，用0.50%NaCl、0.20%柠檬酸、0.25%抗坏血酸组成的复合护色液对怀山药原料浸泡护色45min，在此工艺下对怀山药酶促褐变的抑制效果最为显著。

(3)添加0.001%葡萄糖氧化酶在30℃条件下对怀山药匀浆酶解2h，可以显著降低怀山药饮料产品高温杀菌后的非酶促褐变程度。

(4)怀山药饮料的最佳配方确定为怀山药匀浆89%、银耳汁11%，麦力甜0.010%、木糖醇3.0%。

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ABSTRACTThe color-protection technology and optimum formula of Chinese Huai yam and tremella juice were studied.The results showed that the optimum protecting color effects were obtained when the yam material were blanching for6min and soaking for 45 min in the color fixative of 0.50%NaCl，0.20%citric acid and 0.25%ascorbic acid.The non-enzymatic browning of product in sterilization process was inhibited when Chinese yam homogenate treated by 0.001%glucose oxidase for 2h at 30℃.The optimum formula of the beverage was:Huai Chinese yam homogenate 89%，tremella juice 11%，magana sweet 0.10‰ a nd xylitol 3.0%.The products have excellent sensory quality and stability.

Key wordsHuai Chinese yam ，beverage，browning，color-protection technology，optimum formula

Study on the Color-protection Technology of a Chinese Huai Yam Beverage

Su Yu-jie，Wang Jia-qi，Zhou Di，Yang Xin-yu，Yang Yan-jun
(State Key Laboratory of Food Science and Technology，School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

博士，副教授(杨严俊教授为通讯作者)。

2012-04-25，改回日期:2012-06-14