胡萝卜脆片护色技术研究

董炎炎，程朝辉，何艳，马霞*

（1.上海应用技术学院香料香精技术与工程学院，上海200235；2.上海绿晟实业有限公司，上海202156）

胡萝卜脆片护色技术研究

董炎炎1，程朝辉2，何艳1，马霞1*

（1.上海应用技术学院香料香精技术与工程学院，上海200235；2.上海绿晟实业有限公司，上海202156）

果蔬在贮藏加工过程中极易产生褐变，直接影响果蔬品质、食用价值及商业价值。因此控制褐变对保持果蔬品质是十分必要的。以胡萝卜为研究对象，介绍了褐变的原理及相应的抑制褐变方法，期望对研究胡萝卜的护色及脆片加工提供参考。

胡萝卜；脆片；褐变；护色技术

胡萝卜有“小人参”之美称，含有丰富的胡萝卜素和类胡萝卜素，其中类胡萝卜素能转变成大量维生素A，保护视网膜，防治干眼病，促进儿童生长发育[1]，VA含量居常见水果蔬菜之首，长期食用有养颜、健美和抗癌之功效。胡萝卜在加工与保藏过程中色泽常会发生变化，如变褐、红、黄等，其中最普遍的是褐变。果蔬在加工过程中对褐变的抑制处理是食品加工与贮藏研究的重要课题之一，本文以胡萝卜为对象介绍了目前国内外护色技术的研究进展，期望对研究胡萝卜的护色及脆片加工提供参考。

1 果蔬变色的原理

果蔬及其加工产品呈现色彩缤纷的颜色是因为花青素、华黄素、类胡萝卜素和叶绿素等色素的存在所致[2]。其中花青素可使果蔬呈现红色、橙色、蓝色、紫色[3]；叶绿素可使果蔬呈现绿色。果蔬加工贮藏过程中会发生3种变色类型，即各类褐变、以叶绿素为主的绿色素降解和以花青素为主的红色素降解。

1.1 褐变原理

1.1.1 酶促褐变

酶促褐变是多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和过氧化酶（peroxidase，POD）在有氧的条件下催化果蔬中的酚类物质形成醌类物质，这类醌类物质进一步形成深颜色的聚合物，从而呈现褐色[4-5]。多酚氧化酶主要存在于植物的叶绿体、线粒体中[6]。这种褐变的发生需要3个条件即多酚类物质、多酚氧化酶和氧气。植物组织中含有酚类物质，在完整的细胞中作为呼吸传递物质，在酚-醌中保持着动态平衡，当细胞组织被破坏后，氧就大量侵入，由于多酚氧化酶的作用，邻位的酚氧化为醌，醌很快聚合成为褐色素称为黑色素或类黑精[7]。在大多数情况下，由于PPO的作用，不仅有损果蔬感官品质，影响产品运销，还会导致风味和产品质量下降。另外有研究发现，苯丙氨酸解氨酶（phenylala nineammonialyase，PAL）是酚类物质合成途径中的关键酶，与褐变有关[8]。

1.1.2 非酶促褐变

非酶褐变指不需要经过酶催化而产生的一类褐变。非酶褐变主要有抗坏血酸氧化、美拉德（羰氨）反应、焦糖化反应和金属变色等引起的褐变[9-10]。非酶褐变过程比酶促褐变更为复杂。非酶褐变可导致果蔬制品色泽变灰、变暗，产品pH值降低，极大地降低其营养价值及生理效果，造成产品商品价值的降低甚至报废损失。抗坏血酸是人体必需的一种重要维生素C，植物体内含有抗坏血酸氧化酶，当果蔬组织被破坏且与空气接触时，抗坏血酸能迅速被空气中的氧气氧化形成脱氢抗坏血酸，再水合形成2，3-二酮古洛糖酸，进一步脱水，脱羧后形成糠醛，再形成褐色素导致褐变。羰氨（美拉德）反应指食品果蔬中的含氨基化合物与含羰基化合物之间发生的是食品和果蔬颜色加深的反应。分为初始、中间、终止3个阶段。褐变的反应速度，与参与反应的糖和氨基化合物结构、水的存在（基质浓度）、温度、pH值有关。焦糖化反应是指糖类物质在不含氨基化合物的情况下被加热到其熔点以上温度，发焦变黑引起的褐变。金属变色是指铜、铁、锡、铝等金属引发的褐变以及与单宁物质反应引起变色。

1.2 以叶绿素为主的绿色素的降解

蔬菜呈现绿色是因为有叶绿素，叶绿素为镁卟啉化合物，包括叶绿素a、b、c、d、f以及原叶绿素和细菌叶绿素等。叶绿素很不稳定，光、酸、碱、氧、氧化剂等都会使其分解。酸性条件下，叶绿素分子很容易失去卟啉环中的镁成为去镁叶绿素。加热处理绿色蔬菜时，与叶绿素结合的蛋白质受热凝固变性，叶绿素便游离于植物体中，叶绿素转变为脱镁叶绿素，而脱镁叶绿素为茶青色（黄褐色），从而产生褐变。叶绿素的降解途径有2种，一是叶绿素酶（chlorophyllase）和脱镁叶绿素酶（mgdechelatase）途径，叶绿素酶和脱镁叶绿素酶分别脱去叶绿素的植基和镁离子，形成环状脱镁叶绿酸a，接着在脱镁叶绿素氧化酶的作用下断开卟啉环上C4和C5之间的共价键，形成红色叶绿素降解产物（red chlorophyll catabolite，RCC），RCC随后进入细胞质中，形成蓝色荧光物。另一途径是在过氧化氢存在时，过氧化物酶（POD）氧化酚类形成自由基，促进膜脂过氧化，破坏叶绿体稳定，从而引起叶绿素的降解。

1.3 以花青素为主的红色素的降解

果蔬中的红色素主要有花青素、辣椒红素和番茄红素等。辣椒红素耐光、热、酸、碱，不受金属离子影响；番茄红素耐光、热，且有抗氧化能力。花青素属于黄酮类化合物，是一种水溶性色素，花色素与糖以糖苷键结合而成的花色苷，广泛存在于植物的花、果实、茎、叶和根器官的细胞液中，使其呈现由红、紫红到兰等不同颜色。在果蔬加工过程中容易降解，其2-苯基苯并吡喃阳离子结构中羟基数越多稳定性越低，甲基化程度越高稳定性越好。果蔬加工贮藏过程中的pH值、温度、光、氧、酶、金属离子等都会影响其稳定性。花色苷的降解机制主要是发生水加成反应，形成甲醇假碱类糖苷后最终形成香豆素类衍生物、苯甲酸类衍生物和醛类衍生物[11]。花色苷的降解途径有6种：热降解途径、氧化降解途径、光降解途径、糖降解途径、酶降解途径和微生物降解途径。

2 胡萝卜脆片护色技术

根据褐变发生的机理采取相应的措施便可有效抑制褐变，保持胡萝卜脆片的色泽和品质。

2.1 胡萝卜脆片的生产工艺流程

2.2 酶促褐变的防止

2.2.1 物理法

漂烫处理是较常用的方法，因为高温可以使酶变性，从而抑制褐变的发生。其操作方法为将切片后的胡萝卜置于高温中漂烫一定时间，立即冷却降温。目的是破坏胡萝卜中的过氧化物酶和多酚氧化酶，同时杀死原料表面的微生物，除去原料组织内的空气，减少成品中维生素C和胡萝卜素因氧化造成的损失，在较长时间内保持冻干胡萝卜片色泽鲜艳[12]。钟昔阳等[13]采用85℃漂烫75s处理胡萝卜。夏业鲍等[14]对胡萝卜进行清洗，切分，漂烫条件90℃、1min的预处理得到了色泽度较好的胡萝卜脆片。唐湘玲等[15]考虑到产品品质、实验成本，最终通过优化实验确定漂烫温度为90℃，时间为90s。张海涛等[16]研究脱水胡萝卜加工工艺过程中的热烫条件对胡萝卜色泽的影响时发现，当处理条件为90℃，热烫6min时，胡萝卜中的过氧化物酶完全失活，维生素C还剩62.73%，胡萝卜素残余87.10%，这种情况下产生的褐变度最小。相应的低温处理也可使发生酶促褐变的酶失活。再者就是驱除或隔绝氧气。原料在去皮加工处理时，应尽可能在流水下完成。将果蔬浸入清水、糖水或中性盐溶液中，同时进行抽真空处理，可以隔绝、驱除氧气，或者在原料表面浸涂抗坏血酸液以形成氧化态抗坏血酸隔离层，阻止酶促褐变的进行[17]。

2.2.2 化学法

在用化学方法抑制褐变时，亚硫酸盐被广泛使用，可是后来发现使用亚硫酸盐会损害人体健康。因此亚硫酸盐的替代物如柠檬酸与抗坏血酸的结合物、有机酸、天然抑制剂、络合剂乙二胺四乙酸（ethylenediamine tetraacetic acid，EDTA）和糊精以及巯基氨基酸等被广泛使用[18]。

2.3 非酶促褐变的防止

避免果蔬非酶褐变的主要方法是应用护色防褐剂及低温贮藏。羰氨反应是食品加工中非酶促褐变的主要反应，可以说几乎全部食品都有可能发生这种反应。胡萝卜素抗氧、抗光性差，易被酶分解而褪色，是影响胡萝卜颜色变化的一个主要因素。胡萝卜的护色液选用VC、柠檬酸2种护色剂互配是基于考虑VC的强抗氧化特性，以及柠檬酸的调节环境pH值和络合作用。在护色过程中，VC耗尽环境中的氧，使胡萝卜成分的氧化降至最低，并且借助VC自身的强还原性，使褐变的中间产物醌还原为酚，从而阻断褐变反应。柠檬酸也可通过改变环境的pH值使得胡萝卜中过氧化物酶的活性降低，此外，柠檬酸还具有络合酚酶中的辅基-铜离子的作用，从而使酚酶的活力也大大降低而起到好的护色效果[13]。张海涛等[19]采用单因素和正交试验设计，从护色剂植酸、柠檬酸、氯化钠、氯化钙、抗坏血酸和壳聚糖中筛选最优护色剂组合，结果表明，最优护色剂组合为0.25%植酸+0.50%柠檬酸+0.30%氯化钙+1.5%氯化钠，复合护色剂护色后的褐变度较低，感官、营养保持较好。此外，还可以使用胡萝卜护色液对其进行护色，王清等[20]发明的一种胡萝卜护色液成分按质量百分比为氯化钙0.1%～0.5%，L-半胱氨酸0.1%～0.5%，柠檬酸0.1%～0.2%。

2.4 保存天然色素的色泽

2.4.1 金属盐类护色保鲜

金属盐类护色保鲜主要基于发生的置换反应。叶绿素是一种天然色素，对光、热、酸、碱等条件较为敏感。当叶绿素卟啉环中的镁离子被氢离子置换成脱镁叶绿素时，原来的绿色就变成褐色或发生黄变现象。而用Cu2+、Zn2+等离子置换叶绿素卟啉环中的镁，可生成鲜绿的叶绿素铜或叶绿素锌，从而成为稳定的衍生体，起到保护绿色的作用[21]。如关海宁等[22]研究发现K+、Na+、Mg2+、Zn2+对柑橘皮有一定的增色护色作用。可将这些离子用于胡萝卜的护色保鲜。

2.4.2 非硫化学护色技术

除了以上所述的硫试剂外，还原剂抗坏血酸、L-半胱氨酸，以及氯化钙、植酸、乙二胺四乙酸（EDTA）、Ca（OH）2等化学试剂因为可以抑制多酚氧化酶活力而对农产品有一定的护色保鲜效果[21]。

2.4.3 酸类物质

乙酸、草酰乙酸、柠檬酸、酒石酸、琥珀酸、苹果酸、反丁烯二酸等因为能降低产品的pH值和络合金属离子的作用，也常用于胡萝卜的护色保鲜[22-25]。

2.5 组合干燥工艺护色

我国90%的蔬菜脱水都采用常压热风干燥技术，但是在降速阶段，热能利用率低，干燥时间长；而高温干燥下产品的颜色、营养价值和风味等品种变差[26]。真空冷冻干燥技术是指将含水食品预先冻结，然后在真空状态下加热，将食品中的水分从固态直接升华到气态，以达到除去水分、保存食品的一种高新食品加工技术，近几年来比较流行。但是冻干过程能耗高、时间长，严重制约了冻干技术的应用[27]。因此，将冷冻干燥与热风、热泵、微波等其他技术相结合是目前的研究热点。在胡萝卜脆片制作过程中采用真空冷冻干燥技术可使胡萝卜营养成分损失小、组织鲜脆、块形完整、大小均匀、无明显凹陷及斑纹和复水性强，外观产品品质优于热风、真空、微波、远红外等干燥方法所得的产品。近年来真空冷冻干燥技术在食品工业，尤其是在果蔬产品脱水深加工方面得到广泛应用。宋芸[28]采用微波真空-冷冻干燥组合工艺制备胡萝卜脆片，考察工艺参数对干制品的色泽、收缩变形、营养成分、复水性、质构等的影响，确定最佳工艺参数为胡萝卜片厚度8mm，微波真空干燥的真空度30～45kPa，微波功率密度0.82W/g，冷冻干燥12h后升温至5℃，3h后升温至15℃，1h后升温至30℃至干燥终点。徐刚等[29]采用热泵-远红外的组合干燥技术干燥胡萝卜脆片，研究工艺参数对含水量的影响，确定最佳参数为漂烫时间120s、热泵干燥温度45℃和远红外辐射功率2kW。顾震等[30]也同样研究发现热泵-远红外组合干燥方法既能提高干燥速率、降低能耗，又能保证干制品的品质。

2.6 包装技术

采用不透气的复合包装袋，真空充CO2、N2或者二者一定比例的混合气包装，以杜绝多酚氧化酶的氧化作用和避免用金属制品包装果蔬产品。

3 总结

胡萝卜富含钙、铁、锌等多种微量元素和人体所需的8种必需氨基酸及膳食纤维，特别是β-胡萝卜素，对保护视力效果尤佳，因此便携的胡萝卜脆片越来越受消费者的喜爱，胡萝卜脆片的护色保鲜越来越受到社会的关注，虽然胡萝卜变色的机理在不断被揭示，新的护色保鲜技术也不断采用，但是仍然存在多因素影响下胡萝卜脆片色泽变化的判定和调控困难等问题。因此建立新型安全的护色调控方法以及在胡萝卜脆片制作工艺上减小褐变发生是研究方向。相信随着胡萝卜脆片制作工艺研究的深入、保鲜技术不断发展和各种保鲜技术的综合使用，胡萝卜脆片的保鲜技术将会迅速发展，我国的果蔬市场必将会越来越繁荣，也将会为人们提供更多“色泽好、营养高、品质优”的果蔬产品。

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Development of color-protecting technology on carrots chips

DONG Yanyan1,CHENG Zhaohui2,HE Yan1,MA Xia1*
(1.School of Perfume and Aroma Technology,Shanghai Institute of Technology,Shanghai 201418,China; 2.Shanghai Lv Sheng Industrial Co.,Ltd.,Shanghai 202156,China)

Browning happens easily during processing and storage of fruits and vegetables,which affects the quality,edible value and commercial value.Therefore it is essential to control browning to keep the quality of fruits and vegetables.This paper focused on the subject of carrot,introduced the browning theory and several color-protecting methods,to provide reference to the research of carrots and chips process of color-protecting.

carrot;chips;browning;color-protecting technology

TS255.5

A

0254-5071（2014）04-0120-04

10.3969/j.issn.0254-5071.2014.04.029

2014-03-04

上海市联盟计划（LM201343）

董炎炎（1989-），女，硕士研究生，研究方向为功能食品发酵。

*通讯作者：马霞（1971-），女，教授，博士，研究方向为生物大分子的发酵与应用。