抑制多酚氧化酶引起的南瓜褐变工艺研究

牛　芳,胡中泽、2

(1.武汉轻工大学 食品科学与工程学院，湖北 武汉 430023;2、农产品加工湖北省协同创新中心 湖北 武汉 430023)



抑制多酚氧化酶引起的南瓜褐变工艺研究

牛芳1,胡中泽1、2

(1.武汉轻工大学 食品科学与工程学院，湖北 武汉 430023;2、农产品加工湖北省协同创新中心 湖北 武汉 430023)

摘要：南瓜不仅营养丰富，而且还具有多种保健与药用价值。将南瓜进行深加工，不仅可提高南瓜的附加值，同时也可最大限度地保留南瓜的营养成分，但多酚氧化酶易引起南瓜褐变，从而影响其深加工。为此，以新鲜南瓜为原料，以多酚氧化酶活性(PPO)和色差△E为指标，比较汽蒸、热烫、微波3种方法的抑制效果，研究微波处理对南瓜PPO活性的抑制效果，并通过正交实验优化微波处理工艺。结果表明，其较佳的工艺条件为：微波功率为中火，微波时间为3 min、切分厚度为6 mm，在此条件下南瓜的PPO相对活性为22.88%，色差为3.77，有效抑制了南瓜的褐变，抑制效果较好。

关键词：南瓜；微波；多酚氧化酶；酶促褐变；抑制

1引言

南瓜，学名Cucurbita spp，葫芦科南瓜属的一年生蔓性草本植物。南瓜生长强健，对环境适应力极强，我国各地普遍栽培。我国南瓜的总产量约180万t，占世界总产量的30%[1]。南瓜是我国夏秋季的主要蔬菜之一，资源十分丰富，且耐储藏，易运输，有利于加工。长期以来，由于人们对南瓜营养价值认识不够，一直将其视为下等蔬菜，除少量直接食用外，大部分作为饲料处理，使得这一极具开发前景和应用价值的蔬菜未能得到很好的开发利用。近年来，人们研究发现南瓜不仅营养丰富，而且还具有多种食疗保健作用及药用价值。如今，南瓜产品的综合开发与利用已日益受到国内及世界发达国家的普遍重视，已被认为特效保健食品[2]。

南瓜粉是南瓜系列产品中最主要的产品，在日本、韩国、北欧等国家和地区深受消费者喜爱，市场上供不应求，被誉为世界保健及疗效品中的一颗“新星”[3]。目前对于南瓜粉的系统性研究还不多，主要集中研究干燥过程的品质变化及工艺条件，而对于干燥前期处理，尤其是南瓜粉的护色研究报道较少4]。果蔬在贮运加工过程中常发生组织褐变，严重影响外观品质和营养品质，导致商品价值低下。而果蔬中的褐变，常以多酚氧化酶引起的酶促褐变反应最为明显[5]。本研究以新鲜南瓜为原料，探讨了如何抑制由PPO引起的南瓜酶促褐变，通过不加抑制剂，比较汽蒸、热烫、微波3种方法的抑制效果，以PPO相对活性和南瓜粉色差△E作为指标，得出南瓜粉的较佳抑制方案。

2材料与方法

2.1　材料与试剂

新鲜南瓜：市售；磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、邻苯二酚：均为分析纯。

2.2　仪器

pH计FE20：梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司；MJ-BL25B3搅拌机：广东美的生活电器制造有限公司；高速冷冻离心机：美国Thermo公司；台式分光测色仪：美国HunterLab公司；UV-5500PC紫外可见分光光度计：上海元析仪器有限公司。

2.3　实验方法

2.3.1不同方法对比

称取4 mm的南瓜片20 g，分别用三种方法即汽蒸、微波(低火、中低火、中火、中高火、高火)、热烫(80 ℃，85 ℃，90 ℃，95 ℃，100 ℃)分别处理2min，以PPO相对活性与色差作为测定指标，选择最佳的处理方法，然后进行最佳工艺条件的单因素及正交实验。

2.3.2单因素试验

微波时间的确定：将20g切分厚度为4 mm的南瓜片放入微波炉中，在微波中火功率条件下，分别处理1 min，2 min，3 min，4 min，通过测定样品处理后的色差和PPO相对活性来确定最佳的微波时间。

微波厚度的确定：将20 g切分厚度为2 mm，4 mm，6 mm，8 mm的南瓜片放入微波炉中，在微波中火功率条件下，处理3 min，通过测定样品处理后的色差和PPO相对活性来确定最佳的微波厚度。

2.3.3正交试验

选取微波功率、微波时间、切分厚度这3个因素，以PPO相对活性和色差作为指标，用L9(34)正交实验表进行正交实验，寻求这些指标的最佳微波工艺(表1)。

表1微波正交试验因素与水平设计表

水平因素A功率/WB时间/minC厚度/mm1中低火222中火343中高火46

2.4　理化指标测定

2.4.1多酚氧化酶活性测定

称取20 g南瓜片加入60 mL，50 mmol/L，PH为6.5的磷酸盐缓冲液中(需要预冷)，含1%的PVP，搅拌均匀，在4 000r/min下冷冻离心10 min，取上清液待测。取2.9 mL，46 mmol/L邻苯二酚溶液(溶剂为pH为6.5的磷酸盐缓冲液)，加入0.1 mL粗酶液，室温静置30 min，使用紫外分光光度计扫描其最大吸收波长，在350—490 nm间测光密度变化。然后在其最适波长测酶活力。每隔30 s记录一次，共记录5 min，重复3次。空白对照中只含底物溶液，粗酶液用蒸馏水代替[6-8]。

酶活测定以吸光度值变化最大的直线段计算，与未处理对比，计算PPO相对活性。

酶活力计算公式：

式中：△A—反应时间内吸光度的变化；

W—取样重(g)；

t—反应时间(min)；

VT—加入缓冲液总体积(mL)；

VS—取样比色的体积(mL)。

2.4.2色差测定

本实验通过对比经过处理后的南瓜(L、a、b)与新鲜的南瓜(L0、a0、b0)的色泽差异△E来判断抑制效果，每组3次重复测定，取平均值，△E越大褐变越严重。

3实验结果与分析

3.1　测定PPO活性的工作波长选择

从图1中可以看出，体系反应产物在可见光波长420 nm处有最大吸收峰，即在此吸收波长处，体系产物的吸光度最大，所以以420 nm作为其测量波长。

图1　工作波长的选择

3.2　三种处理方法实验结果

从图2中可以看出，在相同的条件下，微波中火处理后，PPO的相对活性最低。微波处理组整体PPO相对活性低于热烫处理组和汽蒸组。随着温度的升高，热烫处理组的PPO相对活性呈下降趋势，这是由于酶活对温度较敏感，高温可以使酶灭活。汽蒸处理的样品与热烫在90 ℃、95 ℃下处理的样品的PPO活性无显著差别。

图2　不同处理方法对PPO相对活性影响的比较

从图3中可以看出，微波处理组的中高火处理的样品的色差最小，与中火处理的样品的色差差别不大。随着温度的升高，热烫处理组的色差在80—90 ℃之间无明显变化，95 ℃、100 ℃处理后色差反而升高了，这是由于高温虽然抑制了酶活，起到了护色的效果，但可能是由于温度高会对南瓜的组织形态造成不利的影响，造成果肉和水溶性色素的损失，或者是受美拉德反应的影响。汽蒸处理的样品色差较大。

图3　不同处理方法对色差影响的比较

从以上三种方法的对比可以看出，微波中火处理后，PPO的相对活性最低，微波处理组的中高火处理的样品的色差最小，与中火处理的样品色差相差不大，所以在南瓜片厚度为4 mm，处理2 min时，选择微波中火处理最好。

3.3　微波单因素试验结果

在微波中火功率条件下，分别进行微波时间和切分厚度单因素试验，结果见图4。

从图4可以看出，在相同的条件下，微波中火处理3 min后，PPO的相对活性最低。随着处理时间的延长，PPO相对活性基本呈下降趋势，微波处理4 min与3 min没有显著的差别。

从图4可以看出，在相同的条件下，微波中火处理3 min后，色差最小。说明通过其处理后，南瓜的褐变程度最小。在1—3 min内，色差基本呈下降趋势，但微波处理4 min后，色差反而变大了，这是由于处理时间长虽然抑制了酶活，起到了护色的效果，但可能是由于处理时间长会使南瓜损失大量水分，组织形态发生变化，造成一些色素物质的损失，或者是受美拉德反应的影响。

从以上微波时间的单因素实验结果可以看出，微波中火处理3 min后，PPO的相对活性最低，色差最小，所以用微波中火处理厚度为4 mm的南瓜片时，处理3 min时，效果最好。

图4　不同微波时间对PPO相对活性和色差影响的比较

图5　不同切分厚度对PPO相对活性和色差影响的比较

从图5中可以看出，在相同的条件下，当切片厚度为2 mm，微波中火处理3 min后，PPO的相对活性最低。随着切片厚度的增加，PPO相对活性呈上升的趋势，可能是因为南瓜片越厚，微波处理时受热不均匀，导致PPO相对活性增加。

从图5中还可以看出，在相同的条件下，当切分厚度为4 mm时，色差最小。说明微波处理厚度为 4mm的南瓜片时，南瓜的褐变程度最小。随着厚度的增加，色差值先减小后增加，2 mm的南瓜片的色差值大于4 mm的色差值，可能是由于南瓜片太薄，容易受热，南瓜片失水严重，组织形态极易发生变化，造成一些色素物质的损失，或者是受美拉德反应的影响。当切片厚度大于4 mm时，色差值逐渐增加，可能是由于随着南瓜片厚度的增加，受热不均匀，内部极易产生黑色的糊状物质，从而影响其色泽。

从以上切片厚度的单因素实验结果可以看出，当切分厚度为2 mm时，微波中火处理3 min后，PPO的相对活性最低，但其色差值较大。当切分厚度为4 mm时，色差最小，PPO相对活性较低。所以当切分厚度为4 mm时，用微波中火处理3 min后，效果最好。

3.4　微波正交实验结果

由表2可以看出，微波功率、微波时间、切分厚度对南瓜的PPO相对活性和色差是有影响的。

表2微波正交试验

试验号ABCPPO相对活性/%色差111144.035.88212226.493.89313326.463.96421235.234.32522323.553.34623123.572.99731332.354.98832123.563.19933226.523.49PPO活性K196.98111.6191.16K282.3573.6088.24K382.4376.5582.36R14.6338.018.8优组合A2B2C3色差K113.7315.1812.06K210.6510.4211.70K311.6610.4412.28R3.084.760.58优组合A2B2C2

从极值R来看，各因素对南瓜PPO相对活性和色差的影响大小均为：微波时间B>微波功率A >切分厚度C。由正交试验结果和趋势图可以看出，获得最低PPO活性的最佳组合为A2B2C3，即采用微波功率为中火、微波时间为3 min、切分厚度为6 mm。获得最低色差的最佳组合为A2B2C2，即采用微波功率为中火、微波时间为3min、切分厚度为4 mm；直观分析可知6号实验组合A2B3C1的色差为2.99，褐变程度最小(见图6)。

图6　正交试验因素的趋势图

将正交试验得到的最佳组合和直观分析得到的最佳组合进行验证试验，结果如表3所示。经验证，最佳微波工艺组合为A2B2C3，所得到的南瓜PPO相对活性和色差均较低。

表3　微波作用的验证试验结果

3结论

最佳抑制方案为采用微波处理，微波功率为中火，微波时间为3 min、切分厚度为6 mm，PPO相对活性为22.88%，色差为3.77。汽蒸、热烫、微波三者相比较，无论是PPO相对活性，还是色差，微波处理对南瓜的抑制效果更优。经过微波处理单因素及正交试验可以看出，微波处理可以有效降低南瓜的PPO相对活性和色差，抑制了南瓜的酶促褐变。

参考文献:

[1]王洪伟,徐雅琴.南瓜功能成分研究进展[J].食品与机械,2004,20(4):55-57.

[2]黄黎慧,黄群,于美娟.南瓜的营养保健价值及产品开发[J].现代食品科技,2005,21(3):176-179.

[3]王志艳,郑江枫,林河通,等.南瓜加工技术研究进展[J].包装与食品机械,2012,30(5):35-39.

[4]石晓玲，周爱梅，王敏儿，等．南瓜护色工艺的研究[J]．食品科技，2011，36(12)：83-86．

[5]杨昌鹏,黄华梅.果蔬多酚氧化酶酶促褐变的控制[J].食品研究与开发,2008,29(10):135-138.

[6]张百刚．红枣多酚氧化酶(PPO)特性及抑制其酶促褐变的研究[D]．西安：陕西师范大学，2006．

[7]Karla A，Batista，Gustavo L，et al．Extraction, partial purification and characterization of polyphenol oxidase from Solanum lycocarpum fruits [J]．Journal of Molecular Catalysis B：Enzymatic，2014，(102)：211-217．

[8]张立华，孙晓飞，张艳侠，等．石榴多酚氧化酶的某些特性及其抑制剂的研究[J]．食品科学，2007，28(5)：216-219．

Technical researches on inhibiting the browning of pumpkin caused by polyphenol oxidase

NIUFang1,HUZhongze1、2

(1.School of Food Science and Engineeing,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China;

2.Hubei Collaborative Innovation Center for Processing of Agricultural Products,Wuhan 430023,China)

Abstract：The pumpkin including lots of nutritious ingredients, and also has a variety of health care and medicinal value.The added value of pumpkin was increased by deep processing, at the same time also can retain its nutrition ingredients maximumly.but the polyphenol oxidase easily causes browning of pumpkin and then affects further processing of pumpkin. Therefore, this article using fresh pumpkin as the raw material, the relative activity of polyphenol oxidase (PPO) and color difference △E as indexes, compared with the inhibitory effect of steaming, heat, microwave three methods on the pumpkin PPO activity and Results showed that microwave was better. Then it researches inhibition effect of microwave treatment on pumpkin PPO activity, and Optimizes the processing technology of microwave by orthogonal experiment.Results showed that the better technology conditions was as follows: microwave power was medium, microwave time was 3 min, slice thickness was 6 mm, under the conditions, the relative activity of PPO was 22.88%, the color difference was 3.77, which could effectively restrain the browning of pumpkin.

Key words：pumpkin; microwave; polyphenol oxidase; enzymatic browning; inhibition

基金项目:国家自然科学 (81274023)；湖北省教育厅科学研究青年项目(Q20141704).

DOI:10.3969/j.issn.2095-7386.2015.02.009 10.3969/j.issn.2095-7386.2015.02.004

文章编号：2095-7386(2015)02-0040-03 2095-7386(2015)02-0014-06

通信作者：赵秀举(1980-)，男，讲师，博士，E-mail：dzrdez@163.com. 陈平(1958-)，女，教授，E-mail: chenpingvip24@163.com.

作者简介：彭芳(1985-)，女，硕士，助理实验师，E-mail:pengfang0709@163.com. 宋佳(1989-),女，硕士研究生，E-mail:1944136718@qq.com.

收稿日期：2014-12-23. 2015-01-23.

中图分类号：TS 255.2;S642.1

文献标识码：A