鲜切马铃薯片护色方法对比与工艺优化

田晓静,刘元林,龙 鸣,陈士恩,高丹丹,李明生,2,*,马忠仁,2,娜扎瑞尔·亚哈亚

(1.西北民族大学生命科学与工程学院,甘肃兰州 730124;2.甘肃省动物细胞工程技术研究中心,甘肃兰州 730030；3.马来西亚伊斯兰理科大学理工学院，森美兰州尼来新区 71800)

鲜切马铃薯是将马铃薯经分级、清洗、整修、去皮、切分、保鲜、包装等一系列处理后,再经过低温运输进入冷柜销售的即用马铃薯制品,最大限度保持了其原有的新鲜状态,具有新鲜、安全、方便的特点[1],在国内外快餐店、超市、百货店和家庭熟食销售专柜中份额越来越多[2-4]。其预处理虽为后续加工提供了方便,同时节省了大量的时间、运输费用和垃圾处理费用,却导致马铃薯汁液外流、组织暴露于空气表面与氧气接触等而发生褐变[5],不仅影响马铃薯的外观品质、贮藏性能,还影响马铃薯的口感、风味,降低制品的营养价值和商品价值,影响其市场竞争能力,并阻碍其深加工产品的发展。因此如何有效控制褐变是鲜切马铃薯加工面临的主要问题。

褐变主要是由酶促褐变和非酶褐变引起,在鲜切马铃薯片加工中主要是由多酚氧化酶(PPO)引起的酶促褐变。目前常用的护色方法主要包含降低氧气含量[6]、降温、可食性涂膜、热烫、辐射处理等物理方法和利用化合物抑制酶活性、去除底物或作为竞争底物来抑制酶促褐变的化学方法[7-8],其中化学护色法中使用护色剂是最常用的方法,该方法不仅操作方便简单,易于简化加工工序,而且有利于规模化操作,便于现代化加工生产。

为进一步优化鲜切马铃薯护色方案,本研究以鲜切马铃薯片为原料,对比八种护色方法护色效果,得出较佳护色方法,并对此较佳的护色方法进行工艺优化,提高鲜切马铃薯片护色的效果,为鲜切马铃薯的进一步推广提供技术保障。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜马铃薯 市售,甘肃兰州榆中县,表面无损伤、无发芽。

FA2204B型电子天平 上海精密科学仪器有限公司;PH-070(A)型干燥箱/培养箱 上海一恒科技仪器有限公司;DK-S26型电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司;722E型可见光分光度计 北京联合科力科技有限公司;H2050R型台式高速冷冻离心机 上海锐析仪器设备。

1.2 实验方法

1.2.1 样品预处理 将新鲜马铃薯洗净,用纱布吸干,去皮,将其切成一定厚度的薄片,以清水洗去马铃薯片上的淀粉后,放入不同护色剂溶液中浸泡30 min,取出沥干表面水分,以自封袋密封后置于4 ℃冷藏待用。

将冷冻贮藏样品于室温条件下自然解冻并恢复至室温,低温贮藏样品于室温条件下恢复至室温。取1 g待测样品加入5 mL预冷的磷酸缓冲液(pH=6.0)涡旋1 min后在4 ℃、4000 r/min下离心10 min,上清液即为粗酶液[9],进行多酚氧化酶活力测定。

1.2.2 鲜切马铃薯护色工艺的确定

1.2.2.1 护色方法的比较 对比8种方法(表1)的护色效果,护色处理后沥干表面水分,以自封袋密封后置于4 ℃冷藏待用,对比选择较佳的方案并对其进行优化。

表1 参考护色液Table 1 Color-preservation methods according to reference

1.2.2.2 L-半胱氨酸护色工艺的优化 以L-半胱氨酸为护色剂进行护色的研究中,样品预处理方法主要以切片为主,且其厚度以2～7 mm[11,18]为多;L-半胱氨酸浓度在0.1%～0.4%[13-14,16,19];浸泡时间多在10～60 min[20];护色后贮藏温度主要有冷冻(-18 ℃)[21]、低温贮藏(4 ℃)[22-23]和室温贮藏3种[24]。

以样品厚度、L-半胱氨酸浓度、浸泡时间、贮藏温度为研究因素,以感官评分和测定样品褐变强度、多酚氧化酶活性为指标,结合参考文献中的范围,选择较常用的参数区间进行的研究,设计4因素3水平正交实验(L9(34))进行优化,具体实验设计见表2。

表2 鲜切马铃薯片护色正交实验因素水平Table 2 Factors and levels of color-preservation for fresh cut potatoes

1.2.3 评价指标 待经护色处理的样品恢复至室温,进行感官品质评价、褐变强度、多酚氧化酶活测定。

1.2.3.1 感官品质评价 按照表3中评价标准,组织培训10名感官评定小组,培训后结合表3[13]对经1.2.2.1护色处理的马铃薯片进行独立、客观评价。取各项平均值,作为感官品质评价的结果。

表3 感官品质的评价标准Table 3 Evaluation standard of sensory qualities

1.2.3.2 褐变强度(BD)测定 取待测马铃薯样品,迅速切碎取2.5 g 样品,加适量预先冷藏的磷酸缓冲液(pH5.8),冰浴研磨后加25 mL缓冲液冷冻离心(1200 r·min-1,20 min,4 ℃),取上清液置于4 ℃备用。将上清液于30 ℃水浴20 min,测定420 nm下吸光值,每测定重复三次,结果以平均值计算,即为褐变强度。褐变抑制率的计算公式如下[25]:

褐变抑制率(%)=(A420处理-A420空白)×100/A420处理

式(1)

其中:A420处理为样品在420 nm下吸光值;A420空白为空白在420 nm下吸光值。

1.2.3.3 多酚氧化酶(PPO)活力测定 采用消光值法[25]测定多酚氧化酶活力。吸取磷酸缓冲液(pH6.0)2 mL,加入8 mL 0.2 mol·L-1的邻苯二酚,30 ℃保温5 min,加2 mL经1.2.1预处理的待测粗酶液,迅速混匀后测定410 nm处的吸光值,每隔30 s记录1次,共记录 5 min。一个活力单位(U)定义为测定条件下每分钟引起吸光值改变0.01所需的酶量,酶活的计算公式如下:

酶活性(U/g)=ΔOD/(0.01×t)

式(2)

其中:t为反应时间(min)。

1.3 数据处理

每个参数重复检测3次,采用多重比较分析不同处理的差异,实验数据采用SAS 8.0软件(美国SAS软件公司)进行数据分析,实验结果图由Origin 8.0软件(美国OriginLab公司)绘制。

2 结果与分析

2.1 不同护色方法护色效果对比

2.1.1 感官品质评分 褐变情况可以直观的反映在马铃薯片的色泽和组织状态,感官品质评分是对鲜切马铃薯片护色效果最直接最有效的评价方法之一,不同方法护色的鲜切马铃薯片感官品质评价结果见表4。由表4可知,对照组色泽得分与P6组差异不显著(p>0.05),与其他处理显著(p<0.05);P8组样品色泽得分最高;相比于对照组,8种护色方法对鲜切马铃薯片的护色都有一定效果;组织状态得分中,P8组样品得分显著低于其它个处理(p<0.05),P2组样品得分最高;对感官评分总分,P2、P4和P5处理的马铃薯片总体感官评分总分显著高于其他几组(p<0.05),而对照组的得分最低。综合色泽和组织状态,含有L-半胱氨酸的护色液(P2和P5)在鲜切马铃薯护色中的效果较佳,这主要是由于底物酚被氧化后与L-半胱氨酸结合生产无色硫氰化合物,阻碍了褐变反应[26]。

表4 护色方法对鲜切马铃薯片感官评分结果(分)Table 4 Sensory qualities of different color-preservation methods on fresh-cut potato slices(scores)

2.1.2 褐变强度 褐变强度是评价不同护色方法褐变抑制效果的另一个重要指标,马铃薯片褐变的程度直接反映不同护色方法的防褐效果[13]。图1为8种护色方法处理鲜切马铃薯片后褐变强度的结果。由图1可知,在贮藏过程中,经不同处理马铃薯片的褐变强度基本呈上升趋势,护色后第1 d,各组之间差异较小,P5处理显著低于其他各组(p<0.05);第2 d,对照组褐变强度增强,除P6外,对照组显著高于其他各组(p<0.05);第3 d,除P8外,各处理组褐变强度进一步增强,而对照组显著高于其他各组(p<0.05);第4 d,除P5和P6外,各处理组褐变强度进一步增强,其中P3组褐变强度急剧增强,对照组仍高于除P3之外的其他各组;第3 d和第4 d部分处理组褐变强度不升反降,可能与部分样品护色液残留量大有关;第5 d,对照组的上升缓慢,其褐变强度介于P3、P1、P7和其余各组之间。在5 d的检测期内,相对于对照组,8种护色液对马铃薯片的褐变具有一定的抑制效果;其中P8和P2始终处理较低水平,其上升速度慢且褐变强度低。经P8和P2护色液处理的马铃薯片在贮藏第5 d时,褐变强度分别为0.58、0.57,褐变抑制度分别约为41.70%和43.20%,显著低于其他组(p<0.05)。

图1 护色方法对鲜切马铃薯片褐变强度的影响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 多酚氧化酶是导致鲜切马铃薯片酶促褐变的主要因素,它能催化马铃薯片表面多酚类物质生成黑褐色物质,促使褐变的发生[27]。多酚氧化酶活性越强,褐变程度越高,多酚氧化酶的活性是检验物质抗褐变程度的另一个重要指标。以表1中8种护色方法对鲜切马铃薯片进行处理,处理后马铃薯片的多酚氧化酶活性随时间变化的规律见图2。由图2可知,鲜切马铃薯片组织中多酚氧化酶的活性整体上随贮藏时间呈波动性上升,这可能是因为切片破坏了马铃薯的细胞组织,并且随着贮藏时间的延长,护色剂的抑制能力被削弱,因而导致多酚氧化酶活性上升。

图2 护色方法对多酚氧化酶(PPO)活性的影响Fig.2 Effects of different color-preservation methods treatments on PPO activities of fresh-cut potato slices

在5 d观察期内,对照组的多酚氧化酶活性一直较高,而8种护色处理均对多酚氧化酶活性有一定的抑制作用。抑制效果最佳的是P8,该处理组样品贮藏至第5 d时PPO活性为0.70 U/g,为对照组的64.2%;其次是P2,第5 d时多酚氧化酶活性为0.80 U/g,为对照组的73.40%;经P2处理马铃薯片PPO活性在2 d后均处于较低水平。

对感官品质而言,P2和P5的护色效果较好;对褐变强度和多酚氧化酶活性,P8和P2的护色效果较好。但P8处理时,组织状态评分为28分,低于其他处理组,且P8中含有亚硫酸氢钠,可能存在潜在二氧化硫残留问题。综上所述,P2的护色效果较好,即用0.3% L-半胱氨酸溶液浸泡30 min。

2.2 正交实验优化半胱氨酸法护色工艺

正交实验结果见表5,以感官品质评价为考察指标时,影响因素的顺序为D>B>C>A,最佳护色条件为A3B3C3D2,即切片厚为7 mm、以0.4%L-半胱氨酸浸泡45 min后于4 ℃贮藏;以褐变强度作为考察指标时,影响因素的顺序为D>A>B=C,最佳提取条件为A1B1C3D1/A1B1C3D2,即切片厚为3 mm、以0.2% L-半胱氨酸浸泡45 min后于4 ℃/-18 ℃贮藏的效果相同;以多酚氧化酶活性作为考察指标时,影响因素的顺序为A>D>C>B,最佳提取条件为A1B3C3D1,即切片厚为3 mm、以0.4% L-半胱氨酸浸泡45 min后于-18 ℃贮藏。

表5 正交实验设计及其结果Table 5 Design and results of orthogonal test

综合感官品质评价、褐变强度、多酚氧化酶活性三个指标的优化结果,对A因素,从主次顺序来看,对褐变强度和多酚氧化酶活性的影响都排在较前(第二和第三),而对感官品质评价的影响则排第四位,属于次要因素,故选择A1;对B因素,从主次顺序来看,对褐变强度和多酚氧化酶活性的影响都排在较后,而对感官品质评价的影响则排在第二位,属于主要因素,故选择B3;对C因素,三个参数一致为C3;对D因素,从主次顺序来看,对感官品质评价和褐变强度都排第一,而对感官品质评价的影响则排第二位,故选择D2。最终将L-半胱氨酸对鲜切马铃薯片的护色条件确定为A1B3C3D2,即切片厚为3 mm、以0.4% L-半胱氨酸浸泡45 min后于4 ℃贮藏。在此条件下,对鲜切马铃薯片进行护色进行验证性实验,其感官品质评价为93.00,褐变强度为0.32,多酚氧化酶活性为0.50 U/g。

3 结论

综合感官品质评价、褐变强度和多酚氧化酶活性三个指标对比分析8种护色方法对鲜切马铃薯片的护色效果,发现以0.3% L-半胱氨酸溶液浸泡30 min的护色效果较佳;采用L9(34)4因素3水平正交实验优化L-半胱氨酸溶液对鲜切马铃薯的护色工艺,确定L-半胱氨酸对鲜切马铃薯片的护色条件为A1B3C3D2,即将3 mm厚鲜切马铃薯片置于0.4% L-半胱氨酸中浸泡45 min后于4 ℃贮藏,处理后马铃薯片色泽淡黄、质地均匀尚好、无褐变现象,具有很好的护色效果,为鲜切马铃薯片的护色工艺提供参考。