复合护色剂对鲜榨慈姑汁的防褐变

戢得蓉，段丽丽，杨芳，赵欢，钟艳

四川旅游学院食品学院（成都 610100）

慈姑（Sagittaria trifolia）为泽泻科慈姑属宿根性水生草本，其地下球茎可供食用，为药食同源的植物，具有较高的营养价值，富含碳水化合物、多糖、蛋白质、脂肪、铁、锌、硒、维生素E、酚类物质及膳食纤维等[1-2]。其味苦、甘，具有行血通淋、润肺止咳的功效[3]，已有研究证明慈姑具有抗氧化[4]、调节免疫[5]、降糖[6]等生物活性。目前国内对慈姑食品的加工和研究极少。中国作为农业大国，拥有丰富的果蔬资源[7]，果蔬汁饮料的起点低，发展迅速[8]，在未来具有很大发展空间。

酶促褐变是促进新鲜慈姑汁发生颜色变化的主要原因。酶促褐变需要同时具备酶、酚类物质和氧气[9]等3个条件，慈姑中含有一些酚类物质[10]，氧化还原酶在有氧的条件下将这些酚类物质催化形成醌类物质，再进一步聚合生成黑色素[11]。总色差ΔE*和褐变抑制率数值的变化可以反应出慈姑汁的褐变程度，总色差ΔE*数值越大说明慈姑汁中的有色的大分子物质越多，褐变程度越大，而褐变抑制率与褐变程度呈反比关系。不同种类的护色剂护色的原理不同，抗坏血酸钠，通过氧化还原作用将邻二醌还原变成邻二酸，从而抑制多酚物质发生氧化[12]。EDTA-2Na可从多酚氧化酶位点鳌合铜离子降低多酚氧化酶的活性[13]，从而抑制褐变。VC可将醌还原成酚类化合物，抑制醌类的生成，还可被多酚氧化酶直接氧化，可与多酚氧化酶的辅基铜离子发生螯合作用，从而抑制酶促褐变的发生[13]。柠檬酸的加入会降低溶液的pH，使氧在溶液中的溶解度降低，同时柠檬酸中的羰基能与多酚氧化酶中的铜离子发生螯合作用[14]，在一定程度上抑制多酚氧化酶的活性，降低酶促褐变的发生，从而起到护色作用。

采用化学方法抑制慈姑汁的褐变，探究抗坏血酸钠、柠檬酸、EDTA-2Na和VC等护色剂对慈姑汁色泽的影响，以褐变抑制率和总色差ΔE*作为指标来比较不同护色剂种类和添加量抑制褐变的效果，确保慈姑汁在加工贮藏过程中能较好地保持原有色泽。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

新鲜慈姑（产地为云南玉溪）；抗坏血酸钠、EDTA-2Na、VC、柠檬酸（均为食品级）。

FA 1104 N型电子天平（常州市衡正电子仪器有限公司）；JYZ-E 98型榨汁机（九阳股份有限公司）；DC-P 3型全自动测色色差仪（北京市兴光测色仪器公司）；H 2050 R型离心机（长沙湘仪离心机仪器有限公司）；UV 8100紫外分光光度计（北京莱伯泰科仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 慈菇汁的制备

选用无病虫害，无腐烂，无机械损伤，成熟度一致的新鲜慈姑，用清水洗净、削皮后，切成2～3 mm厚的薄片。用护色剂对慈姑进行护色，榨汁，将慈姑汁适当稀释后灌装入洗净并灭菌的250 mL玻璃瓶中，每瓶装液量200 mL。将灌装好的慈姑汁于121 ℃下杀菌5 min[15]，冷却。将冷却后的半成品在4 ℃下贮藏48 h[16]，取上清液在7 000 r/min的条件下离心20 min后再取上清液待用。测定该上清液色泽（L*、A*、B*）及吸光度，并计算慈姑汁的总色差ΔE*和褐变抑制率。

1.2.2 单因素试验方法

慈姑汁灭菌冷却稀释后取20 mL进行检测，以总色差ΔE*和褐变抑制率的变化为衡量指标，通过单因素试验筛选出抗坏血酸钠（A）、EDTA-2Na（B）、VC（C）及柠檬酸（D）四种护色剂的单独护色时的最佳浓度，各护色剂具体浓度梯度为：抗坏血酸钠（A）0.10%，0.20%，0.30%，0.40%和0.50%；EDTA-2Na（B）0.05%，0.10%，0.15%，0.20%和0.25%；VC（C）0.10%，0.30%，0.50%，0.70%和0.90%；柠檬酸（D）0.10%，0.30%，0.50%，0.70%和0.90%，其中%表示各组分与水的质量百分比。

1.2.3 响应面试验方法

在正交试验的基础上，选择抗坏血酸钠（A）、EDTA-2Na（B）、VC（C）和柠檬酸（D）浓度作为响应面试验的影响因子，通过Box-Behnken设计出四因素三水平的中心组合，因素水平表如表1所示，以慈姑汁褐变抑制率和总色差ΔE*为响应值，试验结果采用Design Expert 8.0软件进行分析，从而确定慈姑汁最佳护色配方。

表1 响应面试验因素水平表

1.3 测试方法

色差采用全自动测色色差仪测定，后计算总色差ΔE*，褐变抑制率采用紫外分光光度计测定慈姑汁的吸光度A，并按式（1）进行计算。

式中：A0为空白试验鲜榨慈姑汁褐变度；Am为经护色剂处理的鲜榨慈姑汁褐变度。

1.4 数据处理

试验数据由Design Expert 8.0.6、Excel 2010及SPASS 22.0软件处理完成。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

4种护色剂对护色后慈姑汁的色差及褐变抑制率结果如图1～图4所示。在考察范围内，抗坏血酸钠的整体护色效果先增大后减小，浓度0.40%时，慈姑汁的总色差ΔE*最小，褐变抑制率达到最大，护色效果最佳；EDTA-2Na的整体护色效果先增大后减小，浓度0.10%时，总色差ΔE*最小，褐变抑制率达到最大，护色效果最佳；VC的整体护色效果先增大后减小，浓度0.50%时，慈姑汁总色差ΔE*的数值最小，其褐变抑制率最大，护色效果最好；柠檬酸的整体护色效果也呈先增大后减小趋势，浓度0.5%时，慈姑汁总色差ΔE*数值最小，褐变抑制率最大，护色效果最好。

图1 不同浓度抗坏血酸钠对慈姑汁色泽的影响

图2 不同浓度EDTA-2Na对慈姑汁色泽的影响

图3 不同浓度的VC对慈姑汁色泽的影响

图4 不同浓度的柠檬酸对慈姑汁色泽的影响

2.2 响应面试验结果与分析

2.2.1 响应面试验设计与结果

在单因素试验基础上，以慈姑汁褐变抑制率和总色差ΔE*为响应值，采用Design Expert 8.0.6软件进行分析，从而确定慈姑汁最佳护色配方。根据Box-Behnken试验设计的慈姑汁护色条件的四因素三水平的中心组合及结果见表2。

表2 响应面试验设计与结果

2.2.2 模型的建立及与分析

利用Design Expert 8.0.6试验设计软件对表2的试验数据进行二元多次回归拟合，得到的回归模型方程为：

总色差ΔE*=49.69-0.21A-0.13B+0.11C-0.60D-1.04AB+0.27AC-0.17AD+0.18BC+0.15BD-0.66CD-0.43A2-0.55B2+0.029C2-0.34D2

褐变抑制率=68.64-2.95A+4.53B+10.65C+6.67D-6.36AB-6.84C-3.38AD+3.92BC+3.000E-003BD-0.94CD+5.81A2-2.56B2+1.94C2+3.5D2

由表3的方差分析可知，总色差ΔE*的p＜0.000 1，表现为极显著，失拟项p=0.725 7表现为不显著，表明该回归模型具有统计意义，并且相关系数R2=0.992 5，调整相关系数R2adj=0.985 0，均说明该回归模型的拟合度很好，可用于慈姑汁色泽的预测。由表4方差分析可知，褐变抑制率的p＜0.000 1，表现为极显著，失拟项p=0.192 4表现为不显著，表明该回归模型具有统计意义，并且相关系数R2=0.987 2，调整相关系数R2adj=0.984 3，均说明该回归模型拟合度很好，可用于慈姑汁褐变度的预测。

表3 总色差ΔE*方差分析

表4 褐变抑制率方差分析

2.2.3 响应面交互作用分析

由图5可知，等高线全部为椭圆形，说明EDTA-2Na和抗坏血酸钠2种护色剂在慈姑汁护色方面具有协同作用，从色差值这幅图可以看出，EDTA-2Na和抗坏血酸钠的曲面陡峭程度基本一致，但从褐变抑制率图可以发现，EDTA-2Na的曲面相对于抗坏血酸钠的更陡峭，等高线相对等密集，说明EDTA-2Na对慈姑汁的色差值和褐变抑制率的影响程度比抗坏血酸钠大。

图5 抗坏血酸钠与EDTA-2Na的交互作用对色差值及褐变抑制率的影响

由图6可知，等高线全部为椭圆形，说明抗坏血酸钠和VC这2种护色剂在慈姑汁护色方面具有协同作用，且在VC的曲面相对于抗坏血酸钠来说都比较陡峭，等高线也均比抗坏血酸钠的要略密集，说明VC对慈姑汁的色差值和褐变抑制率的的影响程度比抗坏血酸钠大。

图6 抗坏血酸钠与VC的交互作用对色差值及褐变抑制率的影响

由图7可知，等高线全部为椭圆形，说明柠檬酸和抗坏血酸钠这2种护色剂在慈姑汁护色方面具有协同作用，柠檬酸的曲面相对于抗坏血酸钠来说都比较陡峭，其中色差值较褐变抑制率更为明显，且柠檬酸的等高线也均比抗坏血酸钠的略密集，说明柠檬酸对慈姑汁的色差值和褐变抑制率的影响程度比抗坏血酸钠大。

图7 抗坏血酸钠与柠檬酸的交互作用对色差值及褐变抑制率的影响

由图8可知，等高线全部为椭圆形，说明EDTA-2Na和VC这2种护色剂在慈姑汁护色方面具有协同作用，VC的曲面相对于EDTA-2Na来说都略陡峭，且VC的等高线相对于EDTA-2Na均略密集，说明VC对慈姑汁的色差值和褐变抑制率的的影响程度比EDTA-2Na大。

图8 EDTA-2Na与VC的交互作用对色差值及褐变抑制率的影响

由图9可知，等高线全部为椭圆形，说明EDTA-2Na和VC这2种护色剂在慈姑汁护色方面具有协同作用，EDTA-2Na的曲面相对于柠檬酸来说都较陡峭，其中色差值较褐变抑制率更为明显，从等高线来看，色差值图中柠檬酸相对于EDTA-2Na略密集，而褐变抑制率与之恰好相反，说明EDTA-2Na对慈姑汁的色差值和褐变抑制率的影响程度比柠檬酸大。

图9 EDTA-2Na与柠檬酸的交互作用对色差值及褐变抑制率的影响

由图10可知，等高线全为椭圆形，说明柠檬酸和VC这2种护色剂在慈姑汁护色方面具有协同作用，从褐变抑制率图中可以看出，柠檬酸和VC的曲面陡峭程度和等高线的密集程度基本一致，但从色差值图中可以发现，柠檬酸的曲面相对于VC的来说略陡峭，等高线也相对密集，说明柠檬酸对慈姑汁的色差值和褐变抑制率的影响程度比VC大。

图10 VC与柠檬酸的交互作用对色差值及褐变抑制率的影响

2.2.4 慈姑汁最佳护色工艺的确定及验证试验

根据各个影响因子的等高线和响应曲面证明拟合面总色差ΔE*最小值和褐变抑制率最大值的存在，并且每个影响因子均有各自最佳值，利用Design Expert 8.0试验设计软件分析可以确定鲜榨慈姑汁护色的最佳方案为：抗坏血酸钠添加量0.48%、EDTA-2Na添加量0.15%、VC添加量0.60%、柠檬酸添加量0.60%，并且在最佳方案下，鲜榨慈姑汁的预测总色差ΔE*为46.60 NBS，褐变抑制率为97.60%，为保证该响应面试验的可行性，在最佳方案下进行验证试验，经过3次平行试验可以发现，鲜榨慈姑汁的总色差ΔE*的平均值为46.529 NBS，与理论预测值相差0.15%，褐变抑制率的平均值为96.446%，与理论预测值相差1.18%，验证响应面试验的可行性，说明响应面法可以准确预测褐变抑制率和色差值，可用于鲜榨慈姑汁护色最佳方案的回归分析和优化。

3 结论

试验采用化学抑制褐变的方法，在单因素的基础上确定4种护色剂的较优护色浓度，以4种护色剂为影响因子，以褐变抑制率和总色差ΔE*为响应值，设计4因素3水平的响应面试验对慈姑汁护色配方建立回归模型，得到最佳护色配方为：抗坏血酸钠添加量0.48%、EDTA-2Na添加量0.15%、VC添加量0.60%、柠檬酸添加量0.60%，较好地改善鲜榨慈菇汁的品质，为慈姑汁的深加工提供基础。