李俊，劉嘉，劉輝，王輝，陳中愛，呂都，唐健波，陳朝軍，劉永翔

（貴州省生物技術研究所，貴州省馬鈴薯工程技術研究中心，貴州貴陽550006）

不同品種馬鈴薯泥加工過程中褐變抑制研究

李俊，劉嘉，劉輝，王輝，陳中愛，呂都，唐健波，陳朝軍，劉永翔*

（貴州省生物技術研究所，貴州省馬鈴薯工程技術研究中心，貴州貴陽550006）

通過對比7個馬鈴薯品種的多酚氧化酶活性，選擇青薯9號、宣薯2號、紅寶石和黑美人4個馬鈴薯品種作為護色試驗品種，在馬鈴薯泥加工過程中測定多酚氧化酶活性抑制率。無硫護色工藝響應面優(yōu)化試驗得到最佳護色工藝為：檸檬酸0.66%，氯化鈣0.73%，VC0.06%，護色時間15min，此時酶活抑制率平均值達98.7%；彩色馬鈴薯護色工藝試驗得到最佳護色工藝為：氯化鈣0.7%，VC0.05%，護色時間15min，此時酶活抑制率可達89%以上。兩種護色劑配方能有效抑制普通和彩色馬鈴薯泥加工過程中的褐變現(xiàn)象。

馬鈴薯泥；加工；褐變；抑制

馬鈴薯經(jīng)清洗、去皮、切片、護色、蒸煮、制泥等處理，配以乳化劑、增稠劑等經(jīng)調配得到類似泥狀的物質，被稱為馬鈴薯泥[1]。馬鈴薯泥可以由鮮馬鈴薯直接制作，再經(jīng)速凍成冷凍馬鈴薯泥進入銷售渠道；也可由脫水馬鈴薯全粉加入熱水攪拌形成馬鈴薯泥[2]。冷凍馬鈴薯泥歸屬冷凍方便食品，食用時只需簡單加熱即可。這種馬鈴薯泥較之馬鈴薯全粉制作的馬鈴薯泥，口感佳、風味好，營養(yǎng)更豐富。但馬鈴薯富含多酚氧化酶，加工過程中多酚氧化酶容易發(fā)生酶促褐變，導致加工的馬鈴薯泥品質不佳[3-4]。目前國內外對多酚氧化酶的抑制有一定的研究，但對于馬鈴薯泥加工過程中褐變的抑制研究較少，且不同品種馬鈴薯多酚氧化酶含量不一，對于不同馬鈴薯品種抑制效果的研究還鮮見報道[5-6]。彩色馬鈴薯因富含花青素，花青素在堿性條件下變?yōu)樗{色，在酸性條件下變?yōu)榧t色，所以其護色工藝與普通馬鈴薯品種更加不同[7-9]。因此，本論文選取7個馬鈴薯品種，對比亞硫酸氫鈉與無硫化學抑制劑抑制褐變的效果，并研究了彩色馬鈴薯泥加工過程中的護色工藝，得出了不同品種馬鈴薯泥加工過程中抑制褐變的有效方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青薯9號、宣薯2號、大西洋、威芋3號、黑美人、紅寶石、費烏瑞它：由貴州省馬鈴薯研究所提供；氯化鈣，檸檬酸，VC，亞硫酸氫鈉，磷酸，鄰苯二酚，磷酸氫二鈉，磷酸二氫鉀（均為AR）：天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

UV-2102C型紫外可見分光光度計：尤尼科上海儀器有限公司；FA2004型分析天平：上海精密科學儀器有限公司；HHS型數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 馬鈴薯泥加工工藝流程

馬鈴薯泥加工工藝流程見圖1

圖1 馬鈴薯泥加工工藝流程圖Fig.1 Flow diagram of mashed potato processing

1.3.2 護色試驗樣品的選擇

選擇青薯9號、宣薯2號、大西洋、威芋3號、黑美人、紅寶石、費烏瑞它七個馬鈴薯品種，按照1.3.6的方法測定多酚氧化酶活性，對比七種馬鈴薯中多酚氧化酶活性大小，確定護色試驗樣品。

1.3.3 亞硫酸氫鈉添加量對馬鈴薯泥護色的影響

新鮮馬鈴薯去皮后，切成厚度為3mm的馬鈴薯片，于濃度分別為0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%的NaHSO3溶液中護色20min，按照1.3.6的方法測定多酚氧化酶活性。

1.3.4 馬鈴薯泥加工過程中無硫護色工藝的研究

1.3.4.1 VC添加量對馬鈴薯泥護色的影響

新鮮馬鈴薯去皮后，切成厚度為3mm的馬鈴薯片，于濃度分別為0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%的VC溶液中護色20 min，按照1.3.6的方法測定多酚氧化酶活性。

1.3.4.2 檸檬酸添加量對馬鈴薯泥護色的影響

新鮮馬鈴薯去皮后，切成厚度為3mm的馬鈴薯片，于濃度分別為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%、0.16%的檸檬酸溶液中護色20min，按照1.3.6的方法測定多酚氧化酶活性。

1.3.4.3 氯化鈣添加量對馬鈴薯泥護色的影響

新鮮馬鈴薯去皮后，切成厚度為3mm的馬鈴薯片，于濃度分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%的氯化鈣溶液中護色20min，按照1.3.6的方法測定多酚氧化酶活性。

1.3.4.4 響應面優(yōu)化試驗和彩色馬鈴薯護色劑配比優(yōu)化實驗

在單因素試驗的基礎上，優(yōu)選出對馬鈴薯泥護色有影響的3個因素：VC添加量、檸檬酸添加量和氯化鈣添加量，進行響應面優(yōu)化試驗，選擇出最優(yōu)的護色劑配比。亞硫酸氫鈉具有強還原性，易將花青素還原為無色，檸檬酸存在條件下花青素變?yōu)榧t色，而抗壞血酸和氯化鈣對花青素沒有影響，所以選擇抗壞血酸和氯化鈣作為彩色馬鈴薯的護色劑。分別測定氯化鈣添加量為0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%，檸檬酸添加量分別為0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%條件下紅寶石和黑美人中酶活抑制率隨兩種護色劑添加量變化交互作用結果。

1.3.5 護色時間對馬鈴薯泥護色的影響

分別選擇青薯9號、宣薯2號、紅寶石、黑美人作為實驗樣品，切成厚度為3mm馬鈴薯片，在已確定的護色劑配方條件下，分別護色5、10、15、20、25、30min，按照1.3.6的方法測定多酚氧化酶活性。

1.3.6 多酚氧化酶活性測定[10]

稱取去皮馬鈴薯5.0 g，瀝干薯片表面的水分，加入5.0mL的pH值5.8的磷酸緩沖液，磨樣，于4℃、8 000 r/min～10 000 r/min條件下離心30min，分離出上清液即為馬鈴薯PPO粗酶液。

取0.05mol/L磷酸緩沖溶液（pH6.5）1.5mL于1 cm比色皿中，加入0.1mol/L鄰苯二酚溶液1.0mL，PPO粗酶液0.5mL，混勻后在416 nm處比色，酶液加入后開始記時，每40秒記錄1次OD隨時間的變化值，以最初直線段的斜率（△CD/t）計算酶活力。一個酶活力單位定義為：在測定條件下，1min引起吸光度改變0.01所需的酶量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin（Version 8.6）和Design Expert（Version 8.0）進行作圖，采用SPSS（Version 17.0）進行統(tǒng)計學分析，P＜0.05認為有統(tǒng)計學顯著性差異，P＜0.01認為有統(tǒng)計學極顯著性差異。

2 結果與討論

2.1 薯泥護色試驗樣品的選擇

薯泥護色試驗樣品的選擇見圖2。

圖2 不同馬鈴薯品種的多酚氧化酶活力Fig.2 The polyphenol oxidase activity of different varieties potato

由圖2可知，青薯9號和宣薯2號兩個馬鈴薯品種的多酚氧化酶活力比其他馬鈴薯品種的高，所以普通馬鈴薯品種選擇青薯9號和宣薯2號，同時紅寶石和黑美人為彩色馬鈴薯品種，富含花青素等有益成分，其護色工藝與普通馬鈴薯品種不同。綜上所述，選擇青薯9號、宣薯2號、紅寶石和黑美人四個馬鈴薯品種作為護色試驗品種。

2.2 亞硫酸氫鈉添加量的確定

亞硫酸氫鈉添加量的確定見圖3。

圖3 亞硫酸氫鈉添加量對酶活抑制率的影響Fig.3 Effects of adding amount of NaHSO3on enzyme inhibition rate

由圖3可知，隨著亞硫酸氫鈉添加量升高，四種樣品的酶活抑制率均迅速升高，當亞硫酸氫鈉添加量為0.05%時，酶活抑制率達到最高100%，亞硫酸氫鈉添加量繼續(xù)升高，酶活抑制率保持穩(wěn)定，說明當亞硫酸氫鈉添加量為0.05%時，樣品中的多酚氧化酶基本失活。所以選擇亞硫酸氫鈉添加量為0.05%為較適添加量。

2.3 馬鈴薯泥加工過程中無硫護色工藝的單因素試驗結果

2.3.1 檸檬酸添加量的確定

檸檬酸添加量的確定見圖4。

由圖4可知，隨著檸檬酸添加量升高，四種樣品的酶活抑制率均逐漸升高，當檸檬酸添加量為0.6%時，酶活抑制率達到最高，檸檬酸添加量繼續(xù)升高，酶活抑制率基本保持穩(wěn)定，所以選擇檸檬酸添加量為0.6%為較適添加量。

圖4 檸檬酸添加量對酶活抑制率的影響Fig.4 Effects of adding amount of citric acid on enzyme inhibition rate

2.3.2 VC添加量的確定

VC添加量的確定見圖5。

圖5 VC添加量對酶活抑制率的影響Fig.5 Effects of adding amount of VCon enzyme inhibition rate

由圖5可知，隨著VC添加量升高，四種樣品的酶活抑制率均逐漸升高，當VC添加量為0.05%時，酶活抑制率達到最高，VC添加量繼續(xù)升高，酶活抑制率保持穩(wěn)定，所以選擇VC添加量為0.05%為較適添加量。

2.3.3 氯化鈣添加量的確定

氯化鈣添加量的確定見圖6。

圖6 氯化鈣添加量對酶活抑制率的影響Fig.6 Effects of adding amount of CaCl2on enzyme inhibition rate

由圖6可知，隨著氯化鈣添加量升高，四種樣品的酶活抑制率均逐漸升高，當氯化鈣添加量為0.7%時，酶活抑制率達到最高，氯化鈣添加量繼續(xù)升高，酶活抑制率保持穩(wěn)定，所以選擇氯化鈣添加量為0.7%為較適添加量。

2.4 普通馬鈴薯無硫護色工藝響應面優(yōu)化試驗

2.4.1 Box-Benhnken設計與結果

根據(jù)單因素試驗結果，以Box-Benhnken的中心組合設計原則，選取檸檬酸、氯化鈣、VC加入量為自變量，以多酚氧化酶活性抑制率為響應值，設計三因素三水平響應面試驗，試驗方案及試驗結果如表1所示。

表1 Box-Benhnken試驗方案及試驗結果Table1 Experimental design and results of Box-Benhnken

2.4.2 回歸方程與顯著性分析

將表1的試驗數(shù)據(jù)，利用Design-Expert8.0軟件進行二次多項式逐步回歸擬合，得回歸模型方程為：

模型的可靠性可以從方差分析及相關系數(shù)來考察，結果見表2。

續(xù)表2回歸模型方差分析Continue table2 Variance analysis of items of regression equation

由表2可知，模型F=15.41，所得多酚氧化酶活性抑制率的回歸方程極顯著（P＜0.000 1）；F失擬=4.89，失擬項不顯著（P＞0.05），從而可以對馬鈴薯泥護色工藝進行準確的預測和分析。R2=95.19%，說明響應值（酶活抑制率）的變化有95.19%來源于檸檬酸加入量、氯化鈣加入量和VC加入量。方差分析結果表明：一次項和二次項都有顯著性因素，其中A，C，AC，A2，B2，C2顯著，各試驗因子對酶活抑制率具有交互影響的非線性關系。可以利用回歸方程確定最佳馬鈴薯泥護色工藝條件，三個變量對游離淀粉率的貢獻大小為C＞A＞B。

2.4.3 響應面分析

圖7表示將氯化鈣添加量B的水平固定為0，即在氯化鈣添加量為0.7%，檸檬酸添加量和VC添加量對酶活抑制率的影響。

圖7 VC和檸檬酸對酶活抑制率的影響Fig.7 Effects of VCand citric acid on enzyme inhibition rate

由圖7可知，無論VC添加量處于何種水平，隨著檸檬酸添加量升高酶活抑制率均先升高后緩慢降低，可能是因為氯化鈣溶液呈微酸性，當檸檬酸濃度升高時，其溶液酸堿度達到多酚氧化酶最適pH值6.0～7.0，導致酶活抑制率有稍許降低；當檸檬酸添加量一定時，隨著VC添加量升高酶活抑制率均先升高后趨于平穩(wěn)[11-12]。由方差分析可知，兩者對酶活抑制率影響顯著，與其相對應的等高線形狀為橢圓形，表明檸檬酸添加量和VC添加量交互作用顯著。

2.4.4 無硫護色劑配比的確定

根據(jù)回歸模擬方程，得到最佳護色劑配比為：檸檬酸0.66%，氯化鈣0.73%，抗壞血酸0.06%，由回歸方程預測在此條件下的酶活抑制率的理論值為99.1%。在檸檬酸0.66%，氯化鈣0.73%，抗壞血酸0.06%時對馬鈴薯進行護色，結果表明，酶活抑制率的平均值達98.7%，預測的理論值為99.1%，兩者的相對誤差為0.40%，因此該模型可以很好的反映護色劑的最佳配比。與添加0.05%亞硫酸氫鈉相比，無硫復配護色劑可以有效的抑制不同品種馬鈴薯泥加工過程中的褐變現(xiàn)象。

2.5 彩色馬鈴薯護色劑配比優(yōu)化試驗

彩色馬鈴薯護色劑配比優(yōu)化試驗結果見圖8。

圖8 彩色馬鈴薯復配護色劑對酶活抑制率的影響Fig.8 Effects of com pound color-protecting stabilizer of color potato on enzyme inhibition rate

由圖8可知，紅寶石（a）和黑美人（b）兩種樣品的酶活抑制率均隨兩種護色劑添加量的升高而升高，當氯化鈣添加量為0.7%，VC添加量為0.05%時，兩種樣品的酶活抑制率均到達最高，所以氯化鈣添加量為0.7%，VC添加量為0.05%為較適宜的彩色馬鈴薯護色劑添加量。

2.6 護色時間的確定

護色時間的確定見圖9。

圖9 護色時間變化對酶活抑制率的影響Fig.9 Effects of the change of color-protecting time on enzyme inhibition rate

由圖9可知，4個品種的馬鈴薯隨著護色時間增加，酶活抑制率都迅速增加，當護色時間達到15min后，酶活抑制率不再隨護色時間增加而變化，此時酶活抑制率均達到90%以上，所以較適宜的護色時間為15min。

3 結論

通過對比7個馬鈴薯品種的多酚氧化酶活性，選擇青薯9號、宣薯2號、紅寶石和黑美人4個馬鈴薯品種作為護色試驗品種。試驗結果顯示，當亞硫酸氫鈉添加量為0.05%時，不同馬鈴薯品種中多酚氧化酶基本失活。通過對無硫護色工藝進行響應面優(yōu)化試驗，得到最佳護色工藝為：檸檬酸0.66%，氯化鈣0.73%，抗壞血酸0.06%，護色時間15min，此時酶活抑制率的平均值達98.7%，基本可以達到亞硫酸氫鈉的抑制效果。通過對彩色馬鈴薯進行護色工藝研究，得到最佳護色工藝為：氯化鈣0.7%，VC0.05%，護色時間15min，此時酶活抑制率可達89%以上。

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Study on Browning Inhibition in the Machining Process of Different Varieties of Mashed Potatoes

LI Jun，LIU Jia，LIU Hui，WANG Hui，CHEN Zhong-ai，Lü Du，TANG Jian-bo，CHEN Zhao-jun，LIU Yong-xiang*
（Biological Technology Institute of Guizhou Province，Potato Engineering Research Center of Guizhou Province，Guiyang550006，Guizhou，China）

Compared polyphenol oxidase activity of 7 varieties of potato，then chose four varieties of potato such as qingshu-9，xuanshu-2，ruby and black beauty as the color test varieties，and determined the inhibition rateof polyphenol oxidase activity in the process of mashed potatoes. Response surface optimization tests of none sulfur protect-color process showed that the best color-protecting technology was：0.66 % of citric acid，0.73 % of calcium chloride，0.06 % of ascorbic acid，color-protecting time of 15 minutes，the average enzyme activity inhibition rate was 98.7 %. Color-protecting test of color potatoes showed that the best color-protecting technology was：0.7 % of calcium chloride，0.05 % ascorbic acid，color-protecting time of 15 minutes，the average enzyme activity inhibition rate was 89 %. Two kinds of color-protecting stabilizer can effectively inhibit the browning phenomenon of normal and color mashed potatoes in the machining process.

mashed potatoes；processing；browning；inhibition

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.04.005

2016-05-27

黔科合重大專項字（[2014]6016）

李俊（1990—），男（漢），研究實習員，碩士，研究方向：食品加工。

*通信作者：劉永翔（1978—），女（漢），研究員，博士，研究方向：食品加工。