孔夢潔,祝林虎,夏蒙蒙,胡婉峰,徐曉云,潘思軼

華中農業(yè)大學食品科學技術學院，武漢 430070

柑橘片是柑橘干制產品，因其藥用價值和便攜性，深受消費者喜愛。柑橘干制過程中的褐變一直是制約柑橘深加工的因素之一。色澤是判斷柑橘加工制品質量的首要因素，也是其市場競爭力的核心指標之一。如何在保持柑橘片色澤和風味且有效成分不被破壞的情況下，抑制柑橘片加工過程中的褐變反應，是柑橘片加工亟待解決的一個關鍵科學問題。

柑橘片在加工過程中通常會經過較高溫度的處理，推測其褐變過程可能與美拉德反應、焦糖化反應等非酶促褐變過程相關。維生素C可以發(fā)生氧化降解，有研究表明向果汁中添加過量的維生素C，會導致非酶褐變的加重，嚴重影響果汁的風味和色澤[1-2]。因此，可以通過測定還原糖、維生素C的含量探究柑橘片褐變的主要原因。傳統(tǒng)的護色方法主要通過抗壞血酸[3]、檸檬酸[4]、β-環(huán)狀糊精[5]等護色劑來抑制褐變。研究表明，檸檬酸、抗壞血酸可以作為酸度調節(jié)劑降低體系的pH，從而降低酶的活性抑制褐變[3-4];L-半胱氨酸含有的巰基具有還原性，能與醌類物質結合形成無色物質，從而抑制類黑素的形成[3]。

近年來，超聲波在食品工業(yè)中的應用也日益受到關注[6-7]。將超聲波技術應用于果蔬，可以顯著提高干燥速度[6,8]，但目前缺乏將其應用于柑橘干制品上的研究。隨著超聲波的應用越來越廣泛，選擇合適的超聲功率同時結合護色劑處理有望延緩柑橘片的褐變。

本研究基于課題組前期柑橘中褐變相關酶對柑橘酶促褐變的影響，考察烘干過程中食品組分的變化，采用超聲波協(xié)同護色劑的護色技術，以期為柑橘片干制過程中的抗褐變技術提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

柑橘來自華中農業(yè)大學校外農貿市場。L-半胱氨酸、亞甲基藍三水購于國藥集團化學試劑有限公司，分析純；2,6-二氯酚靛酚鈉鹽購于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，分析純；抗壞血酸、檸檬酸、Na2SO3、β-環(huán)狀糊精等試劑購于國藥集團化學試劑有限公司，分析純。

XN028型烤箱，海爾集團; FUSION系列-F1型破壁料理機，廣州祈和電器有限公司; HU-910WN-M型原汁機，韓國惠人集團；5804R型高速冷凍離心機， BIOSPECTROMETER紫外可見分光光度計，德國艾本德股份公司; JY-92-ⅡD型超聲波細胞粉碎機，上海德洋意邦儀器有限公司; CR-400型色彩色差計，日本柯尼卡美能達控股公司。

1.2 樣品處理

1)柑橘預處理。選擇成熟度適中、形態(tài)良好、無損傷、無病蟲害的柑橘果實，去皮、去絡、榨汁后，進行橘汁和橘渣分離。由于橘瓣的囊衣阻礙了部分試驗的進行，所以整個試驗是通過探究橘汁和橘渣的變化規(guī)律來判斷橘瓣的相關變化。

2)護色劑處理。制備0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL的抗壞血酸，0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL的檸檬酸，0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL的L-半胱氨酸，5、10、15、20、25 mmol/L的β-環(huán)狀糊精和0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的Na2SO3溶液。將不同濃度的護色劑分別加入橘汁和橘渣中，并將處理后的樣品放在70 ℃烤箱中烘制8 h，每隔1 h取出，測定其色度值。

3)超聲波協(xié)同護色劑處理。根據(jù)上述試驗結果，選擇抗褐變效果最佳的護色劑，在其最佳抗褐變濃度下進行超聲波處理，超聲探頭直徑為0.636 cm，頻率為20 kHz，超聲功率 (ultrasonic power，UP)為300、400和500 W，超聲時間30 min。然后將超聲后的樣品放在70 ℃烤箱中烘制8 h，每隔1 h取出,測定其色度值。

1.3 測試方法

1)色度值測定。采用色差計進行測量。每個樣品重復測定3次，測定其L*(代表其色澤的明亮度)、a*(代表紅綠度)、b*(代表黃藍度)、ΔE(代表總色差)，其中ΔE=(ΔL2+Δa2+Δb2)/2。取平均值進行分析。

2)褐變度測定。取5 g橘渣，充分研磨后，加蒸餾水定容至50 mL。取5 mL橘汁，加蒸餾水定容至50 mL。參照Rajewska等[9]的方法，采用紫外-可見分光光度計分別測定其褐變度。

3)維生素C含量測定。參照曹建康等[10]的2,6-二氯靛酚滴定法進行測定。

4)還原糖含量測定。參照曹建康等[10]的Fehling試劑直接測定法進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 6.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，每組試驗至少設置3個重復。

2 結果與分析

2.1 橘瓣烘制過程色度值的變化

橘汁和橘渣不經過任何處理，直接在70 ℃下烘制，其色度值變化如圖1所示。在新鮮橘汁和橘渣烘制過程中，隨著時間的延長，其亮度值L*逐漸減小，總色差ΔE逐漸增大。并且橘汁L*和ΔE的變化速率明顯比橘渣快，推測是因為橘汁中的維生素C的含量比橘渣高，在烘制過程中維生素C氧化降解，褐變發(fā)生。結果表明，在烘制過程中，橘汁和橘渣顏色逐漸變暗，向顏色更深的方向發(fā)展，其趨勢符合褐變后顏色加深的現(xiàn)象。

2.2 橘瓣烘制過程中褐變度的變化

如圖2所示，橘汁和橘渣的褐變度隨烘制時間延長而逐漸上升。在烘制前期(前2 h)褐變度上升較快，而在后面的烘制過程(2～8 h)中褐變度上升較慢。

圖1 新鮮橘汁和橘渣的L*值(A)和ΔE值(B)的變化

圖2 烘制時間對褐變度的影響

對于橘汁，在烘制的0～2 h，A420從0增大到0.016；在2～8 h，從0.016增大到0.020，增大的速度減緩。對于橘渣，在烘制的0～2 h，A420從0.001增大到0.008，增大了7倍；而在2～8 h，從0.008增大到0.015，增大了87.5%(小于1倍)。到8 h時，相對于未烘制的橘渣，其褐變度增大了13倍。

2.3 橘瓣烘制過程中褐變相關成分的變化

由圖3A可知，在橘汁和橘渣烘制過程中維生素C的含量明顯下降，而且橘汁的變化幅度更大。同時，新鮮的橘汁和橘渣維生素C含量差異大，而經烘制8 h后，維生素C含量相當接近。結果表明，隨著烘制時間的延長，維生素C發(fā)生了不同程度的降解，導致其含量不斷降低。

由圖3B看出，橘汁、橘渣中還原糖含量隨著烘制時間的延長呈現(xiàn)增加趨勢,這可能是蔗糖在酸性條件下部分水解成果糖和葡萄糖而造成的。同時，由于橘渣中含有大量的果膠和纖維素,蔗糖含量較少，因此，橘汁中還原糖含量的增加程度明顯高于橘渣中還原糖的增加程度。橘汁中pH一直保持在低于4.0的水平，對美拉德反應有抑制作用。因此，在烘制過程中的褐變可能不是美拉德反應、焦糖化反應造成的。

圖3 烘制過程中維生素C(A)和還原糖(B)含量的變化

2.4 抗壞血酸最佳抗褐變濃度的選擇

由圖4可知，抗壞血酸(AA)對橘汁和橘渣的褐變抑制效果不同。對于橘汁(圖4A、B)，當抗壞血酸的質量濃度為0.3和0.5 mg/mL時，隨著烘制時間的延長，亮度值L*逐漸增大，同時2種質量濃度下橘汁的總色差 ΔE均呈減小趨勢，表明0.3和0.5 mg/mL的抗壞血酸對橘汁的褐變程度有很好的抑制作用。而其他處理組對橘汁的褐變抑制效果并不明顯。對于橘渣(圖4C、D)，當抗壞血酸質量濃度為0.1和0.3 mg/mL時，其亮度值L*持續(xù)增大，且在0.3 mg/mL的添加量下，總色差ΔE緩慢減小。結果表明，質量濃度為0.3 mg/mL的抗壞血酸抗褐變的效果更佳。

2.5 檸檬酸最佳抗褐變濃度的選擇

對于橘汁(圖5A、B)，當檸檬酸(CA)質量濃度為0.4 mg/mL時，其亮度值L*增大，且總色差ΔE呈減小的趨勢。當檸檬酸質量濃度為0.2和0.6 mg/mL時，其L*值減小的幅度相對較小，而且在檸檬酸質量濃度為0.6 mg/mL下橘汁的總色差ΔE增加的幅度比0.2 mg/mL時小。對于橘渣(圖5C、D)，在烘制過程中加入檸檬酸后其亮度值L*和總色差ΔE值與未處理組的變化趨勢相同，表明檸檬酸對橘渣的護色效果不明顯。但相對其他檸檬酸添加量而言，當檸檬酸質量濃度為0.6 mg/mL時，橘渣亮度L*和總色差ΔE的變化幅度較小，表明在這一濃度下橘渣的褐變程度最小。因此，當檸檬酸質量濃度為0.6 mg/mL時抗褐變效果最佳。

圖4 抗壞血酸(AA)處理后橘汁L*值(A)、ΔE值(B)和橘渣L*值(C)、ΔE值(D)的變化

圖5 檸檬酸(CA)處理后橘汁L*值(A)、ΔE值(B)和橘渣L*值(C)、ΔE值(D)的變化

2.6 Na2SO3最佳抗褐變濃度的選擇

對于橘汁(圖6A、B)，當添加Na2SO3時，其總色差ΔE隨時間延長不斷減小。當添加量為0.10%、 0.15%、 0.20%和0.25%時，L*隨烘制時間延長呈增大的趨勢，且與Na2SO3的含量呈正相關。結果表明，Na2SO3可以很好地抑制橘汁的褐變，這可能是由于Na2SO3有利于抗壞血酸的保存，從而在一定程度上抑制了類胡蘿卜素的減少和氧化。對于橘渣(圖6C、D)，當添加0.20%和0.25% 的Na2SO3時，其亮度值L*隨時間延長逐漸增大，總色差ΔE減小，表明在此含量的Na2SO3溶液的抗褐變效果較好。進一步比較發(fā)現(xiàn)，0.20%的Na2SO3溶液抗褐變效果更佳。綜上所述，0.20%的Na2SO3溶液抗褐變程度最佳。

圖6 Na2SO3處理后橘汁L*值(A)、ΔE值(B)和橘渣L*值(C)、ΔE值(D)的變化

2.7 L-半胱氨酸最佳抗褐變濃度的選擇

對于橘汁(圖7A、B)， 0.1和0.3 mg/mL的L-半胱氨酸處理后，其亮度值L*隨烘制時間延長而增大，且總色差ΔE值隨時間延長而減小。表明在這2個質量濃度下，L-半胱氨酸對于橘汁褐變的抑制效果較好。添加了L-半胱氨酸對于橘渣的褐變抑制效果不明顯(圖7C、D)。綜上，當L-半胱氨酸質量濃度為0.1 mg/mL時，抗褐變效果最佳。

2.8 β-環(huán)狀糊精最佳抗褐變濃度的選擇

由圖8可知，與檸檬酸、Na2SO3等護色劑處理相比，β-環(huán)狀糊精對其褐變抑制效果不佳。通過比較各個濃度下其擬合曲線的斜率，在β-環(huán)狀糊精濃度為5 mmol/L時，β-環(huán)狀糊精對橘汁褐變的抑制效果相對較好，20 mmol/L β-環(huán)糊精的褐變抑制效果次之，而10 mmol/L β-環(huán)狀糊精褐變抑制效果最差。而對于橘渣，10 mmol/L的β-環(huán)狀糊精對褐變的抑制效果最佳，20 mmol/L效果次之，5 mmol/L的效果最差。綜合分析，20 mmol/L的β-環(huán)狀糊精添加量對于褐變的抑制綜合效果最佳。

綜上所述，通過單因素試驗，抗壞血酸最佳抗褐變質量濃度為0.3 mg/mL、檸檬酸最佳抗褐變質量濃度為0.6 mg/mL、Na2SO3最佳抗褐變添加量為0.20%、L-半胱氨酸最佳抗褐變質量濃度為0.1 mg/mL和β-環(huán)糊精最佳抗褐變濃度為20 mmol/L，最佳護色劑探索結果見表1。綜合考慮橘汁與橘渣L*和ΔE的變化，發(fā)現(xiàn)抗褐變效果最佳的是0.20% Na2SO3溶液。

圖7 L-半胱氨酸(L-cys)處理后橘汁L*值(A)、ΔE值(B)和橘渣L*值(C)、ΔE值(D)的變化

圖8 β-環(huán)狀糊精(β-CD)處理后橘汁L*值(A)、ΔE值(B)和橘渣L*值(C)、ΔE值(D)的變化

表1 不同濃度護色劑的擬合曲線斜率 Table 1 Slope of fitting curve for different concentrations of color fixatives

2.9 超聲波協(xié)同護色劑最佳抗褐變功率的選擇

未添加護色劑的橘汁，其亮度L*值隨烘制時間延長不斷減小，總色差ΔE不斷增大(圖9A、B)；經過超聲波預處理之后，未加護色劑的橘汁亮度值L*和ΔE變化幅度更大，可能是由于超聲波預處理加快了干燥的速率。添加護色劑的橘汁，隨著時間延長，其亮度L*增大，總色差ΔE減小，表明護色劑的加入抑制了橘汁的褐變；通過比較未經超聲和超聲處理的加入護色劑的橘汁色度值變化，發(fā)現(xiàn)超聲功率400 W處理時抗褐變效果最佳。橘渣的色度值變化規(guī)律與橘汁一致(圖9C、D)。超聲波處理可以加速護色劑進入柑橘組織細胞中，同時增大干燥速率。綜合考慮橘汁和橘渣的亮度值L*和總色差ΔE的變化，超聲功率400 W結合質量分數(shù)0.20%的Na2SO3處理對于橘汁和橘渣體系褐變抑制效果最好。

圖9 超聲波作用對于橘汁L* 值(A)、ΔE值(B)和橘渣L* 值(C)、ΔE值(D)的影響

以上試驗得出的最佳抗褐變條件應用于橘瓣時，其體系的色度的變化如圖10所示。結果表明，對橘汁和橘渣分別作分析，探究出的最佳抗褐變條件為超聲功率400 W結合0.20%的Na2SO3溶液，對于橘瓣的褐變抑制效果同樣是最佳的。

圖10 最佳抗褐變條件對于橘瓣L* 值(A)和ΔE值(B)的影響

3 討 論

非酶褐變可能是引起柑橘片在制作過程中褐變主要原因，主要包括美拉德反應、焦糖化反應、維生素C的降解[2]和類胡蘿卜素的降解[12]等。本研究結果表明，隨著干制過程中褐變程度的加深，維生素C含量不斷降低，還原糖的含量小幅度上升。因此，維生素C的氧化降解可能與柑橘片的褐變有關。通過研究不同護色劑單獨添加對橘汁和橘渣褐變程度的影響，發(fā)現(xiàn)不同護色劑或者同一護色劑不同濃度對橘汁和橘渣的褐變抑制效果均不同。推測可能是由于橘渣的不均勻性，在進行色度測定的時候產生了誤差?？傮w觀察護色劑對于橘汁和橘渣褐變的抑制效果，發(fā)現(xiàn)0.20%的Na2SO3溶液護色效果最佳。這可能是由于Na2SO3可以作為還原劑，阻止或者減緩某些中間反應，從而避免或減少色素的生成; 同時,Na2SO3可以消耗氧氣，降低pH，有利于體系中維生素C的保存，這些作用都可以間接抑制褐變反應[3]。超聲波處理可以提高果蔬的干燥速率[13]，蘋果塊經超聲波處理之后，提高了干制過程中的干燥速率，增大了干制蘋果的收縮率和孔隙率[6]；同樣的結果也在鱈[11]、西番蓮果皮[8]干制過程中出現(xiàn)。當0.20%的Na2SO3溶液結合超聲功率400 W處理時，抗褐變效果最佳，這可能是由于經過超聲波處理后，增大了孔隙率和干燥速率，同時加速了護色劑與組織的接觸，達到了最佳的抗褐變效果。

綜上所述，選擇合適的護色劑可以較好地保持橘瓣干制過程中的色澤，添加護色劑結合一定功率的超聲波處理能獲得更為理想的效果。本研究結果為橘瓣抗褐變技術提供了新思路，同時，后續(xù)會進一步研究柑橘片加工過程中的褐變與酶促褐變和非酶促褐變之間的關系。