張凱悅，朱筱琪，秦 靖，梁麗雅，李 玲

（天津農(nóng)學院食品科學與生物工程學院，天津 300384）

黃冠梨外觀綜合評價極好，果芯小，果肉潔白，肉質(zhì)細膩、松脆，殘渣少，風味酸甜適口，具有濃郁香味，深受消費者的喜愛。黃冠梨可以用來制作果汁、釀酒、梨膏、梨脯等，能夠滿足各類人群的需求[1]。黃冠梨汁富含多種營養(yǎng)成分，對人體健康有諸多益處[2-4]。黃冠梨在制作果汁過程中容易發(fā)生褐變，生產(chǎn)上常用含硫物質(zhì)進行護色，但是存在安全隱患[5]。隨著人們生活水平的提高，天然、綠色、健康的食品已經(jīng)逐漸成為人們消費的核心，而黃冠梨汁則可以較好地滿足人們的需求。因此篩選安全、有效的護色配方成為行業(yè)亟需研究的課題。

褐變是指果汁在加工和儲藏過程中發(fā)生的顏色變化[6-8]。黃冠梨所含的酚類物質(zhì)對其品質(zhì)有雙重影響：一方面，酚類物質(zhì)使黃冠梨汁具有獨特的收斂口味；另一方面，過多的酚類物質(zhì)是黃冠梨汁苦澀及褐變的主要原因。褐變問題一直是黃冠梨汁加工業(yè)所面臨的技術瓶頸。黃冠梨在破碎榨汁階段主要發(fā)生酶促褐變[9]。酶促褐變是在有氧條件下，酚酶催化酚類物質(zhì)形成醌及其聚合物的反應過程。植物體內(nèi)酚類物質(zhì)種類多、含量豐富，在無損傷的細胞中作為呼吸傳遞物質(zhì)，酚-醌保持著動態(tài)平衡，若細胞組織遭到破壞，氧氣就會大量侵入，酚-醌之間的動態(tài)平衡被打破。多酚氧化酶（PPO）作用使鄰位酚氧化為醌，醌進一步聚合成黑色物質(zhì)，導致梨汁發(fā)生褐變[10-11]。PPO 是一類銅結合酶，在植物組織中與內(nèi)囊體膜結合在一起，自然狀態(tài)下無活性，但是當組織勻漿或損傷后PPO 就會被活化，從而表現(xiàn)出活性。褐變不僅影響果汁的外觀和風味，而且會造成營養(yǎng)物質(zhì)流失，甚至導致食物變質(zhì)[12-13]。因此研究最佳的護色配方，解決梨汁褐變問題，有助于提高黃冠梨的附加值和種植經(jīng)濟效益，有利于果農(nóng)脫貧致富。

目前，在生產(chǎn)上主要是用一些含硫護色劑對梨汁進行護色。李梁等[14]確定蘋果梨汁的最佳護色劑配方是檸檬酸添加量0.67 g/100 mL，Na2SO3添加量0.01 g/100 mL，L-半胱氨酸添加量0.01 g/100 mL。周會玲等[15]用 Na2SO3、乙二胺四乙酸（EDTA）、草酸、檸檬汁復合液對梨汁進行護色也取得了較好的效果。孫姍姍等[16]研究結果顯示，0.8 g/L VC、0.2 g/L NaHSO3和5 g/L 檸檬酸的復合液浸泡1 min 后制得的雪梨汁護色效果較好。常大偉等[17]和李磊等[18]研究發(fā)現(xiàn)，抗壞血酸、β－環(huán)糊精、EDTA 三種褐變抑制劑之間存在協(xié)同作用。黃文書等[19]研究發(fā)現(xiàn)，將切塊后的庫爾勒香梨用VC、檸檬酸、L-半胱氨酸組成的復合護色劑浸泡對梨汁護色效果較好。尤麗新等[20]研究發(fā)現(xiàn)，菠蘿和水晶梨飲料的護色條件為0.03% VC、0.03%Na2SO3和0.01%檸檬酸。蘇菲煙等[21]確定6.56 mmol/L L-半胱氨酸、4.58 mmol/L D-異抗壞血酸鈉和6.18 mmol/L 抗壞血酸為雪梨果汁最佳復合護色劑。本研究采用無硫護色試劑對黃冠梨汁進行護色，篩選適宜的護色劑配方組合，以期為企業(yè)實際生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

黃冠梨，購于天津市西青區(qū)紅旗農(nóng)貿(mào)市場；檸檬酸、抗壞血酸、D-異抗壞血酸鈉（分析純），國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設備

UV-3100 型紫外分光光度計，由上海美普達儀器有限公司生產(chǎn)；SKG2030 型原汁機，由廣東艾詩凱奇智能科技有限公司生產(chǎn)；ME203E 型電子天平，由梅特勒-托利多公司生產(chǎn)。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗設計

將3 種護色劑分別配成不同濃度（表1）。挑選新鮮、大小均一、無傷痕、無腐爛的黃冠梨進行試驗。將黃冠梨洗凈后去皮、去核，切分成2 cm3的小塊，分別浸泡于不同濃度的3 種護色液中，保持10 min，以去離子水浸泡作為對照。以不同濃度的Na2SO3處理作為陽性對比，護色結束后立即進行榨汁，取適量梨汁轉入比色皿中測其褐變度，確定各個護色劑的最佳濃度。

表1 不同護色劑的濃度Table 1 The concentrations of different color protectors

1.2.2 黃冠梨汁最佳護色劑配方的響應面設計

通過單因素試驗確定檸檬酸、抗壞血酸、D-異抗壞血酸鈉3 種護色液各自的最佳濃度，以最佳濃度為中水平，運用Design Expert 8.0.6 軟件，以褐變度為響應值，進行響應面試驗，篩選最佳的復合護色液配方組合。響應面試驗因素水平見表2。

表2 響應面試驗因素水平表Table 2 Factors and levels of RMS design

1.2.3 黃冠梨汁褐變度的測定

參考Li 等[22]的方法，將黃冠梨經(jīng)護色榨成汁后，立即轉入規(guī)格為12.5 mm×12.5 mm×45 mm 的比色皿，在420 nm 下測定吸光度，每個樣品重復5 次。

褐變度=A×V/m

式中：A 為吸光度；V 為樣品體積，mL；m 為樣品質(zhì)量，g。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2007 對數(shù)據(jù)進行整理和計算，通過Origin 95 軟件進行方差分析（ANOVA）和鄧肯氏多重檢驗。

2 結果與分析

2.1 檸檬酸對黃冠梨汁褐變度的影響

檸檬酸存在于許多植物中，是一種天然護色劑。檸檬酸能防止因酶催化引起的氧化作用，可以降低pH，螯合PPO 活性中心的Cu2+，最終達到護色效果[23-24]。熊忠飛等[25]研究發(fā)現(xiàn)，當檸檬酸添加量為0.12%時，對“黃元帥”蘋果汁的褐變有較好的抑制作用。由圖1 可知，當檸檬酸濃度為0.2%時，黃冠梨汁的褐變度最小，且與其他各組處理之間存在顯著差異（P＜0.05）。隨著檸檬酸濃度的增大，黃冠梨汁的褐變度反而越來越高?？傊瑱幟仕岬淖o色效果并不隨其濃度的增加而提高，檸檬酸的最適添加量為0.2%。

圖1 檸檬酸對黃冠梨汁褐變度的影響Fig.1 Effects of citric acid on browning degree of Huangguan pear juice

2.2 抗壞血酸對黃冠梨汁褐變度的影響

抗壞血酸是食品行業(yè)中一種重要的天然抗氧化劑，具有較強的還原性，可以將醌類及其衍生物還原成酚，進而阻止聚合成有色物質(zhì)，從而達到抑制褐變的目的?？箟难釋ρ趸肿兎磻械难醴肿佑泻軓姷慕Y合能力，可以降低褐變反應過程中的氧分子濃度，抑制褐變反應速率，強化護色作用[26]。由圖2 可以看出，當抗壞血酸濃度小于0.15%時，黃冠梨汁的褐變度隨抗壞血酸濃度的增加而降低；但是當抗壞血酸濃度大于0.15%時，黃冠梨汁的褐變度反而會隨著抗壞血酸濃度的增大而增加。鄧肯式多重檢驗結果表明，抗壞血酸濃度為0.10%和0.15%時，黃冠梨汁褐變度之間的差異沒有達到顯著水平，但是加入0.15%抗壞血酸，黃冠梨汁的褐變度值最低，為1.389 6。

圖2 抗壞血酸對黃冠梨汁褐變度的影響Fig.2 Effects of ascorbic acid on browning degree of Huangguan pear juice

2.3 D-異抗壞血酸鈉對黃冠梨汁褐變度的影響

D-異抗壞血酸鈉又名赤藻糖酸鈉，具有抗氧化、無臭、無毒，且不影響人體對VC 吸收的特點[27]。作為控制食品氧化變色和風味劣變的抗氧化劑，D-異抗壞血酸鈉可以保持橄欖汁的色澤和自然風味，延長保質(zhì)期，改善其變色、異味、渾濁等不良現(xiàn)象，且無任何毒副作用[28]。0.1%D-異抗壞血酸鈉對速凍萊陽梨丁的褐變抑制作用效果最好[29]。

從圖3 可知，加入D-異抗壞血酸鈉在一定程度上抑制了黃冠梨汁的褐變，且與對照相比差異均達到顯著水平（P＜0.05）。0.30%、0.40%和0.50%的 D-異抗壞血酸鈉對梨汁褐變有明顯的抑制作用，但是三者之間的差異不顯著。當加入0.5% D-異抗壞血酸鈉時，黃冠梨汁的褐變度最小，其抑制褐變的效果最好。

圖3 D-異抗壞血酸鈉對黃冠梨汁褐變度的影響Fig.3 Effects of D-sodium isoascorbate on browning degree of Huangguan pear juice

2.4 亞硫酸鈉對黃冠梨汁褐變度的影響

亞硫酸鈉能顯著降低黃冠梨汁的褐變度（P＜0.05），且濃度越大，對黃冠梨汁褐變的抑制作用越強（圖4）。當加入0.05%亞硫酸鈉進行護色后，黃冠梨汁的褐變度僅為1.361 6，護色效果顯著好于加入0.01%和0.02%亞硫酸鈉（P＜0.05）。最佳濃度的檸檬酸、抗壞血酸和D-異抗壞血酸鈉護色劑與0.05%Na2SO3相比，黃冠梨汁的褐變度無顯著性差異。說明適宜濃度的檸檬酸、抗壞血酸和D-異抗壞血酸鈉可以代替亞硫酸鈉起到良好的抑制褐變作用。

圖4 亞硫酸鈉對黃冠梨汁褐變度的影響Fig.4 Effects of sodium sulfite on browning degree of Huangguan pear juice

2.5 復合護色劑配方組合的篩選

在單因素試驗的基礎上，進行黃冠梨汁復合護色液配方組合的篩選。通過單因素試驗確定檸檬酸、抗壞血酸、D-異抗壞血酸鈉3 種護色液的最佳濃度分別為0.20%、0.15%、0.50%，以此最佳濃度為0 水平，褐變度為響應值，進行3 因素3 水平響應面試驗。依據(jù)Box-Behnken 設計進行，響應面試驗設計與結果見表3。

表3 響應面試驗設計與結果Table 3 Results and design of RSM

將表3 中的數(shù)據(jù)使用Design Expert 8.0.6 軟件進行回歸擬合，回歸模型中檸檬酸濃度為A，抗壞血酸濃度為B，D-異抗壞血酸鈉濃度為C，褐變度（Y）的響應值遵循如下公式：

Y=0.80-0.081A+0.047B-0.022C+0.007 4AB-0.035AC-0.057BC +0.27A2+0.24B2+0.42C2

如表4 所示，模型的P 值為0.001 4，小于0.01，差異極顯著。失擬項的P 值為0.071 1，大于0.05，差異不顯著。決定系數(shù)R2為0.943 5，大于0.9，說明該模型適合用于分析和預測護色劑組合處理對黃冠梨汁褐變的控制效果。因素A、B、C 的線性效應不顯著，抑制黃冠梨汁褐變的效果由強到弱依次是檸檬酸＞抗壞血酸＞D-異抗壞血酸鈉。A、B、C 的平方級效應極顯著，均小于0.01。A、B、C 的交互作用均未達到顯著水平，兩兩交互的響應面圖如圖5 所示。

表4 回歸方程系數(shù)的顯著性檢驗結果Table 4 The significance test of regression equation coefficients

圖5A 表示當加入0.5%D-異抗壞血酸鈉，檸檬酸濃度在0.10%～0.30%范圍內(nèi)時，隨著抗壞血酸濃度的增加，黃冠梨汁褐變度變化不明顯。圖5B 表示抗壞血酸濃度為0.15%時，檸檬酸和D-異抗壞血酸鈉對黃冠梨汁褐變度的交互作用。當檸檬酸濃度為定值時，隨著D-異抗壞血酸鈉濃度的增加，黃冠梨汁褐變度呈逐漸降低的趨勢，但是超過一定濃度，梨汁的褐變度反而逐漸上升。圖5C 表示檸檬酸濃度為0.20%時，D-異抗壞血酸鈉和抗壞血酸對黃冠梨汁褐變度的交互作用。當抗壞血酸濃度一定時，隨著D-異抗壞血酸鈉濃度的增加，黃冠梨汁褐變度呈先降低后增加的趨勢。

圖5 各因素的交互作用對黃冠梨汁褐變度影響的響應面圖Fig.5 Response surface plots of interaction effects on browning degree of Huangguan pear juice

結合擬合的多元回歸方程，利用軟件分析得到黃冠梨汁無硫護色劑的最佳配方組合為0.22%檸檬酸+0.15%抗壞血酸+0.50%D-異抗壞血酸鈉，此時黃冠梨汁褐變度的理論預測值為0.796 1。采用上述最優(yōu)配方對黃冠梨汁進行護色處理，其實際褐變度為0.813 2±0.052 1，與預測值相近。說明響應面法優(yōu)化得到的黃冠梨汁護色劑配方組合準確可靠，可以指導工廠生產(chǎn)。

3 結論

黃冠梨汁在加工過程中極易褐變，不僅會降低黃冠梨汁的營養(yǎng)品質(zhì)和感官特性，影響消費者食用時的心情，還會影響產(chǎn)品的銷售和企業(yè)的經(jīng)濟效益。利用天然的檸檬酸、抗壞血酸和D-異抗壞血酸鈉對黃冠梨汁進行護色，通過單因素和響應面試驗得出黃冠梨汁最佳的復合護色劑配方組合為0.22% 檸檬酸+0.15%抗壞血酸+0.50%D-異抗壞血酸鈉。