蘋果多酚氧化酶特性及無硫護色脫水研究

劉樹興，王 樂

(陜西科技大學生命與工程學院，陜西西安710021)

蘋果多酚氧化酶特性及無硫護色脫水研究

劉樹興，王 樂*

(陜西科技大學生命與工程學院，陜西西安710021)

脫水蘋果片在加工過程中極易發生褐變。在對蘋果多酚氧化酶特性進行分析的基礎上，通過設計正交實驗得到最佳無硫護色劑組合，并初步確定真空干燥的條件。結果表明，蘋果多酚氧化酶的最適pH為6.0，最適溫度為36℃，100℃熱燙60s可使其完全失活。蘋果片的最佳無硫護色劑組合為0.6%檸檬酸、0.06%L-半胱氨酸、1.5%氯化鈉，在真空度為0.09MPa，溫度為50℃的條件下，可得到色澤較好的蘋果片。

脫水蘋果片，多酚氧化酶，無硫護色，真空干燥

蘋果 新鮮市售;檸檬酸、氯化鈉 食品級;鄰苯二酚、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、甲醇、L-半胱氨酸分析純。

DZF型真空干燥箱、粉碎機FW-400A 北京科偉儀器有限公司;5810R型冷凍離心機 湖南凱達科學儀器有限公司;UV754紫外分光光度計 上海第三分析儀器廠;MF-50快速水分測定儀 上海禾工科學儀器有限公司;PB-10型pH測定儀 浙江賽因科學儀器有限公司;BCD-177AK型電冰箱 河南新飛電器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蘋果粗酶液的提取 新鮮蘋果放入4℃冰箱中預冷30min，取出洗凈。稱取果肉1g，加入3mL 0.05mol/L磷酸緩沖液及少量石英砂，冰浴研磨，低溫離心(13000r/min，10min)，取上清液，即為粗酶液［3］。

1.2.2 PPO活性測定 反應體系中加入1mL緩沖液，1.5mL 0.02mol/L鄰苯二酚，36℃保溫10min，迅速加入0.5mL酶液。在420nm下每隔30s測一次吸光值，共3min，重復測3次，以每分鐘吸光度改變0.001所需酶量為1個活力單位(0.001ΔA/min)［4］。

1.2.3 pH對PPO活性的影響 配制pH為2.0～8.0系列緩沖液，分別加入1.5mL 0.02mol/L鄰苯二酚和0.5mL酶液，按1.2.2方法測定不同pH對PPO活性的影響。

1.2.4 溫度對PPO活性的影響 吸取1mL緩沖液和1.5mL 0.02mol/L鄰苯二酚，分別在 20～80℃保溫10min，迅速加入0.5mL酶液，測定不同溫度對PPO活性的影響。

1.2.5 PPO的熱穩定性 將蘋果粗酶液在100、90、80℃水浴中處理一定時間(10、20、30、40、50、60s)后，加入反應體系，測定PPO的活性。

1.2.6 抑制劑對PPO活性的影響 用0.05mol/L磷酸緩沖液配制表1中不同濃度的抑制劑。在反應體系中加入0.5mL抑制劑，混合反應20min，再迅速加入0.5mL酶液，測定不同濃度抑制劑對PPO活性的影響。

表1 不同濃度抑制劑對PPO活性的影響

1.2.7 褐變度的測定 取數片蘋果片研磨成粉并過篩，稱取0.5g，按1∶10(W∶V)加入甲醇5mL，在40℃水浴鍋中浸提30min，立即冷卻，離心(13000r/min，10min)。取上清液在420nm下測定吸光度A420，褐變度BD以A420×10表示［5］。重復測定3次取平均值。

1.2.8 最佳無硫護色條件的確定 本實驗選用檸檬酸、L-半胱氨酸、氯化鈉作為護色劑。蘋果經去皮等預處理，切分成5mm厚的蘋果片，分別用不同濃度的護色劑處理，浸泡時間為20min，以初步確定護色劑適宜的濃度范圍，護色后的蘋果片，瀝干水分，置于真空干燥箱中脫水干燥。采用L9(34)正交實驗方案，以檸檬酸、L-半胱氨酸及氯化鈉濃度、浸泡時間為考察因素，以蘋果片的褐變度為考察指標，由正交實驗結果分析得到最佳無硫護色劑組合。

1.2.9 蘋果片真空干燥實驗 蘋果片經最佳護色劑護色處理后，瀝干水分，均勻鋪放于真空干燥箱中進行薄層干燥，至最終含水量為3%。保持真空度為0.09MPa，調節溫度分別為40、45、50、55、60℃，評價指標為產品的褐變度、干燥時間及感官品質，綜合比較得到最佳干燥條件。

表2 蘋果片感官指標評價標準

2 結果與討論

2.1 pH對PPO活性的影響

由圖1可知，蘋果多酚氧化酶的活性隨pH的增加而增加，在pH為6時，PPO活力最大為142ΔA/min，pH繼續增加，PPO活力開始下降。由此可知，pH對PPO活力影響顯著，偏酸或偏堿的條件都可對酶活性有較好抑制。對蘋果片進行護色時，必須考慮pH的影響，可調節pH在2～3范圍內。

圖1 pH對PPO活性的影響

2.2 溫度對PPO活性的影響

圖2表明，酶活力隨溫度的升高而發生較大變化，在36℃時達到最大值，當溫度繼續上升時，酶活力顯著降低，在80℃條件下，酶活力僅為最大值的21%。因此在蘋果片加工過程中應盡量避免多酚氧化酶的最適溫度即36℃。

圖2 溫度對PPO活性的影響

2.3 PPO的熱穩定性

圖3顯示的是蘋果粗酶液經100、90、80℃高溫處理10、20、30、40、50、60s后PPO的相對活性。經高溫處理后，多酚氧化酶活性受到較大程度的抑制，溫度越高，處理時間越長，抑制效果也越明顯。100℃水浴熱燙30s，大部分酶已失活，熱燙60s就可以使多酚氧化酶完全失活。在蘋果片加工的過程中，可以考慮使用高溫瞬間熱燙的方法來護色，但同時必須考慮到熱燙對果片風味的不良影響。

圖3 PPO的熱穩定性

2.4 抑制劑對PPO活性的抑制作用

由圖4可知，三種抑制劑對PPO活力的抑制效果依次為L-半胱氨酸、檸檬酸、氯化鈉。L-半胱氨酸的抑制作用最顯著，隨著其濃度的增大，PPO的相對活性一直呈下降的趨勢，當L-半胱氨酸濃度為0.06%時，PPO的相對活性僅為10%，當其濃度繼續增大為0.08%時，PPO的相對活性為0。分析可能的原因是:L-半胱氨酸與酚氧化產物醌反應生成一種新的無色物質，避免醌與其他醌類、氨基酸、蛋白質反應生成有色物質;半胱氨酸還可通過與多酚氧化酶活性位點的銅離子不可逆結合，或者替代活性位點的組氨酸殘基而抑制酶活性［6］。

圖4 不同濃度護色劑對PPO活性抑制效果

檸檬酸護色原因有兩方面:第一，降低體系的pH，使其遠低于蘋果多酚氧化酶的最適pH;第二，通過羧基與多酚氧化酶的輔基銅離子的螯合作用，抑制酶的活性［7］。增加檸檬酸溶液濃度，PPO活性下降，當濃度為1.0%時，相對活性可降為36.1%。但考慮到此濃度會造成蘋果片口感過酸，在加工過程中可使用較低濃度并和其它護色劑聯合使用，以達到護色的效果。

蘋果多酚氧化酶的活性隨著氯化鈉濃度的升高呈下降趨勢，但是相對趨勢與以上兩種抑制劑相比較小。氯化鈉能護色在于它能部分排除溶于水中的氧氣，使酚類底物難以與氧接觸，氯化鈉溶液形成的高滲透壓也可使酶細胞脫水失活。但在實際添加過程中，必須注意氯化鈉濃度不能過高，否則影響產品的口感。

2.5 最佳無硫護色條件的確定

通過分析可得，以上四因素對蘋果片褐變度影響程度大小依次為B＞A＞D＞C，即L-半胱氨酸對蘋果片護色效果影響最大，其次為檸檬酸、浸泡時間、氯化鈉。根據實驗結果及極差分析得出最佳護色組合為A2B3C3D2，即0.6%檸檬酸、0.06%L-半胱氨酸、1.5%氯化鈉，浸泡時間為20min。

表3 蘋果片護色正交實驗

2.6 驗證實驗

根據正交實驗得到的最佳護色組合為A2B3C3D2，進行驗證實驗，測定褐變度為1.31，結果與正交實驗相符，證明正交實驗結果是可信的。采用此復合護色劑處理的蘋果片，在整個加工過程中，包括護色處理及后續干燥脫水期間，無褐變現象，并且酸甜適中，具有蘋果特有的香味。

表4 正交實驗結果表

2.7 蘋果片真空干燥參數的確定

蘋果片護色后進行真空干燥，可使水分在較低的溫度下蒸發，從而減輕普通熱風干燥較高的溫度所帶來的非酶促褐變。同時干燥箱內保持一個較低的氧氣濃度，可進一步削弱脫水過程中酶促褐變和非酶促褐變的發生。從表5可以清楚地看到，在保持0.09MPa這個較高的真空度時，溫度越高，干燥速度越快，40℃條件下，果片干燥到安全水分含量需要8h之久。當溫度高于50℃，雖然干燥速度快，但果片褐變較嚴重，測得60℃干燥的蘋果片吸光度最大;溫度較低時，由于達到3%含水量所需的干燥時間過長(7～8h)，褐變現象反而更嚴重。綜合比較可知，50℃為最佳溫度，蘋果片無褐變、色澤好、脫水速度快，并且有良好的蘋果香味，最終含水量可達3%，適于長期保存。

表5 真空干燥不同溫度對蘋果片綜合指標的影響

3 結論

護色及干燥是蘋果片加工最關鍵的兩個工序，采用無硫護色劑處理，真空干燥脫水不僅可以保證產品的安全性，還可以最大程度地防止果片褐變。蘋果片防褐變的最佳無硫護色劑組合是0.6%檸檬酸、0.06%L-半胱氨酸、1.5%氯化鈉。采用此護色劑組合對蘋果片浸泡20min，在真空度為0.09MPa，50℃下干燥5.5h可得到色澤及風味較好的蘋果片。

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Characteristics of polyphenol oxidase in apple and non-sulfur prevention of discoloration in dried apple slice processing

LIU Shu-xing，WANG Le*
(College of Life Science＆Engineering，Shaanxi University of Science＆Technology，Xi’an 710021，China)

Browning occured very easily during the procession of dried apple slice.In this study，the characteristics of polyphenol oxidase in apple were investigated.By an orthogonal experiment of L9(34)，a kind of mixed soaking solution which was safe and effective for color protection was obtained.The results showed that polyphenol oxidase in apple was actively at pH6.0 and 36℃，and the activity was almost lost in condition of 100℃，60s.After the apple were soaked in the mixed solution which consisted of 0.6%citric acid，0.06%L-cys and 1.5%NaCl，and dried at 50℃，0.09MPa，the color of the dried apple slice was good.

dried apple slice;polyphenol oxidase;non-sulfites color protection;vacuum drying

TS255.1

B

1002-0306(2011)03-0334-03

蘋果是我國產量最大的水果，而陜西省已成為我國最主要的蘋果兩大產區之一［1］。蘋果產量之大已超過了鮮銷的需求，對蘋果進行深加工不僅可以解決鮮銷市場賣果難的問題，還可以實現加工增值［2］。由于新鮮蘋果加工制成的蘋果脆片，適用范圍廣泛，必將會以其獨特的口味吸引消費者的目光，具有廣闊的市場前景。但蘋果在去皮切片后，如果不經處理直接暴露在空氣中，會很快發生褐變，脫水干燥時還會發生美拉德反應，影響產品的商業價值。本研究擬分析蘋果多酚氧化酶特性，采用無硫護色劑對蘋果片護色，使用真空干燥法對其脫水干燥，盡可能減輕非酶促褐變的影響，旨在得到護色效果最好的無硫蘋果片。這一新工藝不同于傳統的硫處理防褐變方法，可避免由于食品中添加過量硫對人體產生的危害以及對環境的污染，同時為蘋果片的生產提供一種新的工藝路線，提高蘋果的綜合應用價值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

2010-03-19 *通訊聯系人

劉樹興(1962-)，男，教授，碩士，研究方向:食品加工與食品添加劑研制。