山藥褐變速率的快速檢測方法研究

杜海心，孟 欣，王慶國，張 聳

（山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安 271018）

山藥是營養價值很高的藥食同源食品，具有較高的經濟價值[1]。山藥的適應能力較強，可以在多種地形地帶生長[2]，在我國栽培歷史悠久[3]，且為一季生產全年供應的蔬菜，資源豐富。隨著山藥加工行業的發展，市場上已出現多種山藥加工產品，如山藥薄片、山藥罐頭、山藥醬、山藥酸奶、山藥面條、山藥面包等[4-6]。然而，在山藥加工時，切割導致的機械損傷容易引起褐變，導致其原有的色澤消失，在影響外觀的同時也造成了營養流失，使經濟價值大幅降低[7]。

酶促褐變是果蔬褐變的主要原因之一。由于多酚類化合物大量存在于植物體內[8]，在加工過程中，果蔬受到機械損傷或處于不良環境中時，體內的多酚類物質在多酚氧化酶的催化作用下氧化而呈褐色。山藥鮮切后的褐變主要是酚類物質在多酚氧化酶的作用下氧化而呈現褐色[9]，山藥褐變指數與其總酚含量密切相關[10]。山藥的多酚氧化酶位于正常細胞的質體中，當山藥受到損傷后，多酚氧化酶被釋放出來，在有氧環境中，催化酚類物質形成鄰醌，然后鄰醌相互作用生成高分子聚合物或與氨基酸/蛋白質生成高分子絡合物，導致褐色素的生成[11-12]，從而導致食用品質及經濟價值降低。近年來，山藥防褐變常采用化學[13]、超高壓[14]、涂膜保鮮[15]、熱風干燥等技術[16]，但只能延長其貯存期，無法對山藥的褐變速率進行預檢。因此，山藥加工企業在購買山藥以及選擇加工方式前，無法獲知該種山藥的褐變速率，從而無法選擇合適的山藥原料品種以及加工方式進行山藥食品的生產，造成經濟損失。近年來，我國農產品貿易連續增長，農產品品質預測快速檢測技術越來越重要[17-19]。但到目前為止，尚未報道檢測山藥褐變速率的方法。由于山藥的多酚氧化酶對鄰苯二酚有著極強的親和力，因此本研究以新鮮山藥為材料，通過篩選鄰苯二酚溶液濃度、山藥用量及反應時間，使山藥材料在短時間內褐變，并以此建立山藥褐變速率的快速檢測方法。根據鮮切山藥實際褐變天數與快速褐變反應后的對應關系，設計制作褐變標準比色卡，以期為企業定向選擇山藥原料品種及加工方式提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本實驗使用的鐵棍山藥（產自山東省泰安市）、小白嘴山藥（產自河北省安平縣）、焦作溫縣壚土鐵棍山藥（產自河南省焦作市溫縣）、內蒙古巴彥淖爾糯米山藥（產自內蒙古巴彥淖爾市）、內蒙古巴彥淖爾鐵棍山藥（產自內蒙古巴彥淖爾市）、麻山藥（產自河北省蠡縣）、蠡縣淮山（產自河北省蠡縣）、廣西金田淮山藥（產自廣西壯族自治區桂平市）、山東鄒平長山細毛山藥（產自山東省鄒平縣長山鎮），均新鮮無損傷、粗細均勻、肉質潔白、表皮無霉，購于山東省泰安市泰山區迎勝菜市場。

8 號聚乙烯自封袋（17 cm×24 cm×0.06 mm），浙江名科塑業股份有限公司。鄰苯二酚、次氯酸鈉，分析純，山東西亞化學科技有限公司。

1.2 儀器與設備

BSM-220 g 萬分之一分析天平，上海卓精科技有限公司；TU-1810 紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；TGL-16GB 高速臺式離心機，上海安亭科學儀器廠。

1.3 方法

取一定量的新鮮山藥研磨后與5 mL 一定濃度的鄰苯二酚溶液混勻，并設置空白對照組，重復3 次。一經褐變，立即在4 ℃條件下離心（10 000 r/min、10 min），之后用分光光度計在420 nm 波長處測定吸光度[20-21]。拍照記錄每個品種反應液所對應的顏色，制作山藥褐變的標準比色卡，建立山藥褐變的快速檢測方法。

1.4 山藥快速褐變條件篩選

固定新鮮山藥用量為0.02 g 不變，按1.3 中的方法分別與5 mL 0.005、0.01、0.02 mol/L 的鄰苯二酚溶液混勻，反應10 min 后測定吸光度，優化鄰苯二酚的濃度。

固定鄰苯二酚溶液的濃度為0.02 mol/L 不變，按1.3中的方法分別與0.02、0.04、0.06、0.08 g 新鮮山藥混勻，反應10 min 后測定吸光度，優化山藥用量。

選取上述內蒙古巴彥淖爾鐵棍山藥、小白嘴山藥、內蒙古巴彥淖爾糯米山藥、焦作溫縣壚土鐵棍山藥，洗凈去皮，分別取0.02 g 新鮮山藥，與5 mL、0.02 mol/L 的鄰苯二酚溶液混勻，設置反應時間為5、6、7、8 min，按1.3 中的方法檢測吸光度，優化反應時間。

1.5 鮮切山藥褐變情況的測定

每個品種選取大小一致、形狀均勻、無病蟲害、無機械傷的山藥10 個，用水清洗表面，擦干后在2.5 mL/L 次氯酸鈉溶液中消毒5 min。而后將山藥去皮，切成3～5 mm厚的山藥片，置于0.625 mL/L 的次氯酸鈉溶液消毒15 s，取出，瀝干，裝入8 號聚乙烯自封袋中折疊袋口，每個品種分裝5 袋，每袋約12 片，放入4 ℃冷庫中貯藏。切后1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12 d 分別在早、中、晚各觀察一次褐變情況，記錄不同品種的實際褐變天數。

1.6 山藥標準比色卡的制作

選取1.1 中所述品種山藥，洗凈去皮。每種分別稱取0.02 g，研磨后與5 mL、0.02 mol/L 的鄰苯二酚溶液混勻，重復3 次。反應8 min 后（控制外界環境條件完全相同），拍照，記錄每個品種反應8 min 后所對應的顏色。按照方法1.5 中的操作步驟，對上述多種山藥進行鮮切處理，并進行貯藏期間的褐變觀察。根據0.02 g 新鮮山藥與5 mL、0.02 mol/L 的鄰苯二酚溶液反應8 min 后的顏色與鮮切山藥實際褐變速率的對應關系，制作出預測山藥實際褐變速率的比色卡。

1.7 山藥快速褐變檢測方法的驗證

在泰安本地多家超市及菜市場，隨機購買8 種山藥按照已建立的山藥褐變的快速檢測方法進行褐變速率檢測，重復3 次，預估每一個品種山藥鮮切后的褐變時間。并按照1.5 中的方法將上述山藥進行鮮切處理，獲得其實際褐變時間。將實際褐變時間與預估褐變時間進行對比，判斷該檢測方法的準確性。

1.8 數據處理

所有數據采用SPSS 23.0 軟件進行差異顯著性分析。所有實驗數據均重復3 次，數據以平均值表示。

2 結果與分析

2.1 山藥快速褐變條件篩選

2.1.1 鄰苯二酚溶液濃度的篩選

由圖1 可知，0.02 g 新鮮山藥與0.02 mol/L 的鄰苯二酚溶液反應效果較好，反應液呈現黃色；與0.01 mol/L 的鄰苯二酚溶液反應效果較差，反應液呈現淺黃色，即反應速率較慢；而與0.005 mol/L 的鄰苯二酚溶液反應，反應液呈現淺綠色，即褐變反應還并未完全開始。因此，選用0.02 mol/L 的鄰苯二酚溶液。

圖1 鄰苯二酚溶液濃度的篩選Fig.1 Screening of the catechol solution concentration

2.1.2 山藥用量的篩選

圖2 可知，各組反應液都呈現黃色，且有明顯差異，但由于0.04、0.06、0.08 g 山藥的反應液顏色較深，證明反應速度較快，因此，山藥用量選擇0.02 g。

圖2 山藥用量的篩選Fig.2 Screening of yam dosage

2.1.3 山藥快速褐變時間的篩選

從圖3（見下頁）可以看出，0.02 g 新鮮山藥與5 mL、0.02 mol/L 的鄰苯二酚反應，當反應時間為8 min 時四個山藥品種表現出明顯的顏色不同，且該顏色差異能夠較簡單地通過肉眼而不借助儀器進行區分。因此褐變速率檢測時間設置為8 min。

圖3 山藥快速褐變反應時間的篩選Fig.3 Screening of reaction time for rapid browning of yam

2.2 褐變標準比色卡的制作

根據1.6 制作出預測山藥實際褐變速率的比色卡，具體見圖4（見下頁）。

圖4 山藥褐變比色卡Fig.4 Colorimetric card of yam browning

2.3 山藥快速褐變檢測方法的驗證

根據1.7 中所述方法，根據觀察結果，預測得出1 號山藥的實際褐變時間為4 d 左右，2 號和5 號山藥的實際褐變時間為5 d 左右，3 號、4 號、6 號山藥的實際褐變時間為10 d 以上，7 號山藥的實際褐變時間為1～2 d，8 號山藥的實際褐變時間為3 d 左右（圖5）。

圖5 山藥褐變的快速檢測Fig.5 Rapid detection of yam browning

而后，對上述山藥進行鮮切處理，置于4 ℃冷庫中貯藏，并進行貯藏期間的褐變觀察。觀察結果表明（圖6），1號山藥鮮切后的實際褐變天數為3～4 d，2 號山藥鮮切后的實際褐變天數為4～5 d，5 號山藥鮮切后的實際褐變天數為5 d，3 號山藥鮮切后的實際褐變天數為10 d，4號山藥鮮切后的實際褐變天數為11 d，6 號山藥鮮切后的實際褐變天數為10 d，7 號山藥鮮切后的實際褐變天數為1～2 d，8 號山藥鮮切后的實際褐變天數為3 d。該結果與比色卡預估的實際褐變天數基本一致，表明該山藥快速褐變檢測方法具有很高的可行性，且重復性好（圖5、6）。

圖6 鮮切山藥的實際褐變天數Fig.6 Actual browning days of fresh cut yam

3 結論

試驗建立了山藥褐變速率快速檢測方法，新鮮山藥0.02 g，研磨后放入5 mL、0.02 mol/L 鄰苯二酚溶液中，混勻，反應8 min 后觀察其顏色，并與設計的山藥褐變標準比色卡對照，能夠較好地預估該山藥鮮切后真實的褐變天數。本方法能夠在較短時間內快速檢測、預估山藥的實際褐變速率，彌補了農產品檢測行業的這一空缺，不僅有利于企業對山藥原料的定向選擇，也有利于山藥加工方式的改進。除山藥外，其他果蔬加工過程中也同樣易發生褐變，下一步將繼續探索該項快速檢測技術在其它易褐變果蔬中的應用。