馬鈴薯加工中護(hù)色劑配方的優(yōu)化

朱新鵬+楊江華+胡恒+高天麗+趙欣

摘要：試驗以抗壞血酸、半胱氨酸、檸檬酸、氯化鈣4種試劑作為馬鈴薯加工的護(hù)色劑，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以褐變度為考察指標(biāo)，通過正交試驗進(jìn)行護(hù)色劑配方優(yōu)化。結(jié)果表明，優(yōu)化的配方組成為：0.3%的抗壞血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的檸檬酸、0.15%的氯化鈣。用此配方進(jìn)行馬鈴薯的護(hù)色可使其褐變度降低至0.173。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；護(hù)色劑；褐變度；正交試驗

中圖分類號：TS255.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）19-4654-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.19.039

Optimizing Color Protecting Agent Formulation in Potato Processing

ZHU Xin-peng1，2，YANG Jiang-hua1，2，HU Heng1，GAO Tian-li1，ZHAO Xin1

（1. Department of Agriculture and Life Sciences，Ankang College，Ankang 725000，Shaanxi，China；

2. Selenium-enriched Food Engineering Laboratory of Shaanxi Province， Ankang 725000，Shaanxi， China）

Abstract： Using browning degree as index， the formula of color protecting agent in potato processing made of ascorbic acid， cysteine， citric acid， calcium chloride were optimized with orthogonal test and single factor experiment. The results showed that the optimized formula was 0.3% ascorbic acid， 1.0% cysteine， 0.2% citric acid and 0.15% calcium chloride， with the browning degree of potato during processing of 0.173.

Key words： potato； color protecting agent； browning degree； orthogonal test

馬鈴薯是重要的糧食和蔬菜兼用作物。在中國，馬鈴薯加工業(yè)發(fā)展很快，正在由粗放加工、數(shù)量擴(kuò)張階段向精深加工、質(zhì)量提升階段轉(zhuǎn)變[1]。近年來發(fā)展很快的馬鈴薯全粉、冷凍薯條等產(chǎn)品，在加工過程中容易發(fā)生褐變現(xiàn)象，影響其外觀和商品價值。褐變分為酶促褐變和非酶促褐變，馬鈴薯加工中要經(jīng)過去皮、破碎等過程，與空氣接觸，極易發(fā)生由酶催化的酶促褐變[2]。

引起酶促褐變反應(yīng)的酶類主要為多酚氧化酶（PPO）和過氧化物酶（POD）[3，4]。在馬鈴薯加工中抗褐變的方法主要是通過控制溫度、pH、降低氧含量和添加護(hù)色劑（褐變抑制劑）來實現(xiàn)。研究表明，亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸鈉、抗壞血酸（異抗壞血酸）、半胱氨酸、檸檬酸、氯化鈣等均具有抑制褐變作用[5-10]。含硫物質(zhì)雖然具有較好的抗褐變作用，但由于其在產(chǎn)品中的殘留和安全性問題，人們?nèi)匀辉趯ふ倚Ч谩⑹秤冒踩愿叩淖o(hù)色劑。半胱氨酸所含的-SH能與醌類形成無色物質(zhì)，并能抑制PPO的活性；抗壞血酸及其衍生物異抗壞血酸作為還原劑，能將醌類物質(zhì)還原為酚類，從而阻止醌類聚合形成有色物質(zhì)；檸檬酸是廣泛使用的食用酸，可有效降低pH和螯合PPO的金屬離子，抑制酶活性；氯離子是PPO的非競爭性抑制劑，使用氯化鈣可減輕褐變。關(guān)于無硫護(hù)色劑的研究較多，但尚未見利用半胱氨酸、抗壞血酸、檸檬酸和氯化鈣組合的護(hù)色劑方面的研究報道，本研究利用這4種物質(zhì)的抗褐變特性，通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化馬鈴薯護(hù)色劑配方，以期為馬鈴薯加工中的護(hù)色提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯：市售。

抗壞血酸、半胱氨酸、檸檬酸、氯化鈣、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉，均為分析純。

1.2 主要儀器和設(shè)備

ALC-210.4型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；BCD-290W型冰箱，青島海爾股份有限公司；V-1100型可見分光光度計，上海美譜達(dá)儀器有限公司；TGL-16G型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；DK-98-11型水浴鍋，天津泰斯特儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試樣處理 馬鈴薯經(jīng)清洗、去皮后切成約5 mm厚的薯片，浸放于配制的護(hù)色劑溶液中10 min，然后取出瀝干，盛放于聚乙烯袋中置于4 ℃冰箱中儲存4 d備用。

1.3.2 褐變度測定[11，12] 取待測馬鈴薯樣品，迅速切碎，稱取2.5 g，加適量預(yù)先冷藏的磷酸緩沖液（PBS，pH 5.8）快速研磨，然后再加25 mL PBS（pH 5.8）離心（3 000 r/min，30 min），將上清液在30 ℃水浴中保溫20 min， 420 nm下測定其吸光度。每樣品重復(fù)測定3次，結(jié)果取平均值，以此作為馬鈴薯的褐變度（BD）。

1.3.3 單因素試驗 分別考察不同濃度的抗壞血酸（0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%）、半胱氨酸（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、檸檬酸（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、氯化鈣（0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%）對馬鈴薯褐變度的影響。

1.3.4 正交試驗 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用L16（45）進(jìn)行正交試驗，優(yōu)化護(hù)色劑配方。正交試驗因素與水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 抗壞血酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖1可以看出，在抗壞血酸濃度范圍內(nèi)，隨著抗壞血酸濃度的增加，馬鈴薯褐變度下降，在0.5%時達(dá)到最低值后又緩慢上升。綜合分析后認(rèn)為抗壞血酸濃度以0.3%～0.9%為宜。

2.1.2 半胱氨酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖2可以看出，半胱氨酸對馬鈴薯褐變有抑制作用，在半胱氨酸濃度范圍內(nèi)，隨著半胱氨酸濃度的增加，馬鈴薯褐變度不斷下降，在0.6%以后下降幅度減緩，曲線逐漸變得平穩(wěn)。綜合分析后認(rèn)為半胱氨酸濃度以0.4%～1.0%為宜。

2.1.3 檸檬酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖3可以看出，在檸檬酸濃度范圍內(nèi)，對馬鈴薯褐變的抑制曲線呈波動變化，在檸檬酸濃度為0.6%時其褐變度最小。檸檬酸作為廣泛使用的食用酸，食用安全性高，但在馬鈴薯加工中用量大，反而可能導(dǎo)致產(chǎn)品食用品質(zhì)下降，所以在馬鈴薯加工中檸檬酸用量不宜過大。綜合分析后認(rèn)為檸檬酸濃度以0.2%～0.8%為宜。

2.1.4 氯化鈣濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖4可以看出，在氯化鈣濃度范圍內(nèi)，隨著氯化鈣濃度增加，馬鈴薯褐變度下降。但氯化鈣用量不宜過大，否則會使產(chǎn)品口感粗糙。綜合分析后認(rèn)為氯化鈣濃度以0.15%～0.30%為宜。

2.2 正交試驗

2.2.1 正交試驗結(jié)果 由表2可知，4種護(hù)色劑對馬鈴薯褐變的影響排序為A>B>C>D，即抗壞血酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響最大，其次為半胱氨酸，檸檬酸和氯化鈣的影響較小。最優(yōu)配方組合是A1B4C1D1，即0.3%的抗壞血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的檸檬酸、0.15%的氯化鈣。

2.2.2 驗證試驗 以正交試驗優(yōu)化的護(hù)色劑配方進(jìn)行3次驗證試驗，結(jié)果馬鈴薯褐變度分別為0.172、0.172和0.174，平均值為0.173，均低于正交試驗最低值0.177，說明配方優(yōu)化結(jié)果可靠。

3 結(jié)論

單因素試驗結(jié)果表明，抗壞血酸、半胱氨酸、檸檬酸、氯化鈣均對馬鈴薯褐變有一定的抑制作用，通過正交試驗對4種護(hù)色劑進(jìn)行配方優(yōu)化，優(yōu)化后的護(hù)色劑配方為：0.3%的抗壞血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的檸檬酸、0.15%的氯化鈣。

經(jīng)驗證試驗證明，優(yōu)化后的配方護(hù)色效果優(yōu)于正交試驗結(jié)果，也優(yōu)于單因素試驗結(jié)果，說明用4種試劑配制的混合護(hù)色劑優(yōu)于單一試劑的褐變抑制效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 歐陽海洪.中國馬鈴薯加工業(yè)發(fā)展與展望[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2013（4）：4-5.

[2] 朱新鵬，胡 恒.馬鈴薯加工中褐變的研究進(jìn)展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2013（2）：60-62.

[3] 孫芝楊，錢建亞.果蔬酶促褐變機(jī)理及酶促褐變抑制研究進(jìn)展[J].中國食物與營養(yǎng)，2007（3）：22-24.

[4] WANG C Y，MELLETHIN W M. Relationship of friction discoloration to phenolic compounds in d'Anjou pears[J].Hort Sci，1973（8）：321-323.

[5] 周向軍，高義霞，汪之波，等.“黑美人”馬鈴薯過氧化物酶的特性研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2010，36（8）：55-63.

[6] 李 敏，劉 磊，郭玉蓉，等.馬鈴薯多酚氧化酶的特性研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，40（2）：189-192.

[7] DUDLEY E D，HOTCHKISSJ H. Cysteine as an inhibitor of polyphenol oxidase[J].Journal of Food Biochemistry，1989，13（1）： 65-75.

[8] 齊海萍，胡文忠，姜愛麗，等.抗褐變劑對鮮切馬鈴薯保鮮技術(shù)的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（13）：7690-7691.

[9] 李 瑜，談 嘯，王慧榮，等.響應(yīng)面優(yōu)化速凍馬鈴薯條的護(hù)色工藝[J].糧食加工，2012， 37（6）：38-40.

[10] 潘永貴.控制鮮切果蔬酶促褐變添加劑類型及應(yīng)用方法[J].保鮮與加工，2007，7（5）：54-56.

[11] 李全宏，趙雅松，蔡同一，等.鮮切馬鈴薯褐變抑制效果研究[J].食品科學(xué)，2005，26（9）：92-95.

[12] 何 萌，王 丹，馬 越，等. 不同清洗劑對鮮切馬鈴薯貯藏過程品質(zhì)變化的影響[J].食品工業(yè)科技，2013，34（15）：328-331.

1.3.4 正交試驗 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用L16（45）進(jìn)行正交試驗，優(yōu)化護(hù)色劑配方。正交試驗因素與水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 抗壞血酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖1可以看出，在抗壞血酸濃度范圍內(nèi)，隨著抗壞血酸濃度的增加，馬鈴薯褐變度下降，在0.5%時達(dá)到最低值后又緩慢上升。綜合分析后認(rèn)為抗壞血酸濃度以0.3%～0.9%為宜。

2.1.2 半胱氨酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖2可以看出，半胱氨酸對馬鈴薯褐變有抑制作用，在半胱氨酸濃度范圍內(nèi)，隨著半胱氨酸濃度的增加，馬鈴薯褐變度不斷下降，在0.6%以后下降幅度減緩，曲線逐漸變得平穩(wěn)。綜合分析后認(rèn)為半胱氨酸濃度以0.4%～1.0%為宜。

2.1.3 檸檬酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖3可以看出，在檸檬酸濃度范圍內(nèi)，對馬鈴薯褐變的抑制曲線呈波動變化，在檸檬酸濃度為0.6%時其褐變度最小。檸檬酸作為廣泛使用的食用酸，食用安全性高，但在馬鈴薯加工中用量大，反而可能導(dǎo)致產(chǎn)品食用品質(zhì)下降，所以在馬鈴薯加工中檸檬酸用量不宜過大。綜合分析后認(rèn)為檸檬酸濃度以0.2%～0.8%為宜。

2.1.4 氯化鈣濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖4可以看出，在氯化鈣濃度范圍內(nèi)，隨著氯化鈣濃度增加，馬鈴薯褐變度下降。但氯化鈣用量不宜過大，否則會使產(chǎn)品口感粗糙。綜合分析后認(rèn)為氯化鈣濃度以0.15%～0.30%為宜。

2.2 正交試驗

2.2.1 正交試驗結(jié)果 由表2可知，4種護(hù)色劑對馬鈴薯褐變的影響排序為A>B>C>D，即抗壞血酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響最大，其次為半胱氨酸，檸檬酸和氯化鈣的影響較小。最優(yōu)配方組合是A1B4C1D1，即0.3%的抗壞血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的檸檬酸、0.15%的氯化鈣。

2.2.2 驗證試驗 以正交試驗優(yōu)化的護(hù)色劑配方進(jìn)行3次驗證試驗，結(jié)果馬鈴薯褐變度分別為0.172、0.172和0.174，平均值為0.173，均低于正交試驗最低值0.177，說明配方優(yōu)化結(jié)果可靠。

3 結(jié)論

單因素試驗結(jié)果表明，抗壞血酸、半胱氨酸、檸檬酸、氯化鈣均對馬鈴薯褐變有一定的抑制作用，通過正交試驗對4種護(hù)色劑進(jìn)行配方優(yōu)化，優(yōu)化后的護(hù)色劑配方為：0.3%的抗壞血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的檸檬酸、0.15%的氯化鈣。

經(jīng)驗證試驗證明，優(yōu)化后的配方護(hù)色效果優(yōu)于正交試驗結(jié)果，也優(yōu)于單因素試驗結(jié)果，說明用4種試劑配制的混合護(hù)色劑優(yōu)于單一試劑的褐變抑制效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 歐陽海洪.中國馬鈴薯加工業(yè)發(fā)展與展望[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2013（4）：4-5.

[2] 朱新鵬，胡 恒.馬鈴薯加工中褐變的研究進(jìn)展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2013（2）：60-62.

[3] 孫芝楊，錢建亞.果蔬酶促褐變機(jī)理及酶促褐變抑制研究進(jìn)展[J].中國食物與營養(yǎng)，2007（3）：22-24.

[4] WANG C Y，MELLETHIN W M. Relationship of friction discoloration to phenolic compounds in d'Anjou pears[J].Hort Sci，1973（8）：321-323.

[5] 周向軍，高義霞，汪之波，等.“黑美人”馬鈴薯過氧化物酶的特性研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2010，36（8）：55-63.

[6] 李 敏，劉 磊，郭玉蓉，等.馬鈴薯多酚氧化酶的特性研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，40（2）：189-192.

[7] DUDLEY E D，HOTCHKISSJ H. Cysteine as an inhibitor of polyphenol oxidase[J].Journal of Food Biochemistry，1989，13（1）： 65-75.

[8] 齊海萍，胡文忠，姜愛麗，等.抗褐變劑對鮮切馬鈴薯保鮮技術(shù)的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（13）：7690-7691.

[9] 李 瑜，談 嘯，王慧榮，等.響應(yīng)面優(yōu)化速凍馬鈴薯條的護(hù)色工藝[J].糧食加工，2012， 37（6）：38-40.

[10] 潘永貴.控制鮮切果蔬酶促褐變添加劑類型及應(yīng)用方法[J].保鮮與加工，2007，7（5）：54-56.

[11] 李全宏，趙雅松，蔡同一，等.鮮切馬鈴薯褐變抑制效果研究[J].食品科學(xué)，2005，26（9）：92-95.

[12] 何 萌，王 丹，馬 越，等. 不同清洗劑對鮮切馬鈴薯貯藏過程品質(zhì)變化的影響[J].食品工業(yè)科技，2013，34（15）：328-331.

1.3.4 正交試驗 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用L16（45）進(jìn)行正交試驗，優(yōu)化護(hù)色劑配方。正交試驗因素與水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 抗壞血酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖1可以看出，在抗壞血酸濃度范圍內(nèi)，隨著抗壞血酸濃度的增加，馬鈴薯褐變度下降，在0.5%時達(dá)到最低值后又緩慢上升。綜合分析后認(rèn)為抗壞血酸濃度以0.3%～0.9%為宜。

2.1.2 半胱氨酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖2可以看出，半胱氨酸對馬鈴薯褐變有抑制作用，在半胱氨酸濃度范圍內(nèi)，隨著半胱氨酸濃度的增加，馬鈴薯褐變度不斷下降，在0.6%以后下降幅度減緩，曲線逐漸變得平穩(wěn)。綜合分析后認(rèn)為半胱氨酸濃度以0.4%～1.0%為宜。

2.1.3 檸檬酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖3可以看出，在檸檬酸濃度范圍內(nèi)，對馬鈴薯褐變的抑制曲線呈波動變化，在檸檬酸濃度為0.6%時其褐變度最小。檸檬酸作為廣泛使用的食用酸，食用安全性高，但在馬鈴薯加工中用量大，反而可能導(dǎo)致產(chǎn)品食用品質(zhì)下降，所以在馬鈴薯加工中檸檬酸用量不宜過大。綜合分析后認(rèn)為檸檬酸濃度以0.2%～0.8%為宜。

2.1.4 氯化鈣濃度對馬鈴薯褐變度的影響 由圖4可以看出，在氯化鈣濃度范圍內(nèi)，隨著氯化鈣濃度增加，馬鈴薯褐變度下降。但氯化鈣用量不宜過大，否則會使產(chǎn)品口感粗糙。綜合分析后認(rèn)為氯化鈣濃度以0.15%～0.30%為宜。

2.2 正交試驗

2.2.1 正交試驗結(jié)果 由表2可知，4種護(hù)色劑對馬鈴薯褐變的影響排序為A>B>C>D，即抗壞血酸濃度對馬鈴薯褐變度的影響最大，其次為半胱氨酸，檸檬酸和氯化鈣的影響較小。最優(yōu)配方組合是A1B4C1D1，即0.3%的抗壞血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的檸檬酸、0.15%的氯化鈣。

2.2.2 驗證試驗 以正交試驗優(yōu)化的護(hù)色劑配方進(jìn)行3次驗證試驗，結(jié)果馬鈴薯褐變度分別為0.172、0.172和0.174，平均值為0.173，均低于正交試驗最低值0.177，說明配方優(yōu)化結(jié)果可靠。

3 結(jié)論

單因素試驗結(jié)果表明，抗壞血酸、半胱氨酸、檸檬酸、氯化鈣均對馬鈴薯褐變有一定的抑制作用，通過正交試驗對4種護(hù)色劑進(jìn)行配方優(yōu)化，優(yōu)化后的護(hù)色劑配方為：0.3%的抗壞血酸、1.0%的半胱氨酸、0.2%的檸檬酸、0.15%的氯化鈣。

經(jīng)驗證試驗證明，優(yōu)化后的配方護(hù)色效果優(yōu)于正交試驗結(jié)果，也優(yōu)于單因素試驗結(jié)果，說明用4種試劑配制的混合護(hù)色劑優(yōu)于單一試劑的褐變抑制效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 歐陽海洪.中國馬鈴薯加工業(yè)發(fā)展與展望[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2013（4）：4-5.

[2] 朱新鵬，胡 恒.馬鈴薯加工中褐變的研究進(jìn)展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2013（2）：60-62.

[3] 孫芝楊，錢建亞.果蔬酶促褐變機(jī)理及酶促褐變抑制研究進(jìn)展[J].中國食物與營養(yǎng)，2007（3）：22-24.

[4] WANG C Y，MELLETHIN W M. Relationship of friction discoloration to phenolic compounds in d'Anjou pears[J].Hort Sci，1973（8）：321-323.

[5] 周向軍，高義霞，汪之波，等.“黑美人”馬鈴薯過氧化物酶的特性研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2010，36（8）：55-63.

[6] 李 敏，劉 磊，郭玉蓉，等.馬鈴薯多酚氧化酶的特性研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，40（2）：189-192.

[7] DUDLEY E D，HOTCHKISSJ H. Cysteine as an inhibitor of polyphenol oxidase[J].Journal of Food Biochemistry，1989，13（1）： 65-75.

[8] 齊海萍，胡文忠，姜愛麗，等.抗褐變劑對鮮切馬鈴薯保鮮技術(shù)的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（13）：7690-7691.

[9] 李 瑜，談 嘯，王慧榮，等.響應(yīng)面優(yōu)化速凍馬鈴薯條的護(hù)色工藝[J].糧食加工，2012， 37（6）：38-40.

[10] 潘永貴.控制鮮切果蔬酶促褐變添加劑類型及應(yīng)用方法[J].保鮮與加工，2007，7（5）：54-56.

[11] 李全宏，趙雅松，蔡同一，等.鮮切馬鈴薯褐變抑制效果研究[J].食品科學(xué)，2005，26（9）：92-95.

[12] 何 萌，王 丹，馬 越，等. 不同清洗劑對鮮切馬鈴薯貯藏過程品質(zhì)變化的影響[J].食品工業(yè)科技，2013，34（15）：328-331.