香蕉皮熱燙防褐變工藝條件的研究

葛 鴿，徐姍姍，李江雪，楊一涵，王建中

(北京林業大學生物科學與技術學院，北京林業大學林業食品加工與安全北京市重點實驗室，北京100083)

香蕉(Musa nana Lour)屬芭蕉科(Musaceae)芭蕉屬(Musa)，香甜可口營養豐富，是廣受歡迎的熱帶水果。香蕉屬肉質漿果，果皮較厚，約占果實重量的30%［1］，但長期以來人們只生食果肉，每年伴隨香蕉加工有數百噸香蕉皮被遺棄，造成了嚴重經濟損失和資源浪費［2］。既往研究發現，香蕉皮中富含膳食纖維、酚類、油脂類、鞣質、有機酸，蛋白質和糖類，還含有多種維生素、無機鹽和礦質元素等，其營養價值比香蕉果肉還高，具有一定的應用價值［3-6］。但香蕉皮相比香蕉果肉在加工過程中更易發生褐變，其組織中的多酚氧化酶與酚類物質接觸，會催化多酚類物質氧化成鄰醌，進一步氧化聚合成黑色素［7-8］，此類反應影響了產品的外觀品質，降低了產品的經濟價值，使香蕉皮加工開發止步不前。本文以香蕉皮漿液褐變度和PPO活性作為判定指標，研究香蕉皮加工中的熱燙條件，最后找出防止香蕉皮褐變的最優條件組合，為香蕉皮的綜合利用提供理論與技術依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

海南香蕉、香牙蕉果皮 北京市售;無水乙醇、檸檬酸、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、鄰苯二酚 均為分析純，北京化工廠。

蘇泊爾SG280C1家用小型榨汁機 浙江蘇泊爾有限公司;D-37520高速冷凍離心機 Osterode Kendro Laboratory;T6新世紀紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司;IC-KH2001電磁爐 江蘇松橋電器有限公司;ME204E電子分析天平 上海皖衡電子儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1．2．1 原料處理 選擇表皮金黃，無機械損傷，成熟度不小于8成的海南香蕉。用水洗凈表面雜質，將香蕉皮剝下，用不銹鋼刀切成2cm×2cm大小均勻的塊狀，立即放入熱水中進行熱燙處理，快速冷卻后均勻打漿。

1．2．2 褐變度測定 取打漿后的香蕉皮漿液，加入三分之一體積的無水乙醇，在轉速9000r/min，溫度2～4℃條件下冷凍離心30min，取離心后的上層清液，測定其在 420nm 波長處吸光度［7，9-11］。

1．2．3 粗酶液提取 取適當香蕉皮漿過濾液，加入二分之一體積的1%PVP的0．05mol/L磷酸緩沖液，在轉速9000r/min，溫度2～4℃條件下離心30min，離心后上清液為粗酶液［12-13］。

1．2．4 酶活測定 用移液管取1mL粗酶液，加入3mL 0．16mol/mL鄰苯二酚溶液，室溫下靜置2min，在420nm波長下連續測定6min內吸光度變化，每隔30s記錄數據。定義1mL酶液在1min內OD420nm值變化0．01為一個酶活力單位(U)。

1.3 單因素實驗條件設置

根據樊志勇等［9］的研究及前期實驗結果，設定下列單因素實驗條件。

1．3．1 熱燙溫度對褐變的影響 采用 40、50、60、70、80、90、100℃七個水平，在固液比 1∶4，檸檬酸添加量為0．3%的條件下熱燙處理5min。

1．3．2 熱燙時間對褐變的影響 采用 2、3、4、5、6、7、8min七個水平，在溫度為100℃，固液比1∶4，檸檬酸添加量為0．3%的條件下熱燙處理。

1．3．3 熱燙固液比對褐變的影響 采用 1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8 七個水平，在溫度為 100℃，檸檬酸添加量為0．3%的條件下熱燙處理5min。

1．3．4 檸檬酸添加量對褐變的影響 采用 0．1%、0．2% 、0．3% 、0．4% 、0．5% 、0．6% 、0．7% 七個水平，在溫度為100℃，固液比1∶4的條件下熱燙處理5min。

1.4 正交實驗設計

在單因素實驗的基礎上，發現溫度為100℃時，香蕉皮漿褐變度最低，操作易于控制，護色效果最佳，故不再將熱燙溫度作為正交實驗的考慮因素。選取熱燙時間、熱燙固液比、檸檬酸添加量組成復合熱燙條件，每個因素設置三個水平，以香蕉皮漿褐變度及PPO酶活為考察指標，采用L9(34)正交實驗。各因素水平的選取如表1所示。

表1 正交實驗因素水平設計表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel(Office2010)軟件整理數據，正交設計助手Ⅱ V3．1軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 熱燙溫度對香蕉皮熱燙效果的影響

從圖1可知，隨著熱燙溫度的上升，香蕉皮中PPO酶活性不斷下降。溫度在50℃以上，香蕉皮中的PPO開始鈍化，活性降低，可能是由于較高溫度下，本質為蛋白質的PPO發生了變性和不可逆的失活。溫度對多酚氧化酶的影響是雙重的，一方面溫度升高能加快酶催化反應速度進程，另一方面促使酶蛋白變性，它是兩種對抗效應的綜合反應［14］。溫度在60～70℃內，PPO活性繼續下降;當溫度達到100℃時，PPO 幾乎不再變化(p＜0．05)。

圖1 熱燙溫度對香蕉皮熱燙效果的影響Fig．1 The effect of blanching temperature on the banana peel heat treatment

香蕉皮漿液的褐變度隨著熱燙溫度的升高而不斷降低。熱燙溫度在40～60℃內時，褐變度下降很快，是由于較高溫度下PPO活性部位發生變性，引起酶促褐變的能力受抑制;熱燙溫度大于70℃時，香蕉皮漿的褐變度再次下降。因為香蕉皮中含有黃色素、原花色素等［15-16］，其中黃色素最大吸收波長為440nm，可能對檢測結果造成一定影響，使褐變度不趨于0;在100℃左右，褐變度幾乎不再變化(p ＞0．05)。

綜上所述，熱燙溫度為100℃時，在實際操作中易于控制，香蕉皮漿褐變度較低，香蕉皮顏色呈接近新鮮狀態的金黃色，護色效果最佳，故選擇100℃。

2.2 熱燙時間對香蕉皮熱燙效果的影響

由圖2可知，香蕉皮中PPO酶活性隨著熱燙時間的增加而降低，后趨于平緩，但總體來說，熱燙時間對PPO酶活性的影響較小。熱燙時間在2～5min時，香蕉皮中PPO酶活性下降較快，說明該階段內熱燙處理對PPO酶活的影響較顯著(p＜0．05);5～6min時，香蕉皮中PPO酶活性下降速度較上一階段變慢;在6～8min內，酶活的下降趨勢逐漸呈現平緩狀態，香蕉皮中PPO酶活不再隨著熱燙時間的增加而有明顯改變(p ＞0．05)。

圖2 熱燙時間對香蕉皮熱燙效果的影響Fig．2 The effect of blanching time on the banana peel heat treatment

延長熱燙時間可以降低香蕉皮漿的褐變程度。熱燙時間在2～4min內，香蕉皮漿的褐變度下降較快;在4～5min內，褐變度有一個陡降變化;5～6min內，褐變度幾乎沒有變化;7min后，隨著熱燙時間的增加，褐變度也不再有明顯下降，說明此時已經達到了香蕉皮防褐變的目的(p＞0．05)。

綜上所述，熱燙時間對香蕉皮的色澤影響顯著，熱燙時間為5min時，就可以對PPO酶活性起很好的抑制效果，香蕉皮漿褐變度較低，護色效果較佳。

2.3 熱燙固液比對香蕉皮熱燙效果的影響

從圖3可知，隨著熱燙固液比的增加香蕉皮中PPO活性不斷下降，即增大熱燙處理的固液比對鈍化香蕉皮中的PPO有顯著效果(p＜0．05)。固液比在1∶3～1∶4內，香蕉皮中PPO的活性下降趨勢明顯，隨固液比增加抑制酶活效果增強;固液比在1∶4～1∶7之間，PPO的活性幾乎不再變化;固液比在1∶8時，PPO的酶活力已經很低，繼續增大固液比對活性降低的作用不大(p＞0．05)。

圖3 熱燙固液比對香蕉皮熱燙效果的影響Fig．3 The effect of solid-to-liquid ratio on the banana peel heat treatment

隨著熱燙固液比的增加香蕉皮漿的褐變度不斷下降。固液比在1∶2～1∶5內，香蕉皮漿褐變度下降很快，說明在此階段內增大固液比對降低香蕉皮漿褐變度有很大作用;固液比在1∶5～1∶7內，香蕉皮漿的褐變度幾乎無變化;固液比為1∶8時，褐變度反而略有上升。

綜上所述，適當增大固液比能有效降低香蕉皮的褐變度，綜合熱燙處理效果和工藝成本考慮，選擇固液比為1∶5，護色效果最好。

2.4 檸檬酸添加量對香蕉皮熱燙效果的影響

從圖4可知，隨著熱燙檸檬酸量的增加，香蕉皮中PPO的活性下降。熱燙加酸量在0．1%～0．4%內時，隨酸量不斷增加PPO的活性持續降低，呈現明顯的線性關系，在加酸量為0．4%時，有最低的PPO酶活;加酸量大于0．4%后，香蕉皮中PPO的活性幾乎無變化，此后繼續增加酸量對降低PPO活性無明顯作用(p ＞0．05)。

隨檸檬酸添加量的增加，香蕉皮漿的褐變度持續下降。熱燙加酸量在0．1%～0．4%時，香蕉皮漿的褐變度下降明顯，說明增大酸量對降低香蕉皮的褐變程度十分有效;加酸量大于0．4%以后，香蕉皮漿的褐變度幾乎持平，繼續增大檸檬酸的量褐變度也不再明顯降低(p ＞0．05)。

綜上所述，從香蕉皮漿液的褐變度和熱燙處理后香蕉皮的色澤考慮，選擇添加0．5%檸檬酸的熱燙條件，可以獲得較好的護色效果。

圖4 檸檬酸添加量對香蕉皮熱燙效果的影響Fig．4 The effect of citric acid content on the banana peel heat treatment

2.5 正交實驗分析

從表2、表3和表4可以看出，檸檬酸添加量和熱燙固液比在熱燙過程中對PPO酶活和褐變度有顯著影響(p＜0．05)，而熱燙時間在熱燙過程中對PPO酶活和褐變度無明顯的影響。三個因素對香蕉皮熱燙過程中PPO酶活的影響從大到小為:熱燙固液比(C)＞檸檬酸添加量(A)＞熱燙時間(B)，三個因素對香蕉皮熱燙過程中漿液褐變度的影響大小為:熱燙固液比(C)＞檸檬酸添加量(A)＞熱燙時間(B)。

由表2，通過比較檸檬酸添加量(A)和熱燙固液比(C)的 K1、K2、K3，可確定最佳水平分別為 A3和C3，因為熱燙時間(B)對實驗結果影響較小，從節約時間和成本的方面考慮，故選擇B1。綜上所述，熱燙處理的最優條件為:A3B1C3，即檸檬酸添加量為0．6%，熱燙時間為5min，熱燙固液比為1∶6。經過實驗驗證，此條件下香蕉皮漿液褐變度僅為0．117，香蕉皮中PPO酶活為16U。

表2 正交實驗結果分析Table 2 Results of orthogonal experiment

表3 褐變度方差分析Table 3 Analysis results of variance of the browning degree

表4 PPO酶活性方差分析Table 4 Analysis results of variance of the polyphenoloxidase

3 結論

綜合實驗結果，香蕉皮熱燙防褐變的優化工藝條件為:熱燙溫度為100℃、熱燙時間為5min、熱燙固液比為1∶6、檸檬酸添加量為0．6%。在此條件下對香蕉皮進行熱燙防褐變處理，測得香蕉皮漿液褐變度僅為0．117，香蕉皮中PPO酶活為16U。

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