低鹽腌制白蘿卜非酶褐變動力學

劉 衛，張明美，宋 穎，楊曼倩，蘭 洋，茍珍瓊，董 全*（西南大學食品科學學院，重慶 400715）

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低鹽腌制白蘿卜非酶褐變動力學

劉 衛，張明美，宋 穎，楊曼倩，蘭 洋，茍珍瓊，董 全*
（西南大學食品科學學院，重慶 400715）

摘 要：探討白蘿卜腌制過程中非酶褐變的原因與動力學，以期為白蘿卜的腌制加工提供技術指導。在25、30、35 ℃條件下對白蘿卜進行自然發酵，研究產品中與非酶褐變有關的指標總酚、還原糖、VC、游離氨基酸、5-羥甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural，5-HMF）含量以及褐變度（browning degree，BD）及色差（L*、a*、b*）的變化，并分別用零級、一級動力學模型進行擬合分析。結果表明：白蘿卜腌制期間發生非酶褐變主要是由于美拉德反應及多酚的氧化聚合引起的。在不同溫度（25、30、35 ℃）條件下發酵過程中，白蘿卜的總酚、還原糖、游離氨基酸含量變化符合一級動力學模型；5-HMF含量、BD變化符合零級動力學模型，并且兩者成線性關系（R2＞0.936 0），同時顏色指標L*、b*值是5-HMF的函數，可用一級動力學方程表示（R2＞0.801 2）。發酵溫度對腌制白蘿卜成品品質影響顯著，因此可通過控制發酵溫度來提高產品的感官及營養品質。

關鍵詞：白蘿卜；非酶褐變；動力學；低鹽腌制

引文格式：

劉衛， 張明美， 宋穎， 等.低鹽腌制白蘿卜非酶褐變動力學［J］.食品科學， 2016， 37（13）: 65-70.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201613012. http://www.spkx.net.cn

LIU Wei， ZHANG Mingmei， SONG Ying， et al.Kinetics of non-enzymatic browning in low-salt pickled radish［J］.Food Science，2016， 37（13）: 65-70.（in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201613012. http://www.spkx.net.cn

白蘿卜（Raphanus sativus L.）又名蘆菔、菜菔，是一種常見的根莖類蔬菜，屬十字花科蘿卜屬的一年或二年生草本雙子葉植物，在我國有很久遠的種植歷史。腌制白蘿卜是在一定濃度的食鹽溶液中，借助天然附著在其表面的微生物或者人工接種的乳酸菌等，利用白蘿卜及腌制液中的可發酵糖類等物質進行乳酸發酵產酸，同時利用食鹽溶液的高滲透壓抑制體系中其他有害微生物的生長，并伴隨有酒精發酵等一系列生化反應而形成的有特殊風味的發酵制品。腌制白蘿卜不僅具有爽脆的口感，而且富含VC和微量元素鋅，有助于提高機體的免疫機能，同時其含有的芥子油還能夠促進胃腸蠕動、幫助消化、增加食欲，因此深受消費者喜愛［1］。但是在白蘿卜腌制過程中，常由于發生化學及生理生化反應而使產品發生褐變，降低了食品的營養品質和商品價值。非酶褐變是白蘿卜腌制過程中變色的主要原因，其反應機制一般包括美拉德反應、抗壞血酸氧化分解、多酚類物質氧化縮合及焦糖化反應。焦糖化反應發生的溫度條件約為150～200 ℃，本研究所選取的溫度較低（低于40 ℃），發生焦糖化反應的概率很小，因此主要研究前3 種非酶褐變反應。近年來，關于果蔬制品的非酶褐變動力學研究在國內外報道較多［2-5］，然而未見關于白蘿卜腌制過程中褐變動力學的分析報道。本實驗在25、30、35 ℃這3 種溫度條件下對腌制白蘿卜的非酶褐變相關指標變化進行研究，探討白蘿卜腌制期間發生褐變的主要原因，并應用相關動力學模型分析白蘿卜腌制過程中的非酶褐變，以指導白蘿卜的加工生產，改善產品的感官品質和提高產品營養價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白蘿卜購于重慶市北碚區天生農貿市場；食鹽、白砂糖購于重慶市北碚區天生麗街永輝超市。

Folin-酚試劑、沒食子酸、氯化鈣、亮氨酸、無水碳酸鈉、3，5-二硝基水楊酸、2，6-二氯酚靛酚、草酸、水合茚三酮、抗壞血酸、乙酸、乙酸鈉、5-羥甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural，5-HMF）、巴比妥酸、亞鐵氰化鉀、硫酸鉀均為分析純，購于成都市科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設備

UltraScan PRO測色儀 美國HunterLab公司；KQ3200DB數控超聲波振蕩器 昆山市超聲儀器有限公司；RE-52AA旋轉蒸發儀 上海壘固儀器有限公司；5810臺式高速離心機 德國Eppendorf公司；722S可見分光光度計 上海精科儀器有限公司；HHS-24電熱恒溫水浴鍋 上海齊欣科學儀器有限公司；FSH-Ⅱ高速電動勻漿器 江蘇金壇市環宇科學儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 白蘿卜的腌制

挑選新鮮、無蟲害、無霉爛、無機械損傷的蘿卜經過清洗后，切分為規格為4 cm×4 cm×1 cm的片段，加入質量分數10%的食鹽水腌漬24 h，瀝干后裝壇，加入含有（以下均為質量分數）4%食鹽、2%白砂糖、0.5%氯化鈣的腌制液（料水比為1∶1（m/V））中，分別放在25、30、35 ℃條件下進行自然發酵，每隔3 d定期測定白蘿卜的各項指標。

1.3.2 總酚含量的測定

標準曲線的繪制：準確稱取沒食子酸標準品0.050 g，用超純水配制成0.1 mg/mL的沒食子酸標準溶液，準確移取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 mL沒食子酸標準溶液于10 mL棕色容量瓶中，分別用超純水補充至2.0 mL，加入1.0 mL Folin-酚試劑、4.0 mL質量分數26.7%的Na2CO3飽和溶液，充分搖勻后用蒸餾水定容至10 mL，避光靜置2 h后，于760 nm波長處測定吸光度。以沒食子酸質量濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制沒食子酸標準曲線［6］。

樣品中總酚含量的測定：準確移取樣品提取液2 mL，按照制作標準曲線的方法測定樣品中的總酚含量，結果以每100 g白蘿卜中沒食子酸的毫克數表示（mg/100 g）。

1.3.3 還原糖含量的測定

參考徐娟娣等［7］的方法，采用3，5-二硝基水楊酸法測定還原糖含量。

1.3.4 抗壞血酸含量的測定

參照GB/T 5009.159—2003《食品中還原型抗壞血酸的測定》［8］，采用2，6-二氯酚靛酚法測定抗壞血酸含量。

1.3.5 游離氨基酸含量的測定

參考曹建康等［9］的方法，采用茚三酮顯色法測定游離氨基酸含量。

1.3.6 5-HMF含量的測定

參考阮衛紅等［10］的方法，略有改進：稱取20 g樣品搗碎勻漿，放入100 mL容量瓶中，加水50 mL，用移液管分別加入2 mL亞鐵氰化鉀溶液和2 mL硫酸鋅溶液，用蒸餾水定容到刻度，搖勻后靜置10 min，過濾并收集濾液。準確移取2 mL待測液，加入5 mL對甲基苯胺、1 mL巴比妥酸，混勻后迅速倒入比色皿中，在550 nm波長處測定吸光度。分別配制0、2、4、6、8 μg/mL的羥甲基糠醛標準溶液，按照相同的方法制作標準曲線。按照下式計算5-HMF含量。

式中：m0為樣品的質量/g；m1為從標準曲線上查得的5-HMF的含量/μg；V1為測試溶液總體積/mL；V2為測定時所取樣品的體積/mL。

1.3.7 褐變度 （browning degree，BD）的測定

稱取6 g樣品，加入40 mL 95%乙醇溶液，打磨成漿，將混合物分裝在離心管中，8 500 r/min離心10 min，取上清液，用紫外-可見分光光度計在420 nm波長處測定吸光度，以95%乙醇溶液做空白樣，結果以10×A420 nm表示［11-12］。

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1.3.8 色差的測定

將白蘿卜切成3 cm×3 cm×1 cm的小塊，用測色儀進行顏色測定，每個樣品平行測定12 次。顏色參數分別為L*（亮度）、a*（紅度）、b*（黃度）。

1.4 數據處理

以上各指標除色差外其他均重復測定3 次，所有數據采用SPSS 19.0進行統計分析；各實驗數據表示為±s。采用統計軟件Origin 8.0、Excel 2010進行相關圖表繪制、相關指標動力學分析及回歸分析。

2 結果與分析

2.1 白蘿卜腌制過程中總酚含量變化

酚類化合物的化學性質非常活潑，極易氧化成苯醌，苯醌具有強烈的親電子性，易與親核基團反應，從而加速其他分子氧化及其自身快速聚合［13］。如圖1所示，隨著腌制時間的延長，樣品中總酚含量呈減少趨勢，且溫度越高，總酚含量減少速率越快。腌制初期，體系中各種化合物含量比較充分，加上初期壇內存在的少量氧氣，使總酚含量下降較快。第6天以后，總酚含量下降速率減慢，可能是由于壇內酸度增加，促使酚類形成的多聚化合物分解，使酚類含量增加。腌制末期，總酚含量降到較低水平，下降速率緩慢。多數多酚氧化酶的最適pH值范圍在6～7之間，pH值在3以下時，多酚氧化酶幾乎完全失活［14］。白蘿卜腌制過程中壇內pH值隨腌制時間的延長逐漸降低，抑制了多酚氧化酶的活性，且原料在腌制前經過高濃度鹽漬處理，由于高濃度電解質存在，酶也可能失活，由此分析體系中酶促褐變反應十分微弱。總酚含量減少很可能是由于在測定過程中不斷取樣，使壇內存在少量氧氣而導致酚類發生氧化及自身快速聚合，生成各種有色物質［15］，導致產品褐變。

2.2 白蘿卜腌制過程中還原糖含量變化

美拉德反應是一種在食品加工中廣泛存在的非酶褐變反應，是還原糖與氨基酸、蛋白質之間的復雜反應。腌制過程中還原糖含量的變化與兩方面因素有關：一方面，還原糖與游離氨基酸發生的美拉德反應以及微生物的消耗利用使其含量減少；另一方面，在酸性條件下腌制白蘿卜中低聚糖水解使還原糖含量增加［16］。由圖2可知，腌制白蘿卜中還原糖含量隨腌制時間的延長而減少，35 ℃發酵條件下還原糖含量損失最多。25、30、35 ℃發酵條件下腌制0～3 d時，還原糖含量由3.23%分別下降至1.87%、1.45%、1.29%，這可能是由于腌制初期發生美拉德反應使還原糖含量下降，且初期微生物種類及數量較多，消耗糖類速率較快。腌制第6天以后，還原糖含量下降緩慢，35 ℃發酵第9天時還原糖含量又有所增加，分析可能是由于低聚糖的分解所致。總體來看，還原糖含量呈下降趨勢，說明美拉德反應可能是造成腌制白蘿卜褐變的重要因素。

如圖3所示，新鮮白蘿卜中V C含量高達12.54 mg/100 g，VC在加工過程中極易被破壞。在腌制的0～3 d內，白蘿卜中的VC含量急劇下降，一方面是由于白蘿卜在預處理時由于切分及高濃度鹽腌漬處理使其中的VC受到破壞，另一方面可能是VC的有氧降解速率高于無氧降解速率［17］，即腌制初期VC的損失率高于腌制后期。腌制3 d后，25、30、35 ℃發酵條件下VC含量變化不大，均在0.7 mg/100 g左右，腌制18 d后其VC損失量分別為90.78%、92.54%、93.56%，說明腌制過程會嚴重破壞VC，降低其含量。VC含量在腌制初期即下降到較低水平，而此時白蘿卜未發生明顯褐變，因此分析抗壞血酸氧化褐變不是白蘿卜腌制過程中發生褐變的主要原因。

2.4 白蘿卜腌制過程中游離氨基酸含量變化

氨基酸是非酶褐變的反應物，同時也是非酶褐變反應的催化劑。由圖4可知，25、30、35 ℃發酵溫度下白蘿卜中游離氨基酸含量均有所下降。與鮮樣相比，腌制18 d 后3 種發酵條件下樣品中游離氨基酸含量從30 mg/100 g分別下降至5.61、4.96、4.08 mg/100 g，其中35 ℃發酵時腌制白蘿卜游離氨基酸損失最多，高達86.4%。以上結果表明，美拉德反應是白蘿卜發生褐變的重要原因，且褐變反應速率隨溫度升高而增大。

2.5 白蘿卜腌制過程中5-HMF含量及褐變度變化

美拉德反應是十分復雜的羰氨反應，5-HMF是反應的重要中間產物，它既是體系色素沉積的潛在條件，也是非酶褐變的重要指示因子［18］。如圖5所示，腌制白蘿卜中的5-HMF含量隨腌制時間的延長而增加，25、30、35 ℃發酵條件下腌制18 d時，5-HMF含量分別增加了34.97、43.01、50.90 μg/g，表明白蘿卜腌制期間發生了美拉德反應，且較高的溫度能夠加快腌制白蘿卜中5-HMF的形成，加速褐變反應。Ajandouz等［19］研究發現，5-HMF的形成途徑主要發生在較低pH值條件下，本研究中隨著腌制時間的延長，pH值逐漸降低，這主要是由于乳酸菌厭氧發酵產生乳酸使體系pH值下降，其次，美拉德反應中糖與羰氨反應的中間產物分解為糖醛酸等酸性物質，美拉德反應引起氨基酸中堿性基團消失等也使其酸性增加［20］，酸性增加促進了腌制過程中5-HMF的形成，這與本研究中腌制白蘿卜中的5-HMF含量變化趨勢是一致的。由于5-HMF是美拉德反應的中間產物，因此存在一個積累的過程，即前期增加速率較慢，后期增加速率較快，這與王衛東等［21］的研究結果一致。

非酶褐變反應產生的色素在420 nm波長處有非常強的吸光度，吸光度越大，褐變反應越嚴重。如圖5所示，腌制白蘿卜的褐變度隨腌制時間的延長而增加，且溫度越高，褐變程度越大。褐變在后期反應速率相對較快，這可能與Carabasa等［22］報道的非酶褐變反應初期存在誘導期有關，其時間長短與溫度高低、氨基酸種類、葡萄糖濃度有關。

2.6 白蘿卜腌制過程中顏色變化

顏色是腌制白蘿卜的重要品質指標，它直接影響消費者對產品的接受程度。白蘿卜在腌制過程中的顏色變化見圖6。L*值表示亮度與白度的綜合值，該值越大表明白蘿卜越白越亮。由圖6A可知，腌制期間白蘿卜的亮度L*呈下降趨勢，腌制18 d后25、30、35 ℃發酵條件下L*值分別下降了26.62%、40.78%、43.73%，說明腌制過程中白蘿卜逐漸褐變。a*正值代表紅度，負值代表綠度，由圖6B可知，新鮮蘿卜a*值為－0.685，經過腌制后，3 種發酵溫度下產品a*值分別上升為1.789、2.530、2.830，說明隨著腌制時間延長，白蘿卜逐漸由綠變紅。b*正值代表黃度，負值代表藍度，由圖6C可知，b*值隨著腌制時間的延長而增加，腌制溫度越高，b*值增加幅度越大，說明高溫腌制會加速白蘿卜黃變，這可能與高溫發酵過程中加速了美拉德反應及酚類氧化聚合反應有關。腌制過程中，樣品的紅度值、黃度值均呈上升趨勢，表明白蘿卜在腌制期間隨腌制時間的延長顏色變暗，并逐漸變紅變黃。35 ℃時色差變化最為明顯，表明較高溫度條件下白蘿卜的顏色褐變加劇，這一結論與BD的變化趨勢是一致的。

白蘿卜腌制過程中的顏色變化與非酶褐變過程中產生的5-HMF有很大關系，對腌制過程中白蘿卜的褐變度BD、L*、b*值與5-HMF含量分別進行線性回歸擬合和指數回歸擬合，其反應方程及決定系數R2如表1所示。25、30、35 ℃發酵過程中，BD與5-HMF含量的變化存在線性關系，BD隨5-HMF含量的增加而增大，相應的線性回歸方程決定系數分別為0.936 0、0.934 9、0.976 3。腌制白蘿卜顏色參數除a*值存在負值，無法擬合一級方程外，L*、b*值與5-HMF含量的函數關系均可用一級動力學方程表示，除25 ℃條件下b*值與5-HMF含量回歸方程的決定系數為0.801 2外，其余決定系數均在0.9以上，說明顏色參數亮度L*、黃度b*值與5-HMF含量有很好的相關性，腌制過程中可以通過抑制5-HMF的形成來防止產品褐變。

表 1 白蘿卜腌制過程中5-HMF含量與BD、L*、b*值的相關性Table 1 Correlations between5-HMF andBD，L*orb*forpickledwhite radish during fermentation變量 溫度/℃ 回歸方程 R25-HMF（x）-BD（y）25 y=0.013 8x－0.085 7 0.936 0 30 y=0.013 4x－0.054 7 0.934 9 35 y=0.012 7x－0.078 2 0.976 3 5-HMF（x）-L*（y）25 y=76.715e－0.006 7x0.921 4 30 y=76.915e－0.011 1x0.961 4 35 y=77.030 4e－0.010 9x0.991 8 5-HMF（x）-b*（y）25 y=3.237e0.025 8x0.801 2 30 y=2.960e0.029 1x0.903 1 35 y=2.993e0.025 1x0.904 7

2.7 白蘿卜腌制過程中非酶褐變動力學分析

食品的品質變化可以用零級［23-24］或一級動力學模型分析［25-26］，圖1～4中的總酚、還原糖、VC、游離氨基酸含量變化趨勢用這兩種模型進行擬合分析，其反應常數如表2所示。用零級反應模型分析所得決定系數R2在0.403 7～0.890 2之間，用一級反應模型分析所得的決定系數R2在0.567 4～0.979 1之間，表明一級動力學模型的擬合程度優于零級動力學模型，除VC含量變化由于驟降，其擬合方程決定系數較低外，總酚、還原糖、游離氨基酸含量決定系數均較高，用一級動力學模型能更好地解釋白蘿卜腌制過程中總酚、還原糖、VC、游離氨基酸含量的動態變化。同樣對5-HMF含量與BD的變化趨勢進行擬合分析，用零級反應模型擬合分析所得決定系數R2在0.929 8～0.989 7之間，用一級反應模型擬合分析所得決定系數R2在0.606 2～0.971 2之間，相同條件下，零級動力學模型的擬合程度優于一級動力學模型，表明零級動力學模型可以更好地解釋白蘿卜腌制過程中5-HMF含量與BD的動態變化。

表 2 白蘿卜腌制過程中各指標變化的速率常數和決定系數Table 2 Reaction rate constantsandcorrelationcoefficients ofdifferent indices for pickled white radish during fermentation指標 溫度/℃ 零級動力學模型 一級動力學模型速率常數k 決定系數R2速率常數k 決定系數R2總酚含量25 0.773 5 0.890 2 0.089 9 0.977 2 30 0.807 8 0.871 8 0.107 6 0.979 1 35 0.899 8 0.789 9 0.119 0 0.970 2還原糖含量25 0.110 5 0.786 2 0.066 5 0.962 8 30 0.115 2 0.682 7 0.078 0 0.869 6 35 0.129 7 0.592 5 0.079 5 0.766 6 VC含量25 0.431 7 0.416 0 0.115 6 0.570 8 30 0.437 3 0.410 8 0.127 7 0.574 5 35 0.438 4 0.407 3 0.131 9 0.567 4游離氨基酸含量25 1.165 7 0.846 5 0.082 0 0.958 3 30 1.183 0 0.781 6 0.087 5 0.943 3 35 1.191 5 0.778 6 0.098 3 0.946 0 5-HMF含量25 2.080 9 0.978 8 0.081 6 0.971 2 30 2.411 4 0.989 7 0.084 2 0.930 4 35 2.832 7 0.934 1 0.086 9 0.814 2 BD 25 0.029 5 0.968 3 0.167 8 0.766 4 30 0.032 4 0.931 7 0.168 0 0.638 2 35 0.036 0 0.929 8 0.169 2 0.606 2

3 結 論

白蘿卜在25、30、35 ℃條件下發酵過程中，總酚、還原糖、VC、游離氨基酸含量及亮度L*值均顯著下降（P＜0.05），5-HMF含量、BD、紅度a*及黃度b*值均顯著增加（P＜0.05）。隨著發酵溫度的升高，各項指標變化速率加快，結果表明白蘿卜腌制期間發生褐變主要是由于發生美拉德反應及多酚的氧化聚合反應所致。白蘿卜腌制過程中總酚、還原糖、VC、游離氨基酸含量變化可以用一級動力學模型進行擬合，且除了VC含量擬合度相對較低外，各指標擬合決定系數均較高，用一級動力學模型能更好地解釋白蘿卜腌制過程中非酶褐變反應的動態變化。白蘿卜腌制過程中5-HMF含量與BD變化存在線性函數關系，同時顏色指標亮度L*、黃度b*值與5-HMF含量也具有很好的相關性，可以用一級動力學方程表示，表明一定程度上可通過抑制5-HMF的形成來控制白蘿卜腌制過程中的顏色變化，提高產品品質。白蘿卜在腌制和貯藏過程中的品質變化普遍存在，本實驗只研究了腌制過程中的品質變化，并未對貯藏過程中的腌制白蘿卜成品品質進行研究。盡管腌制白蘿卜的加工技術已經成熟，但加工與貯藏過程中的褐變以及對其品質的影響仍需進一步研究，以此更好地指導腌制白蘿卜的生產。

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DOI:10.7506/spkx1002-6630-201613012

中圖分類號：TS255.5

文獻標志碼：A

文章編號：1002-6630（2016）13-0065-06

收稿日期：2015-08-01

基金項目：重慶市“121”科技支撐示范工程項目（cstc2012jcfc-jfzh0033）

作者簡介：劉衛（1989—），女，碩士研究生，研究方向為現代食品加工理論與技術。E-mail：13320249700@163.com

*通信作者：董全（1962—），男，教授，博士，研究方向為現代食品加工理論與技術。E-mail：dongquan@swu.edu.cn

Kinetics of Non-Enzymatic Browning in Low-Salt Pickled Radish

LIU Wei， ZHANG Mingmei， SONG Ying， YANG Manqian， LAN Yang， GOU Zhenqiong， DONG Quan*
（College of Food Science， Southwest University， Chongqing 400715， China）

Abstract:The paper discusses the causes and kinetics of non-enzymatic browning during pickling of radish， which is expected to be helpful for the processing of radish.The radish was fermented spontaneously at different temperatures （25，30 and 35 ℃） in this study.Changes in qualities related to non-enzymatic browning include total polyphenols， reducing sugar， vitamin C， free amino acid， 5-hydroxymethylfurfural （5-HMF）， browning degree （BD） and color parameters （L*， a* and b*） were studied and fitted with zero order and first order models， respectively.The browning of pickled radish was non-enzymatic browning， which was mainly due to Maillard reaction and oxidative polymerization.The first order model could better explain the kinetic changes of total polyphenols， reducing sugar， and free amino acids in radish during pickling.The changes of 5-HMF and BD accorded with zero order model， and a good correlation between 5-HMF and BD was observed （R2> 0.936 0）.Color parameters （L*， and b*） could be expressed by a first-order kinetic equation （R2> 0.801 2）.The fermentation temperature had a significant effect on the quality of pickled radish products， and the quality of pickled radish can be improved by controlling fermentation temperature.

Key words:radish； non-enzymatic browning； kinetics； low-salt pickled