復合護色劑對鮮榨慈姑汁的防褐變

戢得蓉，段麗麗，楊芳，趙歡，鐘艷

四川旅游學院食品學院（成都 610100）

慈姑（Sagittaria trifolia）為澤瀉科慈姑屬宿根性水生草本，其地下球莖可供食用，為藥食同源的植物，具有較高的營養價值，富含碳水化合物、多糖、蛋白質、脂肪、鐵、鋅、硒、維生素E、酚類物質及膳食纖維等[1-2]。其味苦、甘，具有行血通淋、潤肺止咳的功效[3]，已有研究證明慈姑具有抗氧化[4]、調節免疫[5]、降糖[6]等生物活性。目前國內對慈姑食品的加工和研究極少。中國作為農業大國，擁有豐富的果蔬資源[7]，果蔬汁飲料的起點低，發展迅速[8]，在未來具有很大發展空間。

酶促褐變是促進新鮮慈姑汁發生顏色變化的主要原因。酶促褐變需要同時具備酶、酚類物質和氧氣[9]等3個條件，慈姑中含有一些酚類物質[10]，氧化還原酶在有氧的條件下將這些酚類物質催化形成醌類物質，再進一步聚合生成黑色素[11]。總色差ΔE*和褐變抑制率數值的變化可以反應出慈姑汁的褐變程度，總色差ΔE*數值越大說明慈姑汁中的有色的大分子物質越多，褐變程度越大，而褐變抑制率與褐變程度呈反比關系。不同種類的護色劑護色的原理不同，抗壞血酸鈉，通過氧化還原作用將鄰二醌還原變成鄰二酸，從而抑制多酚物質發生氧化[12]。EDTA-2Na可從多酚氧化酶位點鰲合銅離子降低多酚氧化酶的活性[13]，從而抑制褐變。VC可將醌還原成酚類化合物，抑制醌類的生成，還可被多酚氧化酶直接氧化，可與多酚氧化酶的輔基銅離子發生螯合作用，從而抑制酶促褐變的發生[13]。檸檬酸的加入會降低溶液的pH，使氧在溶液中的溶解度降低，同時檸檬酸中的羰基能與多酚氧化酶中的銅離子發生螯合作用[14]，在一定程度上抑制多酚氧化酶的活性，降低酶促褐變的發生，從而起到護色作用。

采用化學方法抑制慈姑汁的褐變，探究抗壞血酸鈉、檸檬酸、EDTA-2Na和VC等護色劑對慈姑汁色澤的影響，以褐變抑制率和總色差ΔE*作為指標來比較不同護色劑種類和添加量抑制褐變的效果，確保慈姑汁在加工貯藏過程中能較好地保持原有色澤。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

新鮮慈姑（產地為云南玉溪）；抗壞血酸鈉、EDTA-2Na、VC、檸檬酸（均為食品級）。

FA 1104 N型電子天平（常州市衡正電子儀器有限公司）；JYZ-E 98型榨汁機（九陽股份有限公司）；DC-P 3型全自動測色色差儀（北京市興光測色儀器公司）；H 2050 R型離心機（長沙湘儀離心機儀器有限公司）；UV 8100紫外分光光度計（北京萊伯泰科儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 慈菇汁的制備

選用無病蟲害，無腐爛，無機械損傷，成熟度一致的新鮮慈姑，用清水洗凈、削皮后，切成2～3 mm厚的薄片。用護色劑對慈姑進行護色，榨汁，將慈姑汁適當稀釋后灌裝入洗凈并滅菌的250 mL玻璃瓶中，每瓶裝液量200 mL。將灌裝好的慈姑汁于121 ℃下殺菌5 min[15]，冷卻。將冷卻后的半成品在4 ℃下貯藏48 h[16]，取上清液在7 000 r/min的條件下離心20 min后再取上清液待用。測定該上清液色澤（L*、A*、B*）及吸光度，并計算慈姑汁的總色差ΔE*和褐變抑制率。

1.2.2 單因素試驗方法

慈姑汁滅菌冷卻稀釋后取20 mL進行檢測，以總色差ΔE*和褐變抑制率的變化為衡量指標，通過單因素試驗篩選出抗壞血酸鈉（A）、EDTA-2Na（B）、VC（C）及檸檬酸（D）四種護色劑的單獨護色時的最佳濃度，各護色劑具體濃度梯度為：抗壞血酸鈉（A）0.10%，0.20%，0.30%，0.40%和0.50%；EDTA-2Na（B）0.05%，0.10%，0.15%，0.20%和0.25%；VC（C）0.10%，0.30%，0.50%，0.70%和0.90%；檸檬酸（D）0.10%，0.30%，0.50%，0.70%和0.90%，其中%表示各組分與水的質量百分比。

1.2.3 響應面試驗方法

在正交試驗的基礎上，選擇抗壞血酸鈉（A）、EDTA-2Na（B）、VC（C）和檸檬酸（D）濃度作為響應面試驗的影響因子，通過Box-Behnken設計出四因素三水平的中心組合，因素水平表如表1所示，以慈姑汁褐變抑制率和總色差ΔE*為響應值，試驗結果采用Design Expert 8.0軟件進行分析，從而確定慈姑汁最佳護色配方。

表1 響應面試驗因素水平表

1.3 測試方法

色差采用全自動測色色差儀測定，后計算總色差ΔE*，褐變抑制率采用紫外分光光度計測定慈姑汁的吸光度A，并按式（1）進行計算。

式中：A0為空白試驗鮮榨慈姑汁褐變度；Am為經護色劑處理的鮮榨慈姑汁褐變度。

1.4 數據處理

試驗數據由Design Expert 8.0.6、Excel 2010及SPASS 22.0軟件處理完成。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

4種護色劑對護色后慈姑汁的色差及褐變抑制率結果如圖1～圖4所示。在考察范圍內，抗壞血酸鈉的整體護色效果先增大后減小，濃度0.40%時，慈姑汁的總色差ΔE*最小，褐變抑制率達到最大，護色效果最佳；EDTA-2Na的整體護色效果先增大后減小，濃度0.10%時，總色差ΔE*最小，褐變抑制率達到最大，護色效果最佳；VC的整體護色效果先增大后減小，濃度0.50%時，慈姑汁總色差ΔE*的數值最小，其褐變抑制率最大，護色效果最好；檸檬酸的整體護色效果也呈先增大后減小趨勢，濃度0.5%時，慈姑汁總色差ΔE*數值最小，褐變抑制率最大，護色效果最好。

圖1 不同濃度抗壞血酸鈉對慈姑汁色澤的影響

圖2 不同濃度EDTA-2Na對慈姑汁色澤的影響

圖3 不同濃度的VC對慈姑汁色澤的影響

圖4 不同濃度的檸檬酸對慈姑汁色澤的影響

2.2 響應面試驗結果與分析

2.2.1 響應面試驗設計與結果

在單因素試驗基礎上，以慈姑汁褐變抑制率和總色差ΔE*為響應值，采用Design Expert 8.0.6軟件進行分析，從而確定慈姑汁最佳護色配方。根據Box-Behnken試驗設計的慈姑汁護色條件的四因素三水平的中心組合及結果見表2。

表2 響應面試驗設計與結果

2.2.2 模型的建立及與分析

利用Design Expert 8.0.6試驗設計軟件對表2的試驗數據進行二元多次回歸擬合，得到的回歸模型方程為：

總色差ΔE*=49.69-0.21A-0.13B+0.11C-0.60D-1.04AB+0.27AC-0.17AD+0.18BC+0.15BD-0.66CD-0.43A2-0.55B2+0.029C2-0.34D2

褐變抑制率=68.64-2.95A+4.53B+10.65C+6.67D-6.36AB-6.84C-3.38AD+3.92BC+3.000E-003BD-0.94CD+5.81A2-2.56B2+1.94C2+3.5D2

由表3的方差分析可知，總色差ΔE*的p＜0.000 1，表現為極顯著，失擬項p=0.725 7表現為不顯著，表明該回歸模型具有統計意義，并且相關系數R2=0.992 5，調整相關系數R2adj=0.985 0，均說明該回歸模型的擬合度很好，可用于慈姑汁色澤的預測。由表4方差分析可知，褐變抑制率的p＜0.000 1，表現為極顯著，失擬項p=0.192 4表現為不顯著，表明該回歸模型具有統計意義，并且相關系數R2=0.987 2，調整相關系數R2adj=0.984 3，均說明該回歸模型擬合度很好，可用于慈姑汁褐變度的預測。

表3 總色差ΔE*方差分析

表4 褐變抑制率方差分析

2.2.3 響應面交互作用分析

由圖5可知，等高線全部為橢圓形，說明EDTA-2Na和抗壞血酸鈉2種護色劑在慈姑汁護色方面具有協同作用，從色差值這幅圖可以看出，EDTA-2Na和抗壞血酸鈉的曲面陡峭程度基本一致，但從褐變抑制率圖可以發現，EDTA-2Na的曲面相對于抗壞血酸鈉的更陡峭，等高線相對等密集，說明EDTA-2Na對慈姑汁的色差值和褐變抑制率的影響程度比抗壞血酸鈉大。

圖5 抗壞血酸鈉與EDTA-2Na的交互作用對色差值及褐變抑制率的影響

由圖6可知，等高線全部為橢圓形，說明抗壞血酸鈉和VC這2種護色劑在慈姑汁護色方面具有協同作用，且在VC的曲面相對于抗壞血酸鈉來說都比較陡峭，等高線也均比抗壞血酸鈉的要略密集，說明VC對慈姑汁的色差值和褐變抑制率的的影響程度比抗壞血酸鈉大。

圖6 抗壞血酸鈉與VC的交互作用對色差值及褐變抑制率的影響

由圖7可知，等高線全部為橢圓形，說明檸檬酸和抗壞血酸鈉這2種護色劑在慈姑汁護色方面具有協同作用，檸檬酸的曲面相對于抗壞血酸鈉來說都比較陡峭，其中色差值較褐變抑制率更為明顯，且檸檬酸的等高線也均比抗壞血酸鈉的略密集，說明檸檬酸對慈姑汁的色差值和褐變抑制率的影響程度比抗壞血酸鈉大。

圖7 抗壞血酸鈉與檸檬酸的交互作用對色差值及褐變抑制率的影響

由圖8可知，等高線全部為橢圓形，說明EDTA-2Na和VC這2種護色劑在慈姑汁護色方面具有協同作用，VC的曲面相對于EDTA-2Na來說都略陡峭，且VC的等高線相對于EDTA-2Na均略密集，說明VC對慈姑汁的色差值和褐變抑制率的的影響程度比EDTA-2Na大。

圖8 EDTA-2Na與VC的交互作用對色差值及褐變抑制率的影響

由圖9可知，等高線全部為橢圓形，說明EDTA-2Na和VC這2種護色劑在慈姑汁護色方面具有協同作用，EDTA-2Na的曲面相對于檸檬酸來說都較陡峭，其中色差值較褐變抑制率更為明顯，從等高線來看，色差值圖中檸檬酸相對于EDTA-2Na略密集，而褐變抑制率與之恰好相反，說明EDTA-2Na對慈姑汁的色差值和褐變抑制率的影響程度比檸檬酸大。

圖9 EDTA-2Na與檸檬酸的交互作用對色差值及褐變抑制率的影響

由圖10可知，等高線全為橢圓形，說明檸檬酸和VC這2種護色劑在慈姑汁護色方面具有協同作用，從褐變抑制率圖中可以看出，檸檬酸和VC的曲面陡峭程度和等高線的密集程度基本一致，但從色差值圖中可以發現，檸檬酸的曲面相對于VC的來說略陡峭，等高線也相對密集，說明檸檬酸對慈姑汁的色差值和褐變抑制率的影響程度比VC大。

圖10 VC與檸檬酸的交互作用對色差值及褐變抑制率的影響

2.2.4 慈姑汁最佳護色工藝的確定及驗證試驗

根據各個影響因子的等高線和響應曲面證明擬合面總色差ΔE*最小值和褐變抑制率最大值的存在，并且每個影響因子均有各自最佳值，利用Design Expert 8.0試驗設計軟件分析可以確定鮮榨慈姑汁護色的最佳方案為：抗壞血酸鈉添加量0.48%、EDTA-2Na添加量0.15%、VC添加量0.60%、檸檬酸添加量0.60%，并且在最佳方案下，鮮榨慈姑汁的預測總色差ΔE*為46.60 NBS，褐變抑制率為97.60%，為保證該響應面試驗的可行性，在最佳方案下進行驗證試驗，經過3次平行試驗可以發現，鮮榨慈姑汁的總色差ΔE*的平均值為46.529 NBS，與理論預測值相差0.15%，褐變抑制率的平均值為96.446%，與理論預測值相差1.18%，驗證響應面試驗的可行性，說明響應面法可以準確預測褐變抑制率和色差值，可用于鮮榨慈姑汁護色最佳方案的回歸分析和優化。

3 結論

試驗采用化學抑制褐變的方法，在單因素的基礎上確定4種護色劑的較優護色濃度，以4種護色劑為影響因子，以褐變抑制率和總色差ΔE*為響應值，設計4因素3水平的響應面試驗對慈姑汁護色配方建立回歸模型，得到最佳護色配方為：抗壞血酸鈉添加量0.48%、EDTA-2Na添加量0.15%、VC添加量0.60%、檸檬酸添加量0.60%，較好地改善鮮榨慈菇汁的品質，為慈姑汁的深加工提供基礎。