氯化鈉處理對(duì)鮮切馬鈴薯褐變的影響研究

王 寧，張艷艷，張春燕，王艾麗，閆陸飛

（榆林市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西榆林 719000）

馬鈴薯也稱土豆、洋芋等，在我國(guó)的種植面積和總產(chǎn)量均居世界第一，有“營(yíng)養(yǎng)之王”的美譽(yù)，蛋白質(zhì)、膳食纖維含量高，含有人體所需全部的必需氨基酸，礦物質(zhì)及維生素含量豐富。鮮切果蔬屬于輕度加工果蔬，因其新鮮度高、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)高，可以滿足人們快節(jié)奏的生活需求，近年來(lái)鮮切果蔬消費(fèi)數(shù)量及發(fā)展規(guī)模不斷擴(kuò)大。然而，鮮切果蔬在加工過(guò)程中會(huì)受到機(jī)械損傷，因此相比完整果蔬更容易發(fā)生品質(zhì)劣變，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失、衰老加速、微生物污染等一系列變化，降低食用價(jià)值、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和商品價(jià)值。近年來(lái)，鮮切馬鈴薯有較大的市場(chǎng)需求，但馬鈴薯在鮮切過(guò)程中易發(fā)生褐變，影響商品的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，降低產(chǎn)品的視覺質(zhì)量[1]。多數(shù)研究表明果蔬酶促褐變的發(fā)生是由于多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）的存在。Zhao 等[2]研究表明PPO 在有氧條件下參與酚類化合物代謝，并催化酚類化合物氧化為奎寧，從而導(dǎo)致褐變色素的形成，這與采后果蔬的酶促褐變密切相關(guān)。

NaCl 是一種食品添加劑，具有安全、價(jià)低、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)。目前，有研究者發(fā)現(xiàn)NaCl 溶液對(duì)鮮切蘋果、鮮切粉葛等氧化褐變有積極的作用，能顯著降低PPO 活性，緩解了細(xì)胞的衰老，顯著降低鮮切粉葛[3]、鮮切蘋果[4-5]、鮮切梨片[6]的褐變程度。賈茹羽[7]研究表明，0.05 mol/L NaCl 結(jié)合PP 包裝材料處理可以較好地維持生姜膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而抑制生姜褐變。張玉等[8]研究表明一定濃度的鹽溶液可以有效緩解雙孢蘑菇褐變，且與其它保鮮劑相比，鹽溶液處理有較高的安全性。王紅穎[9]研究表明NaCl溶液處理可以顯著延緩馬鈴薯塊莖的褐變。上述研究均表明NaCl 溶液對(duì)果蔬的酶促褐變有顯著的抑制作用，從而達(dá)到較好的保鮮效果，因此本研究利用NaCl 溶液處理鮮切馬鈴薯，以期為鮮切馬鈴薯找到一種更加安全、有效的保鮮方法，促進(jìn)鮮切馬鈴薯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯品種為‘夏波蒂’，榆林市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院；鄰苯二酚、氯化鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉，榆林市天豐昌醫(yī)教科技有限公司，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TU-1900 紫外分光光度計(jì)，山西盛安泰科技有限公司；高速冷凍離心機(jī)，西安華辰樂(lè)天實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公公司；電子天平，瑞士梅特勒-托利多；冰箱，海爾集團(tuán)；純水機(jī)，上海富詩(shī)特儀器設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 馬鈴薯鮮切工藝

馬鈴薯先用自來(lái)水進(jìn)行清洗，再用500 μL/L NaClO溶液浸泡消毒5 min。用消毒后的鋒利刀具縱向分割馬鈴薯，切成3 mm 厚的馬鈴薯片。將馬鈴薯片用200 μL/L NaClO 溶液消毒5 min。

1.3.2 NaCl 溶液處理

消毒后的馬鈴薯切片浸泡在不同濃度NaCl 溶液中，燒杯外層采取冰浴處理，處理后的馬鈴薯片用紗布輕輕拭干，每袋裝入3 片大小、厚度均勻的原料，每組做3 個(gè)平行，放入4 ℃冰箱冷藏待測(cè)。

1.3.3 PPO 的測(cè)定

參照范凱[10]的方法。

1.4 單因素試驗(yàn)

精密稱取馬鈴薯1.000 0 g，固定處理時(shí)間10 min，處理溫度20 ℃，NaCl 溶液濃度0.2 mol/L，以PPO 活性為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。NaCl 溶液處理濃度設(shè)為0.05、0.10、0.20、0.30 mol/L，NaCl 溶液處理時(shí)間設(shè)為5、10、20、30 min，處理溫度設(shè)為0、10、15、20 ℃，以未經(jīng)NaCl 溶液處理為對(duì)照（CK）。

1.5 響應(yīng)面試驗(yàn)

參考單因素試驗(yàn)的結(jié)果，以NaCl 溶液濃度、處理時(shí)間、處理溫度為自變量，馬鈴薯PPO 活性為響應(yīng)值，根據(jù)中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)[11]。如表1 所示。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)Table 1 Factors and levels of response surface experiment

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016 作圖，采用Design Expert 13 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，IBMSPSS Statistics 26 進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 NaCl 處理濃度對(duì)鮮切馬鈴薯片PPO 活性的影響

PPO 是一種末端氧化酶，其活性的高低顯著影響馬鈴薯的褐變[12-13]。如圖1 所示，隨著NaCl 濃度的增加，PPO 活性呈先下降后上升的趨勢(shì)，且不同NaCl 濃度處理對(duì)鮮切馬鈴薯片PPO 活性有顯著影響。當(dāng)NaCl 濃度為0.2 mol/L 時(shí)，PPO 活性最小，為145.04 U/g，與未處理組相比，降低了27.87%（P＜0.05）。這可能是由于0.2 mol/L濃度的NaCl 溶液環(huán)境使細(xì)胞膜系統(tǒng)能夠維持相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域化分布，降低了酚與酶的接觸率，降低了酶促褐變反應(yīng)的可能性，從而起到抑制褐變的作用。有研究得出，NaCl 溶液會(huì)激發(fā)植物的抗性[14]，從而減少細(xì)胞膜通透性的變化。因此，NaCl 溶液濃度選擇0.2 mol/L。

圖1 NaCl 處理濃度對(duì)鮮切馬鈴薯片PPO 活性的影響Fig.1 Effect of NaCl treatment concentration on PPO activity of fresh-cut potato chips

2.1.2 NaCl 處理時(shí)間對(duì)鮮切馬鈴薯片PPO 活性的影響

如圖2 所示，不同NaCl 處理時(shí)間對(duì)鮮切馬鈴薯片活性有顯著的影響。當(dāng)處理時(shí)間為20 min 時(shí)，PPO 活性最小，為142.01 U/g；與未處理組相比酶活性顯著降低了30.05%。這可能是由于20 min 的NaCl 處理時(shí)間能夠充分積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，維持細(xì)胞膜的完整性，從而降低了褐變反應(yīng)的發(fā)生率。這與宋康華等[3]的研究結(jié)果一致。因此，NaCl 處理時(shí)間選擇20 min。

圖2 NaCl 處理時(shí)間對(duì)鮮切馬鈴薯片PPO 活性的影響Fig.2 Effect of NaCl treatment time on PPO activity of fresh-cut potato chips

2.1.3 NaCl 處理溫度對(duì)鮮切馬鈴薯片PPO 活性的影響

如圖3 所示，隨著溫度的升高，PPO 活性先下降后上升。在10 ℃時(shí)，PPO 的分子動(dòng)能較低，所以催化反應(yīng)的速度也較慢，從而使PPO 活性保持穩(wěn)定的狀態(tài)。溫度升高到10～20 ℃時(shí)，PPO 活性不斷升高，這可能是由于隨著溫度的升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)不斷加劇，導(dǎo)致PPO 分子空間結(jié)構(gòu)改變，從而使其活性中心三維結(jié)構(gòu)破壞，使PPO活性不斷升高[15]。因此，NaCl 處理溫度選擇10 ℃。

圖3 NaCl 處理溫度對(duì)鮮切馬鈴薯片PPO 活性的影響Fig.3 Effect of NaCl treatment temperature on PPO activity of fresh-cut potato chips

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)Design-Expert 13 軟件的分析，得到響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，如表2 所示。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 2 Design and results of response surface experiment

對(duì)表2 數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到A、B、C 三個(gè)變量與響應(yīng)值PPO 活性的回歸模型Y=335.48-1 091.91A-2.51B-11.00C-6.13AB+6.62AC+0.12BC+2486.95A2+0.07B2+0.35C2。

回歸模型進(jìn)行方差分析的結(jié)果見表3。由表可知，回歸模型的P＜0.001，具有高度的顯著性，能較好地模擬出真實(shí)曲面。失擬項(xiàng)P=0.278 8，大于0.05，差異不顯著，說(shuō)明模擬性較好。R2=0.996 3、調(diào)整后的R2Adj=0.991 5，二者差異小于0.2，說(shuō)明該模型擬合度較好。變異系數(shù)1.32%＜10%，精密度為40.46＞4，表明該模型對(duì)馬鈴薯PPO 活性的預(yù)測(cè)具有較高的參考價(jià)值。在此模型中A、AB、BC、AC、A2、B2、C2項(xiàng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響極顯著（P＜0.01），B、C 項(xiàng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響顯著（P＜0.05）。由F值可知，對(duì)馬鈴薯PPO 活性影響程度大小的因素依次是A＞B＞C，即NaCl 處理濃度＞NaCl 處理時(shí)間＞NaCl 處理溫度。

表3 回歸方程系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)Table 3 Coefficient of regression equation and significance test

交互作用的強(qiáng)弱趨向可以被響應(yīng)面坡度陡峭程度和等高線橢圓形狀反映，交互作用強(qiáng)弱水平可以從投影面的等高線形狀中觀察，曲面傾斜度越大，則該因素對(duì)響應(yīng)值的影響越顯著[8]。由圖4 可知，三維曲面圖坡度較大且等高線圖都呈橢圓形。所以，各因素之間的相互作用對(duì)馬鈴薯PPO 活性有顯著影響，此結(jié)果與表3 的方差分析結(jié)果一致。

圖4 因素間交互作用對(duì)PPO 活性的影響Fig.4 The effect of interaction between factors on PPO activity

根據(jù)回歸模型得出最佳處理?xiàng)l件為NaCl 處理濃度0.28 mol/L，處理時(shí)間19.63 min，處理溫度10.23 ℃。在此條件下，馬鈴薯PPO 活性為128.89 U/g。根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整最佳處理?xiàng)l件為NaCl 處理濃度0.28 mol/L，處理時(shí)間20 min，處理溫度10 ℃。在此條件下進(jìn)行試驗(yàn)，得到PPO 活性為125.41 U/g，與理論值相近，說(shuō)明建立的此模型與實(shí)際情況基本吻合，進(jìn)一步說(shuō)明該方法是可靠的。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)，考察了NaCl 濃度、處理時(shí)間、處理溫度為馬鈴薯PPO 活性的影響，得出最佳處理?xiàng)l件：NaCl 濃度0.28 mol/L、處理時(shí)間20 min、處理溫度10 ℃。在此條件下，鮮切馬鈴薯的PPO 活性為125.41 U/g，與理論值（128.89 U/g）相近，說(shuō)明該模型準(zhǔn)確度較高。研究結(jié)果表明NaCl 溶液處理可以顯著抑制鮮切馬鈴薯的酶促褐變，因此該研究可為馬鈴薯實(shí)際生產(chǎn)提供一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。