1、最终稿切片马铃薯护色方法研究 1 南 阳 理 工 学 院本科生毕业论文 学院(系): 生物与化学工程学院专 业: 食品科学与工程 学 生: 指导教师 : 完成日期 2014 年 5 月南阳理工学院本科生毕业论文切片马铃薯护色方法研究Prevention of Discoloration of Potato Slice总计:毕业论文 24 页表 格: 20 个插 图: 20 幅南阳理工学院本科毕业论文切片马铃薯护色方法研究Prevention of Discoloration of Potato Slice学 院(系): 生物与化学工程学院 专 业: 食品科学与工程 学 生 姓 名: 指 导 教
2、 师(职称): 评 阅 教 师: 完 成 日 期: 2014年5月16日 切片马铃薯护色方法研究食品科学与工程 某某某摘 要以马铃薯为试验材料,研究不同种类护色剂对切片马铃薯颜色的影响。设计单因素试验、搭配试验和正交试验方案,通过测定褐变程度和多酚氧化酶活力比较护色剂的护色效果。结果表明:单因素试验中,有5种护色剂有明显效果,护色效果由强到弱排列亚硫酸氢钠柠檬酸L-半胱氨酸磷酸乳酸。搭配试验中,护色效果由强到弱排列柠檬酸与亚硫酸氢钠柠檬酸与L-半胱氨酸柠檬酸与氯化钠柠檬酸与抗坏血酸。正交试验优化护色配方,护色效果最理想的搭配是柠檬酸0.8%,亚硫酸氢钠0.05%,氯化钠0.4%。该配方下7天后
3、的褐变程度0.105,检测无酶活。关键词护色剂;马铃薯;多酚氧化酶;褐变Prevention of Discoloration of Potato SliceFood Science and Engineering Major ZHAO TingtingAbstract: The effect of color protecting liquic on potato slice was studied. Single factor design, two-factor design and orthogonal design were employed to analyze the color
4、 protecting effection by determining the browning degree, and the PPO activaty. The result showed that: 5 kinds of color protecting liquid had significant protecting effection which were ordered as sodium bisulfite citric acid L-cysphosphatelactic acid phosphate. Composing of two color protecting li
5、quic also had obvious effection. which were orderd as citric acid+sodium bisulfitecitric acid+L-cyscitric acid+sodium chloridecitric acid+Vc. The optimized formula was citric acid 0.8%, sodium bisulfite 0.1%, sodium chloride0.4%. The BD was 0.105 by stored 7d, and the PPO activety not be tested.Key
6、words: color fixatives;potato;PPO;browning1 文献综述1.1 鲜切马铃薯鲜切果蔬是以新鲜果蔬为原料,经清洗去皮,切分包装等加工而制成的即食果蔬加工制品。鲜切果蔬是顺应时代发展而诞生的轻加工食品,是一种仍具有呼吸代谢等生命活动的生鲜食品,新鲜果蔬切割后产生一系列的生理生化变化,这些变化对鲜度品质乃至营养成分都将产生很大影响1。随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快,在国外已流行多年的半加工果蔬,以其新鲜、洁净、方便等特点,在国内也越来越受到消费者的欢迎。马铃薯又名土豆,是重要的粮食、蔬菜兼用作物。是人们日常生活中经常食用的菜肴,营养丰富,也有一定的药用价
7、值,且在工业上是制作淀粉的主要原料。鲜切马铃薯是指:新鲜的马铃薯经过修整、去皮并切割成100%可利用的产品,这些产品采用预先包装,为消费者提供高营养、方便和良好的新鲜产品2。我国每年的果蔬产量居世界的第一位,新鲜的果蔬的腐烂损耗率较高,马铃薯作为主要食用作物,对其护色保鲜是必不可少,我国是世界马铃薯主产国之一。但其加工过程中常常发生果肉黄色、褐色或黑色变化使马铃薯失去天然的色泽,影响感官,破坏产品的风味和营养。1.2 马铃薯的褐变机理鲜切马铃薯在加工和储存过程中易发生褐变。这是由鲜切马铃薯由于切分造成机械损伤导致组织细胞破裂,使细胞内的化学成分在酶的作用下相互作用,迅速产生褐变,引起外观色泽的
8、变化,同时改变风味,造成营养物质损失,降低鲜切马铃薯的商品价值和食用价值3。酶促褐变是指在有氧条件下,多酚氧化酶(PPO,Polyphenol oxidase)催化酚类物质反应成为醌类物质及其聚合物,醌自发集合并和细胞内蛋白质氨基酸基团反应,产生黑色和褐色的物质。酶促褐变是一个复杂的过程,分为两个阶段。其中第一阶段由PPO介导,导致醌类形成(颜色轻微变化),二醌通过非酶促反应形成褐色复合物。为此抑制马铃薯的褐变就显得尤为重要。为了解决这一问题,人们对果蔬产品的褐变原理和防止方法进行了许多深入的研究。其中,化学方法一直是应用最为广泛地抑制酶促褐变的方法。在试验研究中,已有很多种化合物被证实可抑制
9、酶促褐变,降低褐变程度(BD,Browning degree)。1.3 马铃薯的护色方法及影响因素 1.3.1 护色方法(1)化学方法化学方法利用化合物抑制酶活性,去除底物或作为竞争底物。现市场上流通的鲜切马铃薯多为化学方法护色保鲜4。使用护色剂是一种常用的化学护色手段,将马铃薯切片后立即转入护色液中浸泡一定时间取出,沥干后真空包装,或者直接将护色液与马铃薯一同包装,在消费者食用时再将护色液去除5。(2)物理方法 物理方法包括降温、降低氧气含量、辐射处理、可食性涂膜、热烫高压处理等。 1.3.2 部分护色剂护色机理护色剂有很多种,例如:柠檬酸、酒石酸、苹果酸、抗坏血酸、EA、L-半胱氨酸、环糊
10、精、EDTA缩聚磷酸盐、4-己基间苯二酚、硼酸、四硼酸钠、硫脲、硼酸钠、偏磷酸、氯化钾、氯化铁、氯化钡、氯化钠、苯甲酸钠、蜂蜜、香豆酸、阿魏酸、聚乙烯毗咯烷酮、已基黄原酸钠、曲酸、环糊精、亚硫酸氢钠等。酸化剂例如柠檬酸、苹果酸是通过降低pH抑制酶活,多数多酚氧化酶的最适pH在6-7之间,在pH在3以下几乎检测不到酶活6。多酚氧化酶无活性或酶活受到抑制,就可以减弱抑制马铃薯的褐变。还原剂例如L-半胱氨酸、抗坏血酸,可将多酚氧化酶酶中Cu2+还原成Cu+,从而抑制PPO的活性,也可能在PPO反应产物变成黑色之前与之反应,也可以将醌类物质还原成无色的酚类物质阻断酶促褐变的进行7。其他护色剂例如亚硫酸
11、氢钠,护色机理非常复杂,会不可逆的破坏酚酶活性,也有还原效果,在有氧的条件下可以被消耗。 1.3.3 影响因素多酚氧化酶的反应,以Cu2+为辅基,以O2为受氢体,一元酚和二元酚为底物进行反应。也就是说酶促褐变所需的基本条件:活性PPO、O2和酚类底物的存在。所以抑制马铃薯的褐变主要控制的是多酚氧化酶8。 多酚氧化酶的主要影响因素:温度、pH、底物浓度、氧气浓度。1.4 马铃薯护色研究进展国内外对鲜切果蔬方面的研究很多,主要集中在对鲜切果蔬的护色保鲜研究上。周静亚9研究了3种复合保鲜剂对抑制马铃薯净菜褐变效果的研究,结果表明:生姜和大蒜提取物可有效保持马铃薯的色泽。生姜提取物有望成为一种新型纯天
12、然净菜褐变抑制剂。吕运萍10研究了臭氧和异抗坏血酸钠处理对鲜切马铃薯保鲜效果的影响,结果表明:臭氧水处理可以有效杀灭微生物,异抗坏血酸钠处理可明显减少鲜切马铃薯中抗坏血酸的损失,抑制褐变对,细菌的生长繁殖有一定的抑制作用,对失重率没有影响。臭氧和异抗坏血酸钠之间的交互作用不明显,两者一同处理鲜切马铃薯不影响各自的保鲜效果。海萍11研究了抗褐变剂对鲜切马铃薯保鲜技术,结果表明:抗坏血酸和氯化钙,均有抑制褐变的功能且0.5%抗坏血酸0.3%氯化钙效果最好。姚晓敏12研究了马铃薯褐变的控制,结果表明:马铃薯的褐变与多酚氧化酶的活性呈正相关,PPO受多种因素的影响,pH、温度、护色剂等所以可采取将pH
13、控制,在4.1以下,多种护色剂使用优于一种的使用。王娟慧13研究了马铃薯净菜的保鲜研究,结果表明各因素的重要性次序是:苹果酸氯化钙D异抗坏血酸钠。苹果酸和氯化钙的浓度越高,对褐变的抑制效果越好,而D异抗坏血酸钠则以低浓度为宜。李鑫熠14研究了鲜切马铃薯片复合护色剂工艺优化,结果表明:切马铃薯片复合护色剂配比为氯化钙0.1,柠檬酸0.2,抗坏血酸0.15,同时包装方法采用真空包装,储运方式选择冷链储藏(4),可保持马铃薯片7d颜色基本无变化,但产品菌落总数超标。切马铃薯片经过复合护色剂处理后,采用二氧化氯浓度40 mg/L,处理10min,对鲜切马铃薯片具有良好的杀菌效果,产品能够保持7d货架期
14、。1.5 本文研究内容 本文以马铃薯作为材料,选择柠檬酸、乳酸、磷酸、苹果酸、抗坏血酸、L-半胱氨酸、亚硫酸氢钠、氯化钠8种护色剂进行单因素试验。通过可见分光光度计法测定褐变程度,并评价样品感官。 选择柠檬酸与L-半胱氨酸、亚硫酸氢钠、氯化钠和抗坏血酸进行搭配实验,以感官状态、褐变程度和多酚氧化酶的活性为指标,比较抑制褐变的效果,从中选择效果好的护色剂进行的正交试验优化,得出最佳的护色配方。2 材料与方法2.1 材料2.1.1 材料与试剂马铃薯,市售;磷酸氢二钠(分析纯)天津市天力化学试剂有限公司磷酸二氢钠(分析纯)天津市德恩化学试剂有限公司邻苯二酚(分析纯)天津市化学试剂三厂亚硫酸氢钠(分析
15、纯)天津市德恩化学试剂有限公司抗坏血酸(分析纯)天津市化学试剂三厂氯化钠(分析纯)天津市德恩化学试剂有限公司柠檬酸(分析纯)天津市天力化学试剂有限公司L-半胱氨酸(生化试剂)天津市科密欧化学试剂有限公司磷酸(分析纯)天津市德恩化学试剂有限公司乳酸(分析纯)天津市德恩化学试剂有限公司苹果酸(食品级) 2.1.2 主要设备721可见分光光度计上海菁华科技有限公司FA1004型电子天平上海良平仪器表有限公司HHS-6S型电子恒温不锈钢水浴锅上海宜昌仪器纱筛厂TGL-16C型高速台式离心机 上海安亭科技仪器厂制造101-2A型电热鼓风干燥箱天津市泰斯特仪器有限公司2.2 试验方案 2.2.1 工艺流程
16、15-16马铃薯清洗去皮切片护色沥干包装(保鲜膜)储存测定。 护色液的配制操作要点:(1)原材料的挑选 需选择成熟的、肉质丰富、组织紧密、色泽鲜明,无机械损伤、化学损害、和缺陷的马铃薯。(2)原料处理 清洗马铃薯,用不锈钢的去皮器去皮,再用刀将马铃薯切成相等厚度的圆片。(3)护色液的配制 选择不同的试剂,按照一定的浓度梯度配制成护色液。(4)护色将切片后的马铃薯迅速投入备用的护色液于浸泡15min后,取出沥干水分,用保鲜膜包裹。(5)储藏 放入冰箱冷藏储存(4),7d。(6)测定 放入冰箱冷藏储存,每天取一块观察其外观变化,并在波长410nm下测定保藏期内的褐变强度(BD)、多酚氧化酶(PPO
17、)活性,连续测定7d。 2.2.2 护色剂的配制(1)单因素试验 选取柠檬酸、抗坏血酸、L-半胱氨酸、乳酸、苹果酸、磷酸、亚硫酸氢钠和氯化钠为护色剂配制成护色液。其中柠檬酸、抗坏血酸、乳酸、苹果酸、磷酸、亚硫酸氢钠和氯化钠的浓度梯度为0.5%、1%、1.5%、2%。L-半胱氨酸浓度梯度为0.18%、0.36%、0.54%、0.72%。以水处理样品为对照试验。以褐变程度和感官为指标评价护色效果。(2)两种护色剂搭配 选取氯化钠、抗坏血酸、L-半胱氨酸、亚硫酸氢钠分别与柠檬酸搭配,以水处理样品为对照试验搭配试验方案分别如表1、表2、表3、表4所示。以褐变程度和PPO酶活为指标评价护色效果。表1护色
18、剂搭配试验表试验号氯化钠(%)柠檬酸(%)111221311.5421.5表2护色剂搭配试验表试验号抗坏血酸(%)柠檬酸(%)10.5121130.51.5411.5表3护色剂搭配试验表试验号L-半胱氨酸(%)柠檬酸(%)10.3120.5130.31.540.51.5表4护色剂搭配试验表试验号亚硫酸氢钠(%)柠檬酸(%)110.5210.831.50.541.50.8(3)正交试验 选取效果较好的护色剂进行正交试验,试验方案及因素水平如表5所示。以褐变程度和PPO酶活为指标评价护色效果,每种配方重复一次。表5正交试验方案及因素水平表试验号因素ABC柠檬酸(%)亚硫酸氢钠(%)氯化钠(%)11
19、(0.4)1(0.05)1(0.2)2112(0.4)32(0.8)2(0.1)142225121612272118212 2.2.3 检测方法(1)观察外观17表6感官鉴定表褐变程度感官褐变等级无色泽鲜亮0轻有灰色1中等微红褐色2严重浅红褐色3非常严重红褐色4(2)褐变强度(BD)的测定18 取样(3g)研磨加水(冰水)匀浆定容(50mL)离心上清液测定(在410nm处比色),以410nm下溶液吸光值表示褐变程度(BD)。(3)多酚氧化酶(PPO)活性测定19-22:称取待测样品1g,研碎,加10mL冰水,搅拌均匀,取适量均浆进行离心处理(5000rmin),离心10min,离心液即为粗酶液
20、。分别取25水浴恒温的粗酶液1mL、pH值6.8的磷酸盐缓冲液2mL及1mL 0.1g/mL邻苯二酚溶液,混匀于410 nm处比色,记录其吸光度值。每隔30s测一次,共测 6次,计算波长变化平均值A。 PPO相对活力的定义为:1g蔬菜中的PPO在特定温度、特定波长、一定的反应时间内的吸光度值变化。3 结果与讨论3.1 单因素试验 3.1.1 柠檬酸柠檬酸对马铃薯感官影响如表7所示,样品褐变程度随时间变化如图1所示。由图1可知,在贮藏初期,柠檬酸处理过的样品的褐变程度均小于空白样品。通过柠檬酸溶液处理过的鲜切马铃薯片其褐变得到了抑制,溶液浓度越高护色效果越好,低浓度的酸可能是使溶液的pH降至PP
21、O的最适pH,所以会促进褐变。柠檬酸通过降低pH以及螯合多酚氧化酶中的Cu+2来抑制PPO,以此来抑制马铃薯的褐变,是应用最广泛的护色剂,由表7可知柠檬酸浓度过大时,马铃薯片会变得过白失真,软化。表7柠檬酸对马铃薯感官影响溶液浓度(%)储藏时间(d)12345670.51123344100001341.5000000020000000水1122334 图1柠檬酸对马铃薯褐变程度的影响 3.1.2 乳酸乳酸对马铃薯感官影响如表8所示,样品褐变程度随时间变化如图2所示。由图2可知,在贮藏初期,乳酸酸处理过的样品的褐变程度均小于空白样品。通过乳酸溶液处理过的鲜切马铃薯片其褐变得到了抑制,溶液浓度越高
22、护色效果越好,低浓度的酸可能是使溶液的pH降至PPO的最适pH,所以会促进褐变。乳酸通过降低pH来抑制PPO,以此来抑制马铃薯的褐变,由表8可知,乳酸浓度过大时,马铃薯片会变得过白失真,软化。表8乳酸对马铃薯感官影响溶液浓度(%)储藏时间(d)12345670.50124555101113341.5000011120000000水1122444图2乳酸对马铃薯褐变程度的影响 3.1.3 磷酸磷酸对马铃薯感官影响如表9所示,样品褐变程度随时间变化如图3所示。由图3可知,在贮藏初期,磷酸处理过的样品的褐变程度均小于空白样品。通过磷酸溶液处理过的鲜切马铃薯片其褐变得到了抑制,溶液浓度越高护色效果越好
23、,低浓度的酸可能是使溶液的pH降至PPO的最适pH,所以会促进褐变。磷酸通过降低pH,以此来抑制马铃薯的褐变,是应用最广泛的护色剂由表7可知磷酸浓度过大时,马铃薯片会变得过白失真,软化。磷酸是无机酸,并且磷酸护色马铃薯会使马铃薯产生不好风味,消费者不易接受。表9磷酸对马铃薯感官影响溶液浓度(%)储藏时间(d)12345670.51123445100111111.5001111120000000水 1122455图3磷酸对马铃薯褐变程度的影响 3.1.4 苹果酸 苹果酸对马铃薯感官影响如表10所示,样品褐变程度随时间变化如图4所示。由图4可知,在贮藏初期,苹果酸处理过的样品的褐变程度小于或等于空
24、白样品。通过苹果酸溶液处理过的鲜切马铃薯片其褐变得到了抑制,溶液浓度越高护色效果越好,苹果酸的酸性不强,浓度较高时也会促进褐变,所以苹果酸在很高浓度才有效果。低浓度的酸可能是使溶液的pH降至PPO的最适pH,所以会促进褐变。苹果酸通过降低pH,以此来抑制马铃薯的褐变。表10苹果酸对马铃薯感官影响溶液浓度(d)储藏时间(d)12345670.50123444101234441.5002244420011333水 1124555图4苹果酸对马铃薯褐变程度的影响 3.1.5 抗坏血酸 抗坏血酸对马铃薯感官影响如表11所示,样品褐变程度随时间变化如图5所示。由图5可知在储藏初期抗坏血酸溶液处理过的鲜切
25、马铃薯片褐变几乎没有得到抑制,等同于空白样品。抗坏血酸的作用机理是还原醌成无色酚,阻止醌类物质进一步发展为色素,或是将酶中Cu2+还原成Cu+,从而抑制PPO的活性。所以抗坏血酸是被消耗的,护色效果是暂时的,在氧气多的情况下抗坏血酸会很快的被消耗,而且抗坏血酸不能渗透马铃薯组织,只附在表面,所以很快被破坏。表11抗坏血酸对马铃薯感官影响溶液浓度(%)储藏时间(d)12345670.51233344111233441.5111334421111344水 1112344图5抗坏血酸对马铃薯褐变程度的影响 3.1.6 L-半胱氨酸 L-半胱氨酸对马铃薯感官影响如表12所示,样品褐变程度随时间变化如图
26、6所示。由图5可知在储藏初期L-半胱氨酸溶液处理过的鲜切马铃薯片褐变得到有效抑制,样品的褐变程度小于空白样品,溶液浓度越高护色效果越好。L-半胱氨酸与醌类化合物发生加成反应,产生无色加合物,使它不再进一步形成黑色素,同时作为还原剂,消耗氧气进而抑制PPO,双重作用,效果显著,但是价格昂贵。表12 L-半胱氨酸对马铃薯感官影响溶液浓度(%)储藏时间(d)12345670.1811222330.3601112220.540.7200001010101021水 1233334图6L-半胱氨酸对马铃薯褐变程度的影响 3.1.7 亚硫酸氢钠 亚硫酸氢钠对马铃薯感官影响如表13所示,样品褐变程度随时间变化
27、如图7所示。通过亚硫酸氢钠溶液处理过的鲜切马铃薯片其褐变得到了明显抑制,样品的褐变程度小于空白样品,溶液浓度越高护色效果越好,浓度达到1%就导致马铃薯过白失真。如图7所示低浓度的亚硫酸氢钠护色效果就很明显,使用浓度过高,失真明显。亚硫酸氢钠是常用的护色剂,其对PPO作用的机理较复杂,它能够不可逆与醌生成无色的加成产物,又可以不可逆地直接作用于酶,降低其作用于一元酚和二元酚的活力。其对PPO有不可逆的抑制作用。表13亚硫酸氢钠对马铃薯感官影响溶液浓度(%)储藏时间(d)12345670.50000011100000001.5000000020000000水 1112333图7亚硫酸氢钠对马铃薯褐变程度的影响 3.1.8 氯化钠 氯化钠对马铃薯感官影响如表14所示,样品褐变程度随时间变化如图8所示。由图8可知储藏初期氯化钠溶液处理过的鲜切马铃薯片褐变得到抑制,样品的褐变程度几乎等同空白样品,溶液浓度越高护色效果变好。氯化钠是弱抑制剂,与PPO中的Cu+2发生交互作用。氯化钠是消费者容易接受的护色剂。表14氯化钠对马铃薯感官影响溶液浓度(%)储藏时间(d)12345670.51112334111122231.5011122220111
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