梨汁加工過程中的酶促褐變及控制

梨汁加工過程中的酶促褐變及控制

2010年，在中國水果和果汁產(chǎn)業(yè)融合儀式上，相關(guān)行業(yè)人士指出，中國的果汁產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展的不平衡時(shí)代。中國飲料工業(yè)協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)顯示,我國已成為僅次于美國的世界第二大飲料生產(chǎn)國,其中,果汁類飲料保持每年超過100萬t的增長速度。但是,目前我國人均年果汁消費(fèi)量只有1kg,僅為西歐的1/40,不到美國的1/20。在我國,90%以上梨用于鮮食和初加工,深度加工產(chǎn)品少,而先進(jìn)國家加工品種一般在50%以上。梨濃縮汁是最主要的梨加工產(chǎn)品,罐頭、果干和果脯等生產(chǎn)量很小。因此,深度加工是最薄弱的環(huán)節(jié),已成為梨加工產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。梨汁加工過程中會(huì)伴隨著褐變現(xiàn)象,不僅產(chǎn)生令人不喜歡的顏色,還常伴有氣味劣變,是困擾梨汁生產(chǎn)加工的一個(gè)重要的技術(shù)難題。褐變類型分為酶促褐變和非酶褐變,在榨汁階段的變化主要是由酶促褐變引起的,大于80%的酶促褐變多發(fā)生在很短時(shí)間的破碎過程中。這種酶促褐變是植物組織中的酚類物質(zhì)在有氧條件下,被多酚氧化酶氧化生成醌類,醌類聚合形成褐色物質(zhì)的過程,因此防止制汁過程中酶促褐變顯得非常重要。殺菌防止變質(zhì)是梨汁生產(chǎn)中的重要組成部分。傳統(tǒng)梨汁殺菌方法是采用熱滅活梨汁中的微生物和酶,包括:巴氏殺菌、高溫短時(shí)殺菌或超高溫瞬時(shí)殺菌。此種方法對(duì)于梨這種風(fēng)味物質(zhì)含量高的熱敏性水果,會(huì)破壞色、香、味及營養(yǎng)成分,影響制汁品質(zhì)。最近,冷殺菌技術(shù)正逐漸成為食品行業(yè)研究熱點(diǎn),相繼被梨汁生產(chǎn)企業(yè)采用,得到推廣。在加工工藝中,為了避免梨汁的分層和沉淀,保持質(zhì)感均勻,需要對(duì)粗漿或粗汁進(jìn)行澄清處理。1避免酶促褐變褐變主要是梨汁中的多酚氧化酶(Polyphenoloxidase,PPO)在有氧的條件下催化酚類物質(zhì)生成褐色物質(zhì)的過程。鮮榨梨汁生產(chǎn)的關(guān)鍵性問題就是防止酶促褐變。一般采用的防止褐變相關(guān)方法有:使用防褐變劑,破碎時(shí)充氮?dú)?高壓使酶失活,輻照,離子交換及吸附等。在這些方法中,熱處理雖能很好地殺滅果汁中的微生物和酶,延長梨汁的貨架期,但對(duì)梨汁的品質(zhì)影響較大,而冷加工中使用高壓和輻照是目前最有潛力的技術(shù)。1.1酶促褐變的因素?zé)崽幚矸椒ㄊ峭ㄟ^調(diào)節(jié)溫度,滅活PPO達(dá)到控制酶促褐變目的一種防褐變工藝。長時(shí)、高溫可使PPO滅活,但會(huì)加重美拉德反應(yīng)等非酶促褐變,生產(chǎn)出的梨汁具有煮熟味;短時(shí)、低溫會(huì)使PPO保留殘余活力,從而使酶促褐變緩慢發(fā)生。趙光遠(yuǎn)等人研究了熱處理梨汁、梨漿,使其中的PPO部分甚至完全失活所需要的溫度和時(shí)間。對(duì)于鮮榨梨汁,90℃處理10s以上可使PPO徹底滅活;對(duì)于果漿,90℃熱處理20s以上,95℃熱處理10s以上可使PPO徹底滅活。由此可以得到,果漿中的PPO比鮮榨梨汁中的PPO耐熱。1.2超高壓對(duì)酶活性的影響超高壓處理鈍化酶是通過改變關(guān)鍵酶蛋白的空間構(gòu)象來抑制酶活性的一種冷處理鈍化酶技術(shù)。酶的催化作用依賴于活性中心,活性中心與三維構(gòu)象有關(guān)。酶蛋白構(gòu)象的改變會(huì)引起活性中心的微小變化,這種變化可能使酶降低甚至失去活性。超高壓對(duì)酶的影響可以分為2種情況:壓力較低時(shí)可以激活酶,壓力較高時(shí)使酶活性受到抑制。曾慶梅等人采用處理?xiàng)l件為500MPa,50℃,pH值3和保壓10min時(shí),不僅可以較好地鈍化過氧化物酶,減少梨汁酶促褐變,而且加熱溫度不高、保壓時(shí)間較短,是綜合效果較佳的梨汁超高壓處理工藝。1.3弱化酶加熱會(huì)弱化酶蛋白中的一些氫鍵、疏水鍵、離子鍵和靜電相互作用,而高壓處理會(huì)增強(qiáng)這種弱化效果,使酶的三維構(gòu)象受到破壞,加速PPO的失活。趙光遠(yuǎn)等人使用超高壓協(xié)同加熱處理鮮榨梨汁,采用500MPa,60℃或750MPa,50℃以上的處理?xiàng)l件,可使鮮榨梨汁中的PPO失去60%以上的活性。1.4抗壞血酸的氧化大多數(shù)防褐變劑是通過抗氧化作用來延緩空氣中的氧參與褐變過程,達(dá)到延緩褐變的目的。茶多酚、L-半胱氨酸、抗壞血酸、亞硫酸氫鈉、曲酸、氯化鈣和氯化鈉均是較好的防褐變劑。L-半胱氨酸可與酶促褐變的中間產(chǎn)物醌產(chǎn)生鰲合作用生成穩(wěn)定化合物,使產(chǎn)品具有較好的外觀;抗壞血酸是一種天然抗氧化劑,可將氧化的醌類及其衍生物還原成酚類物質(zhì),這樣就阻止了醌類物質(zhì)進(jìn)一步聚合形成黑色素類物質(zhì)即產(chǎn)生褐變,但添加量過大時(shí),會(huì)引起非酶褐變,所以選擇一個(gè)合適的劑量十分必要;此外,抗壞血酸是一種天然營養(yǎng)成分,安全性高,是一種較好的抗褐變劑。趙光遠(yuǎn)等人將可用于食品的幾種防褐變劑在梨破碎時(shí)加入,研究對(duì)梨漿和梨鮮榨汁的防褐變效果以及相互之間的協(xié)同作用?？购肿兡芰σ来螢?0.1%氯化鈉>0.1%曲酸>0.1%氯化鈣>0.008%半胱氨酸>0.1%氯化鈉。采用0.044%氯化鈉加0.0125%抗壞血酸的組合表現(xiàn)出較好的抗褐變效果。1.5輻照處理對(duì)梨汁中ppo活性的影響輻照處理梨汁是一種食品冷加工技術(shù),殺滅梨汁中微生物的同時(shí)保持梨汁原有的色澤、風(fēng)味、營養(yǎng)成分。劉超等人采用60CoC射線輻照處理梨汁,研究不同輻照劑量、不同pH值、輻照與pH值復(fù)合處理對(duì)梨汁中PPO活性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:輻照處理和調(diào)節(jié)pH值對(duì)梨汁中PPO活性都有不同程度的抑制作用;3kGy輻照與pH值3復(fù)合處理甚至能抑制PPO約92%的活性。1.6陽離子樹脂復(fù)合吸附法對(duì)已經(jīng)發(fā)生的褐變,濃縮果汁加工中,一般采用吸附脫色的方法來降低褐變指數(shù)。一般而言,活性炭、明膠、班脫土、硅膠等都是被廣泛采用的傳統(tǒng)脫色材料。自瑞士布赫公司率先將“超濾→樹脂吸附”技術(shù)用于果汁脫色以來,國內(nèi)新建濃縮果汁生產(chǎn)廠家將該技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)。工藝如下:楊毅等人研究離子交換和吸附相結(jié)合技術(shù)在降低、控制濃縮碭山酥梨汁褐變中的應(yīng)用。將20°Brix碭山酥梨汁依次經(jīng)FPC221陽離子交換樹脂和XAD216大孔吸附樹脂處理后,減壓濃縮至70°Brix,貯存,檢測(cè)褐變指數(shù)等指標(biāo)的變化。結(jié)果顯示,陽離子樹脂處理可降低酥梨汁的pH值、氨基態(tài)氮和褐變指數(shù);降低pH值可提高吸附樹脂對(duì)酥梨汁的脫色能力;降低pH值、氨基態(tài)氮可控制70°Brix濃縮酥梨汁貯存中褐變速度。采用陽離子樹脂處理將酥梨汁的pH值降低為4.05,再經(jīng)吸附樹脂將色值提高為85%,濃縮至70°Brix的酥梨汁在37℃下貯存35d后,色值仍大于45%。1.7進(jìn)行打漿液氮排氧打漿工藝是利用液氮汽化迅速降溫排氧原理,對(duì)梨進(jìn)行打漿。姜龍波等人對(duì)傳統(tǒng)常溫打漿方法與液氮排氧打漿進(jìn)行比較,液氮打漿能夠很好地降低PPO的活性,抑制梨汁的酶促褐變,減少抗壞血酸含量的損失,大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量。2關(guān)于消毒技術(shù)的研究2.1pef對(duì)梨汁品質(zhì)的影響高壓脈沖電場(chǎng)以“膜穿孔”理論為基礎(chǔ),即食品中微生物的細(xì)胞膜在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生穿孔或破裂,膜內(nèi)外物質(zhì)進(jìn)行交換,從而導(dǎo)致微生物失活。此外,據(jù)有關(guān)研究報(bào)道高壓脈沖電場(chǎng)在鈍化酶活性方面作用明顯,機(jī)理目前還不是十分清楚。一般認(rèn)為,在脈沖電場(chǎng)作用下,維持酶三維結(jié)構(gòu)力可能受到影響或是球狀蛋白的構(gòu)造遭到破壞,導(dǎo)致酶蛋白變性。趙瑾等人研究PEF對(duì)梨汁的殺菌鈍酶效果的影響。結(jié)果表明,當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度30kV/cm,處理時(shí)間200μs,10℃水浴溫度時(shí),沙門氏菌數(shù)量最大降低了3~4個(gè)數(shù)量級(jí)。脈沖電場(chǎng)能夠降低梨汁中PPO的活性,但PPO對(duì)脈沖電場(chǎng)的抗性比微生物強(qiáng),當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度30kV/cm,時(shí)間1200μs,溫度由10℃上升至40℃時(shí),殘留酶活從33.3%下降至13.2%。因此,PEF具有有效殺滅梨汁中微生物的同時(shí),鈍化PPO的優(yōu)勢(shì)。為了采用非熱殺菌技術(shù)以生產(chǎn)高質(zhì)量的果汁,趙瑾等人研究了PEF對(duì)梨汁的殺菌效果及其對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響。結(jié)果表明,當(dāng)電場(chǎng)頻率、電場(chǎng)強(qiáng)度和處理時(shí)間、溫度分別為200Hz,30kV/cm和240μs,10℃時(shí),梨汁中接種的大腸桿菌、釀酒酵母的數(shù)量分別下降4.6,2.7個(gè)數(shù)量級(jí)。溫度具有輔助殺菌效應(yīng),相同頻率和場(chǎng)強(qiáng)下處理時(shí)間200μs,當(dāng)樣品溫度從10℃上升致40℃時(shí),大腸桿菌致死率提高了1.4個(gè)數(shù)量級(jí),釀酒酵母致死率提高了2.0個(gè)數(shù)量級(jí),未接種鮮榨梨汁的細(xì)菌致死率提高了2.0個(gè)數(shù)量級(jí),霉菌酵母致死率提高了1.0個(gè)數(shù)量級(jí)。色譜—質(zhì)譜(GC-MS)對(duì)梨汁風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果表明,PEF處理后梨汁理化性質(zhì)、營養(yǎng)成分比熱處理更接近原樣。因此脈沖電場(chǎng)不僅有較好的殺菌作用,并且最大限度地保證了梨汁的品質(zhì)。2.2樣品的制備工藝超高壓處理不僅能殺滅食品中的微生物,還可以抑制酶的活性,但是超高壓裝置工作壓力大,運(yùn)行成本高。中溫(≤60℃)不會(huì)對(duì)食品帶來營養(yǎng)成分損失;風(fēng)味、色澤改變的不利影響,因此采用中溫協(xié)同高壓對(duì)微生物進(jìn)行殺菌處理,尋求降低處理壓力的途徑。制備樣品工藝方法:曾慶梅等人研究了處理壓力和協(xié)同溫度對(duì)梨汁中菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌以及大腸菌群存活量的影響。處理壓力為大氣壓力到500MPa,協(xié)同溫度為室溫到58℃,保壓時(shí)間為10min,梨汁pH值5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,①在室溫、保壓時(shí)間為10min下,當(dāng)處理壓力達(dá)到500MPa,菌落總數(shù)為50CFU/mL;壓力為400MPa,霉菌和酵母菌存活量為10CFU/mL,大腸菌群則未被檢出。②在壓力為450MPa,保壓時(shí)間為10min下,協(xié)同溫度≥29℃時(shí),梨汁中菌落總數(shù)為70CFU/mL;霉菌和酵母菌未被檢出。2.3果汁厚度對(duì)紫外線殺菌效果的影響作為一種冷殺菌方式,紫外線殺菌具有投資少、能耗低、操作簡(jiǎn)便,而且處理溫度低,能最大限度地保持產(chǎn)品新鮮度的優(yōu)勢(shì)。耿敬章等人研究了果汁厚度、輻射距離、輻射時(shí)間和殺菌溫度4個(gè)因素對(duì)紫外線殺滅接種在梨清汁中的大腸桿菌的影響。并通過正交實(shí)驗(yàn)得出各因素的最佳組合。結(jié)果表明,輻射時(shí)間和果汁厚度對(duì)紫外線的殺菌效果影響最為顯著。當(dāng)果汁厚度為0.5mm,輻射時(shí)間為5min,輻射距離為10cm,殺菌溫度為30℃時(shí),殺菌率可達(dá)99.95%。2.4臭氧o3利用超聲波空化效應(yīng)在液體中產(chǎn)生的瞬間高溫及溫度交變、瞬間高壓和壓力變化,使液體中某些細(xì)菌致死,病毒失活,甚至使體積較小的一些微生物細(xì)胞壁破壞,從而延長保鮮期。臭氧(O3)是一種強(qiáng)氧化劑,長期以來就被認(rèn)為是一種有效的氧化劑和消毒劑。制樣工藝流程:超聲功率從200~800W,臭氧質(zhì)量濃度從0.02~0.14mg/L,時(shí)間從35~210s,超聲與臭氧有著較好的協(xié)同殺菌作用,殺菌效果明顯優(yōu)于單獨(dú)超聲殺菌或單獨(dú)臭氧殺菌。3以生物處理、物流等碳懸液、穩(wěn)定劑等為原料的復(fù)合劑梨汁加工工藝中澄清傳統(tǒng)的方法是濾布過濾、硅藻土過濾和加酶處理自然澄清(輔以明膠、單寧等澄清劑)等,這些澄清方法雖然具有設(shè)備投資少、工藝流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn),但會(huì)出現(xiàn)處理時(shí)間長易產(chǎn)生分層、易出現(xiàn)微生物污染、維生素?fù)p失較大等現(xiàn)象。因此,現(xiàn)代澄清技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。3.1山梨汁的制備超濾過程基于“篩分”原理,是一種物質(zhì)被透過或被截留于超濾膜的過程。超濾膜對(duì)色素和酚類的去除是篩分和吸附共同作用的結(jié)果,以靜壓差為推動(dòng)力,截留分子量大致為103~106。近年來,超濾作為一種現(xiàn)代的澄清技術(shù)已被成功應(yīng)用于果汁加工中。生產(chǎn)工藝如下:梨→清洗→破碎→壓榨→前巴殺、預(yù)濃縮(85~95℃,1min)→酶解(45~50℃,加酶)→澄清→0.8μm微濾→梨清汁。楊毅等人研究超濾對(duì)碭山梨汁中色素和酚的去除作用。采用截留分子量分別為10,3和1k的聚醚砜(PES)超濾膜,對(duì)碭山酥梨汁進(jìn)行過濾處理。1k的PES超濾膜對(duì)色素對(duì)色素去除作用顯著可達(dá)51%,3種膜對(duì)多酚的去除均有顯著作用,去除率隨截留分子量的減小而增加。超濾對(duì)果汁中色素和酚類的去除能力使超濾在果汁加工中具有廣泛的應(yīng)用前景。3.2陶瓷膜微濾曾慶梅等人通過實(shí)驗(yàn)研究表明,0.2μm孔徑無機(jī)陶瓷膜微濾對(duì)梨汁的可溶性固形物含量、VC含量和還原糖含量影響不大,澄清梨汁得率較高,并且基本保持了梨汁的原有風(fēng)味,適合梨汁澄清生產(chǎn)。3.3明代梨汁的制備張先等人利用酶解和明膠—單寧相結(jié)合的方法可得到澄清透明的梨汁。加酶量、酶解時(shí)間和酶解液初始pH值對(duì)酶解效果影響較大,當(dāng)明膠和單寧使用量為0.02%,0.03%時(shí),室溫下反應(yīng)4h,可得澄清度達(dá)到98%以上果汁。4技術(shù)方面的問題梨及其加工品營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特,具有助消化、潤肺止咳、退熱解毒、利尿潤便等保健作用。隨著國內(nèi)果品加工及對(duì)外貿(mào)易的發(fā)展,對(duì)果品深加工品的需求大大增加,這就對(duì)我國梨加工技術(shù)提出了更高的要求。我國梨汁行業(yè)普遍存在加工工藝不高,致使加工品種少、加工深度不夠、產(chǎn)品含金量不高等問題。在梨汁加工過程中,防褐變、滅菌、澄清3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)仍然存在比較大的問題。雖然冷加工技術(shù)如超高壓、離子交換等殺菌與