鲜切果蔬的褐变及其控制

毕业设计（论文）

题   目：      鲜切果蔬的褐变及其控制          

系    部：              农生系                 

专    业：         绿色食品生产与检验          

学    号：              *********              

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指导教师姓名：          蒋巧俊    　           

指导教师职称：    　    讲师                   

二○一二年五月二十日

鲜切果蔬的褐变及其控制

摘要

本论文解释了鲜切果蔬酶促褐变的机理及其褐变条件，并从物理控制、化学控制这两方面介绍了鲜切果蔬褐变的防止措施，最后本论文简要介绍了鲜切果蔬防褐变技术的发展趋势。

关键词：鲜切果蔬 酶促褐变 机理 控制

1 引言

1.1鲜切果蔬概述

鲜切果蔬(fresh．cut fruits and vegetables)是指新鲜水果或蔬菜原料经清洗、整修、去皮、切分等步骤，最后用塑料薄膜袋或以塑料托盘盛装外覆塑料膜包装，供消费者立即食用和餐饮业使用的一种新型蔬菜加工食品。鲜切果蔬业又被称为切割果蔬、截切果蔬、轻度加工果蔬、微(浅)加工果蔬、半加工果蔬等。鲜切果蔬可保持果蔬产品的新鲜质地和营养价值，食用更方便，安全环保，因而具有很广阔的市场。

目前工业化生产的鲜切果蔬品种主要有甘蓝、胡萝卜、生菜、韭葱、芹菜、马铃薯、苹果、梨、桃、草莓和菠萝等。近年来随着物价的上涨、劳动力成本的不断提高，各大企事业单位厨房的运行成本越来越高，而职工的菜价却不是说涨就能涨的，这导致厨房的压力越来越大。若果蔬在生鲜加工配送中心通过机械化生产线生产加工，则可以省去消费者买菜、清洗、择菜、切菜及垃圾处理等过程，可以节约其大量时间及人力成本；同时通过生鲜加工配送中心专业化配送，既能保证鲜切果蔬产品的品种和数量，也能保证产品的质量及新鲜度。产品运往城市销售，从而减少了城市生活垃圾的来源，更好地保护城市环境，从长远来看，果蔬经过切割加工后，能广泛用于快餐业、宾馆饭店、单位食堂、冰淇淋(果肉雪糕)、零售或进一步加工，其前景十分广阔。

1.2 鲜切果蔬加工过程中的质量问题

鲜切果蔬的保鲜，是对传统的果蔬保鲜和加工技术的一个挑战，它要求将传统的完整果蔬保鲜技术应用于去皮、切割及部分加工的果蔬，它要求有一条原料、加工、保鲜、运输和销售高度配合的冷链系统。鲜切果蔬通常包括去皮、切分、去心、切片、氯消毒清洗、漂洗、脱水、整理、包装等操作。与整果相比，由于鲜切果蔬细胞组织被破坏，生化过程发生巨大变化，主要包括呼吸强度增大、乙烯合成增加，以及对氧化褐变和微生物入侵的敏感性增加。因此，若不进行适当的处理，其品质将会迅速下降，货架期明显减短。

果蔬在去皮、切分过程中，产品暴露在空气中的面积增大了，细菌、霉菌、酵母菌等微生物污染的可能性加大。果蔬切割，不仅为微生物侵然组织创造了途径，同时由于大量汁液的外渗，为微生物生长繁殖提供了良好的营养基础，从而出现微生物污染败坏的现象。果蔬切分后还会引起一系列感官及营养品质下降。由于切割处理使果蔬表皮组织去除，造成细胞破裂，从而使水分散失速率急剧上升，脱水太多致使产品萎蔫、皱缩、干化失去新鲜状态。某些果蔬切割贮藏后还出现了一个非常严重的不良变化是褐变，某些果蔬如胡萝卜切割后会出现白化现象。切割也会诱导一些与变色相关的酶类如果胶酶、纤维素酶、酯酶、过氧化物酶等生物合成，组织软化，硬度下降。此外，切割会引起组织汁液外渗和一些营养成分的氧化，这些都会引起营养物质损失。

鲜切果蔬的质量控制最主要的就是微生物的控制及褐变的防止。对于鲜切果蔬的质量控制，人们已开始采用栅栏技术 (或称障碍技术)来控制鲜切果蔬产品质量下降速度及微生物活动，延长货架期[1]。如采用低温、气调（自发气调、人工气调等）、化学保鲜剂（臭氧、二氧化氯等）、防褐变剂（柠檬酸、抗坏血酸等）、辐射等多种保鲜技术或单独使用或联合使用，以期延长鲜切果蔬的贮藏保鲜时间及其货架期。

1.3 本论文的目的意义

鲜切产品具有清洁、卫生、新鲜、安全、营养、方便、可食率高达100％等特点，必将受到集体和个人消费者特别是速食业的欢迎，其生产与消费量必将进入一个快速发展阶段。鲜切产品的生产可以促进种植，既提升了当地农产品的价值，增加农民收入，又促进了当地农业产业化经营稳步发展。另外，鲜切产品由于集中生产可以减少城市垃圾，又降低了产品的运输成本，取得了双重效益。但鲜切果蔬的褐变是影响产品商品价值的一个重要问题，因此研究可行有效的褐变控制技术是首先要解决的问题。本课题主要研究蔬菜的褐变控制技术，为鲜切蔬菜的加工生产提供可行性技术，对于扩大市场、带动果蔬加工业的快速发展具有重要意义。

2 鲜切果蔬的酶促褐变机理及其条件

褐变包括酶促褐变和非酶促褐变，鲜切蔬菜褐变主要是酶促褐变。酶促褐变是指蔬菜受到机械损伤或处于异常环境条件(受冻、受热)时，在酶作用下氧化而呈褐色。酶促褐变是影响鲜切产品流通和货架期的重要原因之一。即使是完整的果蔬，也有超过50％的损失是由于酶促褐变造成的。鲜切加工由于人为造成了果蔬细胞破裂，使得酚类化合物和PPO的区域性结构遭到破坏，导致酶和底物接触，从而使得褐变更容易发生。莴苣、部分绿叶类蔬菜、含大量淀粉的果蔬(如马铃薯、甘薯、山药、面包果、苹果、油梨、香蕉和梨等)，以及许多热带亚热带果蔬都极易发生褐变。随着果蔬酶促褐变的发生，往往还会产生不良的风味以及造成其营养成分的损失。

酶促褐变机理是蔬菜组织完整细胞中含有的酚类物质作为呼吸传递物质，在酚一醌之间保持着动态平衡：当新鲜蔬菜组织被损伤，氧气大量侵入，酚迅速被氧化平衡受到破坏，发生醌的积累，醌再进一步氧化聚合而形成黑褐色的黑色素物质[2]。

图1-1

酶促褐变的发生必须具备三个条件，即酶、底物和氧。褐变底物一般因蔬菜的不同而各不相同，主要是一些多酚类物质：而褐变所涉及的酶类主要有多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等，研究表明酚类氧化酶主要是多酚氧化酶(PPO)。随着对鲜切果蔬褐变机理的广泛深入研究和先进分析检测手段的出现，褐变控制技术的研究也在不断地进行和深入。现阶段，主要是通过应用物理和化学方法来控制褐变。在多数情况下，通常需要利用联合处理达到更有效贮藏鲜切产品的目的。

3 鲜切果蔬酶促褐变的物理防治措施

3.1 温度控制

3.1.1 低温处理

在常温下，鲜切果蔬呼吸和代谢旺盛，酶促褐变极易发生。采取低温可以有效抑制果蔬的呼吸作用，降低其新陈代谢。因此，鲜切果蔬在加工、贮藏、运输和销售等各个环节，都应尽可能保持在一个适宜的低温系统中。吴锦铸等[3]认为环境温度愈低，蔬菜的生命活动进行得就愈缓慢，营养素消耗亦少，果蔬的褐变也愈缓慢，保鲜效果愈好，常用4—8℃的低温进行鲜切果蔬的保鲜。潘永贵等[4]研究发现，鲜切莲藕在温度20℃下贮存2d就会出现褐变，而在温度1℃下贮藏23d，其组织仍然没有出现明显褐变。尽管适宜的低温对于保持鲜切产品品质是必要的，但也有报道指出，热处理有助于鲜切果蔬褐变的控制。

3.1.2 热处理

加热是最有效的杀酶方法。瞬时高温可在短时间钝化酶的活性，抑制褐变。苹果和梨在鲜切加工前先经热处理，其鲜切产品的褐变程度较轻。热处理可以减轻褐变，与加热能导致PPO失活密切相关。因为PPO热稳定性不高，一般当温度高于40℃就会使其钝化。PPO的热稳定性与果蔬种类、品种、生长地、以及pH值等有关。此外，研究还发现，采用热处理可以抑制鲜切卷心莴苣PAL活性的上升，减少酚类化合物的生成，从而减轻其褐变。因此，研究者认为热处理可能是控制鲜切果蔬褐变的新选择。然而若热处理不当，易造成果蔬营养成分、质地、色素、风味的损失[5]。

3.2 氧气控制

3.2.1 自发气调包装(MAP)

自发气调包装有利于在容器内形成一个适合鲜切产品的微环境，从而起到抑制产品呼吸，减少失水，延缓品质劣变的作用。同时，由于氧气含量的减少，对抑制鲜切果蔬的褐变也有较好的作用。在切割果蔬工业上常用的包装薄膜是聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP和聚乙烯PE，复合包装膜通常用乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)，这些包装材料能有效地隔氧、隔光，满足不同的透气速率，延长产品货架期。真空包装可隔绝氧气，抑制多酚氧化酶的活性；气调包装(充N2或CO2)通过调节果蔬的呼吸作用，逐渐降低的包装内O2浓度，提高CO2的浓度，阻止了多酚类物质的氧化，抑制褐变和苯丙氨酸裂解酶的活性，阻止微生物生长。王莉[6]在切割生菜保鲜研究中，采用轻度真空包装或MA包装，具有较好防褐保鲜作用；切割生菜经1％NaCl+1％VC处理后，配以真空包装或MA包装，产品在0℃下的保存期可达到21d。切割莴苣经抗褐变剂处理后再MA包装，产品货架期达12d以上，而对照只有3d[7]。

3.2.2 可食性涂膜

可食性被膜是半透性膜，可以抑制果蔬呼吸，减少水分的丧失，推迟颜色的变化，改善质地和阻止挥发性成分的损失，并能抑制微生物的生长；可食性涂膜用于鲜切果蔬可以创造一种自发气调环境。可食性被膜材料主要包括蛋白质(乳清蛋白粉、乳清蛋白制品、干酪素、大豆蛋白粉)、多糖(角叉胶、麦芽糖糊精、甲基纤维素、羧甲基纤维素、果胶、藻酸盐、微晶纤维素、壳聚糖)、脂类(蜂蜡、乙酰化甘油酸酯、脂肪醇和脂肪酸等)和树脂。为了改善膜的性能，往往需要添加增塑剂、表面活性剂和乳化剂，由于这些材料各有其优缺点，所以往往需要配合使用。

杜传来等[8]选用卡拉胶、壳聚糖、海藻酸钠为涂膜主原料，对鲜切马铃薯进行涂膜处理，低温下冷藏，分别对其褐变度、PPO活性及感官色泽进行测定，结果表明，海藻酸钠涂膜能有效地抑制马铃薯褐变，并优于其他涂膜材料。徐亚光[9]发现1.5％的壳聚糖涂膜能使切割毛笋在4℃下保持商品品质18d，其褐变程度得到有效的抑制。

3.3 高压处理

高压处理是近年来在食品中采用的灭菌措施。由于高压处理在低温条件下进行，从而最大限度地减少了产品营养成分和风味的损失，同时通过高压处理也可以使一些酶发生钝化。因此，人们考虑采用高压处理作为钝化PPO的措施之一，以达到控制果蔬褐变的目的。例如在压力800MPa下高压处理杨桃切片1-5min后，在温度3℃下贮藏14-28d，切片褐变较轻，而对照样品的褐变已经相当严重。PPO对压力的敏感性因PPO来源不同而异，例如杏果实的PPO在约100MPa的压力下就可以被钝化；草莓的PPO需要400MPa压力方可钝化；马铃薯和蘑菇中的PPO需要更高的压力(800～900MPa)才能被钝化；李子在常温下经900 MPa的压力处理，对其PPO活性没有影响嘲，而且较低的压力处理反而会激活PPO活性闭[10]。

3.4 辐照处理

最近几年研究发现，辐照处理可以防止部分鲜切果蔬褐变。辐射是利用射线照射果蔬，引起微生物发生物理化学反应，使微生物的新陈代谢、生长发育受到抑制或破坏，致使微生物被杀灭，果蔬的贮藏期得以延长。在鲜切莴苣、芹菜 、胡萝卜和西兰花等应用上已经得到FDA认可的辐射剂量最大为1.0KGy。高翔等[11]采用印Co-射线辐照处理鲜切西洋芹，明显地抑制了酶活力，减少褐变和降低呼吸作用与失水率，提高了可溶性固形物含量，保持了鲜切西洋芹的商品品质。不过也有许多报道指出，辐照处理剂量太高，会降低鲜切果蔬的硬度。

4 鲜切果蔬酶促褐变的化学防治措施

4.1 利用抑制剂来抑制果蔬的褐变

就水果蔬菜而言，如去皮的苹果、梨和马铃薯，主要的质量问题之一是褐变，造成外观质量下降。早期使用的亚硫酸盐或酸式亚硫酸盐抑制果蔬的酶促褐变，取得较好的效果。由于这两种含硫的盐对一些哮喘病人能引发类似过敏的反应，美国FDA已禁止亚硫酸盐类在某些食品中使用，多用其它化学添加剂作为亚硫酸盐类的替代物来抑制褐变。

目前使用的护色剂有[12]:二已基二硫代氨基甲酸、谷胱甘肽、L-半胱氨酸、亚硫酸钠、焦亚硫酸钾、抗坏血酸、氯化钠、蔗糖、柠檬酸、氯化钠、氯化钙、乙酸锌、苹果酸、P-对羟基苯丙烯酸、肉桂酸、苯甲酸、S-腺苷蛋氨酸、铝化物、锌化物、硼酸、4一己基间苯二酚(4．HR)、四硼酸钠、硫脲、硼酸钠、偏磷酸、氯化钾、氯化铁、氯化钡、环几亚酰胺(CHI)、二磷酸抗坏血酸、二乙基二硫代氨基甲酸钠、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、水杨酸、愈创木酚、次氯酸钠(钙)、二硫苏糖醇、甲基环丙烯等。

4.2 常见抑制剂对酶促褐变的抑制作用[13、14]

目前国内外研究较多的新型褐变抑制剂主要有:4一己基间苯二酚(4-HR)、半胱氨酸、酚类化合物、有机钙盐、乙醇、谷胱甘肽和植物提取物等。

4．2.1 4-HR 

4-HR是近年来发现抑制褐变最有效的芳香族化合物，已证实无系统性毒性并获得专利。大量试验发现4-HR可通过抑制PPO活性控制褐变延长贮藏期。其作用浓度低，无漂白作用，且只对PPO酶作用。4-HR作为抗褐变剂的效果与贮藏温度有关，当温度达35℃时其效果减弱。

4.2.2 半胱氨酸 

可通过与PPO活性位点的铜离子不可逆结合或替代PPO活性位点的组氨酸残基而抑制酶活性。将半胱氨酸用于抑制土豆、苹果、莴苣等鲜切果蔬的褐变效果较好。在控制果汁褐变方面，几乎与传统抗褐变剂亚硫酸盐一样有效。

4.2.3  钙处理 

钙处理法主要是防止仁果类如鸭梨、富士苹果、雪花梨、南国梨等的褐变。近年来的研究表明，钙在延缓果蔬的衰老和控制生理病害方面有较好的效果，浸钙还可抑制FPPO的活性，维持细胞膜的完整。近年来，人们主要采用有机钙盐特别是乳酸钙来进行钙处理。乳酸钙处理能很好地抑制褐变和保持硬度，并能改善产品的结构稳定性。乳酸钙不仅在口味上对鲜切产品没有影响，还能一定程度上增加鲜切产品的营养价值，同时具有一定抑制微生物的能力。同时，抗坏血酸钙也被应用到鲜切果蔬褐变的抑制中。研究表明，抗坏血酸钙稳定、无酸味，而且抗氧化能力强，它作为褐变抑制剂用于果蔬无毒副作用，最大用量可达1000 mg/kg，使用时不会因过量而引起不良后果。抗坏血酸钙用于抑制鲜切果蔬褐变具有广阔的前景，但其缺点是价格较贵。

4.2.4植物提取物  

抑制褐变最有吸引力的方法是用天然的方法。某些植物汁液中含有活性成分如蛋白酶、小分子多肽等，具有抑制褐变的功能，因此，可用来控制鲜切果蔬褐变发生。

4.3 防褐变剂的联合应用

抑制剂按照其作用机理来分，可分为酸化剂(如柠檬酸)、还原剂(如抗坏血酸)、螯合剂(如EDTA)、底物竞争剂(如4一己基间苯二酚)等。所有商业上应用的无亚硫酸盐的抗褐变剂都是组合而成的，且大部分都含抗坏血酸。一个典型的组合包括一种化学还原剂(如抗坏血酸)，一种酸化剂(如柠檬酸)以及一种螯合剂(如EDTA)。在实际应用中，常采用几种褐变抑制剂联用或化学试剂和物理方法(如低温、MAP、高压、电脉冲等)相结合的方法来抑制褐变的发生。

姚晓敏等[15]研究发现，马铃薯多酚氧化酶的最适作用温度为15.5℃，最适pH为6.0，60℃以下热稳定性较好，温度超过65℃，多酚氧化酶很快失活；采用75～85℃热处理5～20s钝化酶工艺，来抑制多酚氧化酶活性，防止切割马铃薯酶促褐变；也可采用80mg／L的亚硫酸钠、2000mg／L的硼酸、300mg／L的抗坏血酸、7000mg／L的氯化钙为主的护色剂处理，有效抑制多酚氧化酶的活性。吴锦铸等[3]用抗坏血酸钠、半胱氨酸、EDTA在pH5．5条件下处理MP蘑菇，能抑制其褐变，之前用5％H202处理能延长产品的货架期。张学杰等[16]用0.5％半胱氨酸+2％柠檬酸处理，能抑制MP马铃薯的褐变，在冷藏条件下采用MAP包装，可将产品贮藏至3w。王清章[17]对去皮切割马铃薯的贮藏试验表明，采用300mg／L的亚硫酸钠溶液处理，能有效抑制马铃薯组织中多酚氧化酶的活性，防褐变效果最好。但亚硫酸盐的使用会对人体造成一些不良影响。半胱氨酸对鲜切果蔬也有较好的保鲜效果。这些物质虽都能有效抑制鲜切果蔬的褐变，但其协同作用效果更佳。L-半胱氨酸、抗坏血酸和柠檬酸均能降低鲜切莲藕PPO活性和抑制酶褐变，但其联合使用(O.3％Vc+0.1％柠檬酸+0.4％L-半胱氨酸)的效果更佳[18]。童刚平研究发现0.2％异抗坏血酸+0．05％N-甲酰-L-半胱氨酸+1％柠檬酸可较好地抑制鲜切荸荠的褐变[19]。许多天然提取物也有利于鲜切果蔬的保鲜。采用丁香提取物处理鲜切茄子，可很好的解决贮藏过程中的失重和褐变[20]。

5 鲜切果蔬防褐变技术的发展趋势

对于大多数果蔬而言，在贮藏加工中预防褐变是非常重要的问题。鲜切果蔬由于自身特点，使得产品更容易发生褐变，尤其是酶促褐变。因此，如何有效防止鲜切果蔬酶促褐变一直受到研究者的重视。目前,主要采用物理的和化学的方法防褐变，但由于安全性的问题，化学方法越来越受到消费者的质疑，因此，采用非化学方法(包括物理的、生物的方法)成为目前控制酶促褐变的研究重点。其中，物理方法由于较生物方法更具操作性，必然在相当长的一段时期内成为控制鲜切果蔬酶促褐变的重要方法。

致谢

本论文是在蒋巧俊的悉心指导下完成的，从论文选题、实施、到论文的撰写和修改，都凝聚着导师的辛苦劳动，导师渊博的知识。敏锐的科研洞察力以及乐观豁达、宽以待人的态度，强烈的事业心以及为之所付出的辛勤劳动都给我留下了深刻的印象，也将使我终生受益。在此，谨向蒋老师之致以崇高的敬意和衷心的感谢。

我要感谢我的家人对我的理解和支持，是他们使我勇敢的面对学习和生活中的每一次挑战，是他们使我在求学的道路上不断前进。

最后感谢温州科技职业学院，感谢农生系的每一位老师的辛勤教导，感谢每一位同学的真诚帮助。

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