香蕉全果原汁贮藏期间的非酶褐变分析

刘小玲，张文灿，姜元欣，林 莹

(广西大学轻工与食品工程学院，广西 南宁 530004)

香蕉全果原汁贮藏期间的非酶褐变分析

刘小玲，张文灿，姜元欣，林 莹

(广西大学轻工与食品工程学院，广西 南宁 530004)

为更好控制香蕉全果原汁的贮藏褐变现象，探讨香蕉全果原汁在贮藏期间的褐变规律。香蕉全果原汁褐变指数随贮藏温度提高及贮藏时间延长而增大。香蕉全果原汁的非酶褐变符合零级动力学模型，褐变反应活化能为75.752kJ/mol，比果肉原汁活化能低，显示香蕉全果原汁比果肉原汁更易发生非酶褐变。贮藏期间果汁成分的变化及通径分析显示，20℃及35℃贮藏条件下，酚类物质是影响香蕉全果原汁贮藏期间非酶褐变最主要的因素。

香蕉；全果实；原果汁；非酶褐变；通径分析

香蕉全果原汁是以香蕉全果实(不去皮处理)经蒸汽灭酶、酶法液化、澄清、灭菌灌装后制备所得一种澄清型果汁。由于香蕉果皮的引入，果皮中的成分对全果原汁的风味产生一定的影响[1]，同时也对加工特性及贮藏过程中的果汁褐变产生影响。香蕉全果原汁在加工过程中已经过彻底的灭酶处理，因此香蕉果汁贮藏期间的褐变主要为非酶褐变。

非酶褐变不仅影响果汁的外观颜色，同时造成果汁中糖、VC等营养成分的损失，是果汁品质变劣和贮存寿命缩短的主要原因[2]。果汁的非酶褐变有4种类型，即美拉德反应、VC裂解、多元酚氧化缩合反应、焦糖化反应。果汁的非酶褐变通常是多种反应共同作用的结果，但在不同的产品中，有不同的主导反应类型，研究表明，柑橘汁贮藏期间的非酶褐变主要是由VC降解成的羰基化合物引起[3]，而浓缩苹果汁非酶促褐变的主要类型是美拉德反应[4]。

为了解香蕉全果原汁在贮藏过程中的非酶褐变，进而对引起褐变的因素加以有效控制，解决香蕉全果原汁贮藏褐变的问题。本实验比较了香蕉果肉原汁与香蕉全果原汁在贮藏期间的褐变指数变化及褐变动力学，分析了贮藏期间果汁的化学成分变化，并采用通径分析的方法寻找引起香蕉全果原汁非酶褐变的主要因素，为进一步控制香蕉全果原汁的贮藏非酶褐变提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

香蕉：威廉斯香蕉品种，完全黄熟，产地广西南宁坛洛镇。

巴比妥酸为化学纯；茚三酮、没食子酸、对苯甲胺、苯酚、亚铁氰化钾等(均为分析纯)。

1.2 仪器

722可见光分光光度计 常州国华电器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 香蕉果汁制备工艺

香蕉果肉原汁(banana juice，BJ)：成熟无损伤香

蕉→清洗去皮→切成3cm段→蒸汽加热(100℃，6min)→打浆→复合酶液化(50℃，80min，不外加水)→离心澄清→常压杀菌→灌装

香蕉全果原汁(whole banana juice，WBJ)：不去皮，直接整果切段，其余加工步骤与果肉原汁一致。

1.3.2 褐变指数BI的测定[5]

将果汁与等体积95%乙醇混合，混合均匀后在7200r/min 条件下离心20min，上清液在420nm 处测定吸光度。蒸馏水做空白，以420nm 处的吸光度A420nm表示褐变指数BI。

1.3.3 果汁成分分析

总糖的测定采用直接滴定法[6]；还原糖的测定采用菲林试剂直接滴定法[6]；总酚的测定采用福林-肖卡法[7]；游离氨基酸的测定采用茚三酮比色法[6]；总酸的测定采用酸碱中和滴定法[6]；VC的测定采用Fe-菲啰啉分光光度计法[8]。

1.4 数据处理

所有实验重复3次，数据用x±s表示，采用SPSS 11.5软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 贮藏前香蕉原汁成分分析

贮藏前香蕉全原果汁和果肉原汁的各项指标如表1所示。两组原汁各项初始指标均有差异。全果原汁的初始褐变指数BI为0.140，高于果肉果汁。全果原汁的总酸、总糖、还原糖及游离氨基酸含量均低于果肉果汁的相应值，但总酚含量高于果肉原汁。香蕉中VC含量很少，且与空气接触易被氧化，杀菌后，在两种原汁中均没有检测出还原型VC的含量。因此，在讨论非酶褐变及其影响因素时，不再考虑VC的影响。

表1 贮藏前香蕉原汁成分分析Table 1 Components of banana juice before storage

2.2 香蕉全果原汁贮藏期间的褐变

非酶褐变反应产生的色素在420nm波长处有很强的吸光度，此波长下的吸光度大小可反映褐变的严重程度[9]。分别将香蕉全果原汁和果肉原汁置于不同温度下贮藏，贮藏期间果汁的褐变指数变化如图1所示。随着贮藏时间的延长，果汁的褐变指数呈增长趋势，且贮藏温度越高，增加越明显。全果原汁4℃贮藏60d后褐变指数BI为0.160，35℃贮藏60d后褐变指数BI提高到0.766，说明贮藏温度是影响果汁褐变的重要因素。35℃条件下贮藏60d后，果肉原汁和全果原汁的褐变指数BI分别为0.685和0.766，可见，贮藏期间全果原汁的非酶褐变较果肉原汁严重。

图1 香蕉原汁贮藏期间的褐变指数变化Fig.1 Change of browning index of banana juice during storage

2.3 香蕉原汁的非酶褐变动力学

对香蕉全果原汁和果肉原汁褐变指数随时间变化曲线分别进行线性回归拟合和指数回归拟合，不同贮藏温度下的褐变反应动力学方程及相关系数R2如表2所示。由表2可见，贮藏温度越高，果汁的褐变速率常数越大；同一温度下，全果原汁的褐变速率常数大于果肉原汁。

表2 不同温度下香蕉原汁褐变指数变化的动力学参数Table 2 Kinetic parameters for browning index of banana juice at different storage temperature

全果原汁在4℃和20℃的贮藏条件下，零级动力学方程拟合的相关系数与一级动力学方程拟合的相关系数均较高，且差异不明显。但全果原汁在35℃的贮藏条件下的R02与R12分别为0.985与0.915，差异较大。综合考虑3组贮藏条件，全果原汁在贮藏期间的褐变指数BI与零级反应动力学更吻合。果肉果汁在3组贮藏温度下，褐变指数与零级动力学方程拟合的相关系数均高于与一级动力学方程拟合的相关系数，因此认为果肉果汁在贮藏期间的褐变指数BI与零级反应动力学相吻合。香

蕉原汁的贮藏褐变与文献报导的银杏浊汁[10]、菠萝浓缩汁[11]的褐变反应规律一致，都符合零级动力学模型。

将两组果汁褐变的速率常数代入Arrhenius方程计算反应活化能Ea。Arrhenius方程k=k0exp(－Ea/RT)，式中：k为速率常数；k0为指前因子；R为气体常数(8.314J/(mol·K))；T为热力学温度；Ea为活化能(kJ/mol)。经计算，香蕉全果原汁和果肉原汁发生非酶褐变的活化能Ea分别是75.752kJ/mol和84.267kJ/mol。全果原汁的非酶褐变活化能低于果肉原汁，说明同等条件下，全果原汁更容易发生非酶褐变。

2.4 贮藏期间香蕉原汁主要成分变化

2.4.1 总酸含量的变化

果汁的酸度是影响非酶褐变的重要因素。有研究表明，pH值可影响反应的活化能，pH值越低，褐变的活化能越高[12]。由图2可见，果肉原汁的总酸含量显著高于全果原汁。两者的差异可能是造成两组果汁贮藏非酶褐变差异的一个因素。但贮藏期间，两种果汁的总酸含量变化不明显。张文灿等[1]的研究显示，香蕉热加工及贮藏中发生了酯类的水解，使香蕉果汁出现了原料所没有的有机酸如异戊酸和3-羟基丁酸等，同时，香蕉果皮果肉中存在含量较高的亚麻酸在香蕉全果原汁和果肉原汁中均未检出。说明香蕉在加工和贮藏中有机酸的组成发生了较为复杂的变化。尽管如此，果汁酸度仍基本保持相对稳定。因此，亦有研究将果汁贮藏过程中总酸的相对稳定归因于果汁自身的缓冲能力[13]。

图2 贮藏过程中香蕉原汁总酸的变化Fig.2 Change of total acid content of banana juice during storage

2.4.2 总糖及还原糖含量的变化

两种香蕉原汁的总糖及还原糖含量的变化如图3、4所示。果肉原汁的总糖含量高于全果原汁。两种果汁的总糖在贮藏期间表现出下降的趋势，且贮藏温度越高，下降幅度越大。4℃贮藏条件下，两种原汁的总糖含量变化均不明显。随温度升高，全果原汁的总糖保留率较果肉原汁高。35℃贮藏条件下，全果和果肉原汁总糖含量的保留率分别为93.03%和91.50%。贮藏前，全果原汁的还原糖含量低于果肉原汁，是果肉原汁的65.21%。在贮藏期间，两组果汁还原糖的含量没有发生显著变化(图4)。

图3 贮藏过程中香蕉原汁总糖含量的变化Fig.3 Change of total sugar content of banana juice during storage

图4 贮藏过程中果汁还原糖含量的变化Fig.4 Change of reducing sugar content of banana juice during storage

美拉德反应是以还原糖和氨基化合物为底物，生成一系列深色物质的复杂反应，是造成许多果汁非酶褐变的因素。一方面，果汁中还原糖由于参与美拉德反应而被部分消耗；另一方面，在酸性条件下，总糖亦可水解产生还原糖而使其含量增加。最终还原糖含量的高低取决于两个反应的平衡。因此，仅由还原糖的含量变化无法判断是否发生美拉德反应，但总糖的变化可间接反映美拉德反应的情况。由图3、4可推测，高贮藏温度下，香蕉原汁的非酶褐变部分原因是由美拉德反应引起，但对果肉原汁的影响更显著。

2.4.3 游离氨基酸含量的变化

氨基酸既是非酶褐变的反应物，也是非酶褐变反应的催化剂。非酶褐变反应活性较强的氨基酸有赖氨酸、甘氨酸、色氨酸、酪氨酸[14]。由图5可知，果肉原汁的游离氨基酸含量高于全果原汁。随着贮藏时间的延长，两种原汁的游离氨基酸含量均下降，4℃条件下，游离氨基酸含量下降不明显；贮藏温度越高，游离氨基酸含量下降速率越快。果肉原汁游离氨基酸下降的程度较全果原汁大。35℃贮藏60d后，全果原汁和果肉原汁的游离氨基酸保留率分别为89.9%和82.6%。游离氨基酸是美拉德反应的底物，由图5亦可推断，高温贮藏条

件下，美拉德反应引起果肉原汁的褐变较全果原汁显著。

图5 贮藏过程中香蕉原汁中游离氨基酸的变化Fig.5 Change of free amino acids content of banana juice during storage

2.4.4 总酚含量的变化

酚类物质的化学性质十分活泼，易氧化成为苯醌。苯醌是强烈的亲电子基团，极易与亲核基反应，使其他物质氧化聚合。

图6 贮藏过程中香蕉原汁总酚含量的变化Fig.6 Change of total phenols content of banana juice during storage

如图6所示，全果原汁的总酚含量高于果肉原汁，随着贮藏时间的延长，两种果汁中的总酚含量呈减少趋势。4℃条件下，变化不是十分明显，温度越高，总酚含量减少的速度越快。35℃贮藏60d后，全果原汁与果肉原汁总酚的保留率分别为82.53%、84.9%。由果汁总酚含量的变化可以推断全果原汁中酚类化合物氧化聚集比果肉原汁严重。这与鲍金勇等[15]在研究香蕉皮单宁与褐变关系的结论一致。

2.5 全果原汁的非酶褐变通径分析

由上述香蕉全果原汁贮藏期间的褐变指数变化及化学成分变化分析发现，低温贮藏条件下，香蕉全果原汁的褐变不显著，且其化学成分的变化亦不显著。但随着贮藏温度提高，褐变加剧，果汁的成分变化也显著。为此，对在20℃和35℃贮藏的香蕉全果原汁进行非酶褐变通径分析，可进一步揭示香蕉全果原汁贮藏期间非酶褐变的根源。

2.5.1 全果原汁20℃贮藏条件下的非酶褐变通径分析

以各成分：总糖(X1)、还原糖(X2)、游离氨基酸(X3)、总酚(X4)为自变量因子，以褐变指数BI为依变量Y值，对引起非酶褐变的各因子进行通径分析。得到各因子间的相关系数，并建立相关系数矩阵，求出直接通径系数P1、P2、P3、P4和各因子间的间接通径系数Pij。直接通径系数表示各因子(X1、X2、X3、X4)对依变量Y的作用；间接通径系数Pij为自变量Xi通过自变量Xj对依变量Y的作用。

20℃贮藏条件下，各因子通径系数如表3所示。由表可知，20℃贮藏条件下，被研究的4个因子对全果原汁褐变指数的影响由大到小依次是总酚(P4=－0.6080)、游离氨基酸(P3=－0.4239)、还原糖(P2=0.02363)、总糖(P1=0.01123)，游离氨基酸与总酚的交互作用对褐变指数的影响也较明显。

由相关系数和通径系数计算决定系数d。决定系数表示各因素对结果的相对决定程度。决定系数(略)显示，游离氨基酸与总酚交互作用是影响20℃贮藏条件下香蕉全果实果汁褐变指数的第一决定因素，总酚是影响褐变指数的第二决定因素，游离氨基酸是影响褐变指数的第三决定因素。对剩余因素Pe(Pe=0.2879)的分析显示，设置的因子已考虑了影响全果汁非酶褐变的主要因素。

表3 全果原汁非酶褐变通径分析表(20℃)Table 3 Path analysis of whole banana juice browning (20 ℃)

2.5.2 全果原汁35℃贮藏条件下的非酶褐变通径分析

全果原汁在35℃贮藏条件下的非酶褐变通径系数分析如表4所示。由表4可知，在35℃贮藏条件下，4个因子对全果实果汁褐变指数的影响由大到小依次是总酚(P4=－0.8926)、总糖(P1=－0.4489)、游离氨基酸(P3= 0.3305)、还原糖(P2=0.0311)。总酚与其他因子的交互作用也比较明显。

由决定系数可知(略)，总酚是影响35℃贮藏条件下香蕉全果原汁褐变指数的第一决定因素，总糖与总酚的交互作用是影响褐变指数的第二决定因素，游离氨基酸与总酚的交互作用是影响褐变指数的第三决定因素。剩余因素Pe(Pe=0.119)显示，已考虑了影响全果原汁非酶褐变的主要因素。

综合上述两个常规贮藏温度下的香蕉全果原汁非酶褐变通径分析可证实：酚类氧化是引起香蕉全果原汁贮藏期间非酶褐变的主要原因。

表4 全果原汁非酶褐变通径分析表(35℃)Table 4 Path analysis of whole banana juice browning (35 ℃)

3 结 论

本研究所用的香蕉全果原汁与以往研究的香蕉果汁有较大的差别，其典型特征为：采用了完整的香蕉果实为原料；在液化及其他加工环节均不加入水。因此，香蕉全果原汁完全来源于原料香蕉果肉和果皮的水分和其他天然成分。本课题组已实现了香蕉全果生产澄清原汁的加工技术。尽管在加工中，导致香蕉褐变主要因素——多酚氧化酶已经被有效控制，但在贮藏期间，香蕉全果原汁比果肉原汁的褐变严重。本研究揭示香蕉全果原汁贮藏期间非酶褐变的规律，即褐变符合零级动力学模型，可用零级反应动力学方程预测某贮藏温度及一定贮藏时间内的褐变程度。同时，亦揭示了香蕉全果原汁贮藏期间的褐变原因，即酚类氧化是导致香蕉全果原汁非酶褐变的原因，为解决香蕉全果原汁的贮藏褐变现象提供了明确的方向。

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Non-enzymatic Browning of Banana Whole Fruit Juice during Storage

LIU Xiao-ling，ZHANG Wen-can，JIANG Yuan-xin，LIN Ying
(School of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

The non-enzymatic browning of banana whole fruit juice (WBJ) during storage was studied. Browning index (BI) of WBJ increased with higher storage temperature and longer storage periods. The BI change of WBJ was fit to zero order kinetic models. The browning activation energy of WBJ was 75.752 kJ/mol, and was lower than that of banana juice (BJ), which suggest that WBJ was easier to browning than BJ. The components of WBJ were determined and the correlation of each component and BI was analyzed with path analysis methods. It was concluded that phenol was the most important factor causing the nonenzymatic browning of WBJ stored at 20 ℃ and 35 ℃.

banana；whole fruit；original juice；non-enzymatic browning；path analysis

TS255.3；S668.1

A

1002-6630(2010)18-0411-05