香蕉皮热烫防褐变工艺条件的研究

葛 鸽，徐姗姗，李江雪，杨一涵，王建中

(北京林业大学生物科学与技术学院，北京林业大学林业食品加工与安全北京市重点实验室，北京100083)

香蕉(Musa nana Lour)属芭蕉科(Musaceae)芭蕉属(Musa)，香甜可口营养丰富，是广受欢迎的热带水果。香蕉属肉质浆果，果皮较厚，约占果实重量的30%［1］，但长期以来人们只生食果肉，每年伴随香蕉加工有数百吨香蕉皮被遗弃，造成了严重经济损失和资源浪费［2］。既往研究发现，香蕉皮中富含膳食纤维、酚类、油脂类、鞣质、有机酸，蛋白质和糖类，还含有多种维生素、无机盐和矿质元素等，其营养价值比香蕉果肉还高，具有一定的应用价值［3-6］。但香蕉皮相比香蕉果肉在加工过程中更易发生褐变，其组织中的多酚氧化酶与酚类物质接触，会催化多酚类物质氧化成邻醌，进一步氧化聚合成黑色素［7-8］，此类反应影响了产品的外观品质，降低了产品的经济价值，使香蕉皮加工开发止步不前。本文以香蕉皮浆液褐变度和PPO活性作为判定指标，研究香蕉皮加工中的热烫条件，最后找出防止香蕉皮褐变的最优条件组合，为香蕉皮的综合利用提供理论与技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

海南香蕉、香牙蕉果皮 北京市售;无水乙醇、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、邻苯二酚 均为分析纯，北京化工厂。

苏泊尔SG280C1家用小型榨汁机 浙江苏泊尔有限公司;D-37520高速冷冻离心机 Osterode Kendro Laboratory;T6新世纪紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司;IC-KH2001电磁炉 江苏松桥电器有限公司;ME204E电子分析天平 上海皖衡电子仪器有限公司。

1.2 实验方法

1．2．1 原料处理 选择表皮金黄，无机械损伤，成熟度不小于8成的海南香蕉。用水洗净表面杂质，将香蕉皮剥下，用不锈钢刀切成2cm×2cm大小均匀的块状，立即放入热水中进行热烫处理，快速冷却后均匀打浆。

1．2．2 褐变度测定 取打浆后的香蕉皮浆液，加入三分之一体积的无水乙醇，在转速9000r/min，温度2～4℃条件下冷冻离心30min，取离心后的上层清液，测定其在 420nm 波长处吸光度［7，9-11］。

1．2．3 粗酶液提取 取适当香蕉皮浆过滤液，加入二分之一体积的1%PVP的0．05mol/L磷酸缓冲液，在转速9000r/min，温度2～4℃条件下离心30min，离心后上清液为粗酶液［12-13］。

1．2．4 酶活测定 用移液管取1mL粗酶液，加入3mL 0．16mol/mL邻苯二酚溶液，室温下静置2min，在420nm波长下连续测定6min内吸光度变化，每隔30s记录数据。定义1mL酶液在1min内OD420nm值变化0．01为一个酶活力单位(U)。

1.3 单因素实验条件设置

根据樊志勇等［9］的研究及前期实验结果，设定下列单因素实验条件。

1．3．1 热烫温度对褐变的影响 采用 40、50、60、70、80、90、100℃七个水平，在固液比 1∶4，柠檬酸添加量为0．3%的条件下热烫处理5min。

1．3．2 热烫时间对褐变的影响 采用 2、3、4、5、6、7、8min七个水平，在温度为100℃，固液比1∶4，柠檬酸添加量为0．3%的条件下热烫处理。

1．3．3 热烫固液比对褐变的影响 采用 1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8 七个水平，在温度为 100℃，柠檬酸添加量为0．3%的条件下热烫处理5min。

1．3．4 柠檬酸添加量对褐变的影响 采用 0．1%、0．2% 、0．3% 、0．4% 、0．5% 、0．6% 、0．7% 七个水平，在温度为100℃，固液比1∶4的条件下热烫处理5min。

1.4 正交实验设计

在单因素实验的基础上，发现温度为100℃时，香蕉皮浆褐变度最低，操作易于控制，护色效果最佳，故不再将热烫温度作为正交实验的考虑因素。选取热烫时间、热烫固液比、柠檬酸添加量组成复合热烫条件，每个因素设置三个水平，以香蕉皮浆褐变度及PPO酶活为考察指标，采用L9(34)正交实验。各因素水平的选取如表1所示。

表1 正交实验因素水平设计表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel(Office2010)软件整理数据，正交设计助手Ⅱ V3．1软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 热烫温度对香蕉皮热烫效果的影响

从图1可知，随着热烫温度的上升，香蕉皮中PPO酶活性不断下降。温度在50℃以上，香蕉皮中的PPO开始钝化，活性降低，可能是由于较高温度下，本质为蛋白质的PPO发生了变性和不可逆的失活。温度对多酚氧化酶的影响是双重的，一方面温度升高能加快酶催化反应速度进程，另一方面促使酶蛋白变性，它是两种对抗效应的综合反应［14］。温度在60～70℃内，PPO活性继续下降;当温度达到100℃时，PPO 几乎不再变化(p＜0．05)。

图1 热烫温度对香蕉皮热烫效果的影响Fig．1 The effect of blanching temperature on the banana peel heat treatment

香蕉皮浆液的褐变度随着热烫温度的升高而不断降低。热烫温度在40～60℃内时，褐变度下降很快，是由于较高温度下PPO活性部位发生变性，引起酶促褐变的能力受抑制;热烫温度大于70℃时，香蕉皮浆的褐变度再次下降。因为香蕉皮中含有黄色素、原花色素等［15-16］，其中黄色素最大吸收波长为440nm，可能对检测结果造成一定影响，使褐变度不趋于0;在100℃左右，褐变度几乎不再变化(p ＞0．05)。

综上所述，热烫温度为100℃时，在实际操作中易于控制，香蕉皮浆褐变度较低，香蕉皮颜色呈接近新鲜状态的金黄色，护色效果最佳，故选择100℃。

2.2 热烫时间对香蕉皮热烫效果的影响

由图2可知，香蕉皮中PPO酶活性随着热烫时间的增加而降低，后趋于平缓，但总体来说，热烫时间对PPO酶活性的影响较小。热烫时间在2～5min时，香蕉皮中PPO酶活性下降较快，说明该阶段内热烫处理对PPO酶活的影响较显著(p＜0．05);5～6min时，香蕉皮中PPO酶活性下降速度较上一阶段变慢;在6～8min内，酶活的下降趋势逐渐呈现平缓状态，香蕉皮中PPO酶活不再随着热烫时间的增加而有明显改变(p ＞0．05)。

图2 热烫时间对香蕉皮热烫效果的影响Fig．2 The effect of blanching time on the banana peel heat treatment

延长热烫时间可以降低香蕉皮浆的褐变程度。热烫时间在2～4min内，香蕉皮浆的褐变度下降较快;在4～5min内，褐变度有一个陡降变化;5～6min内，褐变度几乎没有变化;7min后，随着热烫时间的增加，褐变度也不再有明显下降，说明此时已经达到了香蕉皮防褐变的目的(p＞0．05)。

综上所述，热烫时间对香蕉皮的色泽影响显著，热烫时间为5min时，就可以对PPO酶活性起很好的抑制效果，香蕉皮浆褐变度较低，护色效果较佳。

2.3 热烫固液比对香蕉皮热烫效果的影响

从图3可知，随着热烫固液比的增加香蕉皮中PPO活性不断下降，即增大热烫处理的固液比对钝化香蕉皮中的PPO有显著效果(p＜0．05)。固液比在1∶3～1∶4内，香蕉皮中PPO的活性下降趋势明显，随固液比增加抑制酶活效果增强;固液比在1∶4～1∶7之间，PPO的活性几乎不再变化;固液比在1∶8时，PPO的酶活力已经很低，继续增大固液比对活性降低的作用不大(p＞0．05)。

图3 热烫固液比对香蕉皮热烫效果的影响Fig．3 The effect of solid-to-liquid ratio on the banana peel heat treatment

随着热烫固液比的增加香蕉皮浆的褐变度不断下降。固液比在1∶2～1∶5内，香蕉皮浆褐变度下降很快，说明在此阶段内增大固液比对降低香蕉皮浆褐变度有很大作用;固液比在1∶5～1∶7内，香蕉皮浆的褐变度几乎无变化;固液比为1∶8时，褐变度反而略有上升。

综上所述，适当增大固液比能有效降低香蕉皮的褐变度，综合热烫处理效果和工艺成本考虑，选择固液比为1∶5，护色效果最好。

2.4 柠檬酸添加量对香蕉皮热烫效果的影响

从图4可知，随着热烫柠檬酸量的增加，香蕉皮中PPO的活性下降。热烫加酸量在0．1%～0．4%内时，随酸量不断增加PPO的活性持续降低，呈现明显的线性关系，在加酸量为0．4%时，有最低的PPO酶活;加酸量大于0．4%后，香蕉皮中PPO的活性几乎无变化，此后继续增加酸量对降低PPO活性无明显作用(p ＞0．05)。

随柠檬酸添加量的增加，香蕉皮浆的褐变度持续下降。热烫加酸量在0．1%～0．4%时，香蕉皮浆的褐变度下降明显，说明增大酸量对降低香蕉皮的褐变程度十分有效;加酸量大于0．4%以后，香蕉皮浆的褐变度几乎持平，继续增大柠檬酸的量褐变度也不再明显降低(p ＞0．05)。

综上所述，从香蕉皮浆液的褐变度和热烫处理后香蕉皮的色泽考虑，选择添加0．5%柠檬酸的热烫条件，可以获得较好的护色效果。

图4 柠檬酸添加量对香蕉皮热烫效果的影响Fig．4 The effect of citric acid content on the banana peel heat treatment

2.5 正交实验分析

从表2、表3和表4可以看出，柠檬酸添加量和热烫固液比在热烫过程中对PPO酶活和褐变度有显著影响(p＜0．05)，而热烫时间在热烫过程中对PPO酶活和褐变度无明显的影响。三个因素对香蕉皮热烫过程中PPO酶活的影响从大到小为:热烫固液比(C)＞柠檬酸添加量(A)＞热烫时间(B)，三个因素对香蕉皮热烫过程中浆液褐变度的影响大小为:热烫固液比(C)＞柠檬酸添加量(A)＞热烫时间(B)。

由表2，通过比较柠檬酸添加量(A)和热烫固液比(C)的 K1、K2、K3，可确定最佳水平分别为 A3和C3，因为热烫时间(B)对实验结果影响较小，从节约时间和成本的方面考虑，故选择B1。综上所述，热烫处理的最优条件为:A3B1C3，即柠檬酸添加量为0．6%，热烫时间为5min，热烫固液比为1∶6。经过实验验证，此条件下香蕉皮浆液褐变度仅为0．117，香蕉皮中PPO酶活为16U。

表2 正交实验结果分析Table 2 Results of orthogonal experiment

表3 褐变度方差分析Table 3 Analysis results of variance of the browning degree

表4 PPO酶活性方差分析Table 4 Analysis results of variance of the polyphenoloxidase

3 结论

综合实验结果，香蕉皮热烫防褐变的优化工艺条件为:热烫温度为100℃、热烫时间为5min、热烫固液比为1∶6、柠檬酸添加量为0．6%。在此条件下对香蕉皮进行热烫防褐变处理，测得香蕉皮浆液褐变度仅为0．117，香蕉皮中PPO酶活为16U。

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