梨汁加工过程中的酶促褐变及控制

梨汁加工过程中的酶促褐变及控制

2010年，在中国水果和果汁产业融合仪式上，相关行业人士指出，中国的果汁产业已经进入快速发展的不平衡时代。中国饮料工业协会提供的数据显示,我国已成为仅次于美国的世界第二大饮料生产国,其中,果汁类饮料保持每年超过100万t的增长速度。但是,目前我国人均年果汁消费量只有1kg,仅为西欧的1/40,不到美国的1/20。在我国,90%以上梨用于鲜食和初加工,深度加工产品少,而先进国家加工品种一般在50%以上。梨浓缩汁是最主要的梨加工产品,罐头、果干和果脯等生产量很小。因此,深度加工是最薄弱的环节,已成为梨加工产业进一步发展的瓶颈。梨汁加工过程中会伴随着褐变现象,不仅产生令人不喜欢的颜色,还常伴有气味劣变,是困扰梨汁生产加工的一个重要的技术难题。褐变类型分为酶促褐变和非酶褐变,在榨汁阶段的变化主要是由酶促褐变引起的,大于80%的酶促褐变多发生在很短时间的破碎过程中。这种酶促褐变是植物组织中的酚类物质在有氧条件下,被多酚氧化酶氧化生成醌类,醌类聚合形成褐色物质的过程,因此防止制汁过程中酶促褐变显得非常重要。杀菌防止变质是梨汁生产中的重要组成部分。传统梨汁杀菌方法是采用热灭活梨汁中的微生物和酶,包括:巴氏杀菌、高温短时杀菌或超高温瞬时杀菌。此种方法对于梨这种风味物质含量高的热敏性水果,会破坏色、香、味及营养成分,影响制汁品质。最近,冷杀菌技术正逐渐成为食品行业研究热点,相继被梨汁生产企业采用,得到推广。在加工工艺中,为了避免梨汁的分层和沉淀,保持质感均匀,需要对粗浆或粗汁进行澄清处理。1避免酶促褐变褐变主要是梨汁中的多酚氧化酶(Polyphenoloxidase,PPO)在有氧的条件下催化酚类物质生成褐色物质的过程。鲜榨梨汁生产的关键性问题就是防止酶促褐变。一般采用的防止褐变相关方法有:使用防褐变剂,破碎时充氮气,高压使酶失活,辐照,离子交换及吸附等。在这些方法中,热处理虽能很好地杀灭果汁中的微生物和酶,延长梨汁的货架期,但对梨汁的品质影响较大,而冷加工中使用高压和辐照是目前最有潜力的技术。1.1酶促褐变的因素热处理方法是通过调节温度,灭活PPO达到控制酶促褐变目的一种防褐变工艺。长时、高温可使PPO灭活,但会加重美拉德反应等非酶促褐变,生产出的梨汁具有煮熟味;短时、低温会使PPO保留残余活力,从而使酶促褐变缓慢发生。赵光远等人研究了热处理梨汁、梨浆,使其中的PPO部分甚至完全失活所需要的温度和时间。对于鲜榨梨汁,90℃处理10s以上可使PPO彻底灭活;对于果浆,90℃热处理20s以上,95℃热处理10s以上可使PPO彻底灭活。由此可以得到,果浆中的PPO比鲜榨梨汁中的PPO耐热。1.2超高压对酶活性的影响超高压处理钝化酶是通过改变关键酶蛋白的空间构象来抑制酶活性的一种冷处理钝化酶技术。酶的催化作用依赖于活性中心,活性中心与三维构象有关。酶蛋白构象的改变会引起活性中心的微小变化,这种变化可能使酶降低甚至失去活性。超高压对酶的影响可以分为2种情况:压力较低时可以激活酶,压力较高时使酶活性受到抑制。曾庆梅等人采用处理条件为500MPa,50℃,pH值3和保压10min时,不仅可以较好地钝化过氧化物酶,减少梨汁酶促褐变,而且加热温度不高、保压时间较短,是综合效果较佳的梨汁超高压处理工艺。1.3弱化酶加热会弱化酶蛋白中的一些氢键、疏水键、离子键和静电相互作用,而高压处理会增强这种弱化效果,使酶的三维构象受到破坏,加速PPO的失活。赵光远等人使用超高压协同加热处理鲜榨梨汁,采用500MPa,60℃或750MPa,50℃以上的处理条件,可使鲜榨梨汁中的PPO失去60%以上的活性。1.4抗坏血酸的氧化大多数防褐变剂是通过抗氧化作用来延缓空气中的氧参与褐变过程,达到延缓褐变的目的。茶多酚、L-半胱氨酸、抗坏血酸、亚硫酸氢钠、曲酸、氯化钙和氯化钠均是较好的防褐变剂。L-半胱氨酸可与酶促褐变的中间产物醌产生鳌合作用生成稳定化合物,使产品具有较好的外观;抗坏血酸是一种天然抗氧化剂,可将氧化的醌类及其衍生物还原成酚类物质,这样就阻止了醌类物质进一步聚合形成黑色素类物质即产生褐变,但添加量过大时,会引起非酶褐变,所以选择一个合适的剂量十分必要;此外,抗坏血酸是一种天然营养成分,安全性高,是一种较好的抗褐变剂。赵光远等人将可用于食品的几种防褐变剂在梨破碎时加入,研究对梨浆和梨鲜榨汁的防褐变效果以及相互之间的协同作用。抗褐变能力依次为:0.1%氯化钠>0.1%曲酸>0.1%氯化钙>0.008%半胱氨酸>0.1%氯化钠。采用0.044%氯化钠加0.0125%抗坏血酸的组合表现出较好的抗褐变效果。1.5辐照处理对梨汁中ppo活性的影响辐照处理梨汁是一种食品冷加工技术,杀灭梨汁中微生物的同时保持梨汁原有的色泽、风味、营养成分。刘超等人采用60CoC射线辐照处理梨汁,研究不同辐照剂量、不同pH值、辐照与pH值复合处理对梨汁中PPO活性的影响。试验结果表明:辐照处理和调节pH值对梨汁中PPO活性都有不同程度的抑制作用;3kGy辐照与pH值3复合处理甚至能抑制PPO约92%的活性。1.6阳离子树脂复合吸附法对已经发生的褐变,浓缩果汁加工中,一般采用吸附脱色的方法来降低褐变指数。一般而言,活性炭、明胶、班脱土、硅胶等都是被广泛采用的传统脱色材料。自瑞士布赫公司率先将“超滤→树脂吸附”技术用于果汁脱色以来,国内新建浓缩果汁生产厂家将该技术应用于生产。工艺如下:杨毅等人研究离子交换和吸附相结合技术在降低、控制浓缩砀山酥梨汁褐变中的应用。将20°Brix砀山酥梨汁依次经FPC221阳离子交换树脂和XAD216大孔吸附树脂处理后,减压浓缩至70°Brix,贮存,检测褐变指数等指标的变化。结果显示,阳离子树脂处理可降低酥梨汁的pH值、氨基态氮和褐变指数;降低pH值可提高吸附树脂对酥梨汁的脱色能力;降低pH值、氨基态氮可控制70°Brix浓缩酥梨汁贮存中褐变速度。采用阳离子树脂处理将酥梨汁的pH值降低为4.05,再经吸附树脂将色值提高为85%,浓缩至70°Brix的酥梨汁在37℃下贮存35d后,色值仍大于45%。1.7进行打浆液氮排氧打浆工艺是利用液氮汽化迅速降温排氧原理,对梨进行打浆。姜龙波等人对传统常温打浆方法与液氮排氧打浆进行比较,液氮打浆能够很好地降低PPO的活性,抑制梨汁的酶促褐变,减少抗坏血酸含量的损失,大幅度提高产品质量。2关于消毒技术的研究2.1pef对梨汁品质的影响高压脉冲电场以“膜穿孔”理论为基础,即食品中微生物的细胞膜在强电场作用下产生穿孔或破裂,膜内外物质进行交换,从而导致微生物失活。此外,据有关研究报道高压脉冲电场在钝化酶活性方面作用明显,机理目前还不是十分清楚。一般认为,在脉冲电场作用下,维持酶三维结构力可能受到影响或是球状蛋白的构造遭到破坏,导致酶蛋白变性。赵瑾等人研究PEF对梨汁的杀菌钝酶效果的影响。结果表明,当电场强度30kV/cm,处理时间200μs,10℃水浴温度时,沙门氏菌数量最大降低了3~4个数量级。脉冲电场能够降低梨汁中PPO的活性,但PPO对脉冲电场的抗性比微生物强,当电场强度30kV/cm,时间1200μs,温度由10℃上升至40℃时,残留酶活从33.3%下降至13.2%。因此,PEF具有有效杀灭梨汁中微生物的同时,钝化PPO的优势。为了采用非热杀菌技术以生产高质量的果汁,赵瑾等人研究了PEF对梨汁的杀菌效果及其对产品品质的影响。结果表明,当电场频率、电场强度和处理时间、温度分别为200Hz,30kV/cm和240μs,10℃时,梨汁中接种的大肠杆菌、酿酒酵母的数量分别下降4.6,2.7个数量级。温度具有辅助杀菌效应,相同频率和场强下处理时间200μs,当样品温度从10℃上升致40℃时,大肠杆菌致死率提高了1.4个数量级,酿酒酵母致死率提高了2.0个数量级,未接种鲜榨梨汁的细菌致死率提高了2.0个数量级,霉菌酵母致死率提高了1.0个数量级。色谱—质谱(GC-MS)对梨汁风味物质进行检测的结果表明,PEF处理后梨汁理化性质、营养成分比热处理更接近原样。因此脉冲电场不仅有较好的杀菌作用,并且最大限度地保证了梨汁的品质。2.2样品的制备工艺超高压处理不仅能杀灭食品中的微生物,还可以抑制酶的活性,但是超高压装置工作压力大,运行成本高。中温(≤60℃)不会对食品带来营养成分损失;风味、色泽改变的不利影响,因此采用中温协同高压对微生物进行杀菌处理,寻求降低处理压力的途径。制备样品工艺方法:曾庆梅等人研究了处理压力和协同温度对梨汁中菌落总数、霉菌和酵母菌以及大肠菌群存活量的影响。处理压力为大气压力到500MPa,协同温度为室温到58℃,保压时间为10min,梨汁pH值5。实验结果表明,①在室温、保压时间为10min下,当处理压力达到500MPa,菌落总数为50CFU/mL;压力为400MPa,霉菌和酵母菌存活量为10CFU/mL,大肠菌群则未被检出。②在压力为450MPa,保压时间为10min下,协同温度≥29℃时,梨汁中菌落总数为70CFU/mL;霉菌和酵母菌未被检出。2.3果汁厚度对紫外线杀菌效果的影响作为一种冷杀菌方式,紫外线杀菌具有投资少、能耗低、操作简便,而且处理温度低,能最大限度地保持产品新鲜度的优势。耿敬章等人研究了果汁厚度、辐射距离、辐射时间和杀菌温度4个因素对紫外线杀灭接种在梨清汁中的大肠杆菌的影响。并通过正交实验得出各因素的最佳组合。结果表明,辐射时间和果汁厚度对紫外线的杀菌效果影响最为显著。当果汁厚度为0.5mm,辐射时间为5min,辐射距离为10cm,杀菌温度为30℃时,杀菌率可达99.95%。2.4臭氧o3利用超声波空化效应在液体中产生的瞬间高温及温度交变、瞬间高压和压力变化,使液体中某些细菌致死,病毒失活,甚至使体积较小的一些微生物细胞壁破坏,从而延长保鲜期。臭氧(O3)是一种强氧化剂,长期以来就被认为是一种有效的氧化剂和消毒剂。制样工艺流程:超声功率从200~800W,臭氧质量浓度从0.02~0.14mg/L,时间从35~210s,超声与臭氧有着较好的协同杀菌作用,杀菌效果明显优于单独超声杀菌或单独臭氧杀菌。3以生物处理、物流等碳悬液、稳定剂等为原料的复合剂梨汁加工工艺中澄清传统的方法是滤布过滤、硅藻土过滤和加酶处理自然澄清(辅以明胶、单宁等澄清剂)等,这些澄清方法虽然具有设备投资少、工艺流程简单、运行成本低等优点,但会出现处理时间长易产生分层、易出现微生物污染、维生素损失较大等现象。因此,现代澄清技术应运而生。3.1山梨汁的制备超滤过程基于“筛分”原理,是一种物质被透过或被截留于超滤膜的过程。超滤膜对色素和酚类的去除是筛分和吸附共同作用的结果,以静压差为推动力,截留分子量大致为103~106。近年来,超滤作为一种现代的澄清技术已被成功应用于果汁加工中。生产工艺如下:梨→清洗→破碎→压榨→前巴杀、预浓缩(85~95℃,1min)→酶解(45~50℃,加酶)→澄清→0.8μm微滤→梨清汁。杨毅等人研究超滤对砀山梨汁中色素和酚的去除作用。采用截留分子量分别为10,3和1k的聚醚砜(PES)超滤膜,对砀山酥梨汁进行过滤处理。1k的PES超滤膜对色素对色素去除作用显著可达51%,3种膜对多酚的去除均有显著作用,去除率随截留分子量的减小而增加。超滤对果汁中色素和酚类的去除能力使超滤在果汁加工中具有广泛的应用前景。3.2陶瓷膜微滤曾庆梅等人通过实验研究表明,0.2μm孔径无机陶瓷膜微滤对梨汁的可溶性固形物含量、VC含量和还原糖含量影响不大,澄清梨汁得率较高,并且基本保持了梨汁的原有风味,适合梨汁澄清生产。3.3明代梨汁的制备张先等人利用酶解和明胶—单宁相结合的方法可得到澄清透明的梨汁。加酶量、酶解时间和酶解液初始pH值对酶解效果影响较大,当明胶和单宁使用量为0.02%,0.03%时,室温下反应4h,可得澄清度达到98%以上果汁。4技术方面的问题梨及其加工品营养丰富、风味独特,具有助消化、润肺止咳、退热解毒、利尿润便等保健作用。随着国内果品加工及对外贸易的发展,对果品深加工品的需求大大增加,这就对我国梨加工技术提出了更高的要求。我国梨汁行业普遍存在加工工艺不高,致使加工品种少、加工深度不够、产品含金量不高等问题。在梨汁加工过程中,防褐变、灭菌、澄清3个关键技术仍然存在比较大的问题。虽然冷加工技术如超高压、离子交换等杀菌与