1.本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种生物原料的防褐变处理方法。


背景技术：

2.多酚氧化酶等易催化酚类物质发生氧化，该氧化过程会产生醌类物质，醌类物质与蛋白质或氨基酸结合引起食品等领域中多种生物原料在加工和储运过程中的酶促褐变，从而导致产品外观层面的劣化。所以采取合理的措施防止生物原料在加工、储运和贮藏等过程中的酶促褐变，一直有着强烈的技术需求。这些促褐变酶类主要是多酚氧化酶，在抑褐变技术的研究中，该酶的活性变化往往是重点关注对象。此外还有过氧化物酶等一些促褐变酶类。
3.目前，抑制酶促褐变的方法主要包括物理法、化学法和生物法三大类。其中最常用的物理法，包括常见的热处理技术及新兴非热技术。热处理在抑制酶活的同时会导致生物原料的颜色、质地或风味产生不良变化，且会破坏维生素和矿物质等热敏性营养素，此外能耗也相对较大。化学处理法是通过单独或联合使用化学添加剂或通过调节原料ph值等手段抑制多酚氧化酶的活性，从而抑制褐变。但是，由于化学添加剂通常是指人工化学合成的一类物质，往往可能带来食品安全上的风险，相对安全的生物法开始有越来越多的研究者关注。生物法是指通过添加天然提取物来抑制酶促反应从了实现抑制褐变的方法，该方法虽安全有效，但易造成食品风味改变且成本相对较高。
4.因此，近年来各种新兴物理加工技术(如微波、超声、射频、高压脉冲电场、红外、欧姆加热等)正越来越多地被应用于抑制酶促褐变，但此类技术也存在其各自的优缺点。
5.cn107788298a公开了一种利用微波技术抑制苹果汁酶促褐变的方法，该方法先用微波设备对整果进行处理，然后将苹果置于4℃冰箱中冷却最后进行榨汁，可实现对苹果多酚氧化酶的灭活。尽管文献中未写明处理温度，但是，微波处理易出现尖端极化等问题，从而带了局部温度过高等结果，导致体积较大的整果局部熟化，给果汁风味带来不良影响。
6.李靓等人提供了一种欧姆加热系统处理苹果块以实现对其多酚氧化酶的灭活的方法，该方法通过设定欧姆加热系操作程序，场强分别设定为：25、30、40、55、60、70、85、90v/cm，加热频率210hz，然后将圆柱形苹果块放入加热槽中，苹果块上、下平面与上、下电极紧密贴合，电极的两端分别与固态继电器和交频电源相连，形成回路，控制欧姆加热的温度为70℃和时间为92s，实现对苹果块欧姆加热处理的控制和数据的采集，并通过调节电压的大小来改变欧姆加热电场强度的大小(参考“欧姆加热处理对苹果多酚氧化酶活性及其组织结构的影响[d].”，西北农林科技大学，2017)。但是该方法具有如下缺点：一是，此操作需要水浴加热，且加热温度较高，为70℃，使苹果组织破坏程度大；二是，处理温度较高，造成苹果风味、硬度、质量等的不良变化；三是，因处理温度较高，所以无法排除热效应所产生的灭酶效果。
[0007]
cn107183445a公开了一种射频耦合高压脉冲电场处理的果蔬汁加工方法，工艺流程包括：先将果蔬片平铺在射频设备的输送装置上进行射频处理，射频装置控制功率为2.5
～4.0kw，极板间距为15～50mm，果蔬片厚度5～10mm，处理时间180～1200s，处理温度为60～80℃，处理结束后，将果蔬片迅速冷却至室温，后将经射频处理的果蔬片压榨取汁进行高压脉冲电场处理，其中高压脉冲电场的处理装置控制电场强度为30kv/cm，处理时间为40～2000μs，脉冲频率为20hz，脉冲宽度为2μs。但是该方法需要射频和脉冲电场两种技术结合来实现灭酶，操作较为复杂；射频处理温度达60～80℃，温度较高，易造成物料风味、质地等的不良变化；且因处理温度较高，所以无法排除热效应所产生的灭酶效果；因脉冲电场场强很高(30kv/cm)，操作过程存在较高的危险性。
[0008]
综上所述，现有的抑制或者防止生物原料产生褐变的方法往往或多或少地存在对原料风味破坏大、加热不均匀、设备价格高昂、操作条件过于苛刻或不够安全或能耗较高等问题，因此，难以满足人们对于灭酶后产品的高端要求。
[0009]
因此，开发一种绿色、安全且防褐变效果优异的抑制生物原料产生褐变的方法，是本领域急需解决的技术问题。


技术实现要素：

[0010]
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生物原料的防褐变处理方法，所述防褐变处理方法包括：对生物原料进行预处理，对预处理后的生物原料施加低压电场，完成所述生物原料的防褐变处理；所述防褐变处理方法通过控制低压电场的场强为0.01～100v/cm，实现了在常温下对生物原料的防褐变处理，所述防褐变处理方法绿色、安全且防褐变处理效果优异，处理后的产品能依然保持自然色泽和天然风味。
[0011]
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
[0012]
本发明提供一种生物原料的防褐变处理方法，所述防褐变处理方法包括：对生物原料进行预处理，对预处理后的生物原料施加低压电场，完成所述生物原料的防褐变处理；
[0013]
所述低压电场的场强为0.01～100v/cm，例如0.1v/cm、0.5v/cm、1v/cm、5v/cm、10v/cm、20v/cm、30v/cm、40v/cm、50v/cm、60v/cm、70v/cm、80v/cm或90v/cm等。
[0014]
本发明提供的一种生物原料的防褐变处理方法中主要利用低压电场对预处理后的生物原料进行施加低压电场处理，控制低压电场的场强为0.01～100v/cm，可以使得生物原料中的多酚氧化酶等促褐变酶类失活，进而能够实现在常温下对多种生物原料的防褐变处理，且处理效果优异，使得处理后的产品依然能保持自然色泽和天然风味。
[0015]
本发明提供的防褐变处理方法属于物理加工方法，首先，本发明提供的防褐变处理方法能够实现在常温下对多种生物原料进行防褐变处理，避免了热处理防褐变方法会导致生物原料的颜色、质地或风味产生不良变化，且会破坏维生素和矿物质的问题；其次，本发明提供的防褐变处理方法对生物原料风味破坏小且安全，降低了采用添加剂等化学抑制褐变方法可能会带来食品安全上的风险以及对口感的伤害问题；最后，本发明提供的防褐变处理方法对低能耗、设备投入低、操作简单、适用范围广，避免了微波、超声、射频、高压脉冲电场、红外或欧姆加热等物理防褐变方法存在的设备价格高昂、操作条件过于苛刻以及不够安全、能耗较高的问题。
[0016]
优选地，所述生物原料中含有多酚氧化酶。
[0017]
本发明提供的防褐变方法所针对的生物原料中包含以多酚氧化酶为主的系列促褐变酶类，还包括过氧化物酶等。
[0018]
优选地，所述生物原料包括果蔬、干果或虾蟹中的任意一种或至少两种的组合。
[0019]
优选地，所述果蔬包括苹果、梨、甘蔗、椰子、马铃薯、南瓜、莲藕、山药、板栗、核桃或蘑菇中的任意一种或至少两种的组合。
[0020]
优选地，所述预处理包括预冷、清洗、去皮、切片、打浆或榨汁中的任意一种或至少两种的组合。
[0021]
本发明提供的防褐变处理方法中预处理包括预冷、清洗、去皮、切片、打浆或榨汁中的任意一种或至少两种的组合，主要是基于生物原料理化性质来进行选择其中一种或者多种，使预处理后的生物原料可以更好的进行下一步操作。
[0022]
优选地，所述低压电场的场强为1～20v/cm，例如2v/cm、4v/cm、6v/cm、8v/cm、10v/cm、12v/cm、14v/cm、16v/cm或18v/cm等。
[0023]
作为本发明的优选技术方案，本发明提供防褐变处理方法施加的低压电场的场强为1～20v/cm时可以取得更为优异的褐变抑制效果；一方面，如果场强太低，则会导致样品处理时间较长且抑制褐变效果不佳；另一方面，如果场强太高，则会产生较高的温度效应。因此优选1～20v/cm的场强条件，在该电场条件下，电场对带电粒子发生作用，并会引发多酚氧化酶等酶发生结构改变，还可能出现氧化损伤等变化，进而导致促褐变的多酚氧化酶、过氧化物酶等(以多酚氧化酶为主)活性丧失。
[0024]
优选地，所述低压电场为低压直流电场。
[0025]
优选地，所述低压直流电场的施加时间为1～180min，例如20min、40min、60min、80min、100min、120min、140min、160min或170min等，进一步优选为20～120min。
[0026]
优选地，所述低压电场为低压脉冲电场。
[0027]
优选地，所述低压脉冲电场的脉冲周期为0.1～3600s，例如200s、400s、800s、1200s、1600s、2000s、2400s、2800s或3200s等，进一步优选为5～20s；
[0028]
优选地，所述低压脉冲电场的占空比为1～99％，例如10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％等，进一步优选为30～90％。
[0029]
优选地，所述施加低压电场具体包括：将预处理后的生物原料置于安装有阳极板和阴极板的处理槽中，然后对该处理槽施加低压电场。
[0030]
作为本发明的优选技术方案，本发明提供的防褐变处理方法可以通过图1所示的装置进行，所示装置包括阳极板、阴极板的处理槽，可将预处理后的生物原料置于处理槽中，然后通过外加电场对其施加低压电场即可。
[0031]
优选地，所述处理槽中还添加有缓冲液或盐溶液。
[0032]
作为本发明的优选技术方案，处理槽中还添加有缓冲液或盐溶液，所述缓冲液或盐溶液有促进灭酶效果的能力，可改变了体系电导率及作用电流，使得处理效果更好。
[0033]
优选地，所述缓冲液包括磷酸缓冲液、柠檬酸缓冲液或乙酸缓冲液中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为磷酸缓冲液。
[0034]
优选地，所述缓冲液的摩尔浓度为0.01～2m，例如0.05m、0.1m、0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1m、1.2m、1.4m、1.6m或1.8m等，进一步优选为0.05～0.5m。
[0035]
优选地，所述缓冲液的ph值为2～9，例如2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8或8.5等，进一步优选为4～7。
[0036]
优选地，所述盐溶液包括氯化钠溶液、氯化钾溶液或氯化钙溶液中的任意一种或
至少两种的组合。
[0037]
优选地，所述盐溶液中盐的质量百分含量为0.01～1.5％，例如0.05％、0.08％、0.1％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％、1.2％或1.4％等，进一步优选为0.1～0.5％。
[0038]
优选地，所述施加低压电场过程还包括对处理槽进行恒温处理的操作。
[0039]
因为对处理槽施加低压电场过程中会产生电流，电流过大时可能会出现温度升高效应，因此需要对处理槽进行恒温处理。
[0040]
优选地，所述恒温处理的方法包括在处理槽外部增加夹套、在处理槽内部增加换热管或处理槽内部液体循环出槽换热中的任意一种。
[0041]
优选地，所述处理槽的温度为0～50℃，例如5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃或45℃等，优选为15～40℃。
[0042]
优选地，所述施加低压电场的时间为1～180min，例如20min、40min、60min、80min、100min、120min、140min、160min或170min等，优选为20～120min。
[0043]
作为优选技术方案，所述防褐变处理方法包括如下步骤：
[0044]
(1)对含有多酚氧化酶等促褐变酶类的生物原料进行预处理；所述预处理包括预冷、清洗、去皮、切片、打浆或榨汁中的任意一种或至少两种的组合，得到预处理后的生物原料；
[0045]
(2)将预处理后的生物原料置于安装有阳极板、阴极板以及天机有缓冲液或者盐溶液的处理槽中，然后对该处理槽施加场强为0.01～100v/cm的低压直流电场或低压脉冲电场1～180min，同时通过在处理槽外部增加夹套、在处理槽内部增加换热管或处理槽内部液体循环出槽换热的方式对处理槽进行恒温处理，使得处理槽的温度恒定为0～50℃，完成所述生物原料的防褐变处理。
[0046]
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0047]
(1)本发明提供的生物原料放入防褐变处理方法利用低压电场对预处理后的生物原料进行防褐变处理，控制低压电场的场强为0.01～100v/cm，能够实现在常温下对多种生物原料进行防褐变处理，绿色、安全且防褐变效果优异，使得处理后的产品依然能保持自然色泽和天然风味。
[0048]
(2)与现有技术相比，本发明提供的防褐变处理方法能够实现在常温下对多种生物原料进行防褐变处理，避免了热处理防褐变方法会导致生物原料的颜色、质地或风味产生不良变化，且会破坏维生素和矿物质的问题；其次，本发明提供的防褐变处理方法对生物原料风味破坏小且安全，降低了采用添加剂等化学抑制褐变方法可能会带来食品安全上的风险以及对口感的硬性；最后，本发明提供的防褐变处理方法低能耗、设备投入低、操作简单、适用范围广，避免了微波、超声、射频、高压脉冲电场、红外或欧姆加热等物理防褐变方法设备价格高昂、操作条件过于苛刻或不够安全或能耗较高等问题。
附图说明
[0049]
图1为本发明提供的防褐变处理方法所使用的装置。
具体实施方式
[0050]
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明
了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0051]
实施例1
[0052]
一种苹果汁的防褐变处理方法，所述方法包括如下步骤：
[0053]
(1)将苹果4℃预冷12h，然后依次进行去皮、切块和榨汁，得到苹果汁；
[0054]
(2)将100ml步骤(1)得到的苹果汁置于图1所示装置的处理槽中，对处理槽施加强度为5v/cm的低压直流电场，施加时间为90min，处理槽的温度保持为25℃，完成所述苹果汁产生的防褐变处理。
[0055]
实施例2
[0056]
一种梨汁防的防褐变处理方法，所述方法包括如下步骤：
[0057]
(1)将梨4℃下预冷12h，然后依次进行去皮、切块和榨汁，得到梨汁；
[0058]
(2)将100ml步骤(1)得到的梨汁置于图1所示装置的的处理槽中，对处理槽施加强度为10v/cm的低压直流电场，施加时间为30min，处理槽的温度保持为35℃，完成所述梨汁的防褐变处理。
[0059]
实施例3
[0060]
一种甘蔗汁的防褐变处理方法，所述方法包括如下步骤：
[0061]
(1)将甘蔗4℃下预冷12h，然后依次进行去皮、切块和榨汁，得到甘蔗汁；
[0062]
(2)将100ml步骤(1)得到的甘蔗汁置于图1所示装置的的处理槽中，对处理槽施加强度为20v/cm、周期为10s、占空比为30％的低压脉冲电场，施加时间为30min，处理槽的温度保持为30℃，完成所述甘蔗汁的防褐变处理。
[0063]
实施例4
[0064]
一种南瓜泥的防褐变处理方法，所述方法包括如下步骤：
[0065]
(1)将南瓜4℃下预冷12h，然后依次进行去皮、切块和打浆，得到南瓜泥；
[0066]
(2)将100g步骤(1)得到的南瓜泥置于图1所示装置的处理槽中，对处理槽施加强度为30v/cm的低压直流电场，施加时间为120min，处理槽的温度保持为40℃，完成所述南瓜泥的防褐变处理。
[0067]
实施例5
[0068]
一种山药片的防褐变处理方法，所述方法包括如下步骤：
[0069]
(1)将山药4℃下预冷12h，然后依次进行去皮、切片，得到山药片；
[0070]
(2)将100g步骤(1)得到的山药片置于图1所示装置的装有浓度为0.3％的nacl溶液的处理槽中(山药片和nacl溶液的用量为1g鲜核桃10ml缓冲液))，对处理槽施加强度为50v/cm、周期为0.4s、占空比为50％的低压脉冲电场，施加时间为10min，处理槽的温度保持为38℃，完成所述山药片的防褐变处理。
[0071]
实施例6
[0072]
一种鲜核桃的防褐变处理方法，所述方法包括如下步骤：
[0073]
(1)将鲜核桃4℃下预冷12h，然后依次去壳，得到鲜核桃仁；
[0074]
(2)将100g步骤(1)得到的鲜核桃置于图1所示装置的装有0.05m、ph为6.5的磷酸缓冲液按的处理槽中(鲜核桃和缓冲液的用量为1g鲜核桃20ml缓冲液)，对处理槽施加强度为100v/cm、周期为0.4s、占空比为20％的低压脉冲电场，施加时间为5min，处理槽的温度保持为40℃，完成所述鲜核桃的防褐变处理。
[0075]
实施例7
[0076]
一种虾头的防褐变处理方法，所述方法包括如下步骤：
[0077]
(1)将虾头4℃下预冷12h，然后清洗，得到清洗后的虾头；
[0078]
(2)将100g步骤(1)得到的虾头置于图1所示装置的装有0.1m、ph为7.2的磷酸缓冲液的处理槽中(虾头和缓冲液的用量为1g虾头使用15ml缓冲液)，对处理槽施加强度为7v/cm的低压直流电场，施加时间为45min，处理槽的温度保持为28℃，完成所述虾头的防褐变处理。
[0079]
实施例8
[0080]
一种苹果汁的防褐变处理方法，其与实施例1的区别在于，步骤(2)低压直流电场的强度为3v/cm，施加时间为120min，其他条件和步骤均与实施例1相同。
[0081]
实施例9
[0082]
一种苹果汁的防褐变处理方法，其与实施例1的区别在于，步骤(2)低压直流电场的强度为20v/cm，施加时间为30min，其他条件和步骤均与实施例1相同。
[0083]
实施例10
[0084]
一种苹果汁的防褐变处理方法，其与实施例1的区别在于，步骤(2)低压直流电场的强度为0.5v/cm，施加时间为150min，其他条件和步骤均与实施例1相同。
[0085]
实施例11
[0086]
一种苹果汁的防褐变处理方法，其与实施例1的区别在于，步骤(2)低压直流电场的强度为40v/cm，施加时间为20min，其他条件和步骤均与实施例1相同。
[0087]
对比例1
[0088]
一种苹果汁的防褐变处理方法，步骤(1)与实施例1相同，步骤(2)包括：将预处理后的苹果汁进行巴氏杀菌(63℃，30min)处理。
[0089]
对比例2
[0090]
一种梨汁的防褐变处理方法，步骤(1)与实施例1相同，步骤(2)包括：将预处理后的梨汁进行巴氏杀菌(63℃，30min)处理。
[0091]
对比例3
[0092]
一种甘蔗汁的防褐变处理方法，步骤(1)与实施例1相同，步骤(2)包括：将预处理后的甘蔗汁进行巴氏杀菌(63℃，30min)处理。
[0093]
对比例4
[0094]
一种南瓜泥的防褐变处理方法，步骤(1)与实施例1相同，步骤(2)包括：将预处理后的南瓜泥进行巴氏杀菌(63℃，30min)处理。
[0095]
对比例5
[0096]
一种山药片的防褐变处理方法，步骤(1)与实施例1相同，步骤(2)包括：将预处理后的山药片进行巴氏杀菌(63℃，30min)处理。
[0097]
对比例6
[0098]
一种核桃仁的防褐变处理方法，步骤(1)与实施例1相同，步骤(2)包括：将预处理后的核桃仁进行巴氏杀菌(63℃，30min)处理。
[0099]
对比例7
[0100]
一种虾头的防褐变处理方法，步骤(1)与实施例1相同，步骤(2)包括：将预处理后
的虾头进行巴氏杀菌(63℃，30min)处理。
[0101]
性能测试：
[0102]
(1)多酚氧化酶酶活性：粗酶液提取：取5ml 0.05m的ph＝6.5的磷酸缓冲液缓冲液(含4％pvpp)于5g生物原料中，摇匀，置于离心管中于4℃，离心20min(10000r/min)。测定：空白组取0.2ml 0.05m的ph＝6.5的磷酸盐缓冲液，加入2.5ml 0.2m邻苯二酚混匀后调零；实验组取离心后的上清液0.2ml加入2.5ml 0.2m邻苯二酚缓冲液混匀，每隔5s于420nm处记录吸光度变化。一个酶活力单位定义为在420nm处每分钟吸光度增加0.001；
[0103]
(2)过氧化物酶酶活性：粗酶液提取方法与多酚氧化酶一致。测定：空白组取2.2ml体积分数为1％的愈创木酚，0.2ml 1.5％的h2o2和1ml 0.05m ph＝6.5的磷酸盐缓冲液混匀后调零。实验组取2.2ml体积分数为1％的愈创木酚，0.2ml 1.5％的h2o2和1ml离心后的上清液混匀，每隔5s于470nm处记录吸光度变化。一个酶活力单位定义为在470nm处每分钟吸光度增加0.001；
[0104]
(3)褐变指数：取10g生物原料，用色差仪测定色度变化，根据l*＝明度值，a*＝红绿色度值，b*＝黄蓝色度值分析褐变程度。褐变指数bi根据以下公式计算：
[0105][0106]
式中：
[0107]
(4)挥发性风味物质：采用gc-ms内标法测定挥发性风味物质，色谱柱hp-innowaxs毛细管柱(30m
×
0.25mm
×
0.25μm)；载气为he，流速1ml/min，分离比5:1；进样温度为250℃；升温程序为起始温度为40℃，保持2min，10℃/min到250℃，保持5min。质谱四极杆温度150℃，接口温度250℃，扫描范围40～500m/z。样品置于顶空瓶中，压紧瓶盖，60℃下平衡5min后，用固相微萃取针萃取30min，然后于进样口解吸5min；
[0108]
(5)感官评价：以色泽、滋味、香气和组织状态作为感官评价的指标。参加评定的人员为食品专业12名(6男6女)师生，且身体健康无任何感官缺陷；在检测前1h内不进食，在明亮自然光、室温下测评。参评人员根据四项指标确定优、良、中、差四个等级，并按10分制进行评分；
[0109]
(6)能耗：使用origin软件对电流电压曲线进行积分，按照公式q＝uit进行计算得到能耗；
[0110]
按照上述测试方法对实施例1～11和对比例1～7得到的防褐变处理后的样品进行测试，测试结果如下表所示：
[0111]
表1
[0112]
[0113]
[0114][0115]
根据表1数据可知：
[0116]
本发明提供的防褐变处理方法可以有效防止生物材料发生褐变，且不会影响生物材料的感观和挥发性风味物质。
[0117]
具体而言，实施例1～3和实施例8～11对提供的防褐变方法使得水果汁中的多酚氧化酶全部灭活，过氧化物酶大部分失活，说明防褐变效果优异，且挥发性风味物质没有发生太大变化，对挥发性物质的检测结果显示仅一些醇类物质含量略有增加，感官评定整体风味上甚至有进一步改善，且感观良好、能耗较低，说明本发明提供的防褐变方法对水果类原料防褐变效果优异。
[0118]
其中，需要说明的是，实施例1和6～7测试结果显示褐变指数很高是因为灭活操作需要一个过程，在没完全灭活之前可能会发生一些褐变，但是色泽上其实没有明显的大变化。
[0119]
实施例4～7提供的防褐变方法使得蔬菜类产品中的多酚氧化酶酶灭活率不低于68％，且感观同样都很良好，能耗同样较低，说明本发明提供的防褐变方法对蔬菜类原料的防褐变处理同样有效。
[0120]
而观察对比例1～7提供的防褐变方法，虽然杀菌效果也可达标，但是经过处理的生物原料有明显蒸煮气味，影响生物原料的感观。
[0121]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种生物原料的防褐变处理方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。