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香蕉多酚氧化酶性质及在果酒发酵中褐变控制的研究

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摘要

香蕉是世界上经济效益最显著的水果之一，具有优良的营养和保健价值。但由于加工中存在的困难，香蕉多为鲜食，被加工制成其它产品形式的不多，尤其是饮料和果酒。香蕉加工中存在酶促褐变，极易使产品品质变劣，影响产品市场。深入研究香蕉酶促褐变的因素及控制技术对阐明香蕉褐变规律，促进香蕉加工技术的发展，提高香蕉产品的品质具有理论和实际意义。本文以巴西蕉(Musa AAA Cavendish cv Baxi)为主要原料，探讨了香蕉中PPO的酶学特性，同时根据对香蕉PPO的抑制效果及贮运品质的影响，筛选几种常用防褐抑制剂，并分析了其复合抑制效果及其抑制条件，主要研究结果如下：
　　 两个贮藏温度下，香蕉成熟过程中各指标的变化：分别在18℃和24℃下贮藏，香蕉的硬度、淀粉含量、单宁含量、果胶含量都逐渐降低；丙二醛和还原糖的含量逐渐升高。同一指标在两个贮藏温度下的变化趋势大体一致，且较高温度下的指标变化速率更快。
　　 香蕉成熟过程中PPO、POD、CAT的酶活变化：香蕉PPO和POD的酶活力随着成熟度的增加呈现先升高后下降的趋势，且它们之间呈极显著正相关，相关系数为0.9739(P<0.01)。贮藏温度为18℃时，PPO与香蕉硬度(-0.8756；P<0.05)、淀粉含量(-0.9201；P<0.01)、原果胶含量(-0.8959；P<0.05)呈显著负相关；POD与香蕉硬度(-0.8917；P<0.05)、淀粉含量(-0.9773；P<0.01)、单宁含量(-0.9002；P<0.05)、原果胶含量(-0.9605；P<0.01)呈显著负相关。此外，POD的酶活力与还原糖呈显著正相关(0.9145；P<0.05)：贮藏温度为24℃时，PPO、POD与还原糖的相关系数分别为0.8471(P<0.05)、0.9709(P<0.01)；PPO与淀粉含量(-0.8467；P<0.05)、原果胶含量(-0.9177；P<0.01)呈显著负相关；POD与淀粉含量(-0.8779；P<0.05)、单宁含量(-0.9228；P<0.01)、原果胶含量(-0.9605；P<0.01)呈显著负相关。两个温度下香蕉的PPO和POD酶活力与丙二醛含量都没有相关性。CAT酶活力波动较大，但总体仍呈先升高后下降趋势，且酶活力变化与所有指标都没有显著相关性。
　　 香蕉PPO的酶学特性：香蕉PPO在接近中性条件下有较高的酶活性，在pH5.5和-pH6.5处出现两个活力峰。其中pH6.5处PPO活力最大，为香蕉PPO的最适酶活力pH值。pH5.5处为另一活力峰，出现双峰现象可能是由于PPO同工酶所致。香蕉PPO的酶活力最适反应温度为30℃。PPO的热稳定性较差，60℃时，PPO酶活抑制率为23.95％。在温度为60～75℃范围内，PPO的抑制率一直略低，最高抑制率为39.05％。当温度达到80℃时，酶活抑制率显著升高，达到50.34％，比60℃的抑制率提高了一倍。温度达到90℃时，抑制率急剧提高，高达91.73％。当温度达到100℃时，PPO几乎完全失活，抑制率达到99.46％。
　　 常用抑制剂对香蕉PPO的抑制效果：选用柠檬酸、二氧化硫、抗坏血酸三种常用抑制剂，探讨不同抑制剂浓度对香蕉PPO的抑制效果。研究发现：在所选抑制剂中，抗坏血酸抑制效果最好，添加范围在0.1～0.5g/kg时，对PPO酶活力的抑制率达到97.5％～98.35％，其次是二氧化硫(0.10～0.15g/kg)，在添加范围内抑制率可达11.85％～16.77％，柠檬酸抑制效果最差(1.0～5.0g/kg)，在所选添加范围内抑制率只有1.07％～9.04％。单独使用抗坏血酸作抑制剂时，最佳抑制效果在处理后第8～10h；单独使用二氧化硫作抑制剂时，最佳抑制效果在处理后10～18h；两者同时使用时(抗坏血酸使用剂量为0.2g/kg，二氧化硫使用剂量0.12g/kg)，协同抑制最佳效果在处理后第12h。处理环境pH值4.0为最佳抑制酶活pH值。
　　 香蕉PPO抑制工艺参数研究：将单因素进行响应面优化组合，模型具有高度的显著性，R2=0.900,其中线性项中X3(pH值)与X2(Vc浓度)对PPO酶活力影响最为显著(P<0.01)，其次是X4(处理时间)(P<0.05)，X1(SO2浓度)对整体影响效果不显著(P>0.05)。模型的平方项和交互项都很显著(P<0.01)。中心组合设计结果为：SO2浓度为0.12g/kg，抗坏血酸浓度为0.2g/kg，酶作用pH值为3.83，处理时间为12.6h，此时组合对酶的活性抑制效果最好，PPO酶活力仅为92.05(u/min·g)，抑制率达到96.98％。采用优化工艺参数处理香蕉果浆并进行试验验证，验证结果：实际测得的平均酶活力单位为92.27(u/min·g)，抑制率达到96.62％，与理论预测值92.05(u/min·g)相比，其相对误差约为0.37％。
　　 PPO酶活抑制工艺参数在香蕉果酒中的应用：将新护色工艺参数(SO2添加浓度为0.12g/kg，抗坏血酸添加浓度为0.2g/kg，果浆pH值为3.83，处理时间为12.6h)运用到香蕉果浆的护色处理中，得到的香蕉果浆颜色较浅，仅有极少部分出现褐变；而常规护色处理(SO2添加浓度为0.06g/kg)的香蕉果浆褐变较为严重，表层90％的部分变为黑褐色。护色后，选取酵母71B、L45、W15、EC1118进行香蕉酒发酵。采用新护色工艺，经不同酵母发酵得到的果酒呈现浅黄色，果酒色度值在0.118～0.138；运用常规护色工艺，经不同酵母发酵得到的果酒颜色较深，果酒色度值在0.174～0.198，且同种酵母之间不同护色工艺的果酒色度值之间有显著性差异(P<0.01)。同时。经过对新护色工艺和常规工艺发酵的果酒的常规理化指标进行测定分析，发现新护色工艺对酵母的发酵能力没有显著影响。经感官品评等分析，选定EC1118为最适合发酵香蕉酒酵母。

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