板栗仁褐变机理及控制方法研究进展

由曌阳1,2,李海芹1,2,程子天1,2,李京芳1,2*,常世敏1,2*

1(河北工程大学 生命科学与食品工程学院,河北 邯郸,056038)2(邯郸市天然产物与功能食品开发重点实验室,河北 邯郸,056038)

摘 要 板栗仁因其独特的风味和营养价值而受到消费者的青睐,然而,板栗仁在加工过程中,由于酶促和非酶促反应的共同作用,极易发生褐变,影响其感官品质和商业价值。该文首先综述了板栗仁加工的现状以及板栗褐变的主要机理,分析了导致褐变的主要因素,其次,探讨了防止褐变的方法,包括物理方法以及化学方法等。最后,对未来板栗仁褐变控制的研究方向进行了展望,强调了开发新型安全高效的褐变抑制剂和优化加工工艺对抑制板栗褐变的重要性。研究褐变机理及其控制方法对于提高板栗仁产品质量、延长货架期和减少经济损失具有重要意义。

关键词 板栗仁;加工;褐变机理;控制方法

板栗仁是板栗(Castanea mollissima Blume)果实内部的可食部分,呈淡黄色,质地坚实,营养丰富[1-2]。根据华经情报网发布的研究报告《2022年全球和中国各省市板栗种植现状,品种良莠不齐、管理粗放、加工滞后》中的数据,2022年中国的板栗进口量为5 324 t,出口量为37 429 t,其中河北省的板栗出口量为1.7万t,占全国40%以上。板栗仁在加工过程中(如高温蒸煮、高温去皮、机械损伤或长时间暴露放置)易发生褐变[3-5]。其褐变主要表现为果肉颜色的变化,由淡黄色转变为褐色,严重时甚至会变成黑色。褐变除了造成外观色泽改变,还会造成风味与口感变化,大大降低了商品价值[6]。板栗经过熟化加工处理后,褐变程度加深,蛋白质平均减少30.34%、还原糖平均减少38.44%、维生素C平均减少85.81%[7],营养价值严重降低,阻碍了板栗产业的发展,造成了严重的经济损失,因此对板栗仁加工过程中褐变机理及控制方法的研究探讨显得尤为重要。

在板栗仁的加工过程中,褐变现象涵盖了多种错综复杂的因素,本工作通过分析板栗褐变的生化路径及其影响因素,探讨和开发更为高效的褐变控制策略,旨在预防或减少板栗褐变,从而保持板栗仁的营养价值,提升其市场竞争力。

1 板栗仁褐变的发生原因

1.1 酶促褐变

1.1.1 酶促褐变机理

板栗仁酶促褐变主要是涉及到多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)和过氧化物酶(peroxidase, POD)的作用[8-10],酶促褐变发生的机理是当板栗仁受到机械损伤或直接暴露于空气中时,板栗仁中的PPO和POD在O2存在的条件下催化酚类底物的氧化,这种氧化过程会导致醌类物质的生成,醌类物质进一步聚合形成高分子质量的棕黑色物质,从而引起褐变。因此,酚类底物、O2以及相关酶类是导致板栗仁发生酶促褐变的重要原因[11-12]

1.1.2 相关酶类

板栗仁在加工过程中会发生褐变现象,主要是由于其内部酚类底物在酶的催化下氧化引起的。PPO活性的变化是导致板栗仁酶促褐变的主要因素之一[13]。如图1所示,PPO主要通过催化酚类底物的氧化,氧化形成的醌类物质拥有碳氧双键和苯环的大π键,二者形成共轭体系,进而增强了醌类物质的稳定性。醌类物质进一步氧化生成深褐色的高分子聚合物,这一过程不仅导致板栗仁颜色的变化和抗氧化物质的降解,还因为醌类化合物与其他物质(如蛋白质、酚类和糖类物质)的缩合反应,造成营养成分的损失。对于板栗仁而言,损伤(如剥皮、切割)或低温冻藏会导致细胞结构被破坏,PPO与其酚类底物接触,从而催化反应的进行,加速褐变过程。周丹等[14]通过测定PPO和POD活性的变化,发现在板栗仁酶促褐变中,PPO的作用大于POD。POD主要利用H2O2作为氧化剂,催化多酚类物质形成深褐色聚合物,有助于褐变颜色的深化和固定。因此,POD与PPO存在协同作用,二者能共同促进酚类物质的氧化过程[15-16]。PPO催化褐变的反应主要包括两种类型:首先是单元酚羟基化,生成邻二羟基化合物;其次是邻二酚的氧化反应,产生邻醌[17]

图1 PPO催化反应的原理
Fig.1 Principle of PPO catalytic reaction

1.1.3 酚类底物

不同类型的酚类底物在板栗仁中的含量对褐变的影响程度不同。成熟板栗仁中酶促褐变的底物主要是酚类化合物,酚类化合物不仅在化学反应中作为底物被氧化,还能与金属离子反应,形成稳定的络合物[18]。陶月良等[9]通过研究板栗仁不同部位中酚类化合物的含量,发现其含量越高,褐变越严重,褐变程度的差异主要由单宁含量的不同引起。生吉萍等[19]研究表明栗仁的表面单宁含量显著高于其中心部位,为板栗仁表面相较于中心部位更易出现褐变现象提供了科学解释。因此,单宁类物质是导致板栗仁褐变的主要影响因素之一。

1.2 非酶褐变

除了酶促褐变以外,非酶褐变也是造成板栗仁加工过程中褐变的重要原因。常见的非酶褐变包括焦糖化反应、美拉德反应、抗坏血酸氧化反应以及单宁在高温下的自动氧化以及金属离子和单宁的络合反应。

1.2.1 美拉德反应

非酶褐变主要是通过美拉德反应进行的,美拉德反应的实质是一种非酶化学反应,主要发生在还原糖(如葡萄糖或果糖)与氨基酸的游离氨基之间。这一反应是在加热过程中自然发生的,是板栗仁加工过程中常见的化学变化,对板栗仁的颜色、香味和风味有显著影响[20]。如图2所示,在美拉德反应中,还原糖的羰基(CO)与氨基酸的氨基(—NH2)发生缩合反应,生成亚氨基化合物(如脱水糖苷胺)。亚氨基化合物经过结构重排形成不稳定的含氮环状化合物,随着加工温度继续升高,含氮环状化合物进一步脱水和裂解,形成各种低分子化合物,这些化合物包括多种糖类、醛和酮。形成的低分子化合物进一步发生氧化、缩合和聚合反应,生成深褐色聚合物类黑素,导致板栗仁色泽发黑,味道变苦,严重影响消费者的感官评价[21]

图2 美拉德反应途径[22]
Fig.2 Pathway of maillard reaction[22]

1.2.2 单宁类反应

板栗仁加工过程中单宁类反应主要由单宁在高温下自动氧化以及单宁与金属离子发生络合反应2种机制构成。单宁,作为一类天然存在于板栗仁中的酚类化合物,容易在氧气存在的条件下自动氧化,生成深褐色聚合物。这种氧化聚合反应在高温处理如烘烤或蒸煮时尤为明显,导致板栗仁色泽加深。此外,单宁可以和板栗仁加工过程中存在的金属离子(如Fe3+)发生络合反应,这种络合反应会形成稳定的深色聚合物,进一步加剧褐变现象[23]。生吉萍等[19]研究发现自来水中存在的金属离子(如Fe3+)可能催化了单宁的聚合反应,从而导致板栗仁颜色加深。

1.2.3 焦糖化反应

板栗仁在烹饪过程中通过焦糖化反应影响褐变的机理主要涉及糖类的分解和聚合,板栗仁中含有丰富的葡萄糖、果糖和蔗糖等糖类物质,板栗仁中的糖类物质在高温条件下(150 ℃以上),首先发生的是糖类的分解和脱水反应,生成羧酸以及醛类等化合物。随着焦糖化反应的进行,3分子蔗糖失去8分子水,形成聚糖烯,也被称为亚焦糖。此时在没有缓冲盐的情况下若继续加热,将产生颜色很深且不溶于水的物质,被称为腐黑质或焦黑素,即所谓的“焦糖色素”。这类色素的生成直接导致板栗颜色从金黄逐渐加深到褐色,最终导致板栗仁颜色变深、风味增强。焦糖化反应不仅影响板栗的褐变,还对其表面质地产生影响,由于糖类在高温下脱水并形成坚固的焦糖层,板栗的外皮可能会变得略微脆硬,而内部保持软糯。

1.2.4 抗坏血酸氧化反应

研究表明,抗坏血酸氧化反应与板栗仁褐变过程中的pH值密切相关。抗坏血酸(维生素C)是一种还原性化合物,结构中含有多个羟基(—OH)和共轭双键,这些官能团赋予其较强的还原性。在酸性环境下,抗坏血酸可以保持稳定,但在碱性条件下,抗坏血酸结构中的羟基离子化程度增高,抗坏血酸分子中的电子转移加快,使其更易受到氧气的氧化,同时,金属离子(如Fe3+或Cu2+)在碱性环境中更容易形成活性较高的络合物,加剧了抗坏血酸的不稳定性,脱氢抗坏血酸的生成速度加快,从而导致抗坏血酸发生不可逆的分解和颜色变化。

抗坏血酸能够将已氧化的醌类物质还原成酚类化合物,同时抑制PPO的活性,从而中断或延缓板栗褐变的进行。当抗坏血酸耗尽从而失去其抗氧化作用时,板栗中的PPO将失去抗坏血酸的抑制,因而更加活跃。PPO能够催化板栗中酚类化合物(如儿茶酚)的氧化反应,生成不稳定的醌类物质,这些醌类物质进一步聚合形成棕色或黑色的色素。由于抗坏血酸不再能够还原已经生成的醌类物质或抑制PPO活性,酚类物质的氧化将更加迅速和不可逆。随着氧化反应的进行,醌类聚合物的生成会导致板栗仁颜色迅速加深,从而对褐变反应造成影响。

2 板栗仁加工过程中褐变控制方法研究进展

在加工过程中,板栗仁极易发生褐变,近年来,探索有效抑制板栗仁褐变的方法一直是研究的热点。本文论述了辐照处理、气调处理、褐变抑制剂以及可食用涂膜对板栗褐变的控制效果,通过物理和化学方法的综合运用,可以有效抑制板栗仁在加工过程中的褐变现象,保持其色泽和品质。

2.1 物理方法

2.1.1 辐照处理

辐照处理是一种利用电离辐射(如γ射线、X射线或电子束)抑制食品腐败和延长保质期的技术[24]。辐照处理是一种有效的非热加工技术,不仅可以控制褐变,还可以减少微生物的污染和昆虫的侵害。在板栗仁这类果实中,辐照处理通过断裂化学键来改变或降解褐变的底物,减少板栗仁中易被氧化的物质含量。辐照处理还可破坏板栗仁中酶的活性中心或结构,从而导致酶活性降低,直接减缓或阻止褐变反应的进行。KWON等[25]研究表明,当辐照剂量超过1 kGy时,板栗仁贮藏过程中颜色会显著加深。ANTONIO等[26]系统地综述了γ射线处理对板栗仁贮藏品质、生理特性、营养价值及抗氧化能力的影响,并发现与未经辐照的板栗仁相比,低剂量的辐照能有效保护板栗仁中的生育酚和酚醛类抗氧化剂,维持较高的抗氧化活性,从而显著延长板栗仁的贮藏期。

2.1.2 微波处理

微波处理是指利用频率300 MHz~300 GHz的高频电磁波加热食品、以达到加工和保鲜目的的处理方式[27-28]。在板栗仁的加工过程中,微波处理会导致板栗仁中水分迅速蒸发,有助于保护或释放更多的天然抗氧化物质(如维生素C和其他抗氧化剂),中和导致褐变的自由基,通过热效应降低PPO等关键酶活性,降低反应速率,延缓褐变进程。张淑媛[29]研究表明,在板栗仁贮藏至第90天时,使用195 W低功率微波进行二次处理,能够有效地降低板栗仁的呼吸强度,并有效保持其良好的色泽,这一处理方法对延长板栗仁的保质期和维护其外观质量具有显著效果。何芮等[30]采用微波处理来抑制板栗仁中PPO和POD的活性,在8 W/g的微波功率密度和100 s的处理时间条件下,能够有效抑制酶促褐变的发生,与对照组相比,PPO和POD的活性分别下降了97.3%和99.7%,酶几乎完全失活。微波处理效果受到多种因素的影响,包括处理时间、功率设置和板栗仁的初始水分含量。适当的微波处理不仅可以有效抑制褐变,还可以保持或甚至提升板栗仁的营养价值和感官品质。在实际应用中,应优化微波处理的条件,以确保最佳的效果。

2.1.3 气调处理

气调处理是指应用于密闭环境中,通过调整贮存环境中的气体成分(如O2、CO2和N2)的比例,减缓能量消耗和代谢产物的积累,降低板栗仁的呼吸速率来延长板栗仁贮藏保鲜期的技术。气调处理通过降低O2浓度,抑制板栗仁采后褐变相关的酶活性,CO2浓度的增加可以与水形成碳酸,降低细胞内pH值,从而进一步抑制酶的活性。气调处理还可以控制板栗仁呼吸和代谢过程中的中间产物和酶活性,如丙酮酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶等,减缓的代谢速率有助于延长板栗仁的保鲜期,同时减少因代谢紊乱导致的褐变。此外,气调处理可以调节能量物质(如NADH、NADPH、ATP、ADP和AMP)的含量,从而有效抑制板栗仁褐变,延长货架期。CECCHINI等[31]采用15.20 kPa CO2+3.04 kPa O2对板栗仁进行气调处理,能有效维持板栗仁在贮藏过程中的色泽品质,并显著减少因机械采摘导致的裂纹及随后引发的腐烂。

气调处理通过调整贮存环境的气体成分,影响板栗仁的生理和生化反应,从而延长板栗仁的贮藏期并保持其品质,是一种有效抑制板栗仁褐变的方法。在实际应用中,需要根据具体的板栗仁品种和预期的贮藏条件调整气调环境的参数,以达到最佳保鲜效果。

2.1.4 臭氧

臭氧作为一种强氧化剂,不仅可以直接接触食品,还具有很强的抑菌杀菌能力,在处理过程中,臭氧能降低乙烯的释放量,清除有害气体,抑制或杀灭多种微生物,破坏褐变过程中关键的酶类,从而阻断褐变反应的发生[32]。通过这些机制,臭氧处理不仅抑制板栗仁褐变,还能延长其保鲜期,保持板栗仁的品质。李艳[33]利用臭氧的氧化作用及减压状态下的物理保护效果,通过臭氧和减压联合技术对板栗仁进行处理,使用200 μg/L臭氧处理板栗仁后抽真空至40.5 kPa,可有效抑制板栗褐变,维持板栗仁在贮藏过程中的良好色泽。

2.2 化学方法

利用化学方法抑制板栗仁褐变主要涉及使用各种化学物质来阻断褐变反应的发生,或抑制导致褐变的酶活性。基于化学方法控制板栗仁加工过程中的褐变反应主要包括2种策略:一是添加还原性的褐变抑制剂,直接与褐变反应相关的酶发生反应,从而阻止褐变;二是将板栗仁浸泡在保护性涂膜液中,这种方法可以在板栗仁表面形成保护层,隔绝O2,减缓褐变进程[34]

2.2.1 褐变抑制剂

国内外已有许多研究探讨了板栗仁褐变抑制剂的使用。由于成本相对低廉且褐变抑制效果显著,褐变抑制剂的使用已成为当前工业化趋势。抗氧化剂(如抗坏血酸、柠檬酸和酚类化合物等)能够减少自由基的生成;螯合剂(如EDTA、铜离子和铁离子等)可通过与酶活性中心的金属离子螯合,从而有效降低抑制酶活性,降低褐变反应的速率;应用酸性物质(如植酸、柠檬酸和水杨酸等)能通过降低反应系统的pH值和螯合铜离子等重金属离子来抑制PPO的活性,因为PPO在酸性环境中活性较低,从而有助于减缓褐变过程。3-氨基-3-硫代丙酸乙酯(ethyl 3-amino-3-thioxopropanoate,EAT)是从美拉德反应产物中提取出的一种乙酯有机化合物,如表1所示,CHEN等[35]研究分析了EAT对鲜切香蕉褐变的抑制作用及其生理、代谢和转录机制。结果显示,EAT显著减少了切片褐变,降低褐变指数达74%,通过抑制PPO、增强苯丙氨酸解氨酶和抗氧化酶活性,以及提高总酚含量和DPPH自由基清除率来发挥作用。此外,非靶向代谢组学分析揭示了839种代谢物,强调了脂质代谢、氨基酸代谢和次生代谢物在调控褐变过程中的重要性。尽管EAT展现出抗褐变潜力,其应用安全性和量产方法需进一步研究确认。槲皮素作为一种黄酮类化合物,对酪氨酸酶的单酚酶和双酚酶活性具有显著的抑制作用。FAN等[36]研究表明槲皮素通过疏水作用与酪氨酸酶结合,引起其构象变化及固有荧光的猝灭。分子对接结果显示槲皮素能与酪氨酸酶活性位点结合,并与位于该位点的3′,4′-二羟基基团的铜离子螯合,从而可能阻止底物接入并抑制酪氨酸酶的活性。这些发现有助于深入理解槲皮素对酪氨酸酶的抑制机制及其在抑制板栗仁褐变中的应用潜力。LIN等[37]研究探讨了水杨酸(salicylic acid,SA)对鲜切芋头褐变的影响及其机制,10 mmol/L的SA处理有效延缓芋头褐变,减少失重,提高可溶性淀粉含量。SA通过调节苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)和PPO活性,降低总酚和黄酮类物质的合成,减少酚类代谢。同时,SA增强POD、过氧化氢酶(catalase,CAT)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)的活性,提高抗坏血酸和谷胱甘肽水平,从而减轻氧化损伤和活性氧的积累。这表明SA是延长鲜切芋头保质期的有效方法。LI等[38]研究评估了超声波(ultrasound,US)结合L-半胱氨酸(L-Cysteine,L-Cys)对鲜切马铃薯褐变的影响。结果显示,US-L-Cys处理能显著降低褐变指数、PPO、POD和PAL的活性,同时增加总酚含量和抗氧化能力。胡云红等[39]采用真空渗透技术先将抗坏血酸渗透到板栗仁内部,清除板栗仁内的活性氧后,用0.4%(质量分数,下同)抗坏血酸、0.12%乙二胺四乙酸二钠(ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt, EDTA-2Na)、0.2%柠檬酸、0.04% NaHSO3和0.1%单辛酸甘油酯组成的溶液浸泡板栗仁,处理后板栗仁在9个月内未出现褐变现象。ZHOU等[40]的研究发现,0.3 g/L的SA能够作为PPO的竞争性抑制剂,有效抑制板栗仁中PPO的活性,从而显著抑制板栗仁褐变的发生。

表1 褐变抑制剂对板栗仁褐变的影响
Table 1 Impact of Browing Inhibitors on the Browing of Chestnut Kernels

处理条件褐变控制效果参考文献16 mmol/L EAT 溶液(pH 7.0)或水(作为对照)中1 min,排干,在14 ℃下保存8 dEAT处理有效地减轻了切片切面的变色,贮存结束时褐变指数降低了74%[35]将酪氨酸酶(1.56×10-5 mol/L)、L-酪氨酸(5.0×10-3 mol/L)和L-多巴(5.0×10-3 mol/L)原液溶解在pH 6.8的0.05 mol/L Na3PO4缓冲液中,槲皮素溶解于二甲基亚砜中,用缓冲液稀释至浓度为4.0×10-3 mol/LIC50值为(3.08±0.74)×10-5 mol/L的槲皮素能显著抑制酪氨酸酶单酚酶和二酚酶活性,并以可逆竞争方式抑制多巴醌的形成[36]5 mm厚的芋头切片放入质量分数0.1%NaClO溶液中浸泡5 min,晾干。将芋头片随机分成2组,一组切片浸泡在10 mmol/L SA中,另一组切片浸泡在蒸馏水中作为对照,(4±1) ℃,相对湿度80%~85%10 mmol/L SA处理能显著抑制PAL和PPO活性降低酚类物质含量,提高SOD、CAT和POD活性,降低H2O2和MDA含量,减轻ROS诱导的膜过氧化[37]马铃薯切成3 mm厚的薄片,浸入50 μg/mL NaClO (pH 7.0)溶液中处理5 min,再浸入2 g/L 的L-Cys溶液中,360 W超声波处理6 min,另外一组在室温蒸馏水中浸泡6 min,作为对照组US-L-Cys处理能显著降低褐变指数、PPO、POD和PAL的活性,同时增加总酚含量和抗氧化能力,褐变度降低[38]0.4%抗坏血酸、0.12% EDTA-2Na、0.2%柠檬酸、0.04%NaHSO3和0.1%单辛酸甘油酯组成的溶液浸泡板栗仁板栗仁在9个月内未出现褐变现象[39]将板栗分为2组,一组去皮切成0.5 mm厚的切片,另一组去皮后不进行处理。将去皮栗子和切片栗子进一步分为6组,分别浸入0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/L SA中1 h。处理后的样品在4 ℃下贮存6 d0.3 g/L的SA能够作为PPO的竞争性抑制剂,有效抑制板栗仁中PPO的活性[40]

2.2.2 可食用涂膜

可食用涂膜主要是使用可食用的材料,采用浸涂或喷涂方式,形成一层保护性涂膜覆盖在板栗仁表面。该涂膜能够作为一道屏障,隔离外部环境,有效减缓水分的流失,并调节板栗仁内外的气体交换。这不仅有助于降低板栗仁的呼吸速率,还能抑制致病微生物的生长,从而有效延长板栗仁的货架期[41]。可食用涂层的使用可显著抑制PPO和POD的活性,从而有效防止板栗仁加工过程中的褐变[42]。如表2所示,周玉杰等[43]研究表明,锥栗仁经过1.5%壳聚糖涂膜处理,贮藏65 d后,其细菌和霉菌的数量与对照组相比显著减少,板栗褐变度显著降低。周仙根等[44]采用2%紫胶、0.2%柠檬酸、0.15% EDTA-2Na、10%竹叶提取液和0.03%纳他霉素对锥栗进行处理,有效地抑制了PPO和POD的活性,同时降低了单宁含量和褐变程度。王大红等[45]使用含0.2 g/kg纳他霉素、0.5 g/kg山梨酸钾和1%普鲁兰多糖的复合涂膜剂对豫罗红板栗仁进行喷洒涂膜处理,可有效抑制板栗仁中PPO、POD和PAL的活性,显著降低霉变率,有效延缓板栗仁的褐变。

表2 可食用涂膜对板栗褐变控制的效果
Table 2 Effects of edible coatings on the control of browning in chestnuts

处理条件褐变控制效果参考文献0.10%的壳聚糖、0.02%的柠檬酸、0.06%的苯甲酸钠和0.045%的2-苯基苯酚钠构成涂膜保鲜剂贮藏45 d后,未经涂膜处理的对照组的细菌和霉菌总数分别是1.5%壳聚糖涂膜处理的10.1倍和5.2倍,霉变率降低[43]2%的紫胶、0.2%的柠檬酸、0.15%的EDTA-2Na、10%的竹叶提取液和0.03%的纳他霉素抑制了PPO和POD的活性,同时降低了单宁含量和褐变程度[44]0.2 g/kg纳他霉素、0.5 g/kg山梨酸钾和1%普鲁兰多糖的复合涂膜剂抑制板栗仁中PPO、POD和PAL的活性,降低霉变率,减少板栗仁褐变[45]

2.2.3 天然植物提取物

利用天然植物提取物作为板栗抑制剂是一种新型的有效抑制褐变的方式,这种方法不仅自然环保,且通常对人体较为安全。JIRASUTEERUK等[46]在研究中利用液氮制成芒果皮粉末,并通过超声波提取方法提取芒果皮中的酚类化合物,芒果皮提取物在抑制PPO活性方面具有竞争性优势,其半抑制浓度为0.3 mg/mL,显示出比传统化学抗褐变剂更强的效果。此外,芒果皮提取物中的主要活性成分(如芒果苷、原儿茶素和没食子酸)对PPO具有显著的抑制作用,证实了其作为天然抗褐变剂的潜力。KLIMCZAK等[47]研究表明,不同质量浓度(1、2、3 g/L)的绿茶提取物能显著抑制混浊苹果汁中PPO的活性,并有效控制短期冷藏期间果汁的褐变。随着绿茶提取物浓度的增加,果汁的褐变指数、总色差(ΔE*)、黄度指数和420 nm处的吸光度(A420)均有所降低,显示出良好的颜色稳定性。这一发现表明绿茶提取物是一种有效的天然抗褐变剂,适用于苹果汁在贮存过程中的品质维持。耿建暖等[48]研究了不同浓度的蜂蜜对板栗褐变抑制效果的影响,蜂蜜含有多种天然抗氧化剂,可有效中和自由基,且蜂蜜pH值通常在3.2~4.5,酸性环境可以抑制PPO的活性,从而减缓板栗氧化褐变的过程。蜂蜜自身优越的抗氧化能力以及pH值调节作用使其成为一种天然的板栗褐变抑制剂,不仅增强了板栗仁的贮藏稳定性,而且也为板栗仁的加工提供了一种更健康的选择。

3 结论与展望

随着板栗褐变控制技术不断发展,物理和化学处理方法能有效钝化导致褐变的相关酶,同时控制微生物的生长和繁殖,从而抑制板栗褐变。当前,褐变抑制剂和可食用涂膜的应用已广泛推广。然而,随着人们对方便、快捷和健康产品需求的增加,对化学防褐变方法的安全性也提出了质疑。此外,除了气调、低温和热灭活等传统物理方法外,超高压、辐照和微波等新型技术的应用提高了仪器的生产和操作成本,为产业化带来了新的挑战。利用天然植物提取物作为板栗抑制剂已成为研究的热点,该方法不仅自然环保,且通常对人体较为安全。因此,对板栗仁褐变机理的深入研究及控制方法的不断优化,对提高板栗仁产品的市场竞争力和消费者接受度具有重要意义。在实际应用时,应考虑抑制剂的浓度、处理时间和成本效益,以及是否影响板栗的风味和口感。未来研究可进一步探索更高效、环保的褐变控制方法,为抑制板栗褐变提供新的策略。

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Research progress on browning mechanism and control methods during processing of chestnut kernel

YOU Zhaoyang1,2, LI Haiqin1,2, CHENG Zitian1,2, LI Jingfang1,2*, CHANG Shimin1,2*

1(College of Life Sciences and Food Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China)2(Key Laboratory of Development of Natural Products and Functional Foods, Handan 056038, China)

ABSTRACT Chestnut kernels are favored by consumers for their unique flavor and nutritional value.However, during the processing of chestnut kernels, browning often occurs due to the combined effects of enzymatic and non-enzymatic reactions, impacting their sensory quality and commercial value.Firstly, the present review provides an overview of chestnut kernel processing and the main mechanisms of browning.Secondly, it analyzes the primary factors that cause browning and explores methods to prevent it, including physical and chemical methods.Furthermore, the article forecasts future research directions in controlling browning in chestnut kernels, emphasizing the importance of developing new, safe, and effective browning inhibitors and optimizing processing techniques.Studying the mechanisms of browning and its control methods is crucial for improving the quality of chestnut kernel products and extending their shelf life.

Key words chestnut kernel;processing;browning mechanisms;control method

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.041161

引用格式:由曌阳,李海芹,程子天,等.板栗仁褐变机理及控制方法研究进展[J].食品与发酵工业,2025,51(13):400-407.YOU Zhaoyang, LI Haiqin, CHENG Zitian, et al.Research progress on browning mechanism and control methods during processing of chestnut kernel[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(13):400-407.

第一作者:硕士研究生(李京芳讲师和常世敏副教授为共同通信作者,E-mail:ljf95517@163.com;keyancsm@126.com)

基金项目:河北省现代农业产业技术体系项目(HBCT2024190301)

收稿日期:2024-09-27,改回日期:2024-12-09