褐变机理及其防治技术研究进展

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0400

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (13): 137-145.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0400

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褐变机理及其防治技术研究进展

杨旭风(), 贾晓东(), 许梦洋, 莫正海, 贾展慧, 宣继萍()

江苏省中国科学院植物研究所，南京 210014

收稿日期:2022-05-18 修回日期:2022-11-21 出版日期:2023-05-05 发布日期:2023-04-27
通讯作者: 宣继萍，女，1976年出生，研究员，博士，主要从事果树研究。E-mail：xuanjiping@cnbg.net。贾晓东，女，1981年出生，副研究员，博士，主要从事果实采后研究。E-mail：32704955@qq.com。
作者简介:
杨旭风，1996年出生，甘肃庆阳人，硕士研究生在读，研究方向：果实采后研究。通信地址：210014 江苏省南京市玄武区孝陵卫街道前湖后村1号江苏省中国科学院植物研究所，E-mail：752626491@qq.com。
基金资助:
江苏省林业科技创新与推广项目“薄壳山核桃丰产抚育改造与深加工技术集成及应用示范”(LYKJ-句容[2020]01); 江苏省科技厅重点研发计划项目“薄壳山核桃油脂提取及其副产物的功能与富集研究”(BE2021349)

Browning Mechanism and Its Control Technology: Research Progress

YANG Xufeng(), JIA Xiaodong(), XU Mengyang, MO Zhenghai, JIA Zhanhui, XUAN Jiping()

Institute of Botany, Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210014

Received:2022-05-18 Revised:2022-11-21 Online:2023-05-05 Published:2023-04-27

摘要/Abstract

摘要：

对目前国内外针对食品褐变发生的原因、影响因素及防治技术等的研究进行概括和总结。根据条件不同，褐变可分为酶促褐变和非酶促褐变，而非酶促褐变又可进一步分为美拉德反应、焦糖化反应、抗坏血酸氧化分解和多元酚氧化缩合。影响褐变的因素众多，酶促褐变的影响因素包括底物种类及浓度、酶的活性、氧气、温度和pH等；影响非酶促褐变的因素因具体反应不同而异，其中温度和pH是最主要的影响因素。基于褐变的发生机制和影响因素，褐变的防治技术包括物理防治技术、化学防治技术以及两者的联合使用。指出当前果蔬贮藏和褐变防治技术面临着能耗较大、成本较高和安全性较低的问题，同时，进一步展望了褐变防治技术应以物理防褐变技术为主，辅以必要的化学技术处理，并应将重点放在新材料和新抑制剂的挖掘上。

关键词: 酶促褐变, 非酶促褐变, 发生机制, 影响因素, 防治技术

Abstract:

The causes, influencing factors and prevention and control technologies of foodstuff browning at home and abroad are summarized. According to different conditions, browning can be divided into enzymatic browning and non-enzymatic browning, while non-enzymatic browning can be further divided into Maillard reaction, caramelization, ascorbic acid oxidative decomposition and polyphenols oxidative dimerization. There are many factors affecting browning. The factors affecting enzymatic browning include substrate type and concentration, enzyme activity, oxygen, temperature and pH, etc. The factors affecting non-enzymatic browning vary with different reactions, among which temperature and pH are the most important factors. Based on the occurrence mechanism and influencing factors of browning, the prevention and control technologies of browning include physical and chemical prevention and control technologies and the combination of both. This paper points out current problems in fruit and vegetable storage and browning prevention and control technology development, such as high energy consumption, high cost and low safety. Moreover, it further suggests that the browning prevention and control technology should be mainly physical one, supplemented by necessary chemical technology treatment, and the focus should be on the excavation of new materials and new inhibitors.

Key words: enzymatic browning, non-enzymatic browning, occurrence mechanism, influencing factors, prevention and control technology

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YANG Xufeng, JIA Xiaodong, XU Mengyang, MO Zhenghai, JIA Zhanhui, XUAN Jiping. Browning Mechanism and Its Control Technology: Research Progress[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(13): 137-145.

图/表 6

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[101]	LIU P, XU N, LIU R F, et al. Exogenous proline treatment inhibiting enzymatic browning of fresh-cut potatoes during cold storage[J]. Postharvest biology and technology, 2022,184.
[102]	WANG Y, NIU D J, QUE F, et al. Low molecular weight fucoidan prepared by fucoidanase degradation-A promising browning inhibitor[J]. LWT- Food science and technology, 2021, 148(1):111739. doi: 10.1016/j.lwt.2021.111739 URL
[103]	戢得蓉, 段丽丽, 杨芳, 等. 复合护色剂对鲜榨慈姑汁的防褐变[J]. 食品工业, 2019, 40(12):32-36.
[104]	唐金蕾. 外源绿原酸处理对鲜切马铃薯褐变抑制作用研究[D]. 天津: 天津科技大学, 2020.
[105]	WU S J. Preparation of canned apple juice using glutathione as an enzymatic and non-enzymatic browning inhibitor[J]. Journal of food processing and preservation, 2017, 41(1).
[106]	XIAO Z L, LUO Y C, LUO Y G, et al. Combined effects of sodium chlorite dip treatment and chitosan coatings on the quality of fresh-cut d’Anjou pears[J]. Postharvest biology and technology, 2011, 62(3):319-326. doi: 10.1016/j.postharvbio.2011.07.007 URL
[107]	HEYSARBIGI S, MIRDEHGHAN S H, GHASEMNEZHAD M, et al. The inhibitory effect of nitric oxide on enzymatic browning reactions of in-package fresh pistachios (Pistacia vera L.)[J]. Postharvest biology and technology, 2020, 159(C):110998-110998.
[108]	TASHOOQ A B, ABDUL H R, SYED Z H, et al. Efficacy of ascorbic acid, citric acid, ethylenediaminetetraacetic acid, and 4-hexylresorcinol as inhibitors of enzymatic browning in osmo-dehydrated fresh cut kiwis[J]. Journal of food measurement and characterization, 2021, 15(5):1-17. doi: 10.1007/s11694-020-00604-z
[109]	王红颖. NaCl溶液处理块茎抑制鲜切马铃薯褐变技术及机理研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2019.
[110]	张婷婷, 夏文水, 姜启兴, 等. 柠檬酸亚锡二钠对双孢菇罐头的护色作用[J]. 食品与生物技术学报, 2013, 32(1):82-88.

产品	处理方法	处理结果	参考文献
双孢蘑菇	用等离子体改性技术结合胶原蛋白(COL)的包装材料	等离子体改性技术结合1.0% COL可使货架期从7 d延长至21 d	[80]
鲜切荸荠	高压二氧化碳处理	2、4 MPa的高压CO₂处理均能抑制褐变	[81]
鲜切荸荠	不同温度处理	4℃低温处理在8 d贮藏期内能保持良好的感官品质	[82]
鲜切马铃薯	高压静电场处理	60 kV/m的高压静电场处理能延缓褐变，显著降低PPO、POD等的活性	[83]
橘瓣干制品	超声波协同护色剂浸渍处理	超声功率400 W结合0.20%的亚硫酸钠溶液具有明显的抗褐变效果	[84]
鲜切莲藕	20%的CO₂气调处理	降低了PPO、PAL和POD等的活性，有效抑制了酶促反应的发生	[85]
干制红枣	漂烫结合护色剂处理	蒸汽漂烫3 min，添加1.0%植酸、0.6%L-半胱氨酸有效改善红枣干制过程中的褐变现象	[86]
鲜切菠萝	气调包装结合抗氧化剂处理	气调结合异抗坏血酸和N-乙酰半胱氨酸可降低切片褐变指数，提高总酚含量	[87]
鲜切莲藕	真空包装	对基因NnPPOA、NnPOD1/2/3的表达有抑制效果，进而延缓褐变	[88]
鲜切苹果	冷等离子体处理	明显观察到切片表面的褐变减少	[89]
百合鳞茎	曲酸-海藻酸钠复合包装膜处理	能够抑制微生物生长，抑制PPO、POD及PAL的活性进而抑制褐变，保持百合鳞茎的品质	[90]
苹果果汁	微波和声热技术处理	800 W、140 s处理可显著抑制苹果汁的酶促褐变	[91]
鲜切马蹄	不同温度的热处理	100℃热处理1 min处理能抑制丙二醛的上升，能抑制PPO、POD和PAL等的活性	[92]
即食冬瓜	伽马辐射处理	2 kGy的伽马辐射能有效抑制PPO和PAL的活性，减少醌类物质的形成，进而抑制褐变	[93]
双孢蘑菇	精油熏蒸处理	肉桂精油熏蒸的效果最佳，能抑制PPO和POD的活性，对保持蘑菇品质具有积极作用	[94]
荔枝酒	大孔吸附树脂处理	LSA-900C大孔树脂在发酵完成后处理能有效缓解荔枝酒的褐变，且对其品质影响较小	[95]
甜瓜	月桂油涂膜处理	抑制鲜切甜瓜的表面褐变，延长货架期	[96]

产品	处理方法	处理结果	参考文献
双孢蘑菇	用等离子体改性技术结合胶原蛋白(COL)的包装材料	等离子体改性技术结合1.0% COL可使货架期从7 d延长至21 d	[80]
鲜切荸荠	高压二氧化碳处理	2、4 MPa的高压CO₂处理均能抑制褐变	[81]
鲜切荸荠	不同温度处理	4℃低温处理在8 d贮藏期内能保持良好的感官品质	[82]
鲜切马铃薯	高压静电场处理	60 kV/m的高压静电场处理能延缓褐变，显著降低PPO、POD等的活性	[83]
橘瓣干制品	超声波协同护色剂浸渍处理	超声功率400 W结合0.20%的亚硫酸钠溶液具有明显的抗褐变效果	[84]
鲜切莲藕	20%的CO₂气调处理	降低了PPO、PAL和POD等的活性，有效抑制了酶促反应的发生	[85]
干制红枣	漂烫结合护色剂处理	蒸汽漂烫3 min，添加1.0%植酸、0.6%L-半胱氨酸有效改善红枣干制过程中的褐变现象	[86]
鲜切菠萝	气调包装结合抗氧化剂处理	气调结合异抗坏血酸和N-乙酰半胱氨酸可降低切片褐变指数，提高总酚含量	[87]
鲜切莲藕	真空包装	对基因NnPPOA、NnPOD1/2/3的表达有抑制效果，进而延缓褐变	[88]
鲜切苹果	冷等离子体处理	明显观察到切片表面的褐变减少	[89]
百合鳞茎	曲酸-海藻酸钠复合包装膜处理	能够抑制微生物生长，抑制PPO、POD及PAL的活性进而抑制褐变，保持百合鳞茎的品质	[90]
苹果果汁	微波和声热技术处理	800 W、140 s处理可显著抑制苹果汁的酶促褐变	[91]
鲜切马蹄	不同温度的热处理	100℃热处理1 min处理能抑制丙二醛的上升，能抑制PPO、POD和PAL等的活性	[92]
即食冬瓜	伽马辐射处理	2 kGy的伽马辐射能有效抑制PPO和PAL的活性，减少醌类物质的形成，进而抑制褐变	[93]
双孢蘑菇	精油熏蒸处理	肉桂精油熏蒸的效果最佳，能抑制PPO和POD的活性，对保持蘑菇品质具有积极作用	[94]
荔枝酒	大孔吸附树脂处理	LSA-900C大孔树脂在发酵完成后处理能有效缓解荔枝酒的褐变，且对其品质影响较小	[95]
甜瓜	月桂油涂膜处理	抑制鲜切甜瓜的表面褐变，延长货架期	[96]

产品	处理方式	结果	参考文献
香菇	1-甲基环丙烯(1-MCP)熏蒸	延缓了香菇菇盖的褐变	[97]
花生芽菜	不同浓度氯化钠、柠檬酸和抗坏血酸浸泡	三者浓度各为0.31%、0.93%和0.57%，联合使用褐变抑制率可达73.13%	[98]
马铃薯	反应体系中加入对香豆酸(pCA)	作为竞争性底物抑制褐变的发生	[99]
鲜切生菜	桑叶多酚提取物处理	0.5%的桑叶多酚处理可有效抑制生菜褐变	[100]
鲜切马铃薯	外源脯氨酸处理	用90 mmol/L的脯氨酸30℃下处理1 h可显著抑制鲜切马铃薯的褐变，提高其抗氧化能力	[101]
鲜切苹果片	低分子量的岩藻聚糖处理	作为一种酪氨酸酶竞争性抑制剂，能显著抑制苹果片的褐变	[102]
鲜榨慈姑汁	复合护色剂处理	配比为抗坏血酸钠0.48%、EDTA-2Na 0.15%、Vc 0.60%、柠檬酸0.60%时，护色效果最佳	[103]
鲜切马铃薯	外源绿原酸处理	10 mg/L的绿原酸处理对不同切割方式下马铃薯的褐变抑制效果最好	[104]
苹果汁	谷胱甘肽处理	0.08%谷胱甘肽抑制多酚氧化酶活性达99.8%，显著抑制了果汁贮藏期的褐变	[105]
鲜切梨	次氯酸钠浸泡处理	对PPO活性和组织表面的褐变具有显著的抑制作用	[106]
开心果	NO熏蒸处理	能够抑制PPO、POD和PAL的活性，保持SOD的活性，抑制褐变的同时保持抗氧化性	[107]
鲜切猕猴桃	复合防褐变剂处理	抗坏血酸2%、柠檬酸1.3%、EDTA 1%和4-羟基间苯二酚0.04%的组合具有最佳的抑制褐变效果	[108]
鲜切马铃薯	NaCl溶液处理	切前用5%的NaCl处理3 h，抑制了切后PPO和POD的活性，可延长货架期3 d	[109]
双孢菇罐头	柠檬酸亚锡二钠(DSC)与其他护色剂联用	与其他护色剂相比，DSC具有更显著的褐变抑制效果；复合护色剂的最佳配比为（质量分数）0.03%DSC、0.02%植酸、0.3%CaCl₂和0.1%柠檬酸	[110]

产品	处理方式	结果	参考文献
香菇	1-甲基环丙烯(1-MCP)熏蒸	延缓了香菇菇盖的褐变	[97]
花生芽菜	不同浓度氯化钠、柠檬酸和抗坏血酸浸泡	三者浓度各为0.31%、0.93%和0.57%，联合使用褐变抑制率可达73.13%	[98]
马铃薯	反应体系中加入对香豆酸(pCA)	作为竞争性底物抑制褐变的发生	[99]
鲜切生菜	桑叶多酚提取物处理	0.5%的桑叶多酚处理可有效抑制生菜褐变	[100]
鲜切马铃薯	外源脯氨酸处理	用90 mmol/L的脯氨酸30℃下处理1 h可显著抑制鲜切马铃薯的褐变，提高其抗氧化能力	[101]
鲜切苹果片	低分子量的岩藻聚糖处理	作为一种酪氨酸酶竞争性抑制剂，能显著抑制苹果片的褐变	[102]
鲜榨慈姑汁	复合护色剂处理	配比为抗坏血酸钠0.48%、EDTA-2Na 0.15%、Vc 0.60%、柠檬酸0.60%时，护色效果最佳	[103]
鲜切马铃薯	外源绿原酸处理	10 mg/L的绿原酸处理对不同切割方式下马铃薯的褐变抑制效果最好	[104]
苹果汁	谷胱甘肽处理	0.08%谷胱甘肽抑制多酚氧化酶活性达99.8%，显著抑制了果汁贮藏期的褐变	[105]
鲜切梨	次氯酸钠浸泡处理	对PPO活性和组织表面的褐变具有显著的抑制作用	[106]
开心果	NO熏蒸处理	能够抑制PPO、POD和PAL的活性，保持SOD的活性，抑制褐变的同时保持抗氧化性	[107]
鲜切猕猴桃	复合防褐变剂处理	抗坏血酸2%、柠檬酸1.3%、EDTA 1%和4-羟基间苯二酚0.04%的组合具有最佳的抑制褐变效果	[108]
鲜切马铃薯	NaCl溶液处理	切前用5%的NaCl处理3 h，抑制了切后PPO和POD的活性，可延长货架期3 d	[109]
双孢菇罐头	柠檬酸亚锡二钠(DSC)与其他护色剂联用	与其他护色剂相比，DSC具有更显著的褐变抑制效果；复合护色剂的最佳配比为（质量分数）0.03%DSC、0.02%植酸、0.3%CaCl₂和0.1%柠檬酸	[110]

褐变机理及其防治技术研究进展

Browning Mechanism and Its Control Technology: Research Progress

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[4]	颜越, 金荷仙, 王丽娴. 国内外社区花园健康效益研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(34): 68-75.
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