7.1.3　食品加工保藏中的褐变

除了天然色素的颜色变化外,食品也可在加工保藏中或受到机械损伤时,颜色变褐加深,这种颜色的变化称为褐变。

按有无酶参与,食品褐变可分为酶促褐变和非酶褐变。其中,非酶褐变无需酶参与,在有氧或无氧条件下均可进行,包括美拉德反应、焦糖化反应等。

1)美拉德反应

美拉德反应也称美拉德褐变、羰氨反应,能使食品体系中含有氨基的化合物与含有羰基的化合物发生反应(如聚合反应、缩合反应)而使食品颜色加深。美拉德反应不仅影响产品色泽,也影响食品的香气(如产生浓郁芳香或焦香味)。

由于几乎所有的食品都含有羰基和氨基,因此都可能发生美拉德反应,这是食品在加热或长期贮存后发生褐变的主要原因。美拉德反应所产生的颜色随着温度升高而呈现出不同,即浅黄→金黄→红黄→酱红→焦黑。

有的美拉德反应是人们所期望的,如焙烤面包、蛋糕产生的金黄色；烤肉所产生的棕红色；啤酒的黄褐色；酿造酱油和陈醋的褐黑色；焙炒咖啡的棕褐色等。而有的美拉德反应是人们不期望的,例如,在乳品加工中,如果杀菌温度控制不当,乳中的乳糖、蛋白质发生美拉德反应,使乳品呈现褐色,影响产品品质。

【补充】美拉德反应的机理复杂,有兴趣的同学可查找书籍自学。

美拉德反应的控制方法如下。

(1)选择不易褐变的原料

糖类对美拉德反应速度的影响：还原糖＞非还原糖；五碳糖＞六碳糖＞二糖(如麦芽糖、乳糖)。木糖醇等糖醇缺乏羰基,不会与氨基酸反应发生美拉德反应。

氨基化合物对美拉德反应速度的影响：胺＞氨基酸＞多肽＞蛋白质。

氨基酸中,高褐变活性的氨基酸包括赖氨酸、甘氨酸、色氨酸和酪氨酸；低褐变活性的氨基酸包括天冬氨酸、谷氨酸和半胱氨酸。其中,赖氨酸具有两个氨基,被认为是最具有褐变反应活性的氨基酸,而赖氨酸也是很多谷物食品的第一限制性氨基酸。因此,美拉德反应会造成赖氨酸等氨基酸的损失,降低食品的营养价值。

(2)去除易褐变的成分

例如,在蛋清粉生产中,由于蛋清中存在少量葡萄糖,会与蛋白质、氨基酸在加热干燥中发生美拉德反应,引起产品变色,因此可用葡萄糖氧化酶在有氧条件下催化葡萄糖发生氧化反应,生成葡萄糖酸,从而除去葡萄糖,避免蛋清粉发生褐变。

【补充】葡萄糖氧化酶也可用于减少马铃薯片中的葡萄糖,从而使油炸薯片产生金黄色而不是棕色。

(3)降低温度

美拉德反应在30 ℃以上时发生较快,因此,容易褐变的食品应在低温下贮存。

在面包烘焙、咖啡焙炒中,应控制加热温度、加热时间,使美拉德反应引起的褐变程度适当,产生所期望的颜色和风味。

(4)降低pH 值

碱性条件有利于发生羰氨反应,pH 值在3 以上时,褐变速度随pH 值的增加而加快。而在稀酸条件下,羰氨反应的缩合产物很容易水解。因此,降低pH 值可以抑制美拉德反应。

(5)调节含水量

10% ～15%的含水量最容易发生美拉德反应。在含水量很少的情况下,美拉德反应几乎不发生；在含水量很高的情况下,反应基质浓度很低,美拉德反应发生较慢。

(6)使用褐变抑制剂

亚硫酸盐是使用广泛且有效的美拉德反应抑制剂,包括亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠等。亚硫酸盐抑制美拉德反应的主要机理是：亚硫酸盐可以捕获强褐变活性的中间体(如醛、酮类物质),生成褐变活性很低的中间产物,从而抑制美拉德反应。此外,亚硫酸盐可以消耗氧和降低pH 值,间接地阻止美拉德反应的发生。

(7)金属离子

铁离子、铜离子等能促进美拉德反应,因此,应尽量避免加工中与铜、铁等金属器具接触(可用不锈钢器具代替)。

2)焦糖化反应

将不含氨基化合物的糖类物质加热到熔点以上温度时,会发焦变黑,生成黑褐色物质,此即为焦糖化反应。焦糖化反应中,糖类在高温作用下可形成两类物质：一类是糖的脱水产物焦糖色；另一类是糖的裂解产物,如一些挥发性醛、酮类物质,具有特殊的焦香风味。

焦糖色溶于水呈棕红色,是我国传统的食品着色剂,可添加到可乐饮料、酱油、菠萝啤等产品中。

1.下列天然色素按照溶解性分类,属于水溶性的是(　　)。

A.叶绿素a　　　　B.花色素　　　　C.辣椒红素　　　　D.虾青素

2.一些含类黄酮化合物的果汁存放过久会有褐色沉淀产生,原因是类黄酮与(　　)发生了反应。

A.氧气　B.酸　C.碱　D.金属离子

3.蛋奶粉生产过程中添加葡萄糖氧化酶的作用是(　　)。

A.保护蛋白质　B.加强蛋奶粉的品质

C.水解脂肪增加风味　D.避免美拉德反应

4.在有亚硝酸盐存在时,腌肉制品生成的亚硝基肌红蛋白为(　　)。

A.绿色　B.鲜红色　C.黄色　D.褐色

5.在蔬菜类食品原料的加工中, 能够护绿的离子是(　　)。

A.钙离子或镁离子　B.钙离子或锌离子

C.铜离子或锌离子　D.镁离子或钠离子

6.焙烤食品表面颜色的形成主要是由于食品化学反应中的(　　)引起的。

A.非酶褐变反应　B.酶促褐变反应

C.脂类自动氧化反应　D.糖的脱水反应

7.如果使用新鲜杨梅汁作酸碱指示剂,若待测样遇到杨梅汁变为绿色,则说明该溶液的pH(　　)。

A.小于7　B.大于7　C.等于7

8.叶绿素在高温烹饪时,加酸或加碱都会加速绿色的褪去。(　　)

A.对　　　　　　　　　　　B.错

9.在苹果种植过程中,果农如何使苹果表面出现图案或文字?

10.现在有一批绿色青菜,要过两天后才烹饪加工,为使加工后基本保持原有色泽,请从食品生物化学角度,谈谈该采取哪些措施。