随着人们生活水平的提高，绿色健康的果蔬制品逐渐受到青睐。然而果蔬在加工和贮藏过程中易产生褐变物质，伴随着颜色的不断变化，导致果蔬的风味以及外观受到影响，造成营养价值的损失，甚至引起腐败变质，影响产品的保质期[1]。果蔬加工可通过加热使酶失活，消除酶促褐变对产品的影响，但导致非酶褐变的因素较多，非酶褐变是果蔬贮藏过程中颜色变化的主要原因[2]。因此，本文对果蔬制品非酶褐变的原因、影响因素、反应机理和控制技术进行了系统综述，以期为果蔬生产中的褐变控制提供参考。
1 果蔬制品非酶褐变的原因
非酶褐变是影响果蔬稳定和导致品质丧失的重要因素，常发生在果汁的加工和储存过程中，是导致果汁品质下降和保质期变短的主要原因[3]。近年来，众多学者对各类果汁贮藏中的非酶褐变反应进行了广泛的研究。王鑫等[4]认为抗坏血酸氧化分解是蓝莓汁非酶促褐变的原因。Paravisini 等[5]提出橙汁的褐变主要是美拉德反应引起的。那广宁等[6]试验结果表明，美拉德反应和抗坏血酸氧化降解是南果梨汁非酶褐变的原因，多酚氧化缩合和焦糖化反应对褐变没有明显的促进作用。以上研究表明，非酶褐变的反应因材料和加工方式不同而有所差异。如酸菜在腌渍时，由于化学以及生理生化反应，会导致褐变发生。董霞等[7]认为酸菜褐变主要是抗坏血酸氧化和多酚氧化聚合所致，但不能排除美拉德反应。水煮藕片在贮存过程中容易褐变，导致其外观品质下降，营养流失。Lin 等[8]研究发现，水煮藕片烫漂约75 s，会导致多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）失活，酶促褐变可以忽略不计。藕片在加工过程中，加热时间过长容易产生美拉德反应，加热温度不超过100 ℃时，不会发生焦糖化反应。
2 果蔬制品非酶褐变的影响因素
2.1 包装材料对非酶褐变的影响
包装材料能有效地防止果蔬制品受到温度、光照、氧气等因素的影响，从而保证果蔬品质，延长产品的保质期[9]。潘梦垚等[10]研究了不同透氧率的材料对水煮竹笋颜色的影响，发现透氧率越小，色泽越好。Shishir等[11]利用透氧率不同的低密度聚乙烯、定向聚丙烯层压和聚对苯二甲酸乙二醇酯层压对番石榴粉包装，3 种包装材料的透气性和透湿性不同，其中低密度聚乙烯对番石榴粉的保护效果最差。王卫东等[12]分别用铝箔、铝塑包装菊芋泡菜，贮藏后并未发生明显的褐变现象，表明避光包装材料可以有效抑制褐变。包装材料对光的吸收、包装材料的厚度和颜色等都会影响包装材料的遮光性能。因此，在选择食品包装材料时，不仅要求材料健康无公害，为确保内装果蔬的品质，包装还必须要对氧气、水蒸气和光线有很好的阻隔作用。
2.2 金属离子对非酶褐变的影响
金属离子可以促进或抑制非酶褐变的发生。吴惠玲等[13]研究表明，Fe3+和Fe2+促进了非酶褐变，Fe3+的促进作用强于Fe2+，Ca2+和Mg2+抑制非酶褐变，且Mg2+强于Ca2+。果汁中的金属离子对抗坏血酸的降解和酚类的氧化有所影响，其中铁和铜对褐变的促进作用较强，锌和锡的作用较弱[14]，铁和铜能与酚类化合物生成棕色物质。因此不应用金属容器盛装果汁，应用不锈钢容器代替。乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）是一种能抑制金属离子加速褐变的螯合剂。马霞等[15]研究表明，EDTA-Na 对苹果汁褐变有抑制作用，随着浓度的增加，抑制褐变效果更加显著。
2.3 光照、温度及pH 值对非酶褐变的影响
光照是非酶褐变反应的重要影响因素，果蔬在贮存过程中易受光的波长和强度等影响。张芷芸等[16]采用（8 000+500）lx 光照射即食莲藕36 h 后，其褐变程度与避光贮存144～216 h 的产品相似。李云等[17]研究发现光照强度与荔枝酒的褐变程度呈正相关。在光照条件下，荔枝中的抗坏血酸分解，酚类物质降低，因此避光有利于减缓其物质损失[18]。
非酶促褐变是一种热力学反应，在反应中容易受温度的影响。吴胤霆等[19]认为南酸枣糕的褐变指数与温度呈正相关。李阿敏[20]研究表明真空包装的榨菜在5 ℃保存时，其L*值、b*值、ΔE 值与20、30、40 ℃相比有显著性差异。Liu 等[21]评估了冷藏温度对桃果肉褐变的影响，结果表明较低的温度可延缓褐变的发生。此外，温度本身的稳定性也会对果蔬的褐变产生一定的影响，常温下果蔬贮存过程中的酚类流失和实际的褐变速度都要比在变温贮藏下的速度慢。
不同的pH 值条件导致非酶促褐变反应速度不同。李云[22]研究表明，当pH 值低于4.0 时，荔枝酒的褐变程度会降低。李鹏等[23]对柿子汁非酶褐变的影响因素进行了分析，发现由于pH 值的升高，褐变程度也随之增大。为了控制褐变可采用降低pH 值这一有效手段。Liu 等[24]认为莲藕褐变程度和pH 值呈正相关，建议在莲藕的烹饪和加工过程中添加醋构成酸性条件。抗坏血酸能够调节产品的pH 值，对果蔬的原色起到保护作用，因此酸度调节剂可以作为褐变抑制剂。
3 果蔬制品非酶褐变的反应机理
3.1 美拉德反应
美拉德反应是在果蔬热加工、烹饪和储存过程中自发且广泛存在的一种反应，即羰基和氨基化合物经一系列复杂的反应产生了稳定的棕色或黑色聚合产物[25]。美拉德反应通常分为3 个阶段：初级阶段，还原糖的游离羰基与氨基结合，形成不稳定的希夫碱，通过阿姆德瑞（Amadori）重排，形成中间产物，此阶段产物不会影响果蔬的颜色或味道。中间阶段，Amadori 产物在不同温度及pH 值的条件下进行降解。最终阶段，通过醇醛缩合作用进一步脱水，形成更稳定的不饱和醛，经过几次缩合反应，氨基酸参与聚合，形成高分子的类黑精。
3.2 抗坏血酸氧化分解
在果蔬中，抗坏血酸是一种优质的维生素，其具有很强的还原性和酸性，容易被氧化和降解，并与游离氨基酸反应，产生褐色素[26]。其通常以两种方式参加到褐变反应中。在氧气充裕的情况下，分解为脱氢的抗坏血酸，然后进行脱水、脱羧，产生美拉德反应的中间产物。当氧气耗尽至无氧时，抗坏血酸会自行降解为糠醛，这是使抗坏血酸含量减少的重要原因之一。另外，抗坏血酸是极其不稳定的物质，高温易降解，其降解产物糠醛易与氨基酸结合，加速褐变反应的发生。
3.3 多元酚氧化缩合
酚类化合物具有强还原性易被氧化，其氧化途径可分为PPO 催化氧化和自身氧化[27]。多酚是非酶褐变的底物，褐变经常发生于果蔬制品中。酚类物质被氧化后邻羟基转变为不稳定的邻醌，其电子亲和性高，易与亲核基结合，进一步与多酚和蛋白类物质结合成聚合产物，最终得到褐色物质，导致果蔬褐变。此外，在碱性条件，高温、潮湿环境下，会加速酚类的氧化，使产品色泽变深。
3.4 焦糖化反应
焦糖化反应是糖类在没有氨基化合物存在的情况下，高温加热到熔点以上时，糖发生脱水与降解，形成的褐变反应。这一反应经常出现在果汁浓缩阶段。焦糖化反应易在碱性条件下发生，其反应的产物主要有两种。一种是糖的脱水生成焦糖，另一种是糖裂解后生成小分子醛和酮。焦糖化反应易受pH 值、杂质盐和蔗糖浓度等因素的影响[28]。
4 果蔬制品非酶褐变的控制技术
非酶褐变的反应机制非常复杂，其中间产物种类繁多，很多因素都会对非酶褐变产生影响。因此，需要采取相应的控制措施有效地抑制褐变。
4.1 添加褐变抑制剂
在果蔬实际生产中，存在着许多褐变抑制剂，主要有酸度调节剂、螯合剂、抗氧化剂等。酸度调节剂通过调节pH 值来控制褐变，常用的有柠檬酸、抗坏血酸、肉桂酸、苯甲酸等[29]。螯合剂可以螯合果蔬中的金属离子，从而达到抑制褐变的目的。徐辉艳[30]研究发现EDTA 对红枣汁的褐变具有明显的抑制作用。抗氧化剂是阻止氧气产生不良影响的物质，能够延缓果蔬氧化，提高果蔬制品的安全性与外观特性，其中包括化学抗氧化剂和天然抗氧化剂。有许多关于抗氧化剂对果蔬褐变影响的研究。一些含硫化合物作为化学抗氧化剂，可直接添加于果蔬制品中用于抑制褐变[31]。用亚硫酸盐处理的水果和蔬菜，其糖类的羰基与亚硫酸盐结合形成加成化合物，其加成物能与氨基化合物缩合，缩合产物不能生成席夫碱，从而阻止褐变的发生[32]。乳酸菌作为一种天然的抗氧化剂，是国内外对益生菌抗氧化活性研究的热点。乳酸菌具有良好的螯合金属离子和抗氧化能力，对保护果蔬色泽、抑制非酶褐变具有较好的效果。马晓伟等[33]以火龙果为原料，加入0.1 g/100 mL 由产乳酸芽孢杆菌、鼠李糖乳杆菌和植物乳杆菌组成的复合发酵剂，生产出颜色鲜艳的火龙果饮料。Pereira 等[34]认为乳酸菌发酵保护了腰果梨中的胡萝卜素，使其具有更强烈的黄色。Chen 等[35]研究表明，植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌均能在草莓汁中生长，发酵汁中较低的pH 值环境会增强花青素的颜色并增加a*值和b*值，使果汁呈现良好色泽。此外，1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical，DPPH）自由基和 2，2'-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐 [（2，2'-azinobis-（3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate），ABTS]阳离子自由基清除能力和铁离子还原抗氧化能力（ferric ion reducing antioxidant power，FRAP）得到改善。张丽华等[36]研究表明，采用德式乳杆菌发酵红枣汁，能降低枣汁的酸度并提高色泽。Kwaw 等[37]研究发现乳酸菌发酵桑葚汁可以改善桑椹汁颜色，且大幅度提升了桑葚汁中的单体花青素含量。酚类物质、pH 值等是影响果蔬色泽品质的重要因素[38]，乳酸菌通过影响这些物质，进而改善发酵果蔬的外观品质。表1 为近年来乳酸菌发酵果蔬制品的抗氧化活性研究进展。
表1 乳酸菌发酵果蔬制品的抗氧化活性研究
Table 1 Antioxidant properties of lactic acid bacteria-fermented fruit and vegetable products
果蔬制品泡菜针叶樱桃和番石榴副产品芒果泥火龙果豆浆苹果汁乳酸菌Leuconostoc CECT 219、Lactobacillus plantarum CECT 748 Lactobacillus fermentum 56、Lactobacillus. plantarum 53、Lactobacillus casei L-26、Lactobacillus paracasei 106 Leuconostoc pseudomesenteroides 56、Weissella cibaria 64、Lactobacillus plantarum 75 Lactobacillus plantarum Lactobacillus plantarum NCU001563、Streptococcus thermophilus NCU074001 Lactobacillus plantarum、Lactobacillus helveticus、Lactobacillus casei、Lactobacillus paracasei、Lactobacillus acidophilus、Bifidobacterium lactis结论氧自由基吸收能力与抗坏血酸结合含量优于其它泡菜发酵增加了产品总黄酮和总酚的含量，提高了抗氧化活性Lactobacillus plantarum 75 发酵的果泥与其他菌株发酵果泥相比能够有效存活，并增加了芒果果泥的总酚含量与抗氧化能力发酵可以增加水溶性酚和黄酮的含量，发酵24 h 后，DPPH 自由基、羟基自由基和超氧阴离子的清除能力显著提高通过评估DPPH 自由基清除能力、ABTS+自由基清除能力和FRAP 结果表明，这两种乳酸菌都具有良好的益生菌潜力，可以很好地应用于豆浆发酵产品苹果汁的发酵提高了抗氧化活性，改善了香气。发酵后咖啡酸和根皮苷含量增加参考文献[39][40][41][42][43][44]
续表1 乳酸菌发酵果蔬制品的抗氧化活性研究
Continue table 1 Antioxidant properties of lactic acid bacteria-fermented fruit and vegetable products
果蔬制品石榴汁蓝莓和黑莓汁蓝莓汁南瓜汁梨汁枣汁乳酸菌Lactobacillus. plantarum Lactobacillus plantarum BNCC 337796、Streptococcus thermophilus CGMCC 1.8748、Bifidobacterium bifidum CGMCC 1.5090 Lactobacillus plantarum J26 Lacticaseibacillus casei （Lc）、Lactiplantibacillus plantarum（Lp）、Lactobacillus acidophilus （La）、Lactobacillus helveticus （Lh）、Lacticaseibacillus paracasei （Lpc）Lactiplantibacillus plantarum 90、Lactobacillus helveticus 76、Lacticaseibacillus casei 37 Lactobacillus acidophilus、Lactobacillus casei、Lactobacillus helveticus、Lactobacillus plantarum结论乳酸菌发酵过程中，单宁水解成鞣花单宁衍生物，在发酵汁中表现出抗氧化活性的提高发酵促进了蓝莓和黑莓的花青素降解、酚酸代谢，其中ABTS+自由基清除能力增强发酵蓝莓汁的酚类化合物增加了43%，花青素含量增加了13%，对自由基有很强的清除能力南瓜汁经Lp、La 和Lh 发酵，具有较强的DPPH 自由基清除能力和羟基自由基清除能力，与香草酸和芥子酸含量呈正相关发酵梨汁的DPPH 和ABTS+自由基清除能力和FRAP 显著提高（P＜0.05）枣汁的总酚含量通过乳酸菌发酵而增加，黄酮含量减少。抗氧化能力明显提高，并与咖啡酸和芦丁含量呈正相关参考文献[45][46][47][48][49][50]
4.2 改变加工工艺及贮藏条件
在果蔬生产中，通过改变加工和贮存的方式，可以延缓非酶褐变的发生。如在低温条件下进行贮藏，选用具有良好阻隔性能的包装材料，以及气调贮藏、真空冷冻干燥、超声波等技术的应用。
低温加工和贮藏可减轻果蔬制品的褐变程度，延缓褐变发生。温度越高，反应越激烈，褐变就越严重。马永强等[51]在4、25 ℃和37 ℃的环境下储存蓝莓汁，定期测量5-羟甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural，5-HMF）的含量，试验结果表明，5-HMF 的产生量随贮藏温度的升高而增大。在选择包装材料时，不仅要求材料健康无公害，还要求对氧气有良好的阻隔性能。吴敏等[52]研究表明荔枝汁在一种新型聚乳酸可再生生物降解材料瓶中时，其L-抗坏血酸的降解速率最高，其次是聚酯瓶和复合材料。不同包装材料的氧气透过率使荔枝汁的溶解氧含量存在差别。溶解氧会引起L-抗坏血酸的降解和酚类物质氧化聚合，促使褐变的发生。气调贮藏可通过调整果蔬制品储藏环境的气体成分和比例，从而减少褐变现象的发生，延长产品的货架期。罗峻渲等[53]认为2%～4%O2+2%～4%CO2 组合对和田红杏表皮有着良好的护色能力，提高了和田红杏的品质。真空冷冻干燥是食品在真空低温下进行干燥，通过真空冷冻干燥处理的水果和蔬菜可以有效地维持色泽。Michalska 等[54]用真空冷冻干燥技术对李子干进行了处理，发现美拉德反应的产物得到了控制，尤其对Amadori 重排产物的抑制作用明显。超声波是一种非热技术，适当的超声功率能够抑制果蔬制品的褐变。Kalsi 等[55]研究发现，当以恒定的40 kHz 频率、200 W辐射功率超声处理番石榴汁，其色度在超声处理后有所增加，非酶褐变明显减少。超声处理能显著提高抗坏血酸（2.45%～4.70%）和总酚类物质（3.50%～4.35%）的含量（P＜0.05）。
4.3 复合褐变控制技术
果蔬的褐变是由多种因素引起的，很难用单一的处理方法有效控制变色，需要多种方法结合使用。联合使用褐变控制技术，可达到良好的效果。迟岩[56]研究了漂烫护色剂联合法对灰枣干质量的影响，结果表明，蒸汽漂烫3 min，添加1% 植酸和0.6%L-半胱氨酸作为护色剂，可以改善灰枣干褐变现象的发生。刘洋锋等[57]为解决软包装调味大豆褐变问题，用105 ℃灭菌8 min，复合0.30% 有机酸、0.03% 焦亚硫酸钠、0.10%三聚磷酸钠处理大豆，发现几乎没有产生褐变，且感官评分良好。万斌等[58]研究表明，椰浆的非酶褐变指数随贮存时间的延长呈递增趋势，中温协同超高压对椰浆进行间歇杀菌，可以保持其质量，推迟褐变的发生。
5 展望
由于果蔬制品受到众多消费者的喜爱，近年来发展迅速，但果蔬在加工和贮藏过程中极易发生褐变，影响产品的外观质量，探寻控制果蔬非酶褐变的有效措施十分关键。随着果蔬精深加工产业的不断发展，抑制非酶褐变的技术虽然取得了进展，但是依旧面临着诸多问题。目前常用的方法是利用化学抑制剂，但易造成试剂残留、成本消耗大等问题。此外，气调贮藏、真空冷冻干燥、超高压等物理方法在使用范围和操作技术方面又有局限性。乳酸菌因其具有多种益生功能在果蔬加工行业具有广阔的应用前景，随着乳酸菌抗氧化活性的深入研究，新型抗氧化乳酸菌将会是抑制果蔬制品非酶褐变的重要方向。果蔬制品非酶褐变控制技术的开发和应用任重致远，各种技术需完美结合，以促进果蔬产业的持续稳定发展。
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