食品褐变的机理及控制

褐变是食品中存在的一种比较普遍的现象。所谓褐变，是指食品在加工、贮藏或受损后，色泽变暗或变褐色的现象。食品发生褐变，在不同的场合下，将带来不同的结果。

在食品生产中，可以加以利用的褐变现象，如生产酱油、咖啡、红茶以及烘烤面包时所呈现的褐变，是人们所希望出现的褐变。但是，大多数食品的褐变现象，往往带来不良的反应，并且使食品的风味和营养价值降低，或者产生有害成分。根据发生的机制，褐变作用可以划分为酶促褐变(生化褐变)及非酶褐变两类。

1、酶促褐变

酶促褐变是在酶的作用下，发生的褐变作用，酶促褐变发生在水果、蔬菜等新鲜植物性食物中。一般认为，这种作用是需氧的。在大多数情况下，酶促褐变是一种不希望出现于食物中的变化。

食品中发生酶促褐变，必须具备三个条件，即：多酚类底物或一元酚、酚氧化酶和氧。三个条件，缺一不可。因此，欲控制食品中的酶促褐变，只需要改变其中的任何一个条件即可达到目的。

目前采用的控制方法，主要是从酶和氧入手的。

(1)酶抑制剂法

酚酶的抑制剂有二氧化硫、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等，在食品中加入或渗入这些抑制剂后，酚酶即可以失活。

(2)热处理方法

加热食品，使酚酶失活，即可控制褐变的发生。这种方法是使用最广泛的一类方法，其关键是要在最短时间内钝化酶而又不使食品质量下降。

(3)酸处理法

酚酶的最适pH值在6～7之间，当pH<3时，酚酶失去活性。因此，选用合适的食用酸，如柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸，使食品的pH值小于3，即可防止褐变的发生。

(4)驱氧法

无氧可以防止褐变。最简单的方法是将食品浸没在清水、糖水或盐水中。但是由于水中能吸附少量的氧气，所以，这种处理方法仍可以便褐变以缓慢的速度进行。

(5)底物替代法

加入酚酶底物类似物肉桂酸、对位香豆酸及阿魏酸等酚酸可以对某些褐变起到控制作用。

(6)底物甲基化法

利用甲基转移酶，将邻二羟基化合物进行甲基接枝，生成的这种类似愈疮木酚和阿魏酸的甲基化物，便不能被酚酶作用。目前所采用的甲基转移酶，主要是S—腺苷蛋氨酸，它可以使儿茶酚转变为愈疮木酚、咖啡酸转变为阿魏酸、绿原酸转变为3—阿魏酰金鸡纳酸。

2、非酶褐变

非酶褐变，故名思义是指没有酶参与的一类褐变。这种褐变作用，大多发生在食品的热加工及长期贮存过程中。非酶褐变主要有三种类型，即：羰氨反应褐变、焦糖化褐变和抗坏血酸氧化褐变。

(1)羰氨反应褐变

又称为美拉德反应，是指氨基化合物和羰基化合物在加热时形成褐色物质的反应。一般认为，羰氨反应是加热或长期贮存后的食品发生褐变的主要原因。

(2)焦糖化褐变

焦糖化作用可以产生黑褐色的色素物质，是一种很常见的现象。这种褐变作用的发生范围广泛，但产物却比较简单。其产物主要为糖的脱水物(焦糖或酱色)以及裂解产物(挥发性醛酮)。

(3)抗坏血酸氧化褐变

柑橘等果汁在贮藏过程中，其抗坏血酸成分会发生自动氧化，放出二氧化碳，使果汁的色泽变祸暗。抗坏血酸的氧化褐变作用，与体系的pH值和金属离子有很大的关系。pH<5.0时，抗坏血酸生成脱氢抗坏血酸的速度缓慢，并且是可逆反应：pH为2.0～3.5时，褐变作用与pH值成反比；铜、铁等金属离子则可以加快褐变作用的速度。抗坏血酸的氧化褐变也可以被植物体内含有的抗坏血酸氧化酶加以催化，特别是在组织受损与空气良好接触时，尤为明显。

(4)非酶祸变的结果及其控制

非酶褐变可以形成食品的呈味成分和香气成分，从而赋与食品或好或坏的味感和嗅感。使食品质量变差的褐变，还可以表现为对营养价值的影响，例如氨基酸，特别是限制性氨基酸的损失，可以直接地发生在羰氨反应褐变过程中。

一般认为，非酶褐变的结果有以下几个方面：

①产生二氧化碳

虽然直到现在人们仍没有搞清楚具体的内容细节，但是可以肯定α—氨基酸与葡萄糖类的羰氨反应以及抗坏血酸的褐变反应过程中都可以产生二氧化碳。

②酸度的增加

许多褐变反应可以生成有机酸物质，从而使体系的pH值发生降低。

③抗氧化能力增强

当葡萄糖与赖氨酸共存焙烤褐变时，可以对食品中的油脂氧化起到有效地抑制作用。这种随食品褐变反应的进行，而产生的食品抗氧化能力增强的原因，据认为是褐变生成的醛、酮等还原性物质在起作用。

④蛋白质溶解度降低

在脱脂大豆粉和奶粉中加糖，在贮存过程中发生的褐变作用可以使蛋白质的溶解度降低。

⑤产生荧光

还原糖在褐变过程中，常可以观察到荧光现象的发生，并且反应速度越慢，荧光越明显。目前只是认为这利，荧光可能是由某些中间产物产生的，但具体过程尚不清楚。

⑥营养价值的降低

褐变过程中，食品营养价值的降低有两种途径：其一是营养素成分参与了褐变反应，如氨基酸、蛋白质与碳水化合物的祸变反应以及抗坏血酸的氧化褐变等，而产生对人体不能利用或营养价值低下的产物；其二是营养素成分被牵连破坏，或者是不容易被消化吸收。

使食品产生不良色香味以及营养质量下降的褐变，必须加以控制。目前，对酶褐变的控制方法，大致有以下儿种：

①降温

温度降低，可以减缓反应速度。

②降低浓度

浓度降低，也可以减慢反应速度。

③改变pH值

羰氨反应在碱性条件下容易进行，焦糖化作用在偏碱性环境中反应速度更快，抗坏血酸氧化作用速度则在pH2.0～3.5时与pH值成反比，所以改变食品体系的pH值，可以在一定程度上控制反应速度。

④改变糖类

使用不易发生褐变作用的糖类，可以大大降低反应速度。

⑤生化降低

利用微生物除去褐变反应物糖类；可以在某些特殊食品生产中加以应用。

⑥化学物质阻断

用亚硫酸与羰基反应；可以抑制羰氨反应；用氯化钙与氨基酸反应，也有褐变阻断的作用。

编辑：foodnews