почему если смазать разрезаное яблоко лимонным соком оно не потемнеет

В соке яблока много железа. Окислясь до трёзвалентного оно примет бурую окраску. Если смазать лимонной кислотой, то будут произвордные соли железа и лимонной кислоты. Они, по идее должны быть бесцветные.
Более глубоко кислород воздуха в яблоко не проникает (как и свет способный нам показать разницу).

Потому что темная окисленная малоновая (яблочная) кислота при контакте с лимонным соком становится светлым цитратом (солью лимонной кислоты) .
В ЯБЛОКАХ ЖЕЛЕЗА НЕТ!! !
В них - необходимая для усвоения железа яблочная и щавелевая кислоты.

окисление поверхности яблока не происходит

наверное не будет происходить процесс окисления (взаимодействия яблочного сока с кислородом воздуха).