果蔬加工中酶促褐变研究进展.doc

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论文题目 果蔬加工中酶促褐变研究进展（综述）
课程名称 食品加工工艺学
专业年级 **级食品科学与工程
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果蔬加工中酶促褐变研究进展（综述）

【摘要】：果蔬贮藏、加工过程中的褐变包括酶促褐变和非酶褐变，发生酶促褐变必须具备酚类物质、酚酶和氧3个条件，影响因素有PH、温度和O2等。非酶褐变的影响因素因褐变类型的不同而存在差异。本文简述适度加工果蔬酶促褐变的机理，着重论述控制酶促褐变的物理方法、化学方法、酶法以及基因工程改良技术等方面的研究进展。
【关键词】：果蔬加工；酶促褐变；影响因素
许多水果蔬菜在贮藏、加工及销售过程中易发生褐变，不仅影响果蔬的价值，而且也降低了其内在品质。目前，普遍认为引起果蔬褐变主要有两方面原因：酶促褐变和非酶褐变。酶促褐变是指组织中的酚类物质在酶的作用下氧化成醌类，醌类聚合形成褐色物质而导致组织变色。非酶褐变是指由各种非酶原因引起的化学反应而造成的果肉或果皮的褐变，如糖与含氮物质、有机酸物质的反应等，现将酶促褐变的研究进展概述如下。
1 果蔬加工贮藏中的酶促褐变现象
大多数农产品在加工贮藏过程中都会发生褐变，如莲藕是一种多年生水生植物，含水量高，皮薄，容易损伤，加之生长在水中，收获后由于改变了生存条件，生理变化加剧，在一般条件下放置3d～5d就会出现表皮褐变、萎蔫等现象，严重时内部可食部分也出现褐变，同时组织纤维化，严重影响食用品质[1]；板栗在加工过程中常常会发生果肉褐变，严重地影响了产品的品质、风味和营养成分，制约了板栗的深加工增值[2]；另外还有荔枝、马铃薯、萝卜、白菜、苹果、梨等等众多的水果、蔬菜在加工贮藏过程中都会发生褐变现象。
2 酶促褐变原理及其影响因素
2.1 酶促褐变原理
酶促褐变是果蔬中的多酚类物质在多酚氧化酶的作用下被氧化形成醌及其聚合物的反应过程。一般认为，果蔬的酶促褐变主要是由于果蔬中富含的多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase，简称PPO)催化酚类物质的氧化反应引起的。PPO能催化果蔬中游离酚酸的羟摹化反应以及羟摹酚到醌的脱氢反应，醌在果蔬体内自身缩合或与细胞内的蛋白质反应，产生褐色色素或黑色素。
在果蔬体内，PPO主要存在于完整的细胞质体和微体中，而PPO的底物主要存在于液泡中，处于潜伏状态．在完整的细胞中作为呼吸传递物质，在酚一醌之间保持着动态平衡，不发生酶促褐变。当新鲜的果蔬在加工过程中组织被损伤，氧大量侵入，酶原被激活．酚类物质经酶的催化作用氧化为醌类物质，从而引起褐变反应[3]。
2.2 影响酶促褐变的因素
2.2.1 温度
目前认为大多数酶都属于蛋白质，温度的升高能使蛋白质变性，酶失活。PPO不耐热，最适温度一般为30℃，或者25℃[4]。对无核白葡萄PPO的耐热性研究表明，PPO在70℃以下时随时间延长酶活性下降幅度较小，而在80℃时仅1 min酶活性就基本消失[5]。但是有些果实(如香蕉、苹果、梨等)中多酚氧化酶热稳定性较高，加工时酶活性不易失活。香蕉一般在90～100℃的热水中处理10 min酶的活性才能完全丧失[6]POD是果蔬中耐热性最强的酶。工厂一般通过检测过氧化物酶活性来检测钝化酶的效果，即将浓度为1．5％的愈创木酚酒精溶液与30％H，O。等体积混合，在果蔬切片上滴加1～2滴，若切片呈红褐色，酶未失活；若切片保持原色，则酶已失活。果蔬尤其是热带亚热带果蔬，在贮藏时易受到低温伤害，伤害发生时首先损伤细胞膜，使膜收缩、破裂，从而破坏了膜的选择透性，引起细胞内的物质外渗，底物与酶的区域化遭到破坏，酶与底物接触，导致组织褐变。当荔枝果实处于冷害温度环境下，果皮细胞膜系统透性持续增大，细胞区域化被解除，可能导致花色素苷、酚类从液泡中渗漏，在花色素苷酶、PPO、POD等的作用下，酚类物质氧化成醌，醌进一步聚合而成褐色物质，果皮呈现褐色症状[7]。
2.2.2 pH值
植物中PPO的最适pH一般在5．1～7．1左右，随着pH的下降，PPO的活性直线下降，特别是pH在3．1以下时，强酸性环境会使酶蛋白上的铜离子解离下来，导致PPO逐渐失活，酶活性趋于最低。葡萄贮藏过程中，随着贮期的延长，有机酸、Vc的含量降低对PPO的抑制作用减少，使其活性增加，导致单宁等物质被氧化，产生褐变[7]。有机酸常用作酸化剂来防止芦荟制品褐变，其中最常用的是柠檬酸。事实上，柠檬酸在抑制酶促褐变方面具有双重作用，不但可作为酸味剂降低体系pH，而且还可作为络合剂，与从多酚氧化酶上解离下来的铜离子作用，形成络合物，降低酚酶的活性[8]。
2.2.3 氧气
除去或减少体系中氧气含量常用的机械方法是真空脱气法。如生产果肉浑浊汁、鲜榨汁的现代大型企业，都采用瞬时高温和真空脱气，灭菌并防止褐变。在果蔬贮藏中如果完全去氧，反而会造成果蔬二氧化碳中毒，故常采用气调贮藏。孔凡春等在用气调包装贮藏去壳雷竹笋发现，在气体比例为2％02、5％CO2和93％N2，贮藏温度为10℃的条件下，气调贮藏能明显抑制MDA的含量和POD、PAL的活性，从而抑制了雷竹笋的褐变心[9]。
3 酶促褐变的抑制
对酶促褐变的抑制可从三方面入手：（1）减少酚类物质含量通过培育抗褐变的新品种改善栽培管理技术减少采收贮运加工过程中的机械损伤降低对PAL活性的诱导从而控制可被氧化的酚类底物形成延缓鲜切产品的褐变；（2）控制PPO、POD活性。利用PPO活性可被热有机酸酚类物质硫螯合剂醌偶联剂等物质抑制的特性对褐变加以控制或者通过基因工程的方法降低PPO 、POD 活性；（3）降低氧浓度由于褐变是在氧存在下发生可利用抽气被膜气调等方法降低环境中的氧浓度从而控制褐变的发生本文重点介绍化学物理和生物方法。
3.1 化学方法
3.1.1 抗坏血酸及其衍生物
抗坏血酸将氧化的醌还原为酚类物质 阻止醌类物质进一步自发聚合形成色素物质异抗坏血酸是抗坏血酸的类似物与抗坏血酸具有同样的抑制效果与柠檬酸等结合处理可提高保鲜效果。不过应用抗坏血酸浓度过高075%会促使产品产生异味而且当其完全氧化为脱氢抗坏血酸时氧化的醌会累积自发聚合导致产品褐变由于抗坏血酸不太稳定因此开发了稳定的衍生物如2-磷酸抗坏血酸和抗坏血酸脂肪酸酯等其中以2-磷酸抗坏血酸处理苹果切片最为有效[10]。
3.1.2 有机羧酸
乙酸、草酰乙酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸等为果蔬中常见的羧酸能降低产品的pH或者具有络合金属离子的作用，可抑制PPO的活性，从而减缓加工果蔬的酶促褐变发生。其中最常用的为柠檬酸柠檬酸能有效抑制去皮土豆和苹果切片的褐变并能改善鲜切果蔬的风味。最近研究表明草酸乙酸在较低浓度下即可抑制苹果切片的褐变[11]。
3.1.3 含SH化合物
含 SH 的氨基酸如半胱氨酸乙酰基半胱氨酸和还原型谷胱甘肽有很强的抗褐变能力已成功应用于苹果土豆荔枝枇杷等果实或果汁饮料。虽然这些化合物抑制褐变的机制还不十分清楚但归纳起来为一是醌类物质能与半胱氨酸形成无色的复合物中断了醌类物质聚合形成色素物质从而抑制褐变二是半胱氨酸可通过与PPO 活性位点的铜离子不可逆结合而抑制酶活性或者替代PPO活性位点的组氨酸残基乙酰基半胱氨酸和还原型谷胱甘肽在抑制苹果香蕉土豆新鲜果汁的褐变上与含硫化合物具有相同效果但含硫氨基酸在高浓度下可能会产生刺激性气味影响产品质量[12]。
3.1.4 酚类物质
酚类化合物种类繁多，在酶促褐变中的作用过程比较复杂。一些种类的酚类物质可促进褐变发生，而另外一些则能与PPO活性部位结合而抑制酶活性在苹果切片中肉桂酸、阿魏酸、没食子酸与抗坏血酸具有相同的抑制效果。4-己基间苯二酚（4-HR）是最近发现而且被FDA确定为安全的褐变抑制剂在水产品虾和鱼等苹果土豆芒果等上应用效果良好4-HR 可与PPO酶作用使酶不能氧化酚类物质由于4-HR具有用量少0.005 %即能有效抑制苹果、土豆、芒果、萝卜等鲜切产品的褐变抑制作用专一不破坏原有色素化学稳定性高等优点已经作为褐变抑制剂在商业上广泛应用[12]。
3.1.4 络合剂
由于铜离子是PPO的必需组分，因此理论上认为，能与铜络合的化合物就可能具有抑制褐变的效果不过广泛应用的络合剂乙二胺四乙酸二钠（EDTA）不能有效抑制桃的PPO活性和苹果马蹄土豆切片的褐变 ，一些能结合酚类物质的化合物如聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）和环糊精（cyclodextrin, CD）可通过减少酚类物质的含量来抑制褐变如1 %的CD 结合0.25% 0.5 %的磷酸盐可完全抑制苹果汁的褐变4℃下能放置2-3周但在鲜切果蔬上的应用目前还未见报道[12]。
3.1.5 可食性被膜
可食性被膜能减少水分散失、限制氧气摄入延缓园艺产品的衰老，已在园艺产品保鲜中得到广泛应用；而且被膜对鲜切果蔬的褐变也表现了较强的抑制作用壳聚糖被膜能有效抑制鲜切马蹄的褐变，酪蛋白或乳清蛋白制作的被膜能有效抑制苹果土豆切片的褐变并且在乳清蛋白膜中加入羧甲基纤维素可提高膜的抗褐变能力[20] ，被膜中加入抗氧化剂和螯合剂等有效成分可使被膜的抗褐变能力明显增强例如在Nature Seal 1020（一种以纤维素）为基础的可食性膜被膜中加入抗坏血酸可提高膜的抗褐变能力[12]。
3.1.6 其它化合物
钙处理能够保持细胞膜结构的完整性和稳定性，阻止底物与酶的接触，延缓褐变的发生。钙盐与其他褐变抑制剂结合对褐变具有增效作用氯离子是苹果PPO的非竞争性抑制剂，氯化钠能比较有效地抑制苹果切片的褐变另外，PAL活性抑制剂能抑制鲜切莴苣的褐变。食品中常用的杀菌剂，由于抑制病原菌发生也能延缓蘑菇和鲜切马蹄的褐变[12]。
3.2 物理方法
3.2.1 加热处理
果蔬中POD、PP0酶活性随着沸水浴时间的增加而迅速下降，在10 h时活性即下降到极低点，至20h时活性几乎为0。这说明加热处理对酶活性抑制效果极好。PPO酶的最适反应温度为16℃和50℃．温度达75℃时酶活性急剧下降，在生产上可分级加热将酶钝化，跨越酶作用的最适范围，从而控制由PPO酶引起的酶促褐变[13]。
3.2.2 减压贮藏
减压贮藏是将果实放在低气压的环境中贮藏果实的一种方法。在低压条件下，不仅创造一个类似气调的低氧环境，而且促进果实内气体成分向外扩散，减少代谢和有毒物质在果实内部的积累，果实的新陈代谢都将发生某些改变，延缓果实的衰老和冷害的发生[14]。
4 展望
目前人们对酶促褐变机理有了更深入的认识，PPO已得到纯化其相关的生物学特性也有大量研究，并且找到了多种控制鲜切果蔬褐变的措施但酶促褐变的机理尚未完全明确，褐变控制措施的效果，并不十分理想由于鲜切果蔬是活的有机体其褐变的发生与材料的生理状态有不可分割的联系。因此揭示褐变深层次的调控机制，将会极大地丰富褐变理论同时对探索褐变的有效控制技术具有良好的指导意义。

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