鲜切果蔬酶促褐变机理及控制研究进展

1、 基金项目:国家自然科学基金项目(编号:30771508、30671458 ; 辽宁省教育厅高等学校科研基金资助项目(编号:2005L057作者简介:程双(1984- , 女, 大连工业大学生物与食品工程学院在读研究生。E 2mail :chsh84126. com通讯作者:胡文忠收稿日期:2009-05-06第25卷第4期2009年7 月Vol. 25,No. 4J ul . 2009鲜切果蔬酶促褐变机理及控制研究进展Research p rogress on enzymatic browning mechanism off resh 2cut f ruit s and vegetables

2、 and it s cont rol程双1C H EN G S huang1胡文忠2H U W en 2z hong2马跃3M A Yue3刘程惠2L I U 2(1. 大连工业大学生物与食品工程学院, 辽宁;2. 大连民族学院生命科学学院, 3. (1. College of B io &Food Technology , y , Dalian , L iaoning 116034, China;2. College of L i f e N Universit y , Dalian , L i aoning 116600, China;3. College of Food S A

3、g ricultural Universit y , L anz hou , Gansu 730070, China 摘要:, 并从物理、化学等方面介绍了一些新近发展的酶促褐变抑制方法。关键词:鲜切果蔬; 酶促褐变; 机理; 控制Abstract :Enzymatic browning is one of important problems influen 2cing shelf 2life of fresh 2cut fruit s and vegetables. In t his paper , t he mechanism of enzymatic browning and enzym

4、es of browning 2related were reviewed. Some met hods ,which deueloped recently , of control 2ling enzymatic browning for chemical and biological met hods , were introduced.K eyw ords :Fresh 2cut fruit s and vegetables ; Enzymatic browning ; Mechanism ; Cont rol1酶促褐变机理果蔬酶促褐变的研究已有60多年的历史, 曾先后提出过乙醛乙醇毒害

5、学说、氧自由基假说、V C 保护假说、酚-酚酶区域化分布学说等理论, 其中, 酚-酚酶区域化分布学说是目前比较容易接受的解释酶促褐变的学说之一。Mayer 和Harel 的研究1指出, 果蔬中的酚类物质与多酚氧化酶存在着区域性分布。在正常发育的植物组织中, 由于多酚类物质分布在细胞液泡内, 而多酚氧化酶分布在各种质体或细胞质内, 因此, 即使它们与氧同时存在也不会发生褐变2。然而, 切割加工使细胞中酚与多酚氧化酶的区域化分布状态遭到破坏, 从而引起褐变。切割加工也能引起组织合成酚类化合物, 增强鲜切组织的褐变敏感性, 同时也增强多酚氧化酶活性及可溶性, 加速褐变反应的发生。如鲜切莲藕气调贮藏期

6、间绿原酸含量也会增加3, 番薯在切割后三周内多酚氧化酶活性及总酚含量迅速上升4。1. 1多酚氧化酶(PPO 目前, 对PPO 的研究日趋深入, 国外已在氨基酸序列的测定、分子生物学、生理功能及基因工程技术等方面有了较多的报道。一致认为:PPO 几乎存在于所有植物中, 它是果实发生酶促褐变的主要酶。但不同种类、部位的果蔬PPO 活性和作用的底物差异性较大。如莴苣切割前后PPO 活性均很高, 而鲜切苹果中PPO 活性增加导致组织快速褐变5。姜绍通等6试验证明甘薯的表皮组织中PPO 的活性比芯部的强, 大约为2. 17倍。对PPO 的进一步研究发现PPO 有同工酶存在, 依据是在不同p H 系列下P

7、PO 的活性出现两个以上的峰7。1. 2过氧化物酶(POD POD 在有H 2O 2存在时, 可催化酚类、类黄酮的氧化和聚合, 参与酚类物质的代谢, 导致组织褐变。据Padiglia 和Lamikanra 报道8,9,POD 是造成甜瓜、柑橘和西瓜褐变的主要原因。POD 会造成果蔬组织中谷胱甘肽和抗坏血酸的氧化、膜脂过氧化, 促进果实系统乙烯的合成, 加速成熟衰老, 因而POD 可作为果蔬成熟和衰老的一个指标。鲜切果蔬经切割后造成的伤害, 破坏了果实膜系统的完整性, 促进了细胞壁降解, 使与膜和细胞壁结合的BPOD 释放, 成为FPOD ,371 从而导致POD 、FPOD 活性及FPOD/B

8、POD 活性的比值上升。这可从香蕉、荔枝等果蔬贮藏过程中膜系统完整性的破坏、细胞器的崩溃和细胞壁降解的观察中得到证实, POD 活性的上升参与酚类物质的氧化和聚合而导致褐变。1. 3苯丙氨酸解氨酶(PAL PAL 是苯丙烷类代谢酶系的关键酶, 鲜切果蔬加工时,伤害可诱导PAL 的mRNA 增加, 使PAL 活性增加, 催化酚类物质合成与累积, 为PPO 提供催化底物从而促进酶促褐变。鲜切莴苣在切割24h 之内, PAL 活性提高6倍, 绿原酸、异绿原酸和酒石酸随后增加并积累,72h 后比未切割组织中分别增加到3,6,4倍, 褐变指数上升2倍10。据Cam 2pos 11报道, 伤害引起的酶活性

9、增加不仅仅发生在切割表面,在距离伤害较远的部位也会出现酶活性的增加, 这可能是切割引发的伤信号转导诱发造成的。Campos 等11还报道, 某些植物激素如乙烯、茉莉酸、水杨酸、脱落酸, 可能与伤信号有关, 进而提高PAL 活性。而Loaiza 2Velarde 的研究12表明, 热处理可显著减少伤害诱导PAL 上升, 鲜切莴苣在45下热处理加;CaCl 2也可以抑制, 。1. 4脂肪氧合酶(LOX LOX 可专一催化1,42戊二烯结构的多不饱和脂肪酸的过氧化反应, 促进植物体的成熟与加速衰老。据报道, 抑制LOX 可推迟桃和中华猕猴桃的成熟和软化。高敏的研究13表明, 苹果的褐变与LOX 的活

10、性密切相关,LOX 启动膜脂过氧化, 破坏膜的结构, 使原本区域化的酶与底物接触而发生酶促褐变。另外, 该酶在植物抗机械伤害、抗病抗虫等方面也起着重要作用。2酶促褐变的控制研究果蔬褐变发生的机理, 目的在于寻找出切实可行的控制褐变的方法。因此, 果蔬的酶促褐变及其控制方法一度成为鲜切果蔬研究中不可或缺的热点。现在, 随着对鲜切果蔬褐变机理的广泛深入研究和先进分析检测手段的出现, 褐变控制技术的研究也在不断地进行和深入。酶促褐变反应所需要基本条件是:与褐变相关的酶、氧气和酚类底物的存在。现阶段, 主要是通过应用物理和化学方法来控制褐变。在多数情况下, 通常需要利用联合处理达到更有效贮藏鲜切产品的

11、目的。本文重点介绍几种新近发展的褐变控制方法。2. 1物理方法2. 1. 1热处理低温是抑制鲜切果蔬酶促褐变的传统有效方法。但最近有报道指出, 热处理也有助于鲜切果蔬褐变的控制。Kim 等14研究发现:与对照相比,45温水浸泡1h 处理能更好地保持鲜切苹果的颜色和质地。热处理可以减轻褐变, 与加热能导致PPO 失活密切相关。因为PPO 热稳定性不高, 一般当温度高于40就会使其钝化。此外, 研究10还发现, 在45下急热处理90s , 可以抑制鲜切卷心莴苣PAL 活性的上升, 减少酚类化合物的生成, 从而减轻其褐变。同时, 张秀梅15研究表明:在38的烘箱中热处理44h , 可抑制大久保桃果实

12、LOX 活性, 延缓桃果实的成熟衰老, 提高耐贮性。因此, 研究者认为热处理可能是控制鲜切果蔬褐变的新选择。然而若热处理不当, 易造成果蔬营养成分、质地、色素、风味的损失。2. 1. 2可食性涂膜可食性涂膜能在果蔬表面形成一层对水分和气体具有半透性的屏障, 从而降低呼吸、减缓褐变和水分损失, 进而抑制鲜切果蔬生理紊乱的发生, 延长货架期。一些研究16,17表明:涂膜对抑制微生物和保持果蔬原有的营热点。此。成膜剂中加入抗氧化剂、保鲜剂也是常用的方法, 这样结合能减少试剂的使用剂量, 并且可以更有效的抑制鲜切果蔬的褐变和品质损失。壳聚糖涂膜可显著抑制PPO 和POD 的活性, 并使LOX 活性显著

13、降低, 对微生物的生长也具有抑制作用18。彭丽桃等19在对鲜切荸荠的褐变抑制研究中发现:壳聚糖被膜能够降低切片氧的供应, 抑制鲜切荸荠PAL 、PPO 和POD 的活性, 有效抑制其褐变的发生。海藻酸钠、卡拉胶等也有利于鲜切果蔬的保鲜。杜传来等20选用卡拉胶、壳聚糖、海藻酸钠为涂膜主原料, 分别对鲜切马铃薯进行涂膜处理, 然后低温冷藏, 结果表明, 海藻酸钠涂膜能有效地抑制马铃薯褐变, 并优于其他涂膜材料。2. 1. 3辐射的应用2射线辐射已被用于杀灭果蔬上的害虫和病原菌, 同时还可以推迟果蔬的成熟和腐烂的发生。辐射处理对鲜切果蔬也有同样的作用。最近几年研究21,22发现, 辐射处理还可以防止

14、部分鲜切果蔬褐变。鲜切莴苣经2射线辐射处理, 不仅降低了产品中微生物的数量, 同时与未经2射线辐射处理相比, 还极大地抑制了其PPO 活性21。同样的结果在鲜切芹菜处理方面也有报道22, 同时还发现辐射处理有效地保持了产品的感官品质。但是Fan 23报道, 采用2射线辐射处理, 增加了鲜切卷心莴苣和长叶莴苣中脉组织的褐变。这可能是由于2射线辐射处理, 增加了细胞渗透性, 导致PPO 和酚类底物接触, 从而加重了褐变的发生。2. 2化学方法化学法抑制褐变的主要手段是应用化学物质, 作用的机制主要包括通过螯合PPO 辅基Cu 2+而降低酶的活力, 改变471专论与综述2009年第4期 酶作用的酸碱

15、环境, 还原酚氧化产物(醌 使其失去进一步聚合变色的能力, 与酶产生竞争性抑制, 与褐变底物酚类结合、促使酚的结构发生改变, 保持细胞膜的完整性等, 从而实现褐变抑制。目前国内外研究较多的新型褐变抑制剂主要有42己基间苯二酚(42HR 、半胱氨酸、酚类化合物、有机钙盐、乙醇、谷胱甘肽和植物提取物等。2. 2. 142HR 42HR 是近年来发现抑制褐变最有效的芳香族化合物, 已证实无系统性毒性并获得专利。大量试验发现42HR 可通过抑制PPO 活性控制褐变延长贮藏期。其作用浓度低, 无漂白作用, 且只对PPO 酶作用。Monsalve 2G onza 2lez 等24使用0. 025%的42H

16、R 浸渍苹果片, 可保持30d 不明显褐变。Guerrero 2Beltran 等25发现采用浓度为4060mg/kg 的42HR 处理芒果汁, PPO 活性得到明显抑制, 在3下贮藏35d 仍保持芒果汁的黄色。42HR 作为抗褐变剂的效果与贮藏温度有关, 当温度达35时其效果减弱。2. 2. 2半胱氨酸可通过与PPO 逆结合或替代PPO 。果较好。Guerrero 2试验发现L 2半胱氨酸可有效抑制芒果褐变, 浓度越大则PPO 活性越低。在控制果汁褐变方面, 几乎与传统抗褐变剂亚硫酸盐一样有效。2. 2. 3钙处理钙处理法主要是防止仁果类如鸭梨、富士苹果、雪花梨、南国梨等的褐变。近年来的研究

17、2628表明, 钙在延缓果蔬的衰老和控制生理病害方面有较好的效果, 浸钙还可抑制FPPO 的活性, 维持细胞膜的完整。近年来, 人们主要采用有机钙盐特别是乳酸钙来进行钙处理。乳酸钙处理能很好地抑制褐变和保持硬度, 并能改善产品的结构稳定性26,27。乳酸钙不仅在口味上对鲜切产品没有影响, 还能一定程度上增加鲜切产品的营养价值, 同时具有一定抑制微生物的能力。同时, 抗坏血酸钙也被应用到鲜切果蔬褐变的抑制中。研究表明, 抗坏血酸钙稳定、无酸味, 而且抗氧化能力强, 它作为褐变抑制剂用于果蔬无毒副作用, 最大用量可达1000mg/kg , 使用时不会因过量而引起不良后果。L u 等28研究发现,

18、使用不同抗褐变剂处理鲜切苹果片, 贮藏两周后10g/L 抗坏血酸钙溶液仍有效抑制着苹果片的褐变。抗坏血酸钙用于抑制鲜切果蔬褐变具有广阔的前景, 但其缺点是价格较贵。2. 2. 4植物提取物抑制褐变最有吸引力的方法是用天然的方法。某些植物汁液中含有活性成分如蛋白酶、小分子多肽等, 具有抑制褐变的功能29, 因此, 可用来控制鲜切果蔬褐变发生。Lozano 2de 2G onzalez 等30用菠萝汁对新鲜苹果圈进行处理, 可有效防止新鲜苹果圈褐变。周守勇等31研究认为, 植酸能减缓蒲菜的褐变速度, 较好地保持蒲菜的营养成分。Duan 等32研究发现, 外源花青素可抑制采后荔枝果皮脂质的过氧化反应

19、, 一定程度维持果皮组织的膜完整性, 减轻褐变。Ponce 等33报道, 丁香精油、茶树油能抑制莴苣等的POD 活性, 抑制褐变。3结束语人们已经从物理、化学等多方面入手, 找到了多种抑制果蔬酶促褐变的有效方法。随着科学技术的不断发展, 研究者将运用高新技术更深层次地揭示褐变调控机制, 采取更有效地抑制褐变技术, 将果蔬深加工提升到更高的水平。参考文献1A M Mayer , E Harel. Polyphenol in plant sJ.Phyto 2chemistry , 1979(18 :1932, J bio 2chemistry and con 2of in Food Science

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