果蔬加工贮藏中的酶促褐变现象及其研究进展

果蔬加工贮藏中的酶促褐变现象及其研究进展
摘要：果蔬的褐变是困扰农产品加工企业的一大技术难题，实践证明单独使用一种褐变抑制剂效果不太理想，通过探索不同物质控制褐变的机理，利用彼此的增效协同作用进行抑制剂的复配,能够达到更效地防止果蔬褐变的目的。

关键词：果蔬；酶促褐变；机理；防褐变方法
0 引言
褐变是食品中普遍存在的一种变色现象。

在一些食品加工过程中，褐变是有益的，如酱油、咖啡、红茶的生产和面包、糕点的烘烤，而在果蔬的加工贮藏中，褐变是有害的，它不仅影响风味，而且降低营养价值。

因此了解食品褐变的反应机理，寻找控制褐变的途径有着重要的实际意义。

造成褐变的原因是多方面的，从本质上可分为两大类，即非酶褐变和酶促褐变。

非酶褐变有美拉德反应、焦糖反应和抗坏血酸氧化褐变。

酶促褐变主要是酚类物质的酶促褐变。

果蔬褐变以酶促褐变为主，一直是采后研究的重点。

以下介绍的是果蔬的酶促褐变现象及其研究进展。

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~5 d 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 酶促褐变的机理及其活性
2.1 酶促褐变机理
人们对果蔬褐变进行大量研究认为，果蔬褐变是酚类物质氧化的直接结果。

在有氧条件下，酚类物质由PPO 酶（多酚氧化酶）催化而被氧化为醌，醌通过聚合作用产生有色物质而导致组织褐变。

PPO 酶是指能催化多元酚类物质的一类酶，广泛存在于果品、蔬菜中，其反应的控制步骤如下式所示：
也就是说，酶促褐变的发生必须具备3 个条件，即底物、酶和氧。

正常组织中酶和底物的区域性分布阻止了二者的相互接触，避免了褐变发生，而在果蔬衰老、加工过程中，会导致二者区域性分布的破坏，从而在有氧条件下造成褐变发生。

POD 酶（过氧化物酶）也可完成酚类物质在体内的氧化，其反应如下：
邻醌通过一系列反应生成黑色素[3]
2.2 氧化酶活性
PPO 的系统命名是邻二酚：氧- 氧化还原酶，该酶以铜为辅基，是一种含铜蛋白质，其分子量约为34 000，必需以氧气为受氢体，是一种末端氧化酶。

几乎所有的高等植物中都含有PPO 酶，如马铃薯[4]。

据唐茂芝测定，PPO 酶在0 ℃~20 ℃条件下，酶活性较高，在24 ℃~40 ℃酶活性逐渐降低，在16 ℃和50 ℃时，同时出现较高的酶活性，说明有PPO 酶同工酶的存在。

对其他果蔬的研究也发现，在贮藏加工过程中有PPO酶同工酶的变化。

60 ℃处理10 min，酶活性基本稳定；65 ℃~70 ℃处理6min，80 ℃处理4 min，90 ℃~100 ℃处理1 min，酶活
性基本消失；在75 ℃左右，酶活性急剧下降[5]。

另外果蔬各部位单宁含量也不同，单宁含量越高，越容易发生褐变。

3 防止或减轻果蔬褐变的方法
3.1 温度调节
冷害可以引起果实褐变，采用温度调节措施可以有效地预防或减少褐变的发生，变温处理可以有效地阻止果实的果肉褐变[6]。

将果实放在略高于冷害临界温度的环境中一段时间，可以增加果实的抗冷性，防止减轻果实的果肉褐变。

中科院植物所在1971 年对鸭梨黑心病的研究发现，采用缓慢降温的方式可以减少鸭梨黑心病的发生。

3.2 气调贮藏
气调贮藏是现代果实贮藏的发展方向，气调贮藏可以延长果实的贮藏期，防止果实褐变。

目前，商业上使用的气调条件为：0 ℃环境下1% O2 +5% CO2 或2% O2 + 5% CO2，气调贮藏可以降低果实的呼吸强度和乙烯的释放；Wader 等在1 ℃条件下，给空气中通入20%的CO2，使得贮藏12 天的桃完成避免了生理衰败。

3.3 抑制酶活[7]
3.3.1 加热处理
果蔬中POD、PPO 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20 h 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。

3.3.2 降低pH 值
多数酚酶的最适pH 值为4.5~8.0，pH 值<3.0时酚酶几乎不可逆地失活。

例如苹果pH 值为4.0 时则发生褐变，pH 值为3.7 时褐变速度大大降低，pH值为2.5 时褐变完全被控制；杏的最适pH 值为7.0，pH 值为3.0 时酚酶活性下降10%，pH 值为2.5 时酚酶活动完全停止。

经常加入的酸有柠檬酸、苹果酸、磷酸、抗坏血酸等。

3.3.3 加入化学物质
在果蔬加工中，应用化学物质是防止褐变的重要方法。

能够控制褐变的化学物
质很多，其作用机理也大不一样。

（1）螯合剂。

螯合剂通过与酶分子中的辅基铜结合而使酶失活。

大多数螯合剂是有毒的，不宜在食品中应用，在食品中常用的有EDTA 钠盐、柠檬酸、植酸等。

（2） SO2 和亚硫酸盐。

SO2 对PPO 酶具有多方面抑制作用，经SO2 处理，龙眼果皮的PPO 酶活性受到显著抑制，也改变了PPO 酶同工酶谱，抑制部分酶带，激活产生一些新的酶带；David 等研究发现，在HSO3- 作用下，PPO 酶活性中心的Cu2+被还原成更易失去电子的Cu+ 形式，使酶受到不可逆抑制；SO2 与过氧化物中的氧结合，使其不生成H2O2，则POD 酶失去氧化作用；在有氧的条件下，SO2 还可能以自由基为中介，对酶分子中组氨酸残基产生降低作用；Edelmira Valero 等发现SO2 可以不可逆地与氧化型或过渡型的PPO 酶发生络合作用，从而抑制PPO 酶活性；SO2 还可降低介质pH值，影响PPO 酶活性；同时，SO2保护了细胞内的还原型AsA（抗坏血酸）含量，较高水平还原型AsA 不但有利于清除自由基，延缓衰老，而且还可以将醌还原为酚，防止由于醌的聚合而导致的褐变。

（3）加入食盐。

用食盐水浸渍果蔬可以起到抑酶作用。

一般情况下，提高食盐浓度可以有效防止褐变，但会使果蔬带有咸苦味，而影响口感风味。

杨伟军认为NaCl 的质量分数从0.053%增至0.3%时，板栗PPO 酶活性急剧下降，但当NaCl 的质量分数进一步增加时，PPO 酶活性变化不大，因此生产中选取NaCl 的质量分数应适宜，质量分数过高，不但浪费，还会影响风味。

NaCl 与其他物质联合使用，护色效果更好。

（4）化学试剂的联用。

化学试剂对抑制褐变的发生具有协同作用，如柠檬酸对抑制酶的氧化有双重作用，既可降低pH 值，又可螯合酚酶的铜辅基，但其作为褐变抑制剂来说，单独使用效果不大，通常需与抗坏血酸或亚硫酸盐等联用。

3.4 加入还原剂
加入一些还原型物质，如儿茶酚、半胱氨酸等可使氧化褐变的中间产物还原而阻止褐变进行；还可加入钙盐，钙可同氨基酸结合成不溶性化合物，因此可抑制美拉德反应。

3.5 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。

3.6 植物生长调节物质的处理[8]
外源生长调节物质的应用可以改变果实内源激素的平衡，进而调节果实的生理代谢，增强果实的耐冷性，减少褐变的发生，通常应用的生长调节物质主要有ABA、GA3、2,4- D、多胺等；Kawada 等的研究证明，用0.19 mmol/L ABA 处理葡萄果实可减轻贮于5 ℃条件下的冷害。

陆旺金等人发现，用ABA 处理可减轻贮于6 ℃中香蕉的冷害和褐变。

田世平则用GA3 和钙处理冬雪蜜桃，明显地减少了贮藏期间果心的褐变。

3.7 适时采收
果实的成熟度越高，组织衰老越快，褐变也往往严重。

果实贮藏前要在果实充分长大，但尚未完全成熟之前，各种果实的最佳贮藏时期是不同的，同一树种不同时期和处理方式也不同。

杜维东等（1994）对不同成熟度的肥城桃进行气调贮藏（O2为3%~4%、CO2 为2%~3%），结果表明高、中、低成熟度的桃贮藏期分别为35 d、45 d、50 d。

3.8 基因工程
基因工程有助于培育出低褐变性的马铃薯品种。

目前，基因工程方法的研究如反义RNA，有助于增加PPO 的功能作用及更好地控制PPO，以改善马铃薯质量的理解。

在马铃薯cDNA 文库中发现有5 种不同PPOcDNAs，表明至少有5 种不同PPO 基因或PPO 区域中，5 个保守组氨酸位于所有确定的PPO 序列的2 个区域内，这两个区域似乎相当于酶的活性位点，与被接受的酶的作用机制及早先的物理化学数据有很好的相关性———通过使用携带反义PPO cDNAs 载体可降低马铃薯中PPO的表达。

与对照相比，转基因植物中约70％具有较低的PPO 活性，感官评价表明变色程度明显降低[9]。

3.9 新型褐变抑制剂
3.9.1 4 - 己基间苯二酚
4 - 己基间苯二酚商业上已被成功地用于虾的褐变抑制剂。

3.9.2 曲酸
曲酸是一种真菌代谢产物，已被证明是一种PPO 抑制剂，通过干扰O2的摄取及还原醌至二酚来防止色素的形成，这种化合物能否被作为一种可应用的褐变抑制剂尚不清楚，特别是它的致突变性质[10]。

3.9.3 蜂蜜
用蜂蜜处理可抑制酶褐变，这可能是由于蜂蜜中存在着一种分子量为600 Da 左右的多肽作用的结果。

对这种天然抑制剂特性的研究及其实际应用正在进行之中。

3.9.4 稳定的AA
衍生物在实验性的配方中，稳定的AA 衍生物已被用来替代AA，如抗坏血酸- 2 - 磷酸盐能显著地提高马铃薯的感官品质。

4 结语
农产品的褐变是困扰农产品加工企业的一大技术难题。

目前，我国虽然投入了大量的人力物力进行这一课题的研究，近年来也得到了许多的研究成果，但仍没有形成一个系统的完整的理论体系，在生产加工上也没有研究出一种普遍适用的有效防止褐变的方法。

今后，在这一领域还需要更加努力，力求尽快地解决这一难题，以提高农产品加工水平，使农产品产生更高的附加值，为我国的食品行业做出巨大的贡献。

参考文献：
【1】王清章，刘怀超，孙颍. 莲藕贮藏中褐变度及多酚氧化酶活性的初步研究[J]. 中国蔬菜，1997 （3）:4- 6.
【2】康明丽，牟德华. 板栗加工褐变机理及控制方法研究进展[J]. 河北科技大学学报，2003 （4）：72-76.
【3】孙蕾，王太明，乔勇，等. 果实褐变机理及研究进展[J]. 经济林研究，2002，20 （2）：92- 94.
【4】张学杰，刘宜生，金黎平，等. 马铃薯丝加工中抗褐变保鲜剂的筛选[J]. 食品科学，1999 （6）：33- 35.
【5】陶月良，邱君正，林华，等. 板栗果实过氧化物酶与多酚氧化酶特性的研究[J]. 食品科学，2001,22 （5）：64- 67.
【6】华进. 荔枝果皮褐变机理和防褐研究的进展[J]. 广州食品工业科技，2002，18 （1）：
48- 49.
【7】张有林，朱芬. 莲藕贮期褐变机理与防褐变技术研究[J]. 贮运保鲜，2003，24 （1）：87- 89.
【8】杨文领，何锦风，王群. 应用“湿冷系统”贮藏新鲜荔枝的研究[J]. 食品工业科技，2001 （8）:36- 37.
【9】张学杰，屈冬玉，金黎平. 马铃薯酶褐变机理及其控制途径[J]. 中国马铃薯，2000，14 （3）：158-160.
【10】生吉萍，何树林，胡小松，等. 板栗栗仁褐变及其控制方法研究[J]. 食品与机械，2000 （1）：6- 7.◇。