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，