酶促褐变

青岛农业大学

果蔬加工新进展课程论文

酶促褐变在果蔬加工中的研究进展Research Advances of Enzymatic Browning During the Processing of Fruits and Vegetables

姓名：董立君

学号：200707109

专业：农产品加工及贮藏工程

中国·青岛

2008年1月

酶促褐变在果蔬加工中的研究进展

董立君200707109

(青岛农业大学266109)

摘要：介绍了酶促褐变的机理和发生酶促褐变的物质条件，综述了在果蔬加工中控制酶促褐变的方法。

关键词：酶促褐变；机理；物质条件；控制方法

Abstract: This paper introduces the principles and the physical conditions of enzymatic browning, then reviews control methods of enzymatic browning during the processing of fruits and vegetables. Key words: enzymatic browning; principles; physical conditions; control methods

果蔬褐变是果蔬成熟老化生理衰退的特征之一。由于发展快，造成果蔬品质变化，贮藏期缩短，成为贮藏保鲜的主要障碍，也成为果蔬采后研究的热点。Smock 等人在苹果的贮藏研究中发现有八类生理失调反应，包括冻害、冷害、组织衰老、缺钙、高二氧化碳、低氧、机械伤等均能引起果实褐变，由此可见造成果实褐变的原因是多方面的。果蔬的褐变从本质上可分为两大类，即非酶褐变和酶促褐变。其中酶促褐变是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从而导致组织变色。果蔬褐变以酶促褐变为主，一直是采后生理研究的重点。一、酶促褐变的机理

在果蔬加工过程中，完整细胞中酚类化合物和醌类化合物之间的动态平衡被破坏，由于空气中氧的侵入和原果蔬中多酚氧化酶的催化作用，多酚类物质被氧化成邻醌，然后，在酚羟基酶作用下进行二次羟基化作用，生成三羟基化合物，邻醌具有较强的氧化能力，可将三羟基化合物氧化成羟基醌，羟基醌进一步聚合由红色变为褐色，最后变成黑褐色的黑色素物质[1]。

1.1酚、酶的区域分布假说

质膜是活细胞与环境之间的界面和屏障，能有效保证膜内外物质交换有效的进行。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PPO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。一旦细胞壁和细胞膜的完整性被破坏，酶与PPO接触，在氧的参与下使酚类物质氧化成醌，进行一系列的脱水、聚合反应，最后形成黑褐色物质，从而引起褐变[2]。

1.2自由基伤害假说

自由基袭击生物大分子和膜脂，会导致膜脂过氧化加剧，膜系统结构和功能的破坏，膜透性增大，进而导致代谢障碍和膜系统的破坏和解体。正常情况下，由于机体内存在防御系统，故自由基代谢保持平衡。但在干旱、高盐分、SO2、O3、低温或水分亏缺时，由于自由基产生过多，此时活性氧的产生和清除平衡体系被打破，会导致植物细胞受到伤害，从而引起褐变的发生。

1.3 保护酶系统假说

通常情况下，植物组织中有较高的还原势，正常的氧化还原代谢平衡使氧化形成的醌类物质通过还原氧化或转化而未聚和。保护酶系统包括两类物质:一是氧化酶系统，主要有超氧化歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶`（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)等，它们可以清除自由基、活性氧，以防止其对细胞膜的攻击，防止膜脂过氧化；二是抗氧化酶系统，主要有谷胱甘肽还原酶（GSH）、抗坏血酸（ASA）、维生素E（VE），类胡萝卜素(Car)、细胞色素f（Cytf）、氢醌和含硒化合物等，它们能清除自由基和活性氧，也可以作为抗氧化剂，对酚类物质的氧化起抑制作用。在逆境下，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CA T）三者作用失调，导致H2O2积累，从而引起褐变的发生[3]。

二、酶促褐变的物质条件

2.1酚类物质

植物体内的酚类物质种类多，分布广，含量丰富。该物质主要是由碳水化合物代谢衍生出来的产物。虽然酚类物质种类繁多，但除了类黄酮以外，多数酚类物质的生物合成均来自共同的前体物质苯丙氨酸，其它部分由乙酞-CO A经聚酮酐途径产生。酚类物质作为酶促褐变的底物有很多报道，在苹果、梨、桃、葡萄、草毒、香蕉、荔枝、枣、杏、蘑菇、树毒等果实中研究证实。如谭兴杰等(1987)对荔枝果皮褐变的研究表明，褐变的主要底物是酚类物质类黄酮和花色素酐，氧化成酮后，通过自身聚合或与其它含-NH2或-SH化合物聚合浓缩而生成褐色的产物。胡晓丹等(1999)研究发现酚类物质在莲藕的不同生长部位和组织部位分布很不均匀，在不同的贮藏条件下，总酚含量与褐变度有很好的负相关性。鸭梨黑心病是其贮藏过程中经常发生的一种生理性病害，严重影响品质和贮藏期，该病研究表明也是一种酶促褐变，氧化底物主要是绿原酸，在鸭梨果实内这种物质含量高，而日多酚氧化酶的活

性高，因此鸭梨的黑皮病容易发生。

2.2与褐变有关的酶类

与酶促褐变密切相关的酶类主要是多酚氧化酶(PPO)，它是一种含铜离子的膜蛋白酶，大多存在于细胞中，有的也存在于细胞膜和细胞壁上。PPO所能引起的反应常会使果肉褐变，产生异味，井造成营养成分损失等。多酚氧化酶能够催化两类不同的反应：一类是一元酚羟基化，生成相应的邻一二羟基化合物；第二类是邻二酚氧化，生成邻苯醌。两类反应均是需氧反应。鞠志国等在研究莱阳梨果肉褐变时发现褐变底物绿原酸是PPO的最适底物；吴耕西等在鸭梨上也得出相同的结论；李明启等提出荔枝果皮中多酚氧化酶的存在是褐变的主要原因；谭兴杰等还从荔枝果皮中分离出了PPO的底物，从而进一步证明PPO在果皮褐变中的作用。

2.3氧的存在

氧气是生物生命活动的主要参加物质，也是生命活动不可缺少的。正常的果实是完整的有机体，具有天然氧的屏障系统，植物组织通过表皮、气孔、皮孔、细胞间隙等气体交换系统完成植物生命过程的氧气需要，多余的氧气被排斥在组织以外，使组织与氧隔绝，组织不褐变。氧气浓度一定时，二氧化碳浓度与果肉褐变呈正相关，说明高二氧化碳可以加重果肉组织的伤害；但相同二氧化碳浓度下，果实褐变氧气浓度影响不大，这又说明植物组织具有很好的保护系统，避免高氧对组织的伤害，空气中的氧气不能直接与酚类物质在PPO的作用下发生褐变，代谢中的活性氧才是酶促褐变的主要需氧条件。

三、酶促褐变控制

酶促褐变发生必须同时具有多酚类物质、多酚氧化酶和氧气存在，控制其中一项内容就可防止酶促褐变发生。影响酶促褐变的主要因素包括温度、pH值、氧以及抑制剂。酶促褐变抑制规则按如下所小：（1）抑制或降低多酚氧化酶活性；（2）去除或隔离底物；( 3)去除氧；(4)除掉反应中间产物。目前，关于酶促褐变抑制的研究很多，但实际应用的却很少。

3.1温度

热处理可有效地抑制多酚氧化酶活性，随着温度的升高酶活性降低，这是由于高温造成蛋白质变性而引起的。因此，加热是最彻底的抑制酶促褐变的方法，目前已被广泛应用，烫漂和巴氏杀菌处理均属于此类方法，其处理的关键是要在最短时