多酚氧化酶

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西瓜、香瓜、桔子、柠檬 无酚酶,不褐变。


亚硫酸类是酚酶抑制剂。
褐变防止方法
酶促褐变的三个条件,缺一不可。
即:多酚类物质、酚酶、氧气 除去多酚类物质困难,不现实。 ∴一般为 降低酚酶活性、驱氧

(1)加热钝化酶活性



75~95℃、5~7S的加热处理,可使大部分 酶活性丧失。 常用的方法有:漂烫、巴氏杀菌 加工中,必须严格控制时间和温度。 加热温度过高,加热时间过长,可抑制酶褐变, 但会影响食品品质;加热不足,不能抑制酶褐 变。 微波加热,热穿透力强,迅速均匀,不影响风 味。
3.桃



促使衰老的因素,可促进褐变,抑制衰老 的因素可抑制桃果实的褐变 桃低温下的褐变与逆境条件下不正常衰老 有关 酚类物质含量和PPO活性在果实近成熟时 下降,所以适当延迟采收期可显著减少桃 组织褐变的发生
4.马铃薯





马铃薯匍匐茎、块茎、花及根中的PPO活性明显强 于叶和茎,而块茎外皮和花中子房及花药PPO活性 也高于同器官的其他部位 马铃薯中PPO的最适温度为30℃,在80℃处理5min, 90℃处理2min,PPO活性基本丧失.考虑到马铃薯淀 粉加热可能变性的特点,在加工中不宜采用热处理 的方法防止褐变. 马铃薯中PPO的最适pH为6.6,在pH6-7之间酶的活 力较高,在加工中应尽量避开此pH范围,可采用 pH4.5左右来加工. 二巯基丙醇,亚硫酸钠,半胱氨酸,抗坏血酸对PPO 活性具有强烈的抑制作用,能有效地防止PPO褐变 引起的质量问题 文献报道一种没有PPO活性的马铃薯已通过遗传 工程的方法得到

2、植物中多酚氧化酶分布



多酚氧化酶是植物中最受注意的一种酶,在葡萄, 洋李,无花果,枣,茶叶和咖啡豆中含量很高,它在 这些果实中起着人们期望的作用. 多酚氧化酶在桃,苹果,香蕉,荔枝,马铃薯,莲藕 和莴苣中的含量也是相当高,然而它对这些果实 起着不需宜的作用,易引起褐变,造成变质和腐烂, 对于新鲜果实的保藏带来极大困难 胡椒中不存在多酚氧化酶. 存在: 植物、果蔬的叶绿体、线粒体, 马铃薯 块茎 分布广泛
七、水果和蔬菜中的 多酚氧化酶及其底物


正常条件下,在未受损水果中,酚类物质是与 PPO酶存在于不同部位。这种分布是通过一系列 膜系统实现的,受膜屏障的作用,这种区域性的 分布阻止了底物和酶的相互接触,所以正常组织 是不发生褐变的,一旦膜系统受损,使物质的区 域化分布破坏,PPO与酚类物质接近并与其发生 化学作用,这将导致褐变。 水果有更大的有着较弱薄片成分的细胞,冷藏时 易发生细胞壁破裂,使PPO与酚类物质接触,产 生褐变。
褐变的利用 期望的褐变



苹果酒、红茶发酵(生成茶红素)、可可 粉、葡萄干、梅干、椰枣、无花果。 红茶是全发酵茶,茶中的多酚物质主要是 儿茶素经多酚氧化酶与过氧化物酶的作用, 氧化并聚合生成茶色素。 红茶中含有三种酚性色素——茶红素、茶 黄素和黄酮醇甙。
五、多酚氧化酶的分子形式


多酚氧化酶有多种分子形式 原因:①类似的亚基不同程度的聚合; ②不同亚基不同方式的结合;③酶蛋白 质构象的改变;④前三种情况的结合。 多酚氧化酶多种分子形式之间的差别表 现在底物特异性、最适pH、温度稳定性、 对抑制剂敏感性、氧化和羟基化活力的 差别。
六、多酚氧化酶活力测定


多酚氧化酶活力的测定方法可以分为两 类 ①测定底物消失的速度 ②测定产物生成的速度 ——限于测定反应的初速度。
PPO活性测定




终点法 多酚氧化酶催化分子态氧将酚类化合物氧化为醌 类反应,以儿茶酚为多酚氧化酶的底物,其氧化 产物在416nm处有最大光吸收。 测定系统:1.5ml 20mmol/L邻苯二酚(溶于 0.05mol/L,pH6.8KH2PO4-NaOH缓冲液中,然后再 加入0.1ml酶提取液,保温37º C,三氯乙酸终止反 应,并4000r/min离心5min,取上清液,适当稀释。 以空白为对照,用分光光度计测定其在416nm波长 下的O.D值。 酶活性单位为在测定条件下,每分钟引起吸光度 改变0.01所需的酶量
(4)酶活抑制剂


亚硫酸类是酚酶抑制剂。 常用的有: 二氧化硫、亚硫酸钠、 亚硫酸氢钠、 焦亚硫酸钠、低亚硫酸钠(Na2 S 2 O 4 )

如:在蘑菇、马铃薯、桃、苹果等加工中,常
用二氧化硫及亚硫酸盐类作护色剂。 实验表明:10ppm可抑制酚酶活性,但有挥发损 失,还与醛类加成等。实际应用300ppm,残留 < 20 ppm。 在微酸性(pH=6)时,抑制酚酶的效果最好。 防止原因有三:
b.将醌还原为酚 c.与醌加成,防止聚合


a.抑制酶活性
(5)驱氧


通过沸水烫漂、抽真空(93kPa,5~ 15min)、高浓度抗坏血酸溶液浸泡、气调包 装设计等均可达到驱除食品内氧气的目的,从 而抑制酶褐变的发生。 控制氧气含量用抽空处理技术或添加去氧剂等 方法:用2%食盐+0.2%柠檬酸+0.06%偏 重亚硫酸钠溶液作抽空液,在500mmHg的真 空度抽空5~10min,可取得良好的护色效果。
(2)螯合酶促作用的金属离子


金属(铁、铜、锡、铝等)离子是多酚氧化酶 的激活剂。Fe3+、Fe2+、Cu2+能促进褐变主 要是因为铁和铜不仅能和酚类化合物反应形成 褐色物质,而且能催化还原酮类的氧化。 柠檬酸对Cu2+有螯合作用。 EDTA是一种金属离子螯合剂,可阻止金属离 子对褐变反应的促进作用,但其与作用对象有 关,有的效果则不明显。
2.温度对多酚氧化酶活力影响

不同种类、品种、部位的多酚氧化酶有
不同的热稳定性,通常最适温度在常温


加热易使酶失活
同一来源的多酚氧化酶的不同分子形式具 有不同的热稳定性 低温下多酚氧化酶的活力也有明显的下降, 但活性下降比较缓慢

四、多酚氧化酶的激活剂、抑制剂 和果蔬酶促褐变的防止

1.激活剂Βιβλιοθήκη Baidu
1.苹果中多酚氧化酶

引起苹果褐变的重要原因之一 未成熟的苹果比成熟的更易褐变 在大多数情况下,酶促褐变倾向在保藏期 间是增加的
2.梨中的多酚氧化酶




梨多酚氧化酶仅作用于邻苯酚,与对苯酚、 间苯酚和一元酚无作用 以儿茶酚为底物,该酶的最适pH为6.5,在 30℃活性最强. 亚硫酸氢钠、维生素C、柠檬酸对梨中多 酚氧化酶的抑制作用依次减弱,硫酸钠几 乎无抑制作用 不同底物和同底物不同浓度影响多酚氧 化酶特性.



多酚氧化酶在植物中的含量随品种不同而有很大 变化,在众多的水果和蔬菜中,橄榄中的多酚氧 化酶活力最高。 多酚氧化酶的活力分布还取决于果蔬的成熟度。 在绿叶中,很大一部分酶活力集中在叶绿体中, 在马铃薯块茎中,几乎集中在亚细胞中;在新采 收的苹果中,多酚氧化酶几乎全部存在于叶绿体 和线粒体中。 果蔬中不同的部位的多酚氧化酶含量差别很大, 例如葡萄皮中的酶活力比果肉中高。
动态法

PPO活性的测定

取0.05mol/L,pH6.8KH2PO4-NaOH缓冲液 1.5ml于1cm比色皿中,加入1ml 20mmol/L 邻苯二酚溶液,PPO酶液0.5ml,混匀后在 416nm处比色,酶液加入后开始记时,每 30s记录一次OD 随时间的变化值,以最初 直线段的斜率(ΔOD/t)计算酶活力。 一个酶活力单位定义为:在测定条件下, 每分钟引起吸光度改变0.01所需的酶量。


热带水果50%以上的损失都是由于酶促褐变引起的. 同时酶促褐变也是造成新鲜蔬菜例如莴苣和果汁 的颜色变化,营养和口感变劣的主要原因 控制果蔬加工和贮藏过程中酶促褐变,


例如驱除O2和底物酚类化合物以防止褐变,或者添加抗 坏血酸,亚硫酸氢钠和硫醇类化合物等,将初始产物,邻苯 醌还原为原来的底物,从而阻止黑色素的生成. 还原剂都能直接引起酶失活,从而抑制酶促褐变.这是因 为抗坏血酸能够破坏酶活性位点上的组氨酸残基,而亚 硫酸氢钠和硫醇可以除去酶活性位点中的Cu2+ 4-己基间苯二酚,苯甲酸和其他一些非底物酚类化合物, 也可作为多酚氧化酶的有效竞争性抑制剂
多酚氧化酶的活性形式是含铜的酶单体 的寡聚体,激活剂的作用是使酶蛋白以 一定的聚合度存在,才有生物活性。
SDS、 Cu2+ 、酸、尿素等

2.抑制剂和果蔬酶促褐变的防止

酶促褐变:较浅色的水果、蔬菜在受到机 械性损伤(削皮、切片、压伤、虫咬、 磨浆、捣碎)及处于异常环境变化(受 冻、受热等),在酶促(催化)下氧化 而呈褐色,称为酶促褐变
二、多酚氧化酶催化反应 及其作用底物
邻-苯醌


1.催化反应
多酚氧化酶是一种加氧酶,它催化酚的选择性羟 基化,羟基化产物继续氧化生成邻-苯醌。 多酚氧化酶的作用下氧化形成不稳定的邻-苯醌类 化合物,然后再进一步通过非酶氧化反应,聚合成 黑色素(melanin [ˈmelənɪn])。




多酚氧化酶的作用导致香蕉,苹果,桃,马铃薯,蘑 菇,虾发生非需宜的褐变和人的黑斑形成 然而对茶叶,咖啡,葡萄干和梅干,以及人的皮肤色 素形成产生需宜的褐变 当邻苯醌与蛋白质中赖氨酸残基的ε-氨基反应, 可引起蛋白质的营养价值和溶解度下降,同样由于 褐变反应也将会造成食品的质地和风味的变化。
1、多酚氧化酶的名称

多酚氧化酶(1,2-苯二酚:氧 氧化还原酶,EC 1.10.3.1) 一类含铜的氧化还原酶,催化邻-苯二酚氧化成邻-苯二醌,也能作 用于单酚单加氧酶的底物。

多酚氧化酶的共同特征是能够通过分子氧氧化酚或多酚 形成对应的醌。在广义上,多酚氧化酶可分为三大类: 单酚氧化酶(酪氨酸酶tyrosinase,EC.1.14.18.1)、双 酚氧化酶(儿茶酚氧化酶catechol oxidse,EC.1.10.3.2) 和漆酶(对苯二酚氧化酶 laccase,EC.1.10.3.1)。 在这三大类多酚氧化酶中,儿茶酚酶主要分布在植物中, 微生物中的多酚氧化酶主要包括漆酶和酪氨酸酶。
(3)酸处理法





多数酚酶最适pH=6~7,pH < 3失活(高酸性环境会 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。) 常用的酸有:柠檬酸、苹果酸、磷酸、抗坏血酸、混 合酸。 柠檬酸可降低pH,还可络合酚酶辅基Cu2+,但单独 用效果不大。常与抗坏血酸、亚硫酸合用。 实践证明:0.5%柠檬酸 + 0.3%抗坏血酸效果好。 抗坏血酸不但能降低体系pH,而且具有还原剂的作用, 可将体系中的醌类及其衍生物还原成酚,并通过自身 氧化来减少体系的含氧量。

2.作用底物

水果、蔬菜中底物为: 一元酚类 邻二酚类(对位二酚也可) (间位二酚不作底物) 如: 水果中的儿茶酚
OH OH
土豆中的酪氨酸 HO CH2CHCOOH
NH2

重要的天然底物
三、pH和温度对多酚氧化酶 活力影响
1.pH对酶活力的影响 (1)适宜pH:4~7 (2)不同种类,甚至同一种果蔬中的不同品种得到的多 酚氧化酶,也有不同的最适pH (3)果蔬的不同部位得到的多酚氧化酶,最适pH也有差异 (4)酶的提取或分离的方法对它的最适pH也有影响 (5)测定酶活力时所采用的底物和缓冲液对酶的最适pH 也有影响 (6)大多数多酚氧化酶只有一个最适pH,在一些情况下, 有第二个最适pH
多酚氧化酶
一、多酚氧化酶的名称和自然界的分布 二、多酚氧化酶催化反应及其作用底物 三、pH和温度对多酚氧化酶活力影响 四、多酚氧化酶的激活剂、抑制剂和果蔬酶促褐变的防止 五、多酚氧化酶的分子形式 六、多酚氧化酶活力测定 七、水果和蔬菜中的多酚氧化酶及其底物 思考题:简述酶促褐变的机理及其控制措施。
一、多酚氧化酶的 名称和自然界的分布
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