彩后生理學(xué)綜述

1、 . . 10/10果蔬采后褐變機理與影響因素研究進展摘要:果蔬貯藏、加工過程中的褐變包括酶促褐變和非酶褐變反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、抗壞血酸氧化變色和多酚類氧化縮合。發(fā)生酶促褐變必須具備酚類物質(zhì)、酚酶和氧3個條件，影響因素有p H 、溫度和氧氣等。非酶褐變的影響因素因褐變類型的不同而存在差異。本文主要綜述了果蔬采后酶促褐變過程中與褐變有關(guān)的酶如多酚氧化酶、過氧化物酶等的反應(yīng)機理，反應(yīng)底物酚類物質(zhì)的反應(yīng)機理與分類，以與影響褐變的因素研究進展。關(guān)鍵詞: 關(guān)鍵詞：果蔬；褐變；機理；研究進展Progress in Browning Fruits and Vegetables and Influence Fa

2、ctorsAbstract：Browning in the processing and storage of fruits and vegetables involves enzymatic browning and nonenzymaticbrowning (Millard reaction, caramel reaction, oxidation of ascorbic acid and oxidation of polyphones).Enzymatic browning must be provided with polyphones, polyphone oxidize and o

3、xygen. The influence factors in enzymatic browning are pH, temperature, oxygen etc, whereas in non-enzymatic browning the factors depend onthe different browning types.Key words：fruits and vegetables; enzymatic browning; non-enzymatic browning褐變是果蔬采后加工貯藏、與銷售過程中遇到的主要問題之一，它一方面會損壞產(chǎn)品的色澤、風味，使產(chǎn)品軟化，但也可以改善食

4、品的感官特性，如改善發(fā)酵茶葉和黑葡萄干的色澤和風味。褐變包括酶促褐變和非酶促褐變。底物( 酚類物質(zhì)) 、酶和氧是酶促褐變發(fā)生的3 個條件。一般認為，植物器官或組織中酚類物質(zhì)在酶的作用下氧化為醌和水，醌再經(jīng)非酶促聚合，形成褐色物質(zhì)而產(chǎn)生褐變，即酶促褐變。正常情況下，由于酚類物質(zhì)分布于液泡中，而多酚氧化酶( PPO) 位于細胞壁、細胞膜和細胞質(zhì)中，這種區(qū)域化分布阻止了底物和酶的接觸，因而避免了正常組織中酶促褐變的發(fā)生。但在果蔬采后貯藏過程中，受低溫、失水、機械作用、高O2等逆境的影響，自由基平衡系統(tǒng)受到破壞，活性氧清除酶如SOD和CAT 的活性下降，源抗氧化物質(zhì)如GSH、AsA 和類黃酮的含量下降

5、，而膜脂過氧化產(chǎn)物( MDA、ROOH、H2O2) 和自由基的積累增多，細胞膜透性增大1，2，從而破壞細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性，使PPO 與酚類物質(zhì)在細胞中的區(qū)域化分布結(jié)構(gòu)被破壞，PPO 與酚類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，催化酚類物質(zhì)氧化成醌，醌類聚合并與細胞蛋白質(zhì)的氨基酸結(jié)合，產(chǎn)生黑色或褐色色素，引起果實褐變。1 酶促褐變的機理 在果蔬加工過程中，完整細胞中酚類化合物和醌類化合物之間的動態(tài)平衡被破壞，由于空氣中氧的侵入和原果蔬中多酚氧化酶的催化作用，多酚類物質(zhì)被氧化成鄰醌，然后，在酚羥基酶作用下進行二次羥基化作用，生成三羥基化合物，鄰醌具有較強的氧化能力，可將三羥基化合物氧化成羥基醌，羥基醌進一步聚合由紅色變?yōu)?/p>

6、褐色，最后變成黑褐色的黑色素物質(zhì)1。2 酶促褐變的物質(zhì)條件2.1 酚類物質(zhì)植物體的酚類物質(zhì)種類多、分布廣、含量豐富。根據(jù)碳骨架的不同，酚類物質(zhì)包括簡單酚類（如氫醌、熊果苷）、苯基羧酸（如原兒茶酸、沒食子酸、莽草酸）、苯丙烷衍生物（如肉桂酸肉桂醇、香豆素、木質(zhì)素、咖啡酸、綠原酸）與黃烷衍生物（如黃烷酮、黃酮、黃酮醇、花色素）4 個種類。根據(jù)酚類物質(zhì)的溶解性，可將其分為2 類：（1）水溶性酚類物質(zhì)包括各種酚酸、黃酮類化合物、花色素、水溶性單寧等，這種酚類物質(zhì)可溶于水和乙醇, 但氧化后不溶于水，只溶于乙醇；（2）非水溶性酚類物質(zhì)包括縮合單寧和木質(zhì)素等。雖然酚類物質(zhì)種類繁多，但除了類黃酮以外，多數(shù)酚類

7、物質(zhì)的生物合成均來自共同的前體物質(zhì)苯丙氨酸，其它部分由乙酰-CoA 經(jīng)聚酮酐途徑產(chǎn)生1。酚類物質(zhì)作為酶促褐變的底物有很多報道，不同植物、同一植物的不同組織、同一組織的不同發(fā)育期，其褐變的主要酚類物質(zhì)均可不同。對香蕉褐變底物的研究表明2，其褐變的主要底物是多巴胺，鴨梨的褐變底物是以綠原酸為主的酚類物質(zhì)3，鄰苯二酚是鮮切蓮藕的主要褐變底物4。研究還發(fā)現(xiàn)酚類物質(zhì)在蓮藕的不同生長部位和組織部位分布很不均勻，在不同的貯藏條件下，總酚含量與褐變有很好的負相關(guān)性5。2.2 與褐變有關(guān)的酶類多酚氧化酶 polyphoneoxides, PPO, EC 1.10.3.(X) 是一類廣泛存在于植物體能催化酚類物質(zhì)

8、氧化成醌類的含銅金屬酶類，它包括單酚氧化酶（酪氨酸酶tyrosinase，EC 1.14.18.1）、雙氧化酶（兒茶酚氧化酶catecholoxidase，EC 1.10.3.2）與漆酶（laccase，EC 1.10.3.）6。國外許多學(xué)者很早就開始對PPO 進行了較為廣泛深入的研究，一致認為植物組織中的酶促褐變主要是由PPO 作用所引起的。PPO 能催化兩類不同的反應(yīng)：一類是一元酚羥化，生成相應(yīng)的鄰-二羥基化合物；另一類是鄰二酚氧化，生成鄰苯醌。兩類反應(yīng)均是需氧反應(yīng)。玲等7通過破壞牛蒡的PPO 活力有效抑制了牛蒡的褐變；譚興杰8還從荔枝果皮中分離出了PPO 的底物，從而進一步證明PPO 在

9、果皮褐變中的作用。據(jù)報道PPO 催化形成的-2 醌次級產(chǎn)物在植物抗病中起著重要作用：-2醌次產(chǎn)物形成的黑色素集結(jié)，形成可以阻礙感染的痂9；-2醌與植物蛋白鍵合可以降低親核氨基酸的營養(yǎng)價值10；-2 醌醌類物質(zhì)具有抑制細菌繁殖的作用等。過氧化物酶peroxidase, POD, EC 1.11.1.7(X)是一種由單一肽鏈與卟啉（protoporphyrin, IX）構(gòu)成的血紅素蛋白（hemoprotein），系脫輔基蛋白分子（apoprotein）與血紅素結(jié)合構(gòu)成的全酶（holoenzyme）。POD 廣泛存在于各種動物、植物和微生物體，可以催化由過氧化氫參與的各種還原劑的氧化反應(yīng)：RH2+H

10、2O 2 2H2O+R。POD 是果蔬成熟和衰老的指標，在植物的生命活動中具有重要功能。對POD 在果皮褐變中所起的作用，現(xiàn)在仍有爭議。有人認為，果皮POD 活性的變化可能是褐變的早期標志，它可以參與催化酚類物質(zhì)、谷胱甘肽和抗壞血酸的氧化而使果皮變色。荔枝果皮中含有較高的POD 活性，并隨著貯藏時間的延長酶活性增加。室溫下荔枝果皮的褐變和POD 活性的迅速升高一致，且PPO、POD 活性高的荔枝品種果實易出現(xiàn)褐變，表明POD很可能也參與荔枝果皮的褐變,并參與了酚類和抗壞血酸的氧化11。2.3 氧的存在活性氧氧氣是生物生命活動的主要參加物質(zhì)，也是生命活動不可缺少的?？諝庵械难鯕獠荒苤苯訁⑴c酚類物

11、質(zhì)在PPO 作用下發(fā)生的褐變，代中的活性氧才是酶促褐變的主要需氧條件，活性氧包括O 2、H 2O 2 和O 2-，其中H 2O 2 和O 2- 是對細胞極為有害的物質(zhì)，可通過Haber-Weiss 反應(yīng)或Fenton反應(yīng)形成OH，OH是生物體最強的氧化基團，可直接傷害蛋白質(zhì)、核酸和脂類等生物大分子，啟動膜脂過氧化作用12。在急降溫對梨褐變的影響的研究中，發(fā)現(xiàn)急降溫促進了細胞活性氧的積累，梨果心褐變嚴重13。當O2 濃度一定時，CO2 濃度與果肉褐變呈正相關(guān)。一樣CO2 濃度下，果實不受O25 % 2 0 ）濃度變化的影響14。盡管酚類物質(zhì)、多酚氧化酶、氧氣同時存在于果實部，但正常的果實不易發(fā)生

12、褐變。目前比較接受的說法是果實中酚類物質(zhì)與PPO存在著區(qū)域化分布，酶、酚類物質(zhì)在植物細胞是通過一系列膜系統(tǒng)實現(xiàn)區(qū)域化分布的，導(dǎo)致酶與酚類物質(zhì)不能直接接觸。采后衰老和不良環(huán)境條件引起了與形成“區(qū)域化”有關(guān)膜系統(tǒng)的破壞，從而打破了這種區(qū)域化分布，盡管酚類物質(zhì)、多酚氧化酶、氧氣同時存在于果實部，但正常的果實不易發(fā)生褐變。目前比較接受的說法是果實中的酚類物質(zhì)與PPO存在著區(qū)域化分布，酶、酚類物質(zhì)在植物細胞是通過一系列膜系統(tǒng)實現(xiàn)區(qū)域化分布的, 導(dǎo)致酶與酚類物質(zhì)不能直接接觸。采后衰老和不良環(huán)境條件引起了與形成“區(qū)域化”有關(guān)膜系統(tǒng)的破壞，從打破了這種區(qū)域化分布，使酶和底物相互接觸而引起果實的組織褐變。區(qū)域化

13、的破壞表現(xiàn)為組織相對電導(dǎo)率增加，H 2O 2 和丙二醛M D A 含量升高，超氧化物歧化酶SOD 和過氧化氫酶CAT 活性降低15。鞠志國等研究了萊陽茌梨原生質(zhì)體、液泡中酚類物質(zhì)與PPO的活性，發(fā)現(xiàn)液泡是酚類物質(zhì)貯存和積累的場所，但不含PPO。PPO 主要集中在細胞質(zhì)中，證明了多酚氧化酶與多酚的區(qū)域化分布。酚類物質(zhì)與PPO 的區(qū)域化分布對植物的生長發(fā)育有保護作用，可減少傷害和延緩植物衰老，維持了組織細胞的正常生理活動，防止褐變的發(fā)生。3 酶促褐變的控制 食品發(fā)生酶促褐變需要有3個條件，酚酶、氧、適當?shù)姆宇愇镔|(zhì)，在某些瓜果中如檸檬、橘子、香瓜、西瓜等由于不含有酚酶，不能發(fā)生酶促褐變。 在控制酶促

14、褐變的實踐中，除去底物的可能性極小，現(xiàn)實的方法主要從控制酶和氧兩方面入手，主要措施有：鈍化酶的活性；改變酶作用的條件；隔絕氧氣；使用抑制劑等。 常用的控制酶促褐變方法有： 3.1 加熱處理因為酶是蛋白質(zhì)，加熱能使酚酶與其它的酶失活，加熱處理時間必須嚴格控制，要求在最短時間，既能達到鈍化酶的要求，又不影響食品原有的風味。如蔬菜在冷凍保藏或在脫水干制之前需要在沸水或蒸汽中進行短時間的熱燙處理，以破壞其中的酶，然后用冷水或冷風迅速將果蔬冷卻，停止熱處理作用，以保持果蔬的脆嫩。 3.2 調(diào)節(jié)pH 多數(shù)酚酶最適宜的pH圍是67之間，在pH為3以下時已無明顯活性，降低pH來防止果蔬褐變是果蔬加工常用的方法

15、，常用的酸有檸檬酸、蘋果酸、抗壞血酸等。 檸檬酸對抑制酚酶氧化有雙重作用，既可降低pH，又可與酚酶輔基的銅離子絡(luò)合而抑制其活性，通常與抗壞血酸或亞硫酸聯(lián)用。蘋果酸是蘋果汁中的主要有機酸，它在蘋果汁中對酚酶的抑制作用比檸檬酸強得多。 抗壞血酸是十分有效的酶抑制劑，無異味，對金屬無腐蝕性，同時又有營養(yǎng)價值，它不僅能降低pH，同時還具有還原作用，能將醌還原成酚從而阻止醌的聚合。 3.3 用二氧化硫與亞硫酸鹽處理二氧化硫、亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、連二亞硫酸鈉（低亞硫酸鈉）都是廣泛使用的酚酶抑制劑。在蘑菇、馬鈴薯、桃、蘋果加工中常用二氧化硫與亞硫酸鹽溶液作為護色劑。 二氧化硫氣體處理水果蔬菜，

16、滲入組織快，但亞硫酸鹽溶液使用更方便。二氧化硫與亞硫酸鹽溶液在弱酸性（pH=6）條件下對酚酶的抑制效果最好。二氧化硫和亞硫酸鹽對褐變的抑制機理有幾種觀點， 有的認為是抑制了酶，有的認為是二氧化硫把醌還原成了酚，還有認為二氧化硫和醌的加合防止了醌的進一步聚合。用二氧化硫和亞硫酸鹽處理不僅能抑制褐變，還有一定的防腐作用，并可避免維生素C的氧化，但其特點是對色素（花青素）有漂白作用，腐蝕鐵罐壁，破壞維生素B1，有不愉快的味感和嗅感，濃度高時有礙健康。食品衛(wèi)生標準規(guī)定其殘留量不得超過0.05 g/kg（以二氧化硫計）。 3.4 驅(qū)氧法將切開的水果蔬菜浸泡在水中，隔絕氧以防止酶促褐變，更有效的方法是在水

17、中加入抗壞血酸，使抗壞血酸在自動氧化過程中消耗果蔬切開組織表面的氧，使表面生成一層氧化態(tài)抗壞血酸隔離層，對組織中含氧較多的水果如蘋果、梨，組織中的氧也會引起緩慢褐變，需要用真空滲入法把糖水或鹽水強行滲入組織部，驅(qū)出細胞間隙中的氧。一般在一定的真空下保持一段時間后突然破壞真空即可達到目的。 3.5加酚酶底物的類似物最近報道，加入酚酶底物的類似物，如肉桂酸，阿酸，對位香豆酸等能有效抑制蘋果汁的酶促褐變，而且這3種有機酸是果蔬中天然存在的芳香有機酸.4 結(jié)束語果蔬褐變是多種因素影響的復(fù)雜過程，目前關(guān)于果蔬褐變機理已有了深刻的認識，其機理可能包括花色素苷結(jié)構(gòu)和數(shù)量的變化，細胞的氧化還原代失調(diào)，細胞結(jié)構(gòu)

18、的破壞使酶（P P O ，P O D ）、褐變底物（酚類物質(zhì)）在細胞中區(qū)域化分布破壞等，結(jié)果是酶促褐變和非酶褐變同時出現(xiàn)。有關(guān)抑制褐變的方法也已經(jīng)從物理、化學(xué)、生物技術(shù)等多方面入手，找到了多種抑制果蔬褐變的有效方法。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，運用高新技術(shù)更深層次的揭示褐變機理，采取更有效的抑制褐變技術(shù)，將果蔬貯藏、加工提高到更高的水平，為人們提供安全、高質(zhì)量的食品已經(jīng)成為可能。參考文獻1 蕾，王太明，喬勇進，等. 果實褐變機理與研究進展J.經(jīng)濟林研究，2002，20（2）：92-94.2 Greiffiths L A. Detection and identification of the po

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