（农产品加工及贮藏工程专业论文）鲜切荸荠酶促褐变及褐变控制研究.pdf

论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作所取得的 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学或其它教育机 构的学位或证书所使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：磊屏f 早 川年月卯同 关于论文使用授权的声明 本人完全了解四川农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意四川农业大学可以用不 同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 研究生签名：锄l 事 导师签名：勿锻 j 盯年f 月加i ：t 棚r 年多月j 3 - - r 四川农业大学硕士论文2 0 0 5 摘要 鲜切荸荠是一种很具前景的即食性加工产品，因其具有新鲜、卫生、营养、方便 等特性而深受消赞者欢迎。然而切分表面发生褐变严重影响了其产品品质。本研究以 新鲜荸荠为原料，分析鲜切荸荠在贮藏过程中褐变相关酶( 包括p p o ，p a l ，p o d ) 活 性、总酚含量及褐变度的变化结合分析组织中主要酚类化合物含量及其种类的变化， 并通过研究鲜切荸荠p p 0 的酶学特性，初步阐明鲜切葶荠的褐变机理：在此基础上， 通过f 交试验设计k ( 3 ) 对一些可替代弧硫酸盐的抑制剂的褐变抑制效果进行了筛 选试验。 主要研究结果如下： 1 ) 在贮藏期间，鲜切葶荠的总酚含量( t p 值) 、p p 0 和p a l 酶活性变化均表现为 先上升后下降的趋势，但是p o d 活性变化却表现为先轻微下降后大幅度上升的趋势。 分析其原因可能为，荸荠切分后激活了组织中的褐变相关酶，在褐变相关酶的参与下 合成了大量的酚类物质，同时在高活性p p 0 的催化下消耗酚类底物导致总酚含量表现 出先增加后减少的态势，引起褐变发生。 2 ) 在贮藏期间，鲜切葶荠比较容易褐变。其褐变度与t p 值和p p 0 活性变化有很 大的相关性( 相关系数影分别为：0 9 8 6 2 ，0 8 5 8 6 ) ，但是与p o d ，p a l 活性变化相 关性不大( 相关系数分别为：0 2 3 9 3 ，0 4 1 6 1 ) 。由此可以推论得出鲜切荸荠褐变 类型为是酶促褐变，但在贮藏后期也可能有非酶促褐变反应存在，此原因有待进一步 深入研究。 3 ) 通过h p l c 分析发现鲜切葶荠中酚类物质是酪氨酸、没食子酸、3 ，4 一二羟基 肉桂酸和绿原酸。其中最主要的酚类物质是酪氨酸和没食子酸。在未贮藏鲜切荸荠组 织中酪氨酸含量最大，当贮藏7 d 后组织中没食子酸含量最大。酪氨酸和没食予酸含 量变化可能与酪氨酸酶催化酪氨酸生成酚类化合物这一途径有关。 4 ) 将鲜切荸荠采用3 种方式( c k ，不同浓度的草甘磷和4 - h r ) 处理以探讨贮藏 期间的生理变化。比较这3 种方式处理后的鲜切荸荠生理变化后发现，4 一h r 能够较 好的抑制p p 0 活性，但不能够有效的阻止鲜切荸荠褐变，然而草甘磷能够有效的抑制 鲜切荸荠；同时也发现在贮藏末期绿原酸的含量与b d 值呈现一定的联系，没有出现 褐变的样品( 草甘磷处理组) 中绿原酸含量是褐变样品中的近2 倍。所以绿原酸是重 要的褐变物质，由此可以初步推断酶促褐变的主要底物就是绿原酸。 t h e s i sf o rm a s t e r sd e g r e e 鲜切荸荠酶促褐变及褐变控靠4 研究 5 ) 综合分析试验结果可以初步得出鲜切荸荠的褐变机理，即切分加工激活了组 织中褐变相关酶，在这些酶的参与下合成了大量的酚类物质，包括最主要的酶促褐变 底物绿原酸。在组织中酶特别是p p 0 的催化下，氧化绿原酸产生褐变色素。 6 ) 采用磷酸缓冲液提取、硫酸铵盐析以及s e p h a d e xg 1 0 0 柱层析方法获得了纯 化倍数为8 3 倍的p p o 酶液。对分离得到的- p p 0 进行s d s p a g e 凝胶电泳检测得到两 个谱带，其分子量分别为1 4 2k d a 和1 5 ，9k o a ，可以仞步认为该p p 0 以这两个亚基 为基本组成单位。该p p 0 最适宜p h 和温度分别为6 5 和4 0 。c ，在p h 中性及4 0 。c 一5 0 下的稳定性好；化学抑制剂对该酶的抑制效果优劣顺序为亚硫酸氢钠 4 一己基恻苯 二酚 n 一甲酰l 一半胱氪酸，d 一异抗坏血酸 柠檬酸。以儿茶酚为底物进行研究得出 p p 0 的k m 值和v m a x 值分别是1 0 3 2 m m o l ，6 4 5 2 1 0 u m i n ，对不同底物的结合能 力强弱顺序为，儿茶酚，几茶酸，没食子酸，绿原酸，而对酪氨酸没有活性。 7 ) 通过b ( 3 1 ) 萨交试验优选最佳抑制剂组合来防止鲜切葶荠褐变。在贮藏期 问定期检测鲜切荸荠的褐变度、总酚含量、多酚氧化酶和苯丽氨酸转胺酶的活性。试 验结果表明，o 2 异抗坏血酸+ o 0 5 n - 甲酰l 一半胱氨酸可以较好地抑制鲜切荸荠的 褐变，但防褐变效果略差于o 1 的亚硫酸氢钠( n a h s 0 ；) 。可以初_ 步定该组合能够较好 的抑制鲜切荸荠发生酶促褐变，是该产品较好的褐变抑制剂，也是亚硫酸氢盐较好的 替代品。 关键词：鲜切荸荠，褐变底物，多酚氧化酶，提取纯化，酶促褐变，抑制剂 t h e s i sf o rm a s t e r sd e g r e e 四川农业大学硕士论文2 0 0 5 s t u d yo nt h ee n z y m a t i cb r o w n i n ga n db r o w n i n g c o n t r o lf o rf r e s h c u tc w c t o n gg a n g p i n g ( a g r i c u i t u r a lp r o d u c tp r o c e s s i n ga n dp r e s e r v a t i o n ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o c e s s o rw u y i n g l o n g & a s s o c i a t ep r o c e s s o rl us h e n g m i n a b s t r a c t f r e s h c u tc h i n e s ew a t e rc h e s t n u t ( c w c ) ，w h i c hp o s s e s s e ds o m ec h a r a c t e r s ，i n c l u d i n g f l e s h ，n u t r i t i o na n dr e a d y - t o e a t ，i sar i s i n ga n dp o p u l a rp r o d u c e b u tt h em e c h a n i c a l p r o c e s s i n gl e a dt ob r o w na n dt h eq u a l i t yd e t e r i o r a t i o n t h i sp a p e r ，s e l e c t e df l e s hc w c a s m a t e r i a l ，t r i e dt oi l l u m i n a t et h eb r o w n i n gm e c h a n i s mo ff r e s h c u tc w cb ya n a l y s i st h e c h a n g eo ft h ee n z y m i c ( p p o ，p o da n dp a l ) a c t i v i t yc o r r e l a t e dw i t hb r o w n i n g ，t h et o t a l c o n t e n to fp h e n o l i cc o m p o u n d s ( t p ) a n dt h eb r o w n i n gd e g r e e ( b d ) ，a n da n a l y s i st h ec h a n g e o fm a i np h e n o l i cc o m p o u n d sa n dt h e i rc o n t e n t ，a n da n a l y s i st h ee n z y m a t i cc h a n r a c t e r so f p p o b a s e do nt h o s eo b t a i n e dr e s u l t s k ( 3 1 ) o r t h o g o n a lt e s t sw a sd e s i g n e df o rs e l e c t i n g t h ep o t e n t i a le f f e c t i v ec o m b i n a t i o no fb r o w n i n gi n h i b i t o r st os u s t i t u t ef o rs u l f i t et h em a i n r e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1 t h ec h a n g ei nt pw a st h es a m ea st h ep p oa n dp a la c t i v i t y w h i c hr o s ed u r i n g s t o r a g ea n dd e s c e n d e dt i l l 1 2d a yi ns t o r a g e ，w h i l ei tw a sd i f f e r e n tt ot h ec h a n g eo fp o d a c t i v i t y ，w h i c hd e s c e n d e ds l i g h t l ya n dt h e nr a p i d l yr o s ed u r i n gs t o r a g e t h ep o s s i b l e r e a s o n sw a s ：l o t so fp h e n o l i c sw e r es y n t h e s i z e db ye n z y m e sw h i c hw a sa c t i v i z e db yt h e m e c h a n i c a lp r o c e s s i n g ，a n dt h a tt h ep h e n o l i c sw a sc a t a l y z e db yp p ol e dt ot h ec h a n g eo f t o t a lc o n t e n to fp h e n o l i c sa n dr e s u l t e di nt h ef o r m a t i o no fb r o w np i g m e n t s 2 d u r i n gs t o r a g e ，f r e s h - c u t c w cw a se a s yt o b r o w n i n g t h es i g n i f i c a n t l y r e l a t i o n s h i p a n db e t w e e ni n c r e m e n to fb da n dt p ( r 2 = 0 9 8 6 2 ) o rp p oa c l i v i t y ( r 2 = o 8 5 8 6 ) w a se x i s t e d ，w h i l et h ep o da n dp a la c t i v i t ys h o w e ds l i g h to n e t ob d ( r 2 = o 2 3 9 3a n d0 4161r e s p e c tiv ely ) i ti n f e r r e df r o mt h eo b t a i n e dr e s u l t i n gt h a t e n z y m a t i cb r o w n i n gw a st h em a i nr e a s o nw h i c hl e a dt of r e s h c u tc w cb r o w n i n g 3 f o u rk i n do fp h e n o l i cc o m p o u n d si n f r e s h c u tc w cw e r ei d e n t i f i e db yh p l c ， t h e s i sf a rm a s t e r sd e g r e e 3 鲜切荸荠酶促褐变及褐变控制研究 i n c l u d i n gl - t y r o s i n e ，g a l l i ca c i d ，c h l o r o g e n i ca c i d ，a n d3 , 4 一d i h y d r o x y c i n n a m i ca c i d t h e m a j o rp o l y p h e n o lw a sl - t y r o s i n ea n dg a l l i ca c i d l - t y r o s i n ew a st h em a j o rp o l y p h e n o li n r i o s t o r a g ef r e s h 。c u tc w c ，w h i l et h em a j o ro n ew a sg a l l i ca c i da f t e rs t o r a g e7d a y sd u r i n g a t4 c t h ec h a n g eo fc o n t e n to fl - t y r o s i n ea n dg a l l i ca c i dw a sp o s s i b l ec o r r e l a t i o nw i t h t h ep a t h w a y ，w h i c ht y r o s i n ew a sc a t a l y z e da n ds y n t h e s i z e dp h e n o l i c c o m p o u n d sb y t y r o s i n a s e 4 t op r o b ei n t ot h ec h a n g eo f p h y s i o l o g y ，t h r e ed i s p o s a lm o d e s f c k ，g i y p h o s a t ea n d 4 一i t r lw a sa p p l i e dt of r e s h c u tc w c t h er e s u l t i n g su n c o v e r e dt h a t 1 0 0 弘m o l l g l y p h o s a t ec o u l dp r e v e n t e dt ot h eb r o w n i n g ，w h i l e5 0 0 l a m o l l4 - h e x y l r e s o r c i n o lc o u l dn o t t h ec o n t e n to fc h l o r o g e n i ca c i di n n o b r o w n i n gs a m p l e sw a s2h i g h e rt h a nt h a ti n b r o w n i n gs a m p l e s i tc a nb ei n f e r r e df r o mi tt h a tt h es u b s t r a t eo fe n z y m a t i cb r o w n i n gw a s c h o l o r g e n i ca c i d 5 p o s s i b l eb r o w n i n gm e c h a n i s mo ff r e s h c u tc w cw a si n f e r r e df r o ma l lo ft h e r e s u l t i n g s l o t so fp h e n o l i c s ，i n c l u d i n gc h o l o r g e n i ca c i d ，w e r es y n t h e s i z e db ye n z y m e s w h i c hw a sa c t i v i z e db yt h em e c h a n i c a lp r o c e s s i n g u n d e rt h ec a t a l y z a t i o no fp p o ，t h e p h e n o l i c s ，i n c l u d i n gt h em a j o rs u b s t r a t e so fe n z y m a t i cb r o w n i n gc h o l o r g e n i ca c i d ，w a s o x i d i z e da n df o r m e dt h eb r o w n i n gp i g m e n t 6 p p oc h a r a c t e r sw e r es t u d i e d p p ow a se x t r a c t e db ys o d i u mp h o s p h a t ee x t r a c t i o n b u f f e r ，a n dw a ss a l t e do u tb y3 0 - 8 0 ( n h 4 ) 2 s 0 4 ，a n dw a sp u r i f i e db ys e p h a d e xg - 10 0 c o l u m nc h r o m a t o g r a p h y ，8 3f o l dp u r i f i c a t i o np p ow a so b m i n e d t w ob a n d sw e r e o b t a i n e db yt h ea n a l y s i so fs d s - p a g e ，t h em o l e c u l a rw e i g h tw e r e14 2k d aa n d15 9k d a ， r e s p e c t i v e l y t h eo p t i m u mp ha n dt e m p e r a t u r ef o rt h eo x i d a t i o nc a t e c h o tb yp u r i f i c a t i o n p p ow a sp h 6 5a n d4 0 c ，r e s p e c t i v e l y ，a n dt h es t a b i l i t yo f p p ow a sb e t t e ra tp h 7 0o r a n d4 0 5 0 k i n e t i cs t u d i e ss h o w e dt h ek mv a l u ea n dv m a xf o rc a t e c h o li s1o 3 2 m m o l l a n d6 4 5 2 x10 u m i n ，r e s p e c t i v e l y a sf o r h es u b s t r a t es p e c i f i c i t yo fp p o i te x h i b i t e d g r e a t e ra f f i n i t yf o rd i p h e n o l st h a nm o n o p h e n o l s ，w h i c hn op p oa c t i v i t yf o rw o s i n ew a s o b s e r v e d a tt h es a l t l et i m e ，t h er e s u l t ss h o w e dt h ee f f e c t so f v a r i o u si n h i b i t o r so nt h e a c t i v i t yo f p p o a sf o l l o w s ：n a 2 h s 0 3 4 一h r n a c d - a a c a 。 7 ，t h ef r e s hc w ca f t e rp r e c o o l e d ，c l e a n e d ，s e l e c t e da n dp e e l e dw e r et r e a t e dw i t h d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nc o m b i n a t i o n so f b r o w n i n gi n h i b i t o r sa c c o r d i n gf ob ( 3 1 ) t h e s i sf o rm a s t e r sd e g r e e 四川农业大学硕士论文2 0 0 5 o r t h o g o n a lt e s t s d u r i n gs t o r a g ea t4 c ，b d ，t p ，p p oa n dp a la c t i v i t yw e r e d e t e r m i n e dp e r i o d i c a l l y t h eo b t a i n e dr e s u l t sr e c o v e r e dt h a tt h eb e s tc o m b i n a t i o no f b r o w n i n gi n h i b i t o r ss e l e c t e df o rf l e s h c u tc w cw a so 2 d a a + o 0 5 n a c c o m p a r e d w i t ht h ee f f e c t sw h i c hw e r et r e a t e dw i t h0 1 n a i l s 0 3a n dw a t e r ，i tw a sag o o di n h i b i t o r s c o m b i n a t i o n k e yw o r d s ：f r e s h c u tc w c ，s u b s t r a t eo fb r o w n i n g ，p p o ，e x t r a c t i o n p u r i f i c a t i o n ，e n z y m a t i cb r o w n i n g ，i n h i b i t o r t h e s i sf o rm a s t e r sd e g r e e 5 一 壁塑至羞鳖堡塑壅墨塑銮蕉型堑塞 中文 文中缩写符号说明 英文 缩写符号 荸荠c hir e s ew a t e rc h e s t n u t 多酚氧化酶p o l y p h e n o lo x i d a s e 过氧化物酶p e r o x i d a s e 苯丙氨酸转氨酶p h e n y l a l a n i n ea m m o n i al v a s e 总酚含量t o t a lc o n t e n to fp h e n o l i c 褐变度 b r o w n n gd e g r e e 4 一已基问苯二酚4 - h e x y l r e s o r c ir i o 柠檬酸c i t r i ca c i d n 一甲酰一l 一半胱氨酸 n - a c e t y l l - c v s d 一异抗坏血酸d - i s o a s c i r b i ca c i d 2 氨基吲哚一2 - 磷酸 2 - a m i n o i n d a n e 一2 一p h o s p h o n i ca c i d 3 一烯醇丙酮酸草莽酸一5 一磷酸合成酶 3 一烯醇丙酮酸草莽酸一5 一磷酸 国际鲜切产品协会 肉桂酸羧化酶 6 c w c p p o p o d p a l t p b d 4 一h r c a n - a c d - a a a i p e p s p s e p s p t f p a c a 4 h t h e s i sf o rm a s t e r sd e g r e e 四川农业大学硕士论文2 0 0 5 第一篇文献综述 1 鲜切产品简介 国际鲜切产品协会( i f p a ) 对鲜切产品的定义“3 为：“任何品种的水果和或蔬菜， 只要加工艺过程改变了其物理的原始形忿，但仍然保持其新鲜状态的果蔬产品”。 随着人们生活水平的提高，尘活节奏的加快，消费者选购水果蔬菜时越来越强调 新鲜、营养、方便等特性。鲜切果蔬f 是由于具有这些特点而f 1 益受到消费者的青睐 和农产品加工企业的重视。 鲜切产品在上个世纪4 0 年代就已经出现在欧美一些国家的零售市场，因为不可 预见的产品质量和短的货架期，该类产品在当时却没有取得成功”。主要原因是加工 厂采用有质量缺陷或质量低劣的果蔬作为鲜切加工的原料；不能保证原料在整个加工 过程中处于冷藏温度的环境之下；不能保证对加工产品采用合理安全的包装。 在2 0 世纪7 0 年代中期，作为鲜切产品的最大消费者饭店，为了削减劳动力 成本开始使用更为方便的鲜切农产品“1 。为了满足快餐连锁店同益增长的需求，精明 的商人丌始经营加工莴苣丝和洋葱切片。2 0 世纪8 0 年代是鲜切行业的真萨变革期。 在此期间，北美洲饭店数量大量增加。也是在8 0 年代晚期出现了全自动包装机械， 使得新颖的有创造性的包装技术，以及冷链加工销售体系用于鲜切工业，把鲜切农产 品带进了一个欣欣向荣的新天地。由此，在2 0 世纪8 0 和9 0 年代，伴随着先进工业 技术在鲜切行业中的广泛应用，鲜切行业成立了它自己的商业协会：国际鲜切农产品 协会( i f p a ) 。 目前，鲜切产品主要销售到镁饮业和便食业，个人家庭消费也占有重要的市场份 额，而且该比例在逐年递增。i f p a 的报告显示，i 9 9 9 年世界鲜切产品工业的总产值 达到了约7 6 亿荚圆，美国2 0 0 0 年的消费额大致为1 0 1 2 亿美圆，占整个蔬菜销售额 的2 5 以上。1 ，估计在未束5 年内鲜切产品的销售量将会按每年3 5 的幅度增长。 在我国，鲜切产品在沿海大中城市也有销售，如去皮土豆、葶荠、莴苣、哈密瓜、西 瓜、胡萝h 、菠萝等，该类产品上市以来一直受到消费者的欢迎，但是由于规模零敞， 无法形成规模效益“。 2 鲜切产品加工工艺流程 t h e s i sf o rm a s t e r d e g r e e 鲜切荸荠酶促褐变及褐变控制研究 2 1 工艺流程 ，医困 2 2 适宜加工操作规程 目前，鲜切加工业普遍采用h a c c p 操作规程，并按照严格卫生的作业程序生产冷 藏包装的鲜切产品以便延长其货架期。本文就温度与微生物控制两方面柬展丌讨论。 2 2 i 加工贮藏的温度条件 气流( a i r t 。1 0 w ) 一压力( p o s i t j v e p r e s s u r e ) 环境温( a m b i e n tt )1 2 - 一4 4 清沈( w a s h i n g ) 原材料修整及预清洗消毒及漂沈包装贮运 7 f r i m m i n g d i s i n f e c in gc a l t o n r a wm a t e r i a l p r e w a m b i n g r i n s jn gd r a i n i n g p a c k i n ge x p e d t i o d 图l 加工操作单元的温度剃度以及气流图 f i g 1t e m p e r a t u r eg r a d i e n ta n da i r f l o wi nt h ep r o c e s s i n gu n i t 就温度条件而占，单元操作的设计以及歧备的选择和安装都应该以保证不同车i 、日j 的操作温度与图l “1 相一致。根据相关的操作规程要求”。，加工和贮运时采用如下温 度条件：1 ) 严禁将加工原料、半成品、成品暴露于l o 以上的环境条件下；2 ) 为 了保证切分后的半成品在包装期f b j 处于适宜的温度条件下，建议先将加工原料预冷致 o 一2 ：3 ) 在贮臧期间保持贮藏温度的稳定性。 2 2 2 氯消毒处理 结台卫生操作规程应用氯，可以显著的减少鲜切果蔬的微生物含量。按照法国的 t h bf o rm a s t e r sd e g r e e 四川农业大学硕士论文2 0 0 5 _ ：_ _ - 。_ 、爹穸歹歹 。 有关操作规程“1 ，经过氯消毒处理后，鲜切果蔬必须要采用饮用水再次清洗，以便去 处残留的氯( 氯含量要求少于0 5 p p m ) 。 在采用氯处理时，允许消毒处理的时间为2f f l i n “2 。同时p h 也是影响氯的消毒 效能的重要因素，一般的最佳处理条件是p h 值为6 5 - 8 。加工过程中鲜切果蔬组织 中微生物的变化如图2 ”1 。 2 3 鲜切产品酶促褐变及原因 果蔬组织遭受机械损伤( 如削皮、切丌、压伤、虫咬、磨浆、受热和冻伤等) 后， 便会影响氧化还原作用的乎衡。迅速发生氧化产物的积累，产生褐变”1 。这类反应需 要和氧气接触，由多酚氧化酶( p p o ) 所催化，称为“酶促褐变”。引起鲜切产品褐 变的主要原因为酶促褐变。在果蔬的鲜切加工、贮藏过程中，防止褐变是一个十分重 要的研究课题。 2 3 1 酶促褐变 鲜切果蔬的色泽变化有多方面的原因，例如鲜切莴苣因衰老、长时间处于高温条 件下或存放在酸性环境下等这些原因而使得应有的绿色变淡“1 ；鲜切蘑菇”、梨”1 和 苹果”因为p p o 的催化氧化而退色或褐变；白罩透红的胡萝h 丌始因为失去水分变干 而变色，后来因为木质化而遐色o 3 。 酚一酚酶的区域化分布学说是目前比较接受的解释酶促褐变的学说之一。果蔬中 的酚类物质与p p o 存在着区域性分布。m a y e r 和h a r e l ( 1 9 7 9 ) 的研究指出，一常的植 物组织不发生褐变与细胞内酚类物质和p p o 的区域化分布有关“1 ：鞠志国等( 1 9 8 8 ) 研 t h e s i sf o rm a s t e r sd e g r e e9 鲜切葶荠酶促褐变及揭交控制研究 究发现液泡是多酚类物质贮存和积累的场所，但不含多酚氧化酶，多酚氧化酶主要集 中在细胞质中，也有存在于细胞膜和细胞壁上“”1 。多酚类物质与p p o 的区域性分布对 植物的生长发育有保护作用，可减少伤害和延缓植物衰老。多酚类物质与p p o 的区域 性分布保护了组织细胞的正常生理活动，防止褐变的发生“。 + 0 2 + b 叱 一 p p o o h 4 - m e t h yt c a t e c o h ：旷+ 0 2 o - 。地， c a t e c h o l o - q u i n o n e s 图3 多酚氧化酶参与的氧化反应：a ) ，单酚氧化成为邻苯二酚； b ) ，邻苯二酚氧化为邻苯二醌 f i g 3r e a c t i o n st h a tc a nb ec a t a l y z e db yp o l y p h e n o lo x i d a s e ：a ) ，y d r o x y l a t i o no f m o n o p h e n o l st od d i p h e n o l sa n d ：b ) ，x i d a t i o no f o d i p h e n o l st o 口- q u i n o n e s 然而切分加工引起细胞中酚与p p o 的区域化分布状态遭到破坏，褐变发生便成为 可能。切分3 n t 也能引起组织合成酚类化合物，增强切分组织的褐变敏感性“，同时 也增强p p o 活性及可溶性“。3 ，加速褐变反应的发生。如切分莲藕气调贮减期间绿原酸 含量也会增加“。番薯在切分后三周内p p o 活性及总酚含量迅速上升】。褐变会引起 外观色泽变化同时也改变风味，造成营养物质损失，大大降低了产品的商品价值。消 费者常把这些变化与老化或腐烂相联系。因此，必须将这些反应的危害降到最低程度， 以保持货架期内鲜切产品的新鲜外观，自然风味和良好品质。 酶促褐变是一个相当复杂的过程，可以细分为两个阶段，如图3 ”。p p o 催化酚类 物质形成邻苯醌而使切分表面出现轻微褐变，然后在通过复杂的醌聚合反应而形成大 量的褐色物质。邻苯醌有很高的活性，在有空气存在的条件下能够迅速的氧化和聚合。 它还能和其它醌类物质、酚类物质、蛋白质的氨基酸残基、肽和游离氨基酸、硫醇类 化合物，维生素c 等反应”。 1 0 t h 目t sf o rm a t t e r sd e g r e e 四川农业大学硕士论文2 0 0 5 表1 部分果蔬中p p o 的底物 t a b 1t h es u b s t r a t e so fp p of r o mf r u i t sa n d v e g e t a b l e s 酶的来源底 物 节果( 叶绿体) 4 一甲基儿茶酚、绿原酸、3 、4 - 二羟基苯丙氮酸、( 一) 一表儿茶 素、咖啡酸、3 、4 一二羟基苯甲酸、对甲酚 苹果( 皮) 4 一甲基儿茶酚、儿茶酚、 ( + ) 一儿茶素、绿原酸 ， 绿原酸、儿茶酚、( + ) 一儿茶素、咖啡酸、 梨( 图) 3 、4 - 二羟基苯甲酸、对甲酚 甘薯绿原酸、咖啡酸、咖啡酰腹 。 绿原酸、儿茶酚、咖啡酸、3 、4 - 二羟基苯甲酸、 马铃薯 对羟基苯基丙酸、对甲酚、间甲酚、对羟基苯基丙酮酸 蘑菇 儿茶酚、3 、4 一二羟基苯丙氨酸、多巴胺、l 一肾上腺素、 l 一去甲基肾上腺素、d 一肾上腺素、d 一去甲基肾上腺素 2 3 2 酶促褐变底物 果蔬中含有许多种类的酚类化合物然而，只有其中的一部分可以作为多酚氧化 酶的底物，如表l “1 。而这些酚类化合物在p p o 的催化下所发生的反应将导致产品变 色。在果蔬中，p p o 最重要的天然底物是儿茶酚、3 、4 - 二羟基肉桂酸酯、3 、4 - 二羟 基苯丙氨酸和酪氨酸“。绿原酸是p p o 在自然界中分布最广泛的底物“。酪氨酸是 种酚类化合物，同时也是构成蛋白质的一种氨基酸，它存在于所有的植物组织中、”1 。 苹果中p p o 能催化3 、4 一二羟基苯两氨酸氧化和对甲酚羟基化，然而，不能作用于酪 氨酸“。因此，p p o 的最适宜底物并非总是与酶同时存在于同一植物中的那些酚类化 台物。 2 4 鲜切产品酶促褐变控制 2 4 1 减少对果蔬组织的损伤 减轻对加工果蔬组织所造成的损伤，可以降低褐变“。切分或去皮，若使用锋利 的刀对果蔬组织进行加工可以将损伤减少到较低程度“1 3 。胡萝h 在去皮若使得表面严 重性磨损，引起组织表面木质化：但是若采用锋利的器具去皮，胡萝卜表面磨损程度 t h e s i sf o rm a s t e r id e g r e e 壁塑茎羞堕堡塑壅壁塑变量型堑塞 在可接受范围之内，鲜切胡萝h2 下贮减3 5 d 后切分表面几乎不会木质化、。在许 多的鲜切果蔬的加工生产线上，切分整理后的果蔬应该立刻转入到下一个清洗工序 中，这样可以明显减少组织褐变。因为受到损伤的细胞内物质可以随着清洗的进行而 移出，组织褐变可以明显的降低。“。 0 4 0 3 0 。2 0 1 0 51 02 03 04 06 0 n u m b e ro fp u n c t u r e s 图4p a l 活性变化与组织损伤程度之间的关系 f i g 4t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np a la c t i v i t ya n dd e g r e eo fw o u n d i n g 鲜切加工造成组织损伤，影响了酚代谢。酚代谢机制与果蔬所所采用的加工方法 与加工强度有一定的关系，严重的组织损伤，会加重组织脱水和微生物入侵的力度。“ 。组织所受到的损伤程度越大组织中p a l 活性也相应增强( 如图4 ”。) ，与此同 时，酚含量在一定时间范围内也会增加，如鲜切莴苣“。 2 4 2 化学抑制剂的应用 化学防褐变剂中，防酶促褐变试剂能有效的阻止酶促揭变和非酶促褐变，控制微 生物生长，作为漂白剂、抗氧化剂或还原剂。亚硫酸盐的使用有一些不利的方面，除 了腐蚀机械破坏营养外，亚硫酸盐可以使组织软化并产生异昧。使用距硫酸赫对健 康不利，而且顾客同益追求新鲜、天然食品的趋势已成为寻找实用的功能性亚硫酸献 替代品的强大动力。已经歼展了许多寻找亚硫酸替代品束控制揭变的研究。 2 ，4 2 1 抑制多酚类物质的合成与代谢 果蔬如苹果或香蕉切分加工后，切片通常在几小时后就褐变了。然而微加工莴苣 和甘蓝放置数天后才开始褐变。从整理或切片到褐变之间的这一段时间被认为是 组织合成酚类物质的阶段”“。成熟节果组织中含有足够量的酚类物质而使鲜切葶果在 t h e s i sf o rm a s t e r sd e g r e e 四川农业大学硕士论文2 0 0 5 很短的时间内就褐变然而莴苣组织中仅含有相当少量的酚类物质”。 e p s p s 催化莽草酸3 一磷酸生成e p s p ，是莽草酸途径( s h i k i m a t ep a t h w a y ) 中催 化苯丙氨酸生成p a l 的关键酶“。植物组织中的大部分酚类物质的形成经苯丙氨酸途 径是：在p a l 的作用下脱去氨基形成肉桂酸，再经肉桂酸羧化酶( c a 4 h ) 作用下形 成香豆酸，再进一步反应形成各种酚类物质及其衍生物。 p a l 与c a 4 h 是形成酚类物质的关键酶”。：。通常认为这两种酶与膜连接，被膜所 束缚，其活性高低直接影响到酚类物质的积累。许多的逆境胁迫，如机械损伤，低温 冷害，二氧化碳损伤，光线以及生长调节剂等，都可影响到p a l 和c a 4 h 的活性“。 鲜切产品在冷藏情况下，也会通过上诉代谢途径合成酚类物质，氧化或醌而使鲜切果 蔬褐变。一些研究者的研究结果阐明了莴苣叶中p a l 活性与褐变之间的关系”9 = 。”。 h is a m i n a t o 等人的研究表明了，4 贮减的鲜切莴苣几天后发生褐变的三个关键性因 素为p a l 、p p o 、以及总酚含量，通过a i p 抑制酚类物质的合成便可以阻止褐变。因 此采用化学抑制剂抑制酚类物质的合成途径中的关键酶类便认为是抑制酶促褐变的 一个入手点。h i s a m i n a t o 等人通过a i p 抑制p h e t _ l y l p r ( ) p a n o i d 途径。“，有效的抑制了 鲜切莴苣在贮藏期间的褐变。z o n 和a m e r h e i m 采用草甘膦抑制3 - 烯醇丙酮酸革莽酸 一5 一磷酸合成酶一e p s p s ( e c2 5 1 1 9 ) 处理鲜切莴苣时，褐变也是明显受到了抑制 l 2 4 2 2 抑制p p o 活性 亚硫酸赫替代物研究最多的可能是抗坏血酸。这种化合物对酶褐变有强烈的抑制 效果，主要因为它能在醌类物质聚合形成色素之前，将醌还原为酚类化合物。不幸的 是，壁抗坏血酸被完全氧化脱氢抗坏血酸( d h a a ) ，醌类物质积累并引起褐变”i 。 s a p e r s 和m i l l e r 用抗坏血酸柠檬酸处理削皮土豆，可获得大约2 周保质期的鲜切 土豆”1 1 ；节果肉片用高浓度抗坏血酸( 质量百分数为1 5 ) 浸泡2 0 s e c ，在4 6 下 贮藏3 4 d 而不发生褐变。川：使用p h 值为7 - 9 质量分数为0 2 的抗坏血酸和 0 3 - 0 4 的氯化钙溶液处理苹果肉时，抑制褐变效果更好。在果蔬加工中，添加 抗坏血酸不仅可以防止褐变、保护花青素、避免氧化，而且还可以增加果蔬营养价值， 不过其作用是短暂的”1 。 柠檬酸作为螯合剂和酸化剂都有抑制p p o 的作用。利用柠檬酸和柠檬酸一抗坏血 酸结合物以及苯甲酸或山梨酸作为浸淋剂处理鲜切土豆得到较好的结果。陈秀芳等发 现在包装前将桃用0 0 2 5 柠檬酸和0 0 8 1 抗坏血酸的混合溶液处理后，桃p p o 活 t h e s i sf o rm a s t e r sd e g n e 1 3 鲜切荸荠酶促褐变及褐变控制研究 力抑制达到了最佳效果。”3 。 表2 部分使用抑制酶促褐变的化学抑制剂 一t a b 2p a r t c h e m i c a la l e n t s w i t h i n h i b i t o r y a c t i o n o n e n z y m a t i c b r o w n i n g 褐变抑制剂抑制机理评价 试验浓度 4 一己基间苯二酚( 4 一h r ) 是最近发现的并获得专利的p p o 有效的竞争性抑制剂。4 一h r 对于虾、节果、土豆