果蔬褐变及其影响因素研究进展

1、食品与药品Food and Drug年第卷第期果蔬褐变及其影响因素研究进展连毅，李燕（山东农业大学食品学院，泰安）摘要：果蔬贮藏、加工过程中的褐变包括酶促褐变和非酶褐变（反应、焦糖化反应、抗坏血酸氧化变色和多酚类氧化缩合）。发生酶促褐变必须具备酚类物质、酚酶和氧个条件，影响因素有、温度和非酶褐变的影响因素因褐变类型的不同而存在差异。关键词：果蔬；酶促褐变；非酶褐变中图分类号：文献标识码：文章编号：（）等。，（，）：（，），：；许多水果蔬菜在贮藏、加工及销售过程中易发生褐变，不仅影响果蔬的价值，而且也降低了其内在品质。目前，普遍认为引起果蔬褐变主要有两方面原因：酶促褐变和非酶褐变。酶促褐变是指组

2、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而导致组织变色。非酶褐变是指由各种非酶原因引起的化学反应而造成的果肉或果皮的褐变，如糖与含氮物质、有机酸物质的反应等，现将研究进展概述如下。酶促褐变及其影响因素酶促褐变的物质条件酚类物质植物体内的酚类物质种类多、分可将其分为类：（）水溶性酚类物质包括各种酚酸、黄酮类化合物、花色素、水溶性单宁等，这种酚类物质可溶于水和乙醇，但氧化后不溶于水，只溶于乙醇；（）非水溶性酚类物质包括缩合单宁和木质素等。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，其它部分由乙酰经聚酮酐途径产生。酚类物质作为酶促褐变

3、的底物有很多报道，不同植物、同一植物的不同组织、同一组织的不同发育期，其褐变的主要酚类物质均可不同。对香蕉褐变底物的研究表明，其褐变的主要底物是多巴胺，鸭梨的褐变底物是以绿原酸为主的酚类物质，邻苯二酚是鲜切莲藕的主要褐变底物。研究还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，总酚含量与与褐变有关的酶类多酚氧化酶布广、含量丰富。根据碳骨架的不同，酚类物质包括简单酚类（如氢醌、熊果苷）、苯基羧酸（如原儿茶酸、没食子酸、莽草酸）、苯丙烷衍生物绿原酸）及黄烷衍生物（如黄烷酮、黄酮、黄酮醇、花色素）个种类。根据酚类物质的溶解性，收稿日期：（如肉桂酸、肉桂醇、香豆素、木质素

4、、咖啡酸、褐变有很好的负相关性。，（）是一类广泛存在于植物作者简介：连毅（），男，在读硕士研究生，果蔬加工研究专业食品与药品Food and Drug年第卷第期体内能催化酚类物质氧化成醌类的含铜金属酶类，动膜脂过氧化作用。在急降温对梨褐变的影响的它包括单酚氧化酶（酪氨酸酶，）、双氧化酶（儿茶酚氧化酶，）及漆酶（，了较为广泛深入的研究，一致认为植物组织中的酶促褐变主要是由作用所引起的。能催化两类不同的反应：一类是一元酚羟化，生成相应的邻二羟基化合物；另一类是邻二酚氧化，生成邻苯醌。两类反应均是需氧反应。刘玲等通过破坏牛蒡的活力有效抑制了牛蒡的褐变；谭兴杰还明在果皮褐变中的作用。据报道催化形成的醌

5、次级产物在植物抗病中起着重要作用：醌次级产物形成的黑色素集结，形成可以阻碍感染的痂；醌与植物蛋白键合可以降低亲核氨基酸的营养价值；醌醌类物质具有抑制细菌繁殖的作用等。过氧化物酶，（）是一种由单一肽链与卟啉（，）构成的血红素蛋白（），系脱辅基蛋白分子（）与血红素结合构成的全酶（）。广泛存在于各种动物、植物和微生物体，可以催化由过氧化氢参与的各种还原剂的氧化反应：。是果蔬成熟和衰老的指标，在植物的生命活动中具有重要功能。对在果皮褐变中所起的作用，现在仍有争议。有人认为，果皮活性的变化可能是褐变的早期标志，它可以参与催化酚类物质、谷胱甘肽和抗坏血酸的氧化而使果皮变色。荔枝果皮中含有较高的活性，并随着

6、贮藏时间的延长酶活性增加。室研究中，发现急降温促进了细胞内活性氧的积累，梨果心褐变严重。当浓度一定时，浓度与果肉褐变呈正相关。相同浓度下，果实不受尽管酚类物质、多酚氧化酶、氧气同时存在于果实内部，但正常的果实不易发生褐变。目前比较接受的说法是果实中的酚类物质与存在着区域化分布，酶、酚类物质在植物细胞内是通过一系列膜系统实现区域化分布的，导致酶与酚类物质不能直接接触。采后衰老和不良环境条件引起了与形成域化分布，尽管酚类物质、多酚氧化酶、氧气同时存在于果实内部，但正常的果实不易发生褐变。目前比较接受的说法是果实中的酚类物质与存在着区域化分布，酶、酚类物质在植物细胞内是通过一系列膜系统实现区域化分布

7、的，导致酶与酚类物质不能直接接触。采后衰老和不良环境条件引起了与形成“区域化”有关膜系统的破坏，从而打破了这种区域化分布，使酶和底物相互接触而引起果实的组织褐变。区域化的破坏表现为组织相对电导率增加，和丙二醛含量升高，超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性降低。鞠志国等研究了莱阳茌梨原生质体、液泡中酚类物质及的活性，发现液泡是酚类物质贮存和积累的场所，但不含。主要集中在细胞质中，证明了多酚氧化酶与多酚的区域化分布。酚类物质与的区域化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，维持了组织细胞的正常生理活动，防止褐变的发生。影响酶促褐变因素温度目前认为大多数酶都属于蛋白质，温）。国内外许多学

8、者很早就开始对进行（）浓度变化的影响。从荔枝果皮中分离出了的底物，从而进一步证“区域化”有关膜系统的破坏，从而打破了这种区温下荔枝果皮的褐变和活性的迅速升高一致，表明很可能也参与荔枝果皮的褐变，并参与了酚类和抗坏血酸的氧化。活性氧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。空气中的氧气不能直接参与酚类物质在作用下发生的褐变，代谢中的活性氧才是酶促褐变的主要需氧条件，活性氧包括、和，其中和是对细胞极为有害的物质，可通过反应或可直接伤害蛋白质、核酸和脂类等生物大分子，启且、活性高的荔枝品种果实易出现褐变，度的升高能使蛋白质变性，酶失活。不耐热，最适温度一般为，或者。对无核白葡萄的耐热

9、性研究表明，在以下时随时间延长酶活性下降幅度较小，而在时仅酶活性就基本消失。但是有些果实（如香蕉、苹果、梨等）中多酚氧化酶热稳定性较高，加工时酶活性不易失活。香蕉一般在的热水中处理酶的活性才能完全丧失。是果蔬中耐热性最强的酶。工厂一般通过检测过氧化物酶活性酒精溶液与等体积混合，在果蔬切片上滴反应形成，是生物体内最强的氧化基团，来检测钝化酶的效果，即将浓度为的愈创木酚食品与药品Food and Drug年第卷第期加滴，若切片呈红褐色，酶未失活；若切片保持原色，则酶已失活。果蔬尤其是热带亚热带果蔬，在贮藏时易受到低温伤害，伤害发生时首先损伤细胞膜，使膜收缩、破裂，从而破坏了膜的选择透性，引起细胞内

10、的物质外渗，底物与酶的区域化遭到破坏，酶与底物接触，导致组织褐变。当荔枝果实处于冷害温度环境下，果皮细胞膜系统透性持续增大，细胞区域化被解除，可能导致花色素苷、酚类从液泡中渗漏，在花色素苷酶、等的作用下，酚类物质氧化成醌，醌进一步聚合而成褐色物质，果皮呈现褐色症状。植物中的最适一般在左右，随着的下降，的活性直线下降，特别是在以下时，强酸性环境会使酶蛋白上的铜离子解离下来，导致逐渐失活，酶活性趋于最的含量降低对的抑制作用减少，使其活性增加，导致单宁等物质被氧化，产生褐变。有机酸常用作酸化剂来防止芦荟制品褐变，其中最常用的是柠檬酸。事实上，柠檬酸在抑制酶促褐变方面具有双重作用，不但可作为酸味剂降低

11、体系，而且还可作为络合剂，与从多酚氧化酶上解离下来的铜离子作用，形成络合物，降低酚酶的活性。氧气除去或减少体系中氧气含量常用的机械方法是真空脱气法。如生产果肉浑浊汁、鲜榨汁的现代大型企业，都采用瞬时高温和真空脱气，灭菌并防止褐变。在果蔬贮藏中如果完全去氧，反而会造成果蔬二氧化碳中毒，故常采用气调贮藏。孔凡春等在用气调包装贮藏去壳雷竹笋发现，在气体比例为、和，贮藏温度为的条件下，气调贮藏能明显抑制的含量和、的活性，从而抑制了雷竹笋的褐变。非酶褐变及影响因素反应反应是以法国化学家命名的一种羰氨褐变反应，是指醛、酮及还原糖等羰基化合物与反应主要分个阶段进行：（）起始阶段：醛糖与氨基化合物进行缩合反应

12、形成，再经环化形成相应的取代醛糖基胺，经重排形成化合物（氨基脱氧醛糖）；（）中间阶段：化合物在中间阶段进行的反应，主要有条路线：在酸性条件下进行，烯醇化反应生成羟基甲基呋喃醛或呋喃醛；在碱性条件下进行，烯醇化反应，产生还原酮类及脱氢还原酮类；继续进行裂解反应，形成含羰基或双羰基化合物以进行最后阶段反应，或与氨基进行分解反应产生醛类；（）最终阶段：此阶段反应相当复杂，其反应机制尚不清楚，可能为中间阶段产物与氨基化合物进行醛基氨基反应最终生成类黑精。糖是反应必不可少的一类物质，糖的种类、含量的高低都会影响反应。有资料表明，单糖和（重排产物）的呋喃或吡喃糖环更能直接脱水。这是因为椅式吡喃果糖环是以半

13、缩醛羟基和的反应消去方式进行直接脱水，而且°的扭转角加之半缩醛羟基的不稳定性使直接脱水更易进行，环状间接脱水后随着温度的升高形成共轭产物，这些共轭产物还可进行区域专一的再环化，形中既是反应底物，也是反应的催化剂。等依据反应活性将氨基酸分成群，高褐变群：赖氨酸、甘氨酸、色氨酸、酪氨酸，中褐变群：脯氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸、甲硫氨酸，低褐变群：组氨酸、苏氨酸、天冬氨酸、精氨酸、半胱氨酸、谷氨酸。藕汁中含有多种氨基酸和碳水化合物，反应贯穿于藕汁饮料生产及产品的贮藏过程，不仅使藕汁的颜色发生改变，还使其营养成分受到损失。温度对反应速度影响显著，温度越高，褐变速度越快。香蕉浆酶解

14、时采用，短时间内不会对反应产生显著影响。但，的杀菌处理加速了还原糖与自由氨基化合物间的反应，还原糖与氨基化合物在热处理时发生的反应是香蕉汁色泽变化的原因之一。苹果汁非酶褐变随加热温度的提高和时间的延长而加重，主要原因可能是苹果汁中的糖类受热生成呋喃类化合物，呋喃化合物参加反应的后阶段形成褐色物质。对反应也很明显，羰氨反应一般在的条件下最易进行，当低于时反应速度迅速降低。香蕉汁加工中香蕉果肉的活度（）也是影响反应的一个重要因素，在时最容易发生褐变，一般情况下，褐变反应速度与基质浓度成正比。在完全无水的情况下，氨基化合物和羰基化合物的分子无法运动，褐变几乎不发生；而在水分含量很高的情况下，反应基质

15、低。葡萄贮藏过程中，随着贮期的延长，有机酸、成、环杂环化合物。氨基酸在反应氨基酸、肽及蛋白质等氨基化合物之间的反应。在左右，可大大抑制反应的速度。水分食品与药品Food and Drug年第卷第期多元酚氧化缩合浓度很低，反应也难于发生。近年来又发现，室温下氧气的存在对反应起促进作用，所以易发生反应的果蔬在贮藏、加工过程中，应尽量减少与氧的接触。金属离子对反应的影响不同，铁和亚铁离子能促进反应的选用不易发生反应的果蔬、应用褐变抑制王荣成等用脱色剂和离子交换柱处理浓缩莱阳梨原汁，使氨基酸含量由降至，褐变反应得到控制，但降低了营养价值。焦糖化褐变焦糖化反应是碳水化合物特别是低分子糖类或糖浆经加热发生

16、的一类复杂反应。一般来说，焦糖化反应易发生在高温、碱性及高浓度条件下。苹果汁在浓缩过程中随着糖度的提高，褐变度缓慢增加。当糖度提高到时，再继续浓缩，糖度增加很大，褐变度也急剧增加，表明苹果在高糖度时更易发生焦糖化反应。在酸性条件下，由于杀菌等热处理使糖分解成糠醛（）及羟甲糠醛（），虽然它们不会直接影响果汁的风味，但是它们会与果汁中氨基化合物继续反应，参与反应后阶段的缩合反应形成黑精色素。为了减少焦糖化反应对果汁色泽的影响，采用瞬时高温杀菌可能会更好。抗坏血酸氧化变色抗坏血酸是果汁中主要营养成分之一，因其兼具酸性和还原性，极易氧化分解。其氧化有种途径：能进一步脱水形成（，二酮古洛糖酸）后，脱羧产

17、生酮木糖（），最终产生还原酮。还原酮会参与反应的中间及最终阶段，从而大大加快褐变速度。无氧分解其主要产物为，当氧气完全消耗或低至某一浓度时便开始进行无氧分解。果汁在贮存过程中，抗坏血酸含量的降低主要是因为进行无氧分解所致。抗坏血酸主要来自于抗坏血酸分子部分，色氨酸的吲哚环有助色作用。抗坏血酸的氧化褐变也受体系酸碱度的影响，当体系的为时，抗坏血酸生成脱氢抗坏血酸，而且是可逆的，氧化褐变速率缓慢。当体系呈中性或碱性时，抗坏血酸氧化褐变反应最快多元酚属于酚类化合物，化学性质相当活泼，很易氧化成为苯醌（），而苯醌是非常强烈的亲电子基团，极易与亲核基进行诸多不同的反应。随着采后荔枝果皮褐变指数的升高，果

18、皮花色花色素苷的变色和降解有关。升高和温度的升降解产物会进一步被氧化。果汁系统中，多元酚可能与蛋白质结合而使含量下降，或进行多元酚本身氧化缩合反应或与果汁系统中其他化合物进行共呈色作用，果汁中其他的成分也可能直接或间接地受到多元酚氧化的影响。去除多酚类物质以防止非酶褐变的措施在实际操作中并不适用。一方面是因为去除多酚类物质的常用方法是活性炭吸附法，此方法的缺点在于活性炭的非专一性，即活性炭在吸附多酚类物质的同时，还将吸附体系中的其它活性成分，如芦荟胶、蛋白质、氨基酸等，从而影响产品的内在品质。另一方面，不同用途的果实制品对多酚类物质的含量要求不同，例如，用于清理肠胃、消除便泌的制品就必须含有一

19、定量多酚类物质，否则就没有上述功效。因此，实际生产中一般不采用这种方法控制非酶褐变。结束语果蔬褐变是多种因素影响的复杂过程，目前关于果蔬褐变机理已有了深刻的认识，其机理可能包谢失调，细胞结构的破坏使酶（，）、褐变底物（酚类物质）在细胞中区域化分布破坏等，结果是酶促褐变和非酶褐变同时出现。有关抑制褐变的方法也已经从物理、化学、生物技术等多方面入手，找到了多种抑制果蔬褐变的有效方法。随着科学技术的不断发展，运用高新技术更深层次的揭示褐变机理，采取更有效的抑制褐变技术，将果蔬高质量的食品已经成为可能。参考文献孙蕾，王太明，乔勇进，等果实褐变机理及研究进展经济林研究，（）：，：中国科学院植物研究所鸭梨

20、黑心病防治小组鸭梨黑心病研究发生，而钙、镁离子能减缓反应的发生。素苷含量显著下降，两者呈现很好的负相关。这与剂、脱除反应底物或还原糖，就可能控制褐变发生。高均能促进花色素苷的降解，生成有色物质，并且有氧和无氧反应。有氧氧化后成为含脱氢抗坏血酸，括花色素苷结构和数量的变化，细胞的氧化还原代与氨基酸褐变的有色物的光吸收在区域，贮藏、加工提高到更高的水平，为人们提供安全、。金属离子也可促进抗坏血酸氧化褐变，柑橘汁中铜、镁影响较大，铝次之，锌和锡较小。食品与药品Food and Drug年第卷第期酚类物质的酶促褐变植物学报，（）：郁志芳，赵友兴，李宁，等鲜切莲藕酶促褐变底物的分析确定食品科学，（）：胡晓丹，卢黎明，谢笔钧莲藕酶促褐变的研究江苏食品与发酵，：许传俊，李玲植物多酚氧化酶的研究进展生命科学研究，（）：刘玲，高维道，张建慧抑制牛蒡褐变的工艺研究食品与机械，：谭兴杰，周永成荔枝果皮多