鮮切果蔬酶促褐變關(guān)鍵酶的研究進展

宋曉雪，胡文忠 ，畢 陽，姜愛麗

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州730070;2.大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，遼寧大連116600)

鮮切果蔬又名最小加工果蔬，微加工果蔬，輕度加工果蔬，即新鮮果蔬進行分級、整理、清洗、切分、保鮮、包裝等處理，并使產(chǎn)品保持生鮮狀態(tài)的制品。鮮切果蔬產(chǎn)品以其新鮮、營養(yǎng)、方便等特點其市場發(fā)展前景廣闊。新鮮果蔬經(jīng)過切割處理后，極易發(fā)生酶促褐變，不僅嚴(yán)重影響鮮切果蔬的感官品質(zhì)并且也會對風(fēng)味、營養(yǎng)成分產(chǎn)生影響［1］。促使鮮切果蔬酶促褐變的關(guān)鍵酶主要包括多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)，過氧化物酶(phenylalanine ammonia，POD)、苯丙氨酸解氨酶(lipoxygenase，PAL)、脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)、抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和過氧化氫酶(catalase，CAT)［2］。本文主要通過綜述鮮切果蔬酶促褐變關(guān)鍵酶活性的特性以及在酶促褐變中的作用機理，從而為鮮切果蔬酶促褐變的研究提供更多相關(guān)理論知識。

1 PPO 的變化

研究人員對于酶促褐變的機理先后提出了乙醛-乙醇毒害假說、自由基傷害假說、維生素C 保護假說、酚-酚酶區(qū)域化分布學(xué)說等理論，目前酚-酚酶區(qū)域化分布學(xué)說普遍被人們所接受。根據(jù)闡述，果蔬的褐變與其中的酚類物質(zhì)與PPO 的區(qū)域化分布有關(guān)［3］。PPO 的系統(tǒng)命名為鄰二酚:氧-氧化還原酶(E1，10，3，1)，它是一種含銅離子的膜蛋白酶，參與植物細胞的呼吸作用，能激活分子氧，使分子氧與氫結(jié)合成水，是一種末端氧化酶［4］。

1.1 鮮切果蔬中PPO 的特性

PPO 幾乎存在于所有的植物細胞中，其直接催化相應(yīng)的酚類物質(zhì)生成褐色的醌類物質(zhì)引起酶促褐變［5］。PPO 被認為是催化果蔬酶促褐變反應(yīng)的重要酶，不同種類的果蔬其PPO 活性和作用底物不同，同一種類不同部分的PPO 活性也存在較大差異，因此果蔬間的褐變程度不盡相同［6］。張亞偉［7］等研究發(fā)現(xiàn)不同品種梨果實中酶促褐變相關(guān)酶活性存在較大區(qū)別，鴨梨中的PPO 活性高達5324.06U·g-1，而豐水梨和雪梨的PPO 活性分別為1673.98、1351.28U·g-1。PPO 活性的不同會導(dǎo)致褐變程度的差異，這是導(dǎo)致梨果實中果心部位的褐變程度高于果肉部位的原因，蔡惠［8］等研究發(fā)現(xiàn)安梨品系燕安3 號果實的不同部位果肉和果心部位的PPO 活性不同，分別為11.67、8.06U·g-1·min-1。

1.2 PPO 在鮮切果蔬酶促褐變中的變化

鮮切果蔬在加工過程中果蔬細胞破損，酚類化合物和PPO 的區(qū)域性結(jié)構(gòu)遭到破壞，酶和底物直接接觸促進了酶促褐變的發(fā)生［9］。切割會引起果蔬的PPO活性普遍升高［10］，通過PPO 活性的變化，選擇更適合鮮切加工的原材料，可以保證商品品質(zhì)和經(jīng)濟效益。羅海波［11］等研究發(fā)現(xiàn)鮮切茭白在貯藏期間其PPO 活性呈上升趨勢。Cabezas［12］等的研究表明鮮切洋薊PPO 活性在貯藏期間也呈現(xiàn)增長趨勢，在貯藏的第3天PPO 活性增長的最大，顯著高于初始值。另外，耿飛［13］等的研究也顯示出隨著貯藏時間的增加，皇冠梨的PPO 活性在逐漸的增強，從初期40U·g-1·min-1增長到貯藏第12d 的74.4U·g-1·min-1。

2 POD 的變化

POD(EC1，11，1，7)廣泛存在于植物組織中，對植物的抗逆防御、生長發(fā)育、遺傳育種以及木質(zhì)素合成等過程起著重要的作用［14］。果蔬切分后，機械損傷導(dǎo)致的逆境破壞了植物體中活性氧的代謝平衡，大量活性氧積累，造成細胞膜質(zhì)過氧化，破壞細胞結(jié)構(gòu)的完整性，易引起褐變，POD 是植物逆境環(huán)境下體內(nèi)酶促防御系統(tǒng)中的一個重要酶［15］。

2.1 鮮切果蔬中POD 的特性

POD 催化酚類物質(zhì)發(fā)生褐變，首先是在細胞代謝過程中消解H2O2，利用H2O2釋放出的氧去氧化酚類物質(zhì)生成醌，然后在進行一系列脫水、聚合反應(yīng)，最后形成黑褐色物質(zhì)并在反應(yīng)部位聚集而引起褐變［2］。與PPO 活性變化相似，在果蔬的不同部位POD 的活性也有差別。劉春麗［16］等研究發(fā)現(xiàn)鮮切茄子產(chǎn)品中茄子皮的OD 值為0.392，而茄子肉的OD值為0.351，由此可見茄子皮的POD 活性略高于茄子肉。程雙［17］等的研究也表明鮮切甘薯表層果肉的POD 活性大于內(nèi)層果肉和完整的甘薯。

2.2 POD 在鮮切果蔬酶促褐變中的變化

POD 是引起果蔬褐變的關(guān)鍵酶類，它能催化過氧化物對酚類物質(zhì)的氧化，最終導(dǎo)致果蔬組織的褐變［18］。鮮切果蔬在貯藏期間POD 的活性普遍呈先增高再降低的趨勢。金龍嬌［19］等研究表明鮮切蘋果POD 活性在貯藏前期也呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在貯藏的第3 天POD 活性達到最大值，而后逐漸降低。Jiang［20］研究發(fā)現(xiàn)貯藏期間蘑菇的POD 活性增加，并在第8d 達到最大值，比初期活性增加了61.7%，而后活性則呈現(xiàn)出緩慢的降低。Peng［21］等的研究也顯示出沒有經(jīng)過過氧化氫處理的對照組鮮切菱角POD 活性在整個貯藏過程中呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。

3 PAL 的變化

由PAL(EC4.3.15)參與催化的苯丙烷途徑是植物體內(nèi)的一條重要的次級代謝途徑。PAL 催化L-苯丙氨酸解氨生成反式肉桂酸，是催化苯丙胺類代謝第一步的反應(yīng)酶，也是苯丙烷類代謝途徑關(guān)鍵酶與限速酶，和一些重要的次生物質(zhì)，如木質(zhì)素、黃酮類物質(zhì)的合成有關(guān)，為許多酚類及類黃酮終產(chǎn)物的合成提供前體，與酚類物質(zhì)的生成有關(guān)［22］。

3.1 鮮切果蔬中PAL 的特性

苯丙烷代謝相關(guān)酶以多酶復(fù)合體的形式存在于細胞內(nèi)，其中苯丙烷類代謝途徑的限速酶PAL 在代謝物合成途徑中位于代謝支路的分叉處，主要合成酚類次生代謝物［23］。鮮切可以引起PAL 的活性增加。潘永貴［24］等的研究表明鮮切荸薺在貯藏過程中PAL 的活性隨著貯藏時間的增加呈上升趨勢。Campos-Vargas［25］等研究發(fā)現(xiàn)鮮切萵苣葉子的PAL活性比初始值增加了近八倍，并且在鮮切萵苣葉子受到機械處理后的24h 內(nèi)PAL 的酶活性增加最為明顯。

3.2 PAL 在鮮切果蔬酶促褐變中的變化

PAL 的活化增加使酚類物質(zhì)合成積累，為PPO提供催化底物進而加速酶促褐變的反應(yīng)進程［26］。研究表明鮮切果蔬在貯藏期間PAL 的活性普遍呈先上升再下降的趨勢，主要原因是鮮切果蔬在加工中的機械傷害使苯丙烷代謝被激活，可誘導(dǎo)PAL 的活化增加來產(chǎn)生較多的植保素、木質(zhì)素等來減少自身受到的傷害，當(dāng)合成較多的次生物質(zhì)后，這些次生物質(zhì)會抑制PAL 的活性，這樣可以減少消耗營養(yǎng)物質(zhì)［27］。魏敏［28］等的研究表明雖然用不同的溫度處理鮮切富士蘋果，但PAL 活性的總體趨勢都是在前期呈現(xiàn)出快速的增長，在第10d 達到最大值，隨后PAL 的活性不斷降低。馬躍［29］等的研究也顯示出鮮切胡蘿卜在貯藏初期PAL 的活性急劇升高，但在貯藏后期組織衰老，PAL 活性下降。

4 其他酶的變化

引起鮮切果蔬褐變的酶有很多種，除了上述提到的PPO、POD、PAL，還有LOX、CAT、APX、SOD 也多次被研究報道其在鮮切果蔬褐變中的作用和變化。

LOX 是一種以多不飽和脂肪酸為催化底物的酶，它可以啟動膜脂過氧化，破壞膜結(jié)構(gòu)，使原本區(qū)域化的酶與底物接觸致使發(fā)生酶促褐變反應(yīng)。田密霞［30］等人的研究結(jié)果顯示在4℃和10℃環(huán)境條件下貯藏的對照組鮮切皇冠梨的LOX 活性有著較快的上升趨勢，但是10℃環(huán)境條件下貯藏的樣品活性上升的最快。

CAT 是一種內(nèi)源H2O2清除劑，在細胞內(nèi)專一的清除·OH，維護氧代謝平衡，保護膜結(jié)構(gòu)的完整性［31］。李素清［32］等研究表明鮮切富貴菜無論在23、5、10℃的貯藏環(huán)境下，其CAT 活性都呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。

APX 也被認為與果蔬的褐變有關(guān)［34］，田密霞［35］等研究發(fā)現(xiàn)鮮切對照組沒經(jīng)過水楊酸處理的富士蘋果其APX 活性在整個貯藏期間都呈現(xiàn)出上升趨勢。

SOD 能催化細胞內(nèi)超氧化物發(fā)生歧化反應(yīng)生成H2O2和O2，清除代謝過程中產(chǎn)生的活性氧，降低酶促褐變反應(yīng)所需的活性氧含量，對褐變有抑制作用。許宙［36］等的研究顯示在整個貯藏過程中鮮切新高梨的SOD 活性呈先上升后下降的趨勢，但是總體呈下降到趨勢，并且褐變度與SOD 活性呈負相關(guān)。Tomas［37］等的研究表明對照組沒有經(jīng)過處理的鮮切京水菜的POD 活性呈現(xiàn)出降低的趨勢，處理當(dāng)天的樣品每克鮮重POD 活性為對照組的140%，在5℃貯藏4d 后的樣品每克鮮重其POD 活性降為對照組的116%，在5℃環(huán)境下貯藏11d 后的樣品，每克鮮重POD 活性僅為對照組的94%。

5 展望

鮮切果蔬褐變是影響鮮切果蔬品質(zhì)的一個重要因素。隨著近些年來人們對鮮切果蔬的關(guān)注，國內(nèi)外對于鮮切果蔬酶促褐變的研究也越來越多。鮮切果實的褐變是一個復(fù)雜的生理生化過程，與果實褐變相關(guān)的酶在果實褐變的中起著重要的作用，并且它們的共同作用使果實發(fā)生了褐變。明確促使果蔬酶促褐變關(guān)鍵酶的特性及變化，這在鮮切果蔬的加工以及實際生產(chǎn)中起著重要的作用。目前研究的目的就是減輕或延緩鮮切果蔬褐變的發(fā)生，保持鮮切果蔬的外觀品質(zhì)并且延長其貨架期。系統(tǒng)研究影響鮮切果蔬褐變的關(guān)鍵酶，明確不同果蔬中以及同一品種中不同部位的酶促褐變關(guān)鍵酶的變化趨勢，選擇適合用于鮮切的果蔬產(chǎn)品進行鮮切加工，這為我們更好的保持鮮切產(chǎn)品的質(zhì)量和提高產(chǎn)品的經(jīng)濟效益提供了強有力的依據(jù)。

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