果蔬的褐变的机理及抑制方法

果蔬的褐变的机理及抑制方法

摘要：果蔬贮藏和加工过程中的褐变是影响其品质的一个重要因素。褐变产生的因素较多，其中酶促褐变是果蔬褐变的最主要原因，也是果蔬贮藏和加工品质保证的主要障碍。概述褐变产生的原因及其控制的方法。

关键词：褐变；机理；抑制

Abstract: Rapid browning during storage was the main problem resulting in restrictions on the fruits and vegetables to long-distant markets. There were many reasons of browning, the enzymetic browning was the mostimportant, and it was the main handicap in processing and storage. The mechanism of enzymatic browning and methods to control browning are summarized Key words: browning; mechanism; control

前言

大多果蔬具有很强的季节性，为了保证果蔬较长的供应期，各种各样的保鲜及加工方法应运而生。近年来，随着国内生活水平的不断提高及生鲜连锁超市的快速发展，鲜切果蔬已成为市场的消费热点。如何进一步保持果蔬产品的品质、延长其货架期，一直是国内外果蔬采后研究的热门课题。

果蔬贮存加工过程中，褐变是普遍存在的难题，往往引起产品品质下降，货架期缩短。褐变可分为非酶褐变和酶促褐变：非酶褐变是指不需经酶催化而产生的褐变，包括美拉德反应、焦糖化作用及抗坏血酸氧化等;而酶促褐变是组织中的酚类物质在酶的作用下氧化成醌类，经聚合而造成褐变。果蔬的褐变主要以酶促褐变为主[1]。

我国果蔬的种植面积、果蔬总产量及消费量均居世界之首，但在果蔬采后领域的研究与国外相比存在很大的差距。本文通过果蔬褐变研究的最近进展，为国内果蔬保鲜加工研究与生产实践提供参考。

1.酶促褐变的物质条件

1.1.酚类化合物

植物组织内酚类物质含量丰富，主要是由碳水化合物代谢衍生的产物。除了类黄酮外，多数酚类物质均来自共同的前体-苯丙氨酸，其它部分由乙酰-CoA经聚酮酐途径产生。酚类物质即是酶促褐变的重要底物，其种类繁多，包括邻苯二

酚(儿茶酚)、绿原酸、咖啡酸、没食子酸等。例如Xiaolin Zheng等[1]对荔枝果皮褐变的研究表明，褐变的主要底物是类黄酮和花色素苷，氧化成醌后通过聚合浓缩而生成褐色的产物。在针对香蕉褐变底物的研究中发现，其褐变的主要底物是多巴胺[2]。另一项研究表明，绿原酸是鲜切荸荠的主要褐变底物[3]。

1.2.与褐变相关的酶

多酚氧化酶(PPO)催化酚类物质的氧化。它在果蔬内以结合态和可溶态两种形式存在，在酶促褐变中起主要作用的是可溶态。过氧化氢酶(POD)在H2O2存在下催化某些酚类氧化。Xiaolin Zheng等[1]研究发现，荔枝果皮中POD活性较高，在采后褐变中具有关键作用。苯丙氨酸解氨酶(PAL)是催化酚类合成的关键酶。抑制PAL活性，降低酚类合成，抑制果蔬褐变[4]。

多酚氧化酶包括漆酶(Laeemse)、二酚氧化酶和酪氨酸酶(Tyrosinase)，广泛存在于植物、动物和微生物中．多酚氧化酶具有加氧酶和脱氢酶两种活性，能催化酚类化合物选择性的羟基化生成邻苯二酚并进一步氧化脱氢生成邻苯醌[5]．醌类物质是合成某些重要生物物质的中间体，如动物的黑色素(melanin)、植物的木多糖(1ignopolysaccharide)以及昆虫的壳硬蛋白(scleritin)等．由于多酚氧化酶廉价易得，作用底物范围广，因而在有机合成上具有重要应用价值．在有机合成中，不但可以利用多酚氧化酶选择性羟基化的能力，对含有苯酚结构的化合物进行定向修饰；也可以利用多酚氧化酶催化反应生成的邻醌结构作为活泼中间体合成新的化合物[6-9]。

1.3.氧

正常的果蔬是完整的有机体，具有天然氧的屏障系统，多余的氧气被排斥在组织以外，机体不发生褐变。果蔬受机械伤后，接触到氧的部位即出现褐变。2．酶促褐变的机理

对酶促褐变机理的研究，目前国内外比较接受的是酚、酚酶的区域性分布假说。酚类物质和酶在细胞内通过一系列膜系统实现区域化分布而不能直接接触。切分、高温等胁迫条件引起膜系统的破坏，从而打破了区域化分布，使酶和底物相互接触而引起果蔬褐变[10]。褐变多发生在较浅色的水果和蔬菜中，如苹果、香蕉、杏、樱桃、葡萄、梨、桃、草莓和土豆等，在组织损伤、削皮、切开时，

细胞膜破裂，相应的酚类底物与酶接触，在有氧情况下，发生酶促褐变。催化酶促褐变的酶类主要为多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）。PPO活性的最适PH值为5.0～7.0，有较强的耐热性，可被有机酸、硫化物、金属离子螯合剂、酚类底物类似物所抑制。POD在H2O2存在下能迅速氧化多酚物质，可与PPO 协同作用加剧果蔬褐变。

含有多酚类的果蔬在多酚氧化酶的催化下，首先氧化成邻醌；然后邻醌或未氧化的邻二酚在酚羟基酶催化下进行二次羟基化作用，生成三羟基化合物；邻醌再将三羟基化合物氧化成羟基醌；羟基醌易聚合而生成黑色素。

酶促褐变主要取决于果蔬中丹宁的含量，果汁中丹宁含量0.045%以下时，在空气中静置3H～4H时并不变色，而当其含量超过0.11%时，在空气中变色迅速。酶促褐变必须同时具备3个条件，即酚类物质、多酚氧化酶和氧。如柠檬、柑橘、菠萝、葡萄柚、西瓜、番茄等，因缺少诱发褐变的酶，故不易发生酶促褐变[6]。

３．酶促褐变的控制途径

为防止果蔬酶促褐变，必须消除酚类物质、酶和氧三者中任何一个因素，即破坏或抑制酶的活性、隔离氧、减少酚类物质含量。

3.1.抑制或破坏酶的活性

3.1.1.热处理法

热烫处理是抑制酶活性最简单最直接的方法。在70℃～95℃下加热约7s，即可使大部分多酚氧化酶失活；在80℃加热10min～20min或在沸水中保持2min 可使多酚氧化酶完全失活。但是，果蔬组织不耐热，必须严格控制灭酶的温度和时间。实验表明，采用微波加热法，效果较理想。

低温贮藏。低温下有效降低PPO活性，延缓呼吸高峰的出现，控制果蔬褐变，延长货架期。AntonioMarrero[11]等在10℃下菠萝货架期为4 d，而在0℃下延长到14 d。Shi-PingTian等[1]实验证明3℃储藏荔枝在降低总酚含量、抑制褐变方面有很好的效果。

3.1.2.化学药品处理法

SO2及亚硫酸盐被广泛应用于果蔬的喷洒、浸渍处理，对多酚氧化酶有显著

的抑制作用。质量分数为10×10-6的SO2几乎可完全抑制酶的活性。采用亚硫酸及其盐类既可避免Vc的氧化，还有防腐作用，且成本低、方便有效。但对色素有漂白作用，对Vb1有破坏作用，对机械有腐蚀作用，还会使组织软化并产生异味，且对人体健康有害，使用时要严格控制其浓度，果蔬残留SO2可用抽空热烫和加双氧水等方法除去。美国自1983年发生亚硫酸盐中毒事件后，由于其残留毒性和对环境的污染，FDA已禁止亚硫酸及其盐类在鲜切果蔬上使用[12]。

柠檬酸作为螯合剂和酸化剂，都有抑制PPO的作用。Weller等[13]发现在包装前将阳桃用质量分数为2.5%的柠檬酸和0.25%的抗坏血酸水溶液处理对抑制褐变十分有效。

4-己基间苯二酚(4-HR)作为新型抗褐变剂，是获得专利的芳香族抗氧剂，已证实无系统性毒性。大量实验发现可抑制微生物生长与果蔬褐变，延长贮藏期。Monsalve等[14]使用0.025%的4-HR浸渍苹果片，可保持30 d不明显褐变。但4-HR 浓度达到0.05%时将会有苦味产生

1-甲基环丙烯(1-MCP)是乙烯受体的竞争性抑制剂，延缓了组织软化、衰老和褐变，且无毒、用量低。EduardoV.de B.等[15]研究证明10℃使用(1μL/L)1-MCP 熏蒸6 h可延缓芒果和柿子的褐变。

3.1.3.调节pH值

酚酶作用最适宜H，值在5～7，pH值在3以下时，酚酶的活性几乎完全丧失。降低pH值是生产果蔬饮料最常用的一种控制褐变的方法，一般多采用柠檬酸、苹果酸及其混合溶液。

3.2.气调

组织含有较多氧的果蔬，可浸入水或糖浆中，进行真空脱气处理，由于隔离了氧，很好地抑制了褐变变。所以易褐变的果蔬采用涂糖浆&添加少量抗氧化剂：抗坏血酸、柠檬酸-方式销售。果蔬汁饮料一般进行真空脱气处理。可食性被膜能减少水分散失、限制氧气摄入，对鲜切果蔬的褐变有较强的抑制作用；壳聚糖被膜能有效抑制鲜切马蹄的褐变，酪蛋白或乳

清蛋白制作的被膜能有效抑制苹果、土豆的褐变，被膜中加入抗氧化剂和螯合剂等可使抗褐变能力显著增强。Thi Bich ThuyNguyen等[16]发现在10℃下，气体比例为12%O2、4%CO2可抑制香蕉中PPO和PAL的活性，抑制褐变。

V.H.Escalona等[17]使用厚度为35μm的气调包装在0℃下贮藏茴香14 d，后转为15℃贮藏3 d(气体成分6~7 kPaO2+10~12 kPaCO2)，不仅冷藏条件下茴香不发生褐变，在转入较高温度贮藏后也有很好的延缓褐变的效果。

3.3.可食膜

使果蔬内部维持相当于气调的高CO2低O2状态，抑制褐变。它具有无色、无味和可食等优点，一般采用蛋白质、油脂和多糖等材料，如纤维素基质、支链淀粉、乳蛋白。LitaoPeng等[18]使用藻酸盐∶果糖∶水=1∶0.4∶71.5涂膜，可显著抑制鲜切苹果片的褐变，延长货架期2周。

3.4.品种改良

水果含酚多少，取决于成熟阶段以及自然环境的各种因素，如土壤、气温、降雨量等，这种特点可以说由每个品种的遗传性决定的。

目前，利用基因工程改良法，如反义RNA或正义共抑制的手段控制PPO的表达，从而培育出抗褐变品种。将土豆的PPO反义基因转入土豆中，转基因土豆的PPO活性下降。Coetzer等将番茄PPO的正义和反义基因转入土豆中，均能延缓土豆的褐变[19]。这表明运用基因工程手段研究PPO不仅具有理论价值，而且在生产上可以加以利用。

另外，通过改善栽培管理技术，减少采收、贮运、加工过程的机械损伤，降低对苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的诱导，从而控制酚类底物的形成。酚类物质主要包括肉桂酸、咖啡酸、绿原酸、儿茶酚、表儿茶酚及其聚合物、酯化物等，一般在果蔬生长发育中合成，但若在采收期间或采收后处理不当而造成机械伤，或在受热或受冻等异常环境中，也能诱导酚类物质的合成。苯丙氨酸解氨酶能催化苯丙氨酸向酚类物质转化，是酚类物质合成的关键酶。外界刺激如伤害、病虫侵入、乙烯等均可导致该酶活性增加。因此，乙烯诱导活性的高低已作为判断鲜切果蔬货架期的重要指标[20]。

此外，高压处理、植物提取液、蜂蜜、乳酸菌代谢产物、蛋白酶等也都具有不同程度的抑制果蔬褐变的作用。NO短时低剂量地熏蒸果蔬可抑制褐变。Xiaolin Zheng等[1]报道使用10μg/LNO熏蒸苹果1 h，对抑制苹果褐变有较好效果且无毒害。

4.展望

果蔬褐变是多种因素影响的复杂过程，目前对果褐变机理已有了深刻的认识。控制褐变的方法在物理、化学、生物技术等多方面展开。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，将果蔬贮藏、加工提高到更高的水平，已经成为可能。

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