浅析酶促褐变如何发生及如何抑制

浅析酶促褐变如何发生及如何抑制
摘要：我们知道，在果蔬在贮藏和加工过程中，会因为酶促褐变的原因，使得果蔬的颜色变化直接或间接的导致了营养的损失，对口感、质地也有所影响。

随着人们认识水的不断提高，如何控制果蔬的酶促褐变，提高果蔬的营养价值和外观品质逐渐成为人们越来越关注的问题。

因此，对果蔬的酶促褐变机理的研究具有重要的实际意义。

关键词：酶促褐变；抑制；途径；条件。

食品工艺学，它是指是应用化学、物理学、生物学、微生物学、食品工程原理和营养学等各方面的基础知识，研究食品的加工、保藏、包装、运输等因素对食品质量、营养价值、货架寿命、安全性等方面的影响。

一方面是为开发新型食品，探讨食品资源利用；另一方面实现食品工业生产合理化、科学化和现代化的一门应用科学。

而在食品保藏的过程中，因酶促褐变导致的食品品质上的下降的问题也受到越来越多的人的关注，通过查阅相关文献，接下来我将简单的谈一下如何防止酶促褐变对食品造成影响。

一、酶促反应的相关介绍
1定义：
酶促褐变是指果蔬在受到机械损伤或处于异常环境（受冻、受热）下，在氧化酶作用下将酚类物质氧化形成醌，醌的多聚化以及它与其他物质的结合产生黑色或褐色的色素沉淀，从而导致果蔬的营养丢失。

2酶促褐变的机制：
植物组织中含有酚类物质，在完整的细胞中作为呼吸传递物质，在酚-醌中保持着动态平衡，当细胞组织被破坏后，氧就大量侵入，造成醌的形成和其还原反应之间的不平衡，于是发生了醌的积累，醌再进一步氧化聚合，就形成了褐色色素，称为黑色素或类黑精。

酚酶的系统名称是邻二酚：以氧化还原酶以铜为辅基，必须以氧为受氢体，是一种末端氧化酶。

可以用一元酚和二元酚作底物。

酶促褐变是在有氧条件下,由于多酚氧化酶的作用,邻位的酚氧化为醌,醌很快聚合成为褐色素而引起组织褐变。

3酶促褐变的条件：
从定义中我们不难看出，酶促褐变的发生需要三个条件：适当的酶和底物，以及氧气的参加。

首先让我们来看看酶促反应的底物是什么吧？酶促反应的底物主要是酚类物质。

根据酚羟基的数目可将其分为一元酚、二元酚、三元酚及多元酚。

通过了解相关信息，我们知道了酚类物质的合成途径主要有两条：一条是由苯丙氨酸脱氨基而形成，另一条由莽草酸或与之一个的环己烷生物直接芳香化而形成。

其中，第一条途径是高等植物中最主要的途径。

酚类物质的氧化是引起果蔬褐变的主要因素，这些酚类一般是伴随在果蔬生长过程中自身合成的，但是人们发现当对果蔬造成了机械损伤，或在胁迫环境
中也能诱导酚类物质的合成。

其次，我们来看看在酶促反应中参与的酶类，主要有多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）。

经调查，在不同种类的果蔬中，或是同种果蔬不同组织当中，多酚氧化酶（PPO）的含量也有所差异，但在在大多数果蔬中存在PPO，比如说苹果、荔枝、桃、马铃薯等等，一旦发生物理上的机械损伤时，便易引起酶促褐变的发生。

科学家研究得出PPO催化的酶促褐变反应分两步进行：单酚羟化为二酚，然后二酚氧化为二醌。

其中PPO 以铜离子为辅基，在其最适pH值范围5～7下，有一定耐热性，其活性可以被有机酸、硫化物、金属离子螯合剂、酚类底物类似物质所抑制[1]。

POD在H2O2存在条件下能迅速氧化多酚物质，也可能和PPO协同作用引起苹果、梨、菠萝等果蔬产品发生褐变。

最后，还必须有氧的参与。

正常情况下，外界的氧气不能直接作用于酚类物质和PPO 而发生酶促褐变。

这是因为酚类物质分布于液泡中，PPO则位于质体中，PPO与底物不能相互接触。

在果蔬贮存、加工过程中，由于外界因素使果蔬的膜系统破坏，打破了酚类与酶类的区域化分布，导致褐变发生[2][3]。

二、抑制酶促反应的途径
1)控制温度：
据调查，冷害可以引起蔬果发生褐变，因此可以采用温度调节的措施有效地减少酶促反应的发生,将果蔬放置在略高于冷害临界温度的环境中一段时间，可以增加果实的抗冷性，防止减轻果实的果肉褐变。

中科院植物所在1971 年对鸭梨黑心病的研究发现，采用缓慢降温的方式可以减少鸭梨黑心病的发生[4]。

2)还原剂处理：
抗坏血酸为还原剂，能将氧化的醌还原为酚类物质，阻止醌类物质进一步自发聚合形成色素物质。

其衍生物异抗坏血酸也具有同样的抑制效果。

据报道，1 m m ol/L~10 m m ol/L 的抗坏血酸能完全抑制香蕉、枇杷PPO 的酶促反应。

除此之外，抗坏血酸的衍生物，如异抗坏血酸也对褐变有很好的抑制作用。

实验证明，抗坏血酸及异抗坏血酸等物质属于安全的褐变抑制剂，已成为目前控制果蔬酶促褐变最常使用的物质。

3)气调法：
由于酶促反应的发生必须要有氧气的参与，因此我们可以采用气调法控制气体的组成来达到抑制酶促反应的发生，但在这个过程中，如何控制好气体的组分及其含量，都是一个值得深究的问题，经过调查发现，目前，商业上使用的气调条件为：0℃环境下1% O2 +5% CO2或2% O2 + 5% CO2，气调贮藏可以降低果实的呼吸强度和乙烯的释放；
Wadar 等在1℃条件下，给空气中通入20%的CO2，使得贮藏12 天的桃完成避免了生理衰败。

4)脱氧处理：
在果蔬的加工过程中，采用真空脱气、真空浸渍、真空干燥、真空包装等方法能显著地脱氧，因而能非常有效地控制果蔬的加工过程和产品保藏期间的酶促褐变。

此外经过试验证明，酶法脱氧在抑制某些果蔬的酶促反应中发挥到了有效的作用。

如Gomez等在玫瑰酒中应用葡萄糖氧化酶防止褐变和保持颜色的追踪实验中发现，葡萄糖氧化酶是很有效的抗氧化剂。

在产品中加入适量葡萄糖氧化酶- 过氧化氢酶系，不但可以去除或减少产品中的氧气，达到抑制褐变的目的，而且还能防止好气菌的生长繁殖，同时由于
产生过氧化氢，还能起到杀菌作用。

5)热处理
热处理包括热水、热蒸汽、热空气处理。

因为酶的活性与温度密切相关，因此可以通过
抑制酶的活性来达到抑制酶促反应的目的。

实验证明，果蔬中POD、PPO酶活性随着沸水浴时
间的增加而迅速下降，在10h时活性即下降到极低点，至20h 时活性几乎为0。

这说明加热处
理对酶活性抑制效果极好。

PPO酶的最适反应温度为16℃和50℃，温度达75℃时酶活性急剧
下降，在生产上可分级加热将酶钝化，跨越酶作用的最适范围，从而控制由PPO酶引起的酶
促褐变。

谢绍萍等采用微波高火法处理香蕉果肉3 min，钝酶效果优于沸水处理[5]。

热水处
理的温度一般为90℃~100 ℃，时间为1 m in~10 m in，具体视原料来源而定。

对无核白葡
萄PPO 的耐热性研究表明，PPO 在80 ℃时仅1 m in 酶活性就基本消失[6]。

但是有些果实
（如香蕉、梨、番石榴等）中多酚氧化酶热稳定性较高，在高温下酶活性不易失活。

例如，
香蕉一般在90 ℃～100℃的热水中处理10 m in 酶的活性才能完全丧失[7]。

三、结语
除了上述抑制果蔬中酶促反应的方法之外，还有很多种比较有效的方法，比如说控制pH、
控制环境的压力等等，在此我就不一一具体说明了。

随着科学技术水平的不断提高，人们对
这一领域的研究也不断的加深，尽管近年来我国科研上也获得许多的研究成果，但仍没有形
成一个系统的完整的理论体系，在生产加工上也没有研究出一种普遍适用的有效防止褐变的
方法。

因此，今后在这一领域还需要我们更加努力去解决这一难题，以提高农产品加工水平，
使农产品产生更高的附加值，为我国的食品行业做出巨大的贡献。

参考文献：
[1] McEvily A J，et a1.Inhibition of enzymatic browning in foods and beVerages.Criti
Rev Food Sci Nutr， 1992，32：253-273.
[2] 叶梅.植物组织褐变的研究进展.重庆工商大学学报，2005，22（14）：326-381.
[3] Victoria Martinez，M.，John R.Whitaker.The biochemistry and ccntrol of enzymaticbrowning.Trends in Food Science&Technology，1995，6：195-200.
[4] 果蔬加工贮藏中的酶促褐变现象及其研究进展作者:胡燕,陈忠杰农产品加工·综合
刊FARM PRODUCTS PROCESSING 2009年第12期
[5] Macdonald L,Schaschke C bined effectofhigh pressure,temperature and
holding time on polyphenoloxidase and peroxidase activityin banana (Musa acum
inata)[J].J ofSciFood A gric,2000,80:719-724
[6] Boynton B B.Quality and stability ofprecutm angos and caram bolas subjected to
high-pressure processing [J]. Food Sci., 2002,67:409-415
[7] Weem aesC.H igh pressure inactivation of polyphenoloxidases [FoodSci.,1998
63:878-881。