鲜切甘薯酶促襊变调控的研究

程 双，胡文忠，马 跃，刘程惠

(1.大连工业大学生物与食品工程学院，辽宁大连116034;2.大连民族学院生命科学学院，辽宁大连116600;3.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州730070)

鲜切甘薯酶促襊变调控的研究

程 双1，胡文忠2，*，马 跃3，刘程惠2

(1.大连工业大学生物与食品工程学院，辽宁大连116034;2.大连民族学院生命科学学院，辽宁大连116600;3.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州730070)

采用不同浓度的D－异抗坏血酸钠和柠檬酸分别处理鲜切甘薯，研究其在10℃贮藏过程中的酶促褐变反应，揭示不同褐变抑制剂对鲜切甘薯酶促褐变的调控机制。结果表明，0.5%～1.5%D－异抗坏血酸钠和低浓度(0.01%～0.03%)柠檬酸均延缓了鲜切甘薯酶促褐变的发生，有效抑制了PPO和POD的活性，降低了总酚含量;但高浓度(≥0.05%)柠檬酸处理反而加速了酶促褐变反应的进行。比较两种褐变抑制剂，D－异抗坏血酸钠抑制效果更好，其最佳浓度为1.0%。

鲜切甘薯，酶促褐变，D－异抗坏血酸钠，柠檬酸

甘薯(Lpomoea batatas Lam.)旋花科甘薯属一年生或多年生蔓生草本，又称番薯、山芋、红薯、地瓜等，属于根菜类中的块根类，以肥大的变态肉质根作为食用部分［1］。甘薯营养丰富，除含有大量淀粉、糖、纤维素和多种维生素外，还含有蛋白质、脂肪以及钙、磷、铁等多种元素。甘薯块根中的蛋白质品质优良，必需氨基酸含量高，VA、VC含量高，膳食纤维含量高、质地细。此外，甘薯中还含有多糖类、糖蛋白类、酚类化合物等功能成分，对抗肿瘤、增强免疫、降血脂、抗突变等有一定作用［2］。因此，合理开发利用我国甘薯资源，不仅能提高经济效益，而且在改善人们食品营养结构上也起着重要作用。鲜切甘薯是以新鲜甘薯为原料，经清洗、去皮、切割或切分、修整、包装并且保持冷藏等加工过程而制成的即食果蔬加工品。然而，新鲜甘薯经过鲜切加工后，极易发生酶促褐变，严重降低了产品的外观品质，对其营养成分也产生了影响。传统的褐变抑制剂是二氧化硫及亚硫酸盐，但是由于其不具有公认安全性，已经被限制使用［3］。近年来对褐变抑制作用研究得最多的亚硫酸盐替代品是抗坏血酸及其衍生物。它既作为醌的还原剂，又作为酶分子中铜离子的螯合剂，通过－OH与PPO的辅基Cu2+螯合。它甚至可以被PPO直接氧化，起到竞争性抑制剂的作用。柠檬酸作为一种酸化剂和螯合剂也对PPO有很好的抑制作用。本文研究并比较了D－异抗坏血酸钠和柠檬酸对鲜切甘薯的褐变抑制效果，旨在为完善鲜切果蔬酶促褐变的调控机制奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜甘薯(Lpomoea batatas Lam.)2009年9月初购于大连市开发区农贸市场，当天运至实验室;D－异抗坏血酸钠、柠檬酸 食品级;磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)、邻苯二酚、愈创木酚、过氧化氢、盐酸、甲醇 分析纯。

PL203精密电子天平 梅特勒－托利多仪器上海有限公司;SiM－F140型制冰机 日本三洋;T－25型匀浆机 德国IKA;BR4i型台式高速冷冻离心机法国Jouan;UV－2100型紫外可见分光光度计 尤尼柯上海仪器有限公司;Lamda－25紫外可见分光光度计 美国PE;DK－S2型电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 新鲜甘薯→清洗→去皮→切块→褐变抑制剂浸泡(10min)→沥干→包装→10℃贮藏→测定各项生理指标

1.2.2 褐变抑制剂处理 Ⅰ.a.0.5%D－异抗坏血酸钠处理;b.1.0%D－异抗坏血酸钠处理;c.1.5%D－异抗坏血酸钠处理;d.清水，对照;Ⅱ.a.0.01%柠檬酸处理;b.0.03%柠檬酸处理;c.0.05%柠檬酸处理;d.清水，对照。

1.3 测定方法

1.3.1 褐变度的测定 采用消光值法［4］。称取5g果肉，加入50mL蒸馏水，冰浴研磨，过滤后去滤液于25℃保温5min，在波长410nm处测定其吸光值OD，重复测3次，结果以10×OD410表示褐变度。

1.3.2 多酚氧化酶(PPO)活性的测定 采用吸光值法［5］。

1.3.3 过氧化物酶(POD)活性的测定 采用吸光值法［6］。

1.3.4 总酚含量的测定 参照Pirie法［7］。

2 结果与分析

2.1 不同处理对鲜切甘薯褐变度的影响

甘薯经鲜切处理后，由于机械伤害诱导切割部位发生酶促褐变，甘薯褐变的程度直接反映了褐变抑制剂的抗褐变效果。

由图1可知，在贮藏期间，鲜切甘薯的褐变度均呈上升趋势，这是由于甘薯经鲜切加工后，大量组织细胞被破坏，酚类物质与PPO的区域化被打破，为酶促褐变提供了条件。其中对照组褐变程度最为严重，而处理组的褐变度除了0.5%D－异抗坏血酸钠在处理初期较对照组高外，其余均低于对照，其中1.0%处理的抑制效果最为明显。

图1 D－异抗坏血酸钠对鲜切甘薯褐变度的影响

图2表明，随着贮藏时间的变化，鲜切甘薯的褐变度均呈上升趋势，但不同浓度的褐变抑制剂对其褐变度的抑制作用不同。其中0.05%柠檬酸处理的鲜切甘薯褐变度最大，并高于对照，有研究表明［8］，0.05%柠檬酸溶液的pH为4.3，与鲜切甘薯PPO的最适pH十分接近，促使了甘薯PPO活性的增高，进而促进了褐变反应的进行。而其他处理组的鲜切甘薯褐变度均低于对照组，说明在一定浓度范围内，柠檬酸能有效地抑制甘薯的褐变。

比较看来，柠檬酸处理组甘薯褐变度的升高幅度大于D－异抗坏血酸钠处理组，说明D－异抗坏血酸钠对鲜切甘薯的褐变抑制效果更好。

图2 柠檬酸对鲜切甘薯褐变度的影响

2.2 不同处理对鲜切甘薯总酚含量的影响

酚类物质是酶促褐变的底物，含量的多少直接影响到产品的褐变程度。由图3可见，鲜切甘薯贮藏过程中，总酚含量均呈先上升后下降的趋势，这与郁志芳等［9］在鲜切莲藕上进行实验获得的变化规律基本一致。有研究表明，鲜切甘薯组织中游离酚占总酚的绝大多数(大约90%)，游离酚容易被氧化，比例大有利于褐变反应的进行［10］。贮藏初期鲜切甘薯的总酚含量呈上升趋势，对照组于4d达到最大值，D－异抗坏血酸钠处理组均在6d达到最大值，甘薯受到鲜切伤害时，受伤部位邻近的细胞产生大量的酚类物质来修复伤害。随着贮藏时间的延长，总酚含量有所下降，这可能是因为酚类物质的消耗量大于生成量，因此总酚含量有所下降，但仍高于刚刚切分时的总酚含量。并且，各处理组的总酚含量均低于对照组，说明D－异抗坏血酸钠对鲜切甘薯总酚含量有一定的抑制作用。酶促褐变的发生必须具备三个条件，即酶、底物和氧。鲜切甘薯中主要的酚类物质和酶促褐变底物为绿原酸［10］，总酚含量增加也就意味着酶促褐变底物有所增加，也就有利于褐变反应的进行。由郁志芳［11］的研究可知，游离酚与总酚含量的比值随贮藏时间的延长有增大的趋势，这一趋势也有利于褐变反应的进行。因此总酚含量与褐变度呈正相关。

图3 D－异抗坏血酸钠对鲜切甘薯总酚含量的影响

由图4可知，经柠檬酸处理后，鲜切甘薯组织中总酚含量随着贮藏时间的延长，呈上升趋势，与褐变度的变化趋势相似。对照组总酚含量高于处理组，表明柠檬酸可以有效降低鲜切甘薯组织总酚含量的上升。在各处理浓度中，贮藏前期0.03%柠檬酸较好地抑制了鲜切甘薯总酚含量的增加，贮藏后期0.01%柠檬酸抑制效果更好。

图4 柠檬酸对鲜切甘薯总酚含量的影响

2.3 不同处理对鲜切甘薯PPO活性的影响

PPO是一类普遍存在于植物质体中的多基因家族表达产物，是一类由核基因编码，能与铜相结合的金属蛋白酶。植物中的PPO可催化单酚氧化成二酚或多酚，再氧化生成醌，然后与某些特定的氨基酸(或蛋白质)形成二聚体或多聚体，最后形成邻二酚型黑色素，进而引起褐变的发生。因而PPO活性可以间接地反映褐变程度，是检验物质抗褐变程度的重要指标［12］。

从图5可以看出，鲜切甘薯的PPO活性在贮藏初期逐渐上升，贮藏后期稍有下降，与总酚含量总体变化趋势相近。与对照组相比，D－异抗坏血酸钠处理显著抑制了鲜切甘薯PPO活性。在贮藏过程中，D－异抗坏血酸钠处理组的PPO活性始终低于对照。这是因为D－异抗坏血酸钠是一种强还原剂，它能将酚类物质氧化产物醌还原为酚类物质，从而防止黑色素的形成，同时经D－异抗坏血酸钠处理的鲜切甘薯表面可形成一层隔离膜，有效减少氧气的渗入［13－14］。在各处理组中，以1.00%D－异抗坏血酸钠处理组的抑制效果最为明显。

图5 D－异抗坏血酸钠对鲜切甘薯PPO活性的影响

由图6可知，鲜切甘薯的PPO活性在贮藏初期迅速升高，而后下降并趋于平缓。经切分后鲜切甘薯的PPO活性出现显著上升，这主要是甘薯受到切割伤害，使PPO活性受到激发所造成的［15］。随后的下降可能是因为甘薯自身对这种由切割伤害引起的PPO的不正常激升所作出的应答反应，从而对组织进行了一定的修复，使得PPO活性在4d恢复正常。由图6还可以看出，除了0.05%柠檬酸处理组的PPO活性高于对照外，其余处理组的PPO活性均低于对照，其中0.03%柠檬酸处理组的PPO活性最小，说明一定浓度范围内的柠檬酸能起到抑制PPO活性的作用。这结果与褐变度和总酚含量的变化结果一致。但与D－异抗坏血酸钠比较，D－异抗坏血酸钠的处理效果更好。

图6 柠檬酸对鲜切甘薯PPO活性的影响

2.4 不同处理对鲜切甘薯POD活性的影响

POD是植物在逆境条件下酶促防御系统的关键酶，它也是细胞内清除活性氧的保护酶，POD可避免活性氧在植物体内的产生和积累，使体内自由基维持在一个正常的动态水平。同时，POD可与PPO协同作用，参与酚类物质的代谢转化，是果蔬组织褐变的关键性酶之一。POD以游离态和结合态两种形式存在于果蔬组织中，其中游离态在褐变中发挥作用。研究发现，许多果蔬组织中的POD活性都伴随机械伤害而上升。由图7可知，在贮藏过程中，鲜切甘薯的PPO活性均呈上升趋势，可能是由于伤害的胁迫，果蔬膜系统的完整性受到破坏，细胞壁加快裂解，从而游离态POD得以增加。贮藏前期对照组与各处理组间的差异并不明显，到后期比较明显。对照组鲜切甘薯随时间的延长POD活性大幅度上升，D－异抗坏血酸钠处理显著抑制了POD活性，其中，1.00%D－异抗坏血酸钠处理组效果最好。

图7 D－异抗坏血酸钠对鲜切甘薯POD活性的影响

同时，POD是与衰老有关的酶，它的活性可以间接说明膜脂过氧化水平高低，酶活性上升为细胞内过氧化作用增强提供了间接证据。贮藏期间鸭梨果肉中具有较高的POD活性，POD促进了鸭梨的衰老和过氧化作用，张华云等［16］由此认为这可能是鸭梨褐变的主要原因。如图8所示，鲜切甘薯POD活性在贮藏期间总体呈上升趋势。经柠檬酸处理的鲜切甘薯 POD活性变化幅度较小，0.01%柠檬酸和0.03%柠檬酸处理的鲜切甘薯，在贮藏前期，POD活性变化趋于平稳，尤其是经0.03%柠檬酸处理的鲜切甘薯，虽然在贮藏末期POD活性有所上升，但仍低于对照和其他处理组的POD活性。可见，柠檬酸能有效地抑制鲜切甘薯POD活性上升。

总体看来，D－异抗坏血酸钠更加有效地降低了鲜切甘薯组织POD活性的上升，具有更好的抑制效果。

图8 柠檬酸对鲜切甘薯POD活性的影响

3 结论

3.1 在贮藏期间，不同浓度(0.5%、1.0%、1.5%)D－异抗坏血酸均可抑制鲜切甘薯PPO和POD活性，降低总酚含量，减轻褐变，从而延缓组织衰老，保持甘薯的新鲜状态。其中，1.0%D－异抗坏血酸钠处理更有利于保持产品品质和商品性状。

3.2 在鲜切甘薯贮藏期间，与清水对照相比，柠檬酸会对鲜切甘薯的PPO和POD酶活性产生影响，总酚含量也受到相应影响。实验结果表明:在适宜浓度下，柠檬酸可以抑制鲜切甘薯的褐变，与此相反，如果浓度过高反而会促进褐变反应的进行。0.01%和0.03%柠檬酸对褐变有抑制作用，0.05%柠檬酸促进了褐变发生。其中，0.03%柠檬酸抑制效果最好。

3.3 比较两种褐变抑制剂可知，D－异抗坏血酸钠比柠檬酸抑制褐变效果好。

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Study on the control of enzymatic browning in fresh－cut sweet potatoes

CHENG Shuang1，HU Wen－zhong2，*，MA Yue3，LIU Cheng－hui2
(1.College of Bio＆Food Engineering，Dalian Polytechnic University，Dalian 116034，China;2.College of Life Science，Dalian Nationalities University，Dalian 116600，China;3.College of Food Science and Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China)

Fresh－cut sweet potatoes were treated with different concentrations of D－sodium erythorbate and citric acid，study on the reaction of enzymatic browning at 10℃，it revealed the regulation mechanism of different browning inhibitor on fresh－cut sweet potatoes.The results indicated that 0.5%～1.5%of D－sodium erythorbate and 0.01%～0.03%citric acid delayed the occurrence of enzymatic browning，the activities of PPO and POD were inhibited effectively，the content of total phenolic was reduced.But the enzymatic browning was accelerated with the treatment of high－concentration citric acid(≥0.05%).Compared with the two browning inhibitor，the inhibition of D－sodium erythorbate was more effectively，the optimum concentration was 1.0%.

fresh－cut sweet potatoes;enzymatic browning;D－sodium erythorbate;citric acid

TS215

A

1002－0306(2011)06－0158－04

2010－04－20 *通讯联系人

程双(1984－)，女，硕士研究生，研究方向:采后生物学。

国家自然科学基金项目(30771508，30671458，30972038)