鲜切果蔬酶促褐变关键酶的研究进展

宋晓雪，胡文忠 ，毕 阳，姜爱丽

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州730070;2.大连民族学院生命科学学院，辽宁大连116600)

鲜切果蔬又名最小加工果蔬，微加工果蔬，轻度加工果蔬，即新鲜果蔬进行分级、整理、清洗、切分、保鲜、包装等处理，并使产品保持生鲜状态的制品。鲜切果蔬产品以其新鲜、营养、方便等特点其市场发展前景广阔。新鲜果蔬经过切割处理后，极易发生酶促褐变，不仅严重影响鲜切果蔬的感官品质并且也会对风味、营养成分产生影响［1］。促使鲜切果蔬酶促褐变的关键酶主要包括多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)，过氧化物酶(phenylalanine ammonia，POD)、苯丙氨酸解氨酶(lipoxygenase，PAL)、脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和过氧化氢酶(catalase，CAT)［2］。本文主要通过综述鲜切果蔬酶促褐变关键酶活性的特性以及在酶促褐变中的作用机理，从而为鲜切果蔬酶促褐变的研究提供更多相关理论知识。

1 PPO 的变化

研究人员对于酶促褐变的机理先后提出了乙醛-乙醇毒害假说、自由基伤害假说、维生素C 保护假说、酚-酚酶区域化分布学说等理论，目前酚-酚酶区域化分布学说普遍被人们所接受。根据阐述，果蔬的褐变与其中的酚类物质与PPO 的区域化分布有关［3］。PPO 的系统命名为邻二酚:氧-氧化还原酶(E1，10，3，1)，它是一种含铜离子的膜蛋白酶，参与植物细胞的呼吸作用，能激活分子氧，使分子氧与氢结合成水，是一种末端氧化酶［4］。

1.1 鲜切果蔬中PPO 的特性

PPO 几乎存在于所有的植物细胞中，其直接催化相应的酚类物质生成褐色的醌类物质引起酶促褐变［5］。PPO 被认为是催化果蔬酶促褐变反应的重要酶，不同种类的果蔬其PPO 活性和作用底物不同，同一种类不同部分的PPO 活性也存在较大差异，因此果蔬间的褐变程度不尽相同［6］。张亚伟［7］等研究发现不同品种梨果实中酶促褐变相关酶活性存在较大区别，鸭梨中的PPO 活性高达5324.06U·g-1，而丰水梨和雪梨的PPO 活性分别为1673.98、1351.28U·g-1。PPO 活性的不同会导致褐变程度的差异，这是导致梨果实中果心部位的褐变程度高于果肉部位的原因，蔡惠［8］等研究发现安梨品系燕安3 号果实的不同部位果肉和果心部位的PPO 活性不同，分别为11.67、8.06U·g-1·min-1。

1.2 PPO 在鲜切果蔬酶促褐变中的变化

鲜切果蔬在加工过程中果蔬细胞破损，酚类化合物和PPO 的区域性结构遭到破坏，酶和底物直接接触促进了酶促褐变的发生［9］。切割会引起果蔬的PPO活性普遍升高［10］，通过PPO 活性的变化，选择更适合鲜切加工的原材料，可以保证商品品质和经济效益。罗海波［11］等研究发现鲜切茭白在贮藏期间其PPO 活性呈上升趋势。Cabezas［12］等的研究表明鲜切洋蓟PPO 活性在贮藏期间也呈现增长趋势，在贮藏的第3天PPO 活性增长的最大，显著高于初始值。另外，耿飞［13］等的研究也显示出随着贮藏时间的增加，皇冠梨的PPO 活性在逐渐的增强，从初期40U·g-1·min-1增长到贮藏第12d 的74.4U·g-1·min-1。

2 POD 的变化

POD(EC1，11，1，7)广泛存在于植物组织中，对植物的抗逆防御、生长发育、遗传育种以及木质素合成等过程起着重要的作用［14］。果蔬切分后，机械损伤导致的逆境破坏了植物体中活性氧的代谢平衡，大量活性氧积累，造成细胞膜质过氧化，破坏细胞结构的完整性，易引起褐变，POD 是植物逆境环境下体内酶促防御系统中的一个重要酶［15］。

2.1 鲜切果蔬中POD 的特性

POD 催化酚类物质发生褐变，首先是在细胞代谢过程中消解H2O2，利用H2O2释放出的氧去氧化酚类物质生成醌，然后在进行一系列脱水、聚合反应，最后形成黑褐色物质并在反应部位聚集而引起褐变［2］。与PPO 活性变化相似，在果蔬的不同部位POD 的活性也有差别。刘春丽［16］等研究发现鲜切茄子产品中茄子皮的OD 值为0.392，而茄子肉的OD值为0.351，由此可见茄子皮的POD 活性略高于茄子肉。程双［17］等的研究也表明鲜切甘薯表层果肉的POD 活性大于内层果肉和完整的甘薯。

2.2 POD 在鲜切果蔬酶促褐变中的变化

POD 是引起果蔬褐变的关键酶类，它能催化过氧化物对酚类物质的氧化，最终导致果蔬组织的褐变［18］。鲜切果蔬在贮藏期间POD 的活性普遍呈先增高再降低的趋势。金龙娇［19］等研究表明鲜切苹果POD 活性在贮藏前期也呈现先上升后下降的趋势，在贮藏的第3 天POD 活性达到最大值，而后逐渐降低。Jiang［20］研究发现贮藏期间蘑菇的POD 活性增加，并在第8d 达到最大值，比初期活性增加了61.7%，而后活性则呈现出缓慢的降低。Peng［21］等的研究也显示出没有经过过氧化氢处理的对照组鲜切菱角POD 活性在整个贮藏过程中呈现出先升后降的趋势。

3 PAL 的变化

由PAL(EC4.3.15)参与催化的苯丙烷途径是植物体内的一条重要的次级代谢途径。PAL 催化L-苯丙氨酸解氨生成反式肉桂酸，是催化苯丙胺类代谢第一步的反应酶，也是苯丙烷类代谢途径关键酶与限速酶，和一些重要的次生物质，如木质素、黄酮类物质的合成有关，为许多酚类及类黄酮终产物的合成提供前体，与酚类物质的生成有关［22］。

3.1 鲜切果蔬中PAL 的特性

苯丙烷代谢相关酶以多酶复合体的形式存在于细胞内，其中苯丙烷类代谢途径的限速酶PAL 在代谢物合成途径中位于代谢支路的分叉处，主要合成酚类次生代谢物［23］。鲜切可以引起PAL 的活性增加。潘永贵［24］等的研究表明鲜切荸荠在贮藏过程中PAL 的活性随着贮藏时间的增加呈上升趋势。Campos-Vargas［25］等研究发现鲜切莴苣叶子的PAL活性比初始值增加了近八倍，并且在鲜切莴苣叶子受到机械处理后的24h 内PAL 的酶活性增加最为明显。

3.2 PAL 在鲜切果蔬酶促褐变中的变化

PAL 的活化增加使酚类物质合成积累，为PPO提供催化底物进而加速酶促褐变的反应进程［26］。研究表明鲜切果蔬在贮藏期间PAL 的活性普遍呈先上升再下降的趋势，主要原因是鲜切果蔬在加工中的机械伤害使苯丙烷代谢被激活，可诱导PAL 的活化增加来产生较多的植保素、木质素等来减少自身受到的伤害，当合成较多的次生物质后，这些次生物质会抑制PAL 的活性，这样可以减少消耗营养物质［27］。魏敏［28］等的研究表明虽然用不同的温度处理鲜切富士苹果，但PAL 活性的总体趋势都是在前期呈现出快速的增长，在第10d 达到最大值，随后PAL 的活性不断降低。马跃［29］等的研究也显示出鲜切胡萝卜在贮藏初期PAL 的活性急剧升高，但在贮藏后期组织衰老，PAL 活性下降。

4 其他酶的变化

引起鲜切果蔬褐变的酶有很多种，除了上述提到的PPO、POD、PAL，还有LOX、CAT、APX、SOD 也多次被研究报道其在鲜切果蔬褐变中的作用和变化。

LOX 是一种以多不饱和脂肪酸为催化底物的酶，它可以启动膜脂过氧化，破坏膜结构，使原本区域化的酶与底物接触致使发生酶促褐变反应。田密霞［30］等人的研究结果显示在4℃和10℃环境条件下贮藏的对照组鲜切皇冠梨的LOX 活性有着较快的上升趋势，但是10℃环境条件下贮藏的样品活性上升的最快。

CAT 是一种内源H2O2清除剂，在细胞内专一的清除·OH，维护氧代谢平衡，保护膜结构的完整性［31］。李素清［32］等研究表明鲜切富贵菜无论在23、5、10℃的贮藏环境下，其CAT 活性都呈现出先上升后下降的趋势。

APX 也被认为与果蔬的褐变有关［34］，田密霞［35］等研究发现鲜切对照组没经过水杨酸处理的富士苹果其APX 活性在整个贮藏期间都呈现出上升趋势。

SOD 能催化细胞内超氧化物发生歧化反应生成H2O2和O2，清除代谢过程中产生的活性氧，降低酶促褐变反应所需的活性氧含量，对褐变有抑制作用。许宙［36］等的研究显示在整个贮藏过程中鲜切新高梨的SOD 活性呈先上升后下降的趋势，但是总体呈下降到趋势，并且褐变度与SOD 活性呈负相关。Tomas［37］等的研究表明对照组没有经过处理的鲜切京水菜的POD 活性呈现出降低的趋势，处理当天的样品每克鲜重POD 活性为对照组的140%，在5℃贮藏4d 后的样品每克鲜重其POD 活性降为对照组的116%，在5℃环境下贮藏11d 后的样品，每克鲜重POD 活性仅为对照组的94%。

5 展望

鲜切果蔬褐变是影响鲜切果蔬品质的一个重要因素。随着近些年来人们对鲜切果蔬的关注，国内外对于鲜切果蔬酶促褐变的研究也越来越多。鲜切果实的褐变是一个复杂的生理生化过程，与果实褐变相关的酶在果实褐变的中起着重要的作用，并且它们的共同作用使果实发生了褐变。明确促使果蔬酶促褐变关键酶的特性及变化，这在鲜切果蔬的加工以及实际生产中起着重要的作用。目前研究的目的就是减轻或延缓鲜切果蔬褐变的发生，保持鲜切果蔬的外观品质并且延长其货架期。系统研究影响鲜切果蔬褐变的关键酶，明确不同果蔬中以及同一品种中不同部位的酶促褐变关键酶的变化趋势，选择适合用于鲜切的果蔬产品进行鲜切加工，这为我们更好的保持鲜切产品的质量和提高产品的经济效益提供了强有力的依据。

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