果蔬采后酶促褐變的機(jī)制及控制技術(shù)研究進(jìn)展

閔婷　謝君　鄭夢(mèng)林　易陽(yáng)　王麗梅　王宏勛

摘要：果蔬因其富含維生素、有機(jī)酸，無(wú)機(jī)鹽以及植物纖維等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，越來(lái)越受消費(fèi)者青睞。然而果蔬在采后運(yùn)輸，貯藏和加工過(guò)程中極易發(fā)生褐變，不僅影響產(chǎn)品的外觀、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)，而且還大大降低貯藏加工性能，因此褐變一直是果蔬采后研究的熱點(diǎn)。本文從果蔬褐變的原因、酶促褐變的機(jī)制、果蔬褐變控制技術(shù)3個(gè)方面綜述了果蔬采后酶促褐變研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：果蔬；褐變；研究進(jìn)展；酶；保鮮；控制技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TS255.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002—1302（2016）01—0273—03

許多新鮮果蔬在加工、物流及銷(xiāo)售過(guò)程中造成的損傷，易使果蔬原有色澤發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱(chēng)為褐變。目前，普遍認(rèn)為引起果蔬褐變表現(xiàn)在兩方面：酶促褐變和非酶促褐變。酶促褐變是組織中的酚類(lèi)物質(zhì)在酶的作用下氧化成醌類(lèi)，醌類(lèi)聚合形成褐色物質(zhì)從而導(dǎo)致組織變色；非酶促褐變是指由各種非酶原因引起的化學(xué)反應(yīng)而造成的果肉或果皮的褐變。果蔬產(chǎn)品的褐變，不僅影響其外觀，而且嚴(yán)重影響其風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，已經(jīng)成為制約果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”。

1果蔬褐變的原因

果蔬褐變從本質(zhì)上可分為兩大類(lèi)，即非酶促褐變和酶促褐變。非酶促褐變是由各種非酶原因引起化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的褐變，包括焦糖化反應(yīng)、美拉德反應(yīng)、維生素c氧化分解、多元酚氧化縮合反應(yīng)等。酶促褐變是果蔬組織體內(nèi)的酚類(lèi)物質(zhì)在酶的作用下氧化成醌類(lèi)，醌類(lèi)再聚合形成褐色物質(zhì)，從而導(dǎo)致組織變色。眾多研究表明果蔬褐變以酶促褐變?yōu)橹鳌?/p>

2果蔬酶促褐變的機(jī)制

酶促褐變機(jī)制一直是科學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)，曾先后提出乙醛乙醇毒害學(xué)說(shuō)、氧自由基假說(shuō)、維生素C保護(hù)假說(shuō)、酚-酚酶區(qū)域分布等學(xué)說(shuō)，其中酚-酚酶區(qū)域分布學(xué)說(shuō)最具說(shuō)服力。在植物組織細(xì)胞中，質(zhì)膜形成天然的保護(hù)屏障，能保證膜內(nèi)外物質(zhì)交換順利進(jìn)行，酚類(lèi)物質(zhì)通常分布在組織細(xì)胞液泡內(nèi)，而酚酶主要存在于各種質(zhì)體或細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。在正常情況下，酚酶和底物酚類(lèi)物質(zhì)不接觸，因而不易發(fā)生褐變；但當(dāng)一些果蔬制品在加工或貯藏過(guò)程中，由于切分、擠壓和包裝等工藝使組織細(xì)胞破碎，膜屏障被破壞，酚類(lèi)物質(zhì)與酚酶接觸，在活性氧的參與下被氧化成醌，醌類(lèi)化合物再經(jīng)過(guò)脫水、聚合反應(yīng)形成黑褐色物質(zhì)引起褐變反應(yīng)。因此，酚酶、底物和氧是產(chǎn)生酶促褐變的3個(gè)重要條件。

2.1酚酶

目前報(bào)道與酶促褐變有關(guān)的酶主要包括：苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過(guò)氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）。其中導(dǎo)致果蔬制品發(fā)生酶促褐變的主要酶類(lèi)是多酚氧化酶。

苯丙氨酸解氨酶是苯丙烷類(lèi)物質(zhì)代謝途徑中重要的酶之一，催化三一苯丙氨酸解氨生成反式肉桂酸，再經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)變形成各種酚、木質(zhì)素、花青素、生物堿等，形成的酚為褐變反應(yīng)提供底物。Chen等研究發(fā)現(xiàn)香蕉在切割后MaPAL2基因表達(dá)量上升，PAL酶活性升高，進(jìn)而總酚含量增加。Loaiza-Velarde等研究發(fā)現(xiàn)鮮切芹菜褐變與PAL活性呈現(xiàn)正相關(guān)。龐坤等研究發(fā)現(xiàn)鮮切蘋(píng)果中酚類(lèi)物質(zhì)的含量和PAL活性變化趨勢(shì)一致。許傳俊等研究發(fā)現(xiàn)蝴蝶蘭葉片外植體褐變過(guò)程中PAL基因的表達(dá)變化與其褐變進(jìn)程相一致。閆紅波等在鴨梨中克隆到2個(gè)PAL基因：PbPAL1和PbPAL2，機(jī)械傷誘導(dǎo)2個(gè)基因表達(dá)進(jìn)而引起組織褐變。李正國(guó)等研究發(fā)現(xiàn)奉節(jié)臍橙PAL2基因表達(dá)與果皮褐變有著密切相關(guān)性。

過(guò)氧化物酶是廣泛存在于植物中的鐵卟啉金屬有機(jī)催化劑，POD在H₂O₂存在的情況下，能將酚類(lèi)物質(zhì)和類(lèi)黃酮氧化聚合而形成褐色物質(zhì)引起褐變。蔣益虹研究發(fā)現(xiàn)百合在貯藏過(guò)程中POD活性與褐變度呈正相關(guān)，且POD活性變化是引起百合褐變的主要因素。劉野等研究發(fā)現(xiàn)西瓜汁的褐變度與POD活性呈正相關(guān)。

多酚氧化酶是植物體內(nèi)普遍存在的一種含銅的氧化酶，負(fù)責(zé)催化酚類(lèi)底物氧化，屬于氧化還原酶類(lèi)；是引起鮮切果蔬酶促褐變的主要酶類(lèi)。多酚氧化酶被Keilin和Mann于1938年從蘑菇中首次分離得到并命名為polyphenol oxi-dase（PPO）之后，逐漸成為酶促褐變的研究熱點(diǎn)，主要表現(xiàn)在植物組織中PPO的酶學(xué)特性和褐變機(jī)制。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，PPO基因在馬鈴薯、蘋(píng)果、香蕉、梨、甘薯、蓮藕、石榴等中相繼被克隆。

2.2底物

褐變底物主要是酚類(lèi)物質(zhì)，果蔬中含有豐富的酚類(lèi)物質(zhì)，酚類(lèi)物質(zhì)在果蔬生長(zhǎng)發(fā)育和成熟過(guò)程中合成，并且機(jī)械傷等逆境脅迫能誘導(dǎo)其合成。在正常情況下因?yàn)榧?xì)胞膜系統(tǒng)將酚類(lèi)物質(zhì)和褐變酶分布在細(xì)胞的不同部位，一旦膜系統(tǒng)遭到破壞，酚和酶接觸，在酶的催化下生成醌，再進(jìn)一步聚合形式褐色物質(zhì)。

不同果蔬中參與酶促褐變的底物不一樣，郁志芳等初步確定兒茶酚是鮮切蓮藕的主要褐變底物。郁志芳等還鑒定出引起鮮切山藥酶促褐變的主要底物是綠原酸。杜傳來(lái)等鑒定出鮮切慈菇酶促褐變的主要底物為愈創(chuàng)木酚。

2.3氧氣

氧是果蔬酶促褐變的必要條件。正常情況下，外界的氧氣不能直接作用于酚類(lèi)物質(zhì)發(fā)生酶促褐變。這是因?yàn)榉宇?lèi)物質(zhì)分布于液泡中，褐變相關(guān)酶PPO位于質(zhì)體中，PPO與底物不能相互接觸。在果蔬貯存、加工過(guò)程中，由于外界因素擦傷、割切、失水、細(xì)胞損傷等使果蔬的膜系統(tǒng)破壞，打破了酚類(lèi)與酶類(lèi)的區(qū)域化分布，導(dǎo)致褐變發(fā)生。林啟訓(xùn)等研究發(fā)現(xiàn)要減少某一溫度下干燥過(guò)程中蘑菇的褐變度，關(guān)鍵要控制干燥過(guò)程中氣體的氧氣含量；米熱班古·木太力甫等研究發(fā)現(xiàn)隔離氧氣能較好地控制蘋(píng)果汁的褐變。

3果蔬褐變控制技術(shù)

3.1化學(xué)方法

目前，化學(xué)方法是控制鮮切果蔬褐變最廣泛的方法。使用較多的褐變抑制劑主要有檸檬酸、維生素C、焦磷酸鈉、ED-TA、氯化鈣、4-己基間苯二酚、谷胱甘肽等。一般實(shí)際生產(chǎn)中化學(xué)抑制劑的復(fù)合處理護(hù)色效果往往比單獨(dú)使用要好。胡明等研究發(fā)現(xiàn)采用0.3%三-半胱氨酸+0.01%水楊酸+1.2%檸檬酸復(fù)合處理比單一使用1.0%檸檬酸、0.01%水楊酸、0.3%L-半胱氨酸處理對(duì)鮮切梨褐變抑制效果更佳。丁捷等研制馬鈴薯切片最佳復(fù)合防褐劑配方組合為0.005%曲酸+0.045%異抗壞血酸鈉+0.045%半胱氨酸+0.01%CaCl₂+0.299 2%EDTA-2Na。張芳等研制的鮮切蘋(píng)果復(fù)合護(hù)色液最佳配方（1.00%檸檬酸+0.80%氯化鈉+0.16%二胺四乙酸二鈉+0.50%D-異抗壞血酸鈉），相比于單獨(dú)處理，該護(hù)色液浸泡鮮切蘋(píng)果10 min的護(hù)色效果最佳。

3.2物理方法

低溫貯藏過(guò)程中，PPO、POD等酶活性受抑制，從而減慢褐變的發(fā)生，貨架期延長(zhǎng)。王靜等研究發(fā)現(xiàn)1℃冷藏下PPO和POD活性被抑制，進(jìn)一步延緩鮮切牛蒡的褐變。楊霞等研究發(fā)現(xiàn)鮮切萵筍在2℃和8℃的低溫下貯藏，PPO活性降低，褐變明顯受到抑制。王志華等研究發(fā)現(xiàn)碭山酥梨貯藏在0℃和1.5℃下果心褐變指數(shù)較低。

熱處理在鮮切果蔬上應(yīng)用較廣泛。熱處理包括熱水處理、熱蒸汽處理、熱空氣處理等。項(xiàng)麗霞研究表明45℃熱空氣處理抑制了蓮藕表皮PPO和POD活性，延緩了蓮藕表皮褐變。楊志娟等研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)先熱處理鈍化褐變酶后添加食品添加劑相結(jié)合的方法可降低香蕉醬褐變度，提高香蕉醬品質(zhì)。馮巖巖等研究發(fā)現(xiàn)切后50℃6 min、55℃3 min和切前50℃10 min 3種不同熱激處理均較好地抑制了貯藏期間鮮切牛蒡的褐變。

包裝技術(shù)的應(yīng)用對(duì)抑制果蔬褐變效果良好。因保鮮期長(zhǎng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，氣調(diào)包裝在果蔬貯藏過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。姜愛(ài)麗等研究發(fā)現(xiàn)5%O₂+5%CO₂氣調(diào)貯藏可抑制鮮切富士蘋(píng)果腐爛，降低呼吸速率，有效減弱褐變程度。趙迎麗等研究發(fā)現(xiàn)適宜的氣調(diào)貯藏參數(shù)（5%C02，3%～5%O₂）可抑制石榴果皮多酚氧化酶活性的增加，并減少酚類(lèi)物質(zhì)的氧化，有效地減輕石榴褐變的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，與氣調(diào)包裝相比純氧條件可保護(hù)細(xì)胞膜完整性，改善厭氧生物發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇及乙醛的堆積，抑制褐變。100%O₂氣調(diào)處理鮮切蓮藕可明顯抑制PPO的活性，維持維生素C的含量，減緩褐變和保持新鮮程度，延長(zhǎng)其貨架期。也有研究表明，高氧可以抑制鮮切梨、鮮切馬鈴薯的色澤變化。

3.3其他方法

目前，越來(lái)越多的天然保鮮劑開(kāi)始用于果蔬采后保鮮。王展華等研究發(fā)現(xiàn)洋蔥提取物對(duì)鮮切馬鈴薯具有較好的防褐變效果。一定濃度的柑橘皮精油對(duì)鮮切馬鈴薯的褐變抑制效果優(yōu)于檸檬酸、CaCl₂和Na₂SO₃。生姜提取液能顯著降低鮮切紅富士蘋(píng)果的失重率和褐變度，有效抑制PPO活性及丙二醛（MDA）的積累，減少可滴定酸的損失，維持產(chǎn)品的硬度，較好地保持了鮮切紅富士蘋(píng)果的品質(zhì)。

蛋白酶可有效抑制果蔬褐變，木瓜蛋白酶、無(wú)花果蛋白酶和菠蘿蛋白酶已經(jīng)被證實(shí)抑制酶促褐變效果明顯。

乙醇在果蔬保鮮中亦用于褐變的抑制。龔吉軍等研究發(fā)現(xiàn)乙醇處理可抑制PPO和POD的活性，從而抑制褐變；徐莉等研究發(fā)現(xiàn)乙醇熏蒸處理可延遲鮮切菊芋表面褐變，使產(chǎn)品在貯藏過(guò)程中保持優(yōu)良品質(zhì)。

另外，通過(guò)果蔬基因改良，利用反義RNA來(lái)控制PPO的表達(dá)，從而選育抗褐變品種。在馬鈴薯中轉(zhuǎn)入番茄PPO的正義和反義基因，可延緩其褐變。

4展望

果蔬酶促褐變問(wèn)題一直是農(nóng)產(chǎn)品研究的熱點(diǎn)之一，主要包括酶促褐變機(jī)制和褐變控制技術(shù)探索。其中酶促褐變機(jī)制研究主要集中在生理生化方面。而褐變控制技術(shù)主要集中在物理、化學(xué)和生物方法，相對(duì)于傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法，基因工程技術(shù)用于果蔬褐變控制將成為趨勢(shì)。而果蔬褐變分子機(jī)制研究的匱乏限制了基因工程技術(shù)在果蔬褐變控制中的應(yīng)用。因此果蔬褐變分子機(jī)制以及基于褐變分子機(jī)制的基因工程技術(shù)在果蔬褐變控制中的應(yīng)用是今后將要關(guān)注的課題。