果蔬汁中多酚介導(dǎo)的非酶褐變研究進(jìn)展

楊子涵，陳丹丹，季俊夫，陳 芳，廖小軍，吳繼紅，馬玲君，胡小松

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，國家果蔬加工工程技術(shù)研究中心，北京 100089）

我國果蔬汁產(chǎn)業(yè)起步較晚，20世紀(jì)80年代果蔬種植面積開始增大，果蔬汁產(chǎn)業(yè)有了充足的原材料。20世紀(jì)90年代我國果蔬汁產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，濃縮蘋果蔬汁、梨汁出口量均排在世界第一位。但我國果蔬汁產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國家仍有一定距離，因此提升果蔬汁的品質(zhì)迫在眉睫[1]。果蔬汁的加工過程當(dāng)中，影響果蔬汁產(chǎn)品品質(zhì)的三大主要技術(shù)問題：果蔬汁的褐變、果蔬汁的后渾濁、果蔬汁的二次渾濁。對(duì)果蔬汁品質(zhì)的研究最重要的就是解決果汁三大技術(shù)難題。針對(duì)果汁的渾濁問題，20世紀(jì)末時(shí)就發(fā)現(xiàn)采用一些先進(jìn)的超濾技術(shù)，減少果蔬汁中的大分子物質(zhì)，可以顯著防止果蔬汁貯藏和流通中引起果汁后混濁；對(duì)果漿進(jìn)行酶解，提高出汁率的同時(shí)可以分解可溶性果膠，進(jìn)而消除果膠引起的沉淀。果汁在儲(chǔ)存過程中面臨的另一個(gè)重大難題就是褐變問題，多酚類物質(zhì)通過氧化聚合反應(yīng)而引發(fā)褐變[2]。褐變會(huì)引起產(chǎn)品品質(zhì)下降，產(chǎn)品貨架期縮短，如果沒有良好的解決辦法會(huì)極大程度沖擊果汁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

目前國內(nèi)外一致把多酚的氧化褐變分為酶促褐變和非酶褐變。酶促褐變是在氧氣的作用下，果蔬汁中的酚類物質(zhì)經(jīng)多酚氧化酶催化形成醌類物質(zhì)，醌類物質(zhì)自身聚合或者與蛋白質(zhì)、氨基酸等大分子物質(zhì)聚合生成高分子聚合物的一個(gè)過程。現(xiàn)階段對(duì)于酶促褐變的研究較多，已經(jīng)有較完善的解決方案，可以通過控制多酚氧化酶的活性來有效地抑制酶促褐變。常見的方法有熱處理、低pH、輻照法等[3]。此外Giner等[4]發(fā)現(xiàn)高壓脈沖電場(chǎng)可以抑制果蔬當(dāng)中多酚氧化酶的活力，Gacche等[5]發(fā)現(xiàn)肉桂酸和谷胱甘肽同樣有抑制多酚氧化酶活性的作用。果蔬汁經(jīng)過熱加工處理后，多酚氧化酶因鈍化而失去催化作用，但酚類物質(zhì)受加工條件的影響相對(duì)較小且依然保持較高的化學(xué)反應(yīng)活性，容易引起非酶褐變[6-7]。由于難以嚴(yán)格阻斷酚類物質(zhì)與氧化物的接觸，該非酶褐變較難被控制并廣泛存在于果蔬汁加工和儲(chǔ)藏過程中[8-11]。

由此可知，多酚引起的非酶褐變是影響果蔬汁品質(zhì)的一個(gè)重要難題，也是我國果蔬汁出口行業(yè)面臨的一個(gè)主要障礙，解決多酚引起的非酶褐變問題會(huì)對(duì)我國果蔬汁出口產(chǎn)業(yè)提供一些支持。因此，本文整理和綜述了近些年國內(nèi)外的研究中常見多酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)、多酚非酶褐變的途徑與生成產(chǎn)物和影響非酶褐變的主要因素。

1 多酚的結(jié)構(gòu)分類

多酚在化學(xué)上可以分為兩大類，一類是由分子骨架C6-C3-C6衍生的黃酮類物質(zhì)，另一類是無C6-C3-C6骨架的非黃酮類物質(zhì)[12]。黃酮類物質(zhì)的C6-C3-C6骨架由一個(gè)中心的含氧吡喃環(huán)（C環(huán)）沿一個(gè)鍵與芳香環(huán)（A環(huán)）鏈接，并通過另一個(gè)單鍵與另一個(gè)芳香環(huán)（B環(huán)）連接（圖1）[13]。果蔬中常見的黃酮類物質(zhì)有黃酮、黃酮醇類、黃烷醇類、花色苷等[14]。

圖1 黃酮類物質(zhì)結(jié)構(gòu)骨架Fig.1 Skeleton of flavonoids

1.1 黃酮類物質(zhì)

黃酮是果蔬中含量較多的酚類物質(zhì)，在C6-C3-C6骨架中的C環(huán)上多了一個(gè)酮基，是最基本的黃酮類物質(zhì)。黃酮醇類和黃酮結(jié)構(gòu)十分相似，C環(huán)上比黃酮多了一個(gè)羥基取代基。主要的黃酮醇類物質(zhì)有楊梅酮、槲皮素、山奈酚、異鼠李亭等，同時(shí)C環(huán)多出的羥基（如圖R位置）可以發(fā)生糖苷化，糖苷化的形式主要包括葡萄糖、半乳糖、葡萄糖醛酸、鼠李糖苷化等，其結(jié)構(gòu)如圖2所示[15]。

圖2 常見黃酮醇類物質(zhì)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of common flavonols

黃烷醇類主要分為單體和聚合體，單體是指黃烷-3-醇單體，它是黃烷醇類物質(zhì)構(gòu)成的基本骨架，與黃酮類物質(zhì)骨架區(qū)別為B環(huán)上的取代基。主要的黃烷-3-醇單體有阿福豆素、兒茶素、沒食子兒茶素，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示[16-17]。聚合體是指由黃烷醇類物質(zhì)構(gòu)成的縮合單寧，縮合單寧中不含有糖鍵，非常難水解。

圖3 常見黃烷-3-醇單體物質(zhì)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of common flavan-3-ol monomers

花色苷是糖與花色素以糖苷鍵連接而成的物質(zhì)，廣泛存在于植物的組織與器官當(dāng)中，根據(jù)結(jié)構(gòu)中B環(huán)上取代基的不同花色苷可以分為花葵素、花青素、花翠素、甲基花葵素、甲基花青素、甲基花翠素，結(jié)構(gòu)圖如圖4所示[13,18]。花色苷在C環(huán)上的糖苷鍵能夠被?；ㄈ缫阴；?、香豆?；⒖Х弱；龋┐呋筛€(wěn)定的?；ㄉ辗肿覽19]。

圖4 常見花色苷的結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of common anthocyanins

1.2 非黃酮類物質(zhì)

非黃酮類物質(zhì)雖然未含有C6-C3-C6的結(jié)構(gòu)骨架，但它在果蔬生理生化方面起著不可或缺的作用。果蔬中常見的非黃酮類物質(zhì)按結(jié)構(gòu)分為羥基苯甲酸、羥基肉桂酸、水解單寧。羥基苯甲酸類物質(zhì)的骨架為C6-C1，在結(jié)構(gòu)中因?yàn)楸江h(huán)上的取代基不同所以有很多不同的物質(zhì)，果蔬中常見的羥基苯甲酸類物質(zhì)有沒食子酸、對(duì)羥基苯甲酸、原兒茶酸、香草酸、丁香酸、水楊酸等，結(jié)構(gòu)如圖5所示[20-23]。

圖5 常見羥基苯甲酸類物質(zhì)結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of common hydroxybenzoic acids

羥基肉桂酸的結(jié)構(gòu)骨架為C6-C3。果蔬中羥基肉桂酸的含量比羥基苯甲酸的含量多，尤其是蔬菜中羥基肉桂酸含量是羥基苯甲酸的十倍，比如咖啡酸、p-香豆酸幾乎存在于所有蔬菜中。果蔬中常見的羥基肉桂酸為綠原酸、咖啡酸、p-香豆酸、阿魏酸、芥子酸、2-羥基肉桂酸、3-羥基肉桂酸、異阿魏酸等，其結(jié)構(gòu)如圖6所示[24-26]。水解單寧由酚酸及其衍生物與多元醇或葡萄糖通過酯鍵形成，屬C6-C1型酚類。根據(jù)分解產(chǎn)生的酚酸種類，可分為沒食子單寧、鞣酸單寧等，主要存在于核桃、石榴、牡丹等中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變[27]。

圖6 常見羥基肉桂酸類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)Fig.6 Structure of common hydroxycinnamic acids

2 果蔬中常見的多酚

日常水果和蔬菜中都含有一定量的多酚類物質(zhì)，水果和蔬菜是人類攝入多酚的主要來源，多酚對(duì)果蔬的色澤、風(fēng)味產(chǎn)生影響的同時(shí)也會(huì)為人體健康帶來益處。果蔬中的多酚種類繁多，像蘋果、梨、獼猴桃、馬鈴薯等果蔬都含有一定量的多酚類物質(zhì)。表1為常見果蔬的主要酚類化合物種類與含量，其中綠原酸、咖啡酸、兒茶素、沒食子酸、槲皮素等酚類物質(zhì)廣泛存在于各種果蔬當(dāng)中，起到了重要的作用[28-33]。

表1 常見果蔬中多酚Table 1 Polyphenols in common fruits and vegetables

3 多酚介導(dǎo)的非酶褐變

3.1 易氧化的多酚物質(zhì)

多酚氧化引起的褐變嚴(yán)重影響果蔬汁的貨架期及品質(zhì)，因此如何抑制褐變是果蔬汁生產(chǎn)的重要難題。前期研究發(fā)現(xiàn)多酚能否氧化取決于其結(jié)構(gòu)中的B環(huán)。果蔬中常見的多酚按氧化難易程度進(jìn)行分類如表2、表3所示，Ma等[34]近期研究發(fā)現(xiàn)含有鄰苯二酚、鄰苯三酚、對(duì)苯二酚基團(tuán)的多酚容易發(fā)生氧化，因?yàn)檫@些基團(tuán)氧化后能夠形成穩(wěn)定的自由基陰離子[35]，其中鄰苯三酚比鄰苯二酚更容易發(fā)生自氧化[36]。具有這些官能團(tuán)的酚類物質(zhì)主要包括咖啡酸及其酯類、兒茶素、表兒茶素、花青素及其衍生物、沒食子酸和槲皮素等[37]。單酚、間苯二酚和取代酚（特別是甲氧基衍生物）不容易被氧化，因?yàn)樗鼈儾荒墚a(chǎn)生穩(wěn)定的半醌自由基[35,38]。此外，異構(gòu)體反應(yīng)活性的不同導(dǎo)致氧化電位的差異，也會(huì)影響多酚的氧化速率。因?yàn)猷徫缓蛯?duì)位的電子密度最高，當(dāng)苯環(huán)上的羥基位于鄰位或?qū)ξ粫r(shí)，芳香環(huán)被羥基活化導(dǎo)致反應(yīng)活性增強(qiáng)，因此，對(duì)苯二酚和鄰苯二酚的芳香環(huán)易被激活，而間苯二酚的芳香環(huán)由于電子密度低不易被激活，所以間苯二酚相對(duì)于對(duì)苯二酚或鄰苯二酚不易被氧化。對(duì)苯二酚和鄰苯二酚可以通過兩個(gè)電子和兩個(gè)質(zhì)子的轉(zhuǎn)移發(fā)生可逆反應(yīng)形成醌，而間苯二酚在失去兩個(gè)電子時(shí)不能產(chǎn)生鄰或?qū)︴惍a(chǎn)物[39]。

表2 易氧化的酚類結(jié)構(gòu)Table 2 Easily oxidized phenolic structure

表3 不易氧化的酚類結(jié)構(gòu)Table 3 Not easily oxidized phenolic structure

3.2 多酚氧化聚合引起的褐變

含鄰苯二酚基團(tuán)的多酚在氧氣存在的條件下被氧化成醌，醌類物質(zhì)進(jìn)一步反應(yīng)聚合形成黃棕色的大分子，最終導(dǎo)致褐變[40-41]，因此具有鄰苯二酚等結(jié)構(gòu)的酚類物質(zhì)是多酚非酶氧化聚合形成褐色物質(zhì)的前提。酚類物質(zhì)具有較高的pKa，在pH較低的果蔬汁等酸性條件下很難失去電子，從而延緩了酚類物質(zhì)與O2直接反應(yīng)的速率[42]。一些過渡金屬離子，尤其是鐵和銅，可以改變反應(yīng)路徑，降低反應(yīng)所需的自由能，從而促進(jìn)多酚氧化。作為初級(jí)氧化產(chǎn)物，醌的形成過程十分復(fù)雜，在Fe2+存在的條件下，氧氣被連續(xù)的單電子還原產(chǎn)生超氧陰離子自由基，而Fe2+氧化為Fe3+[43]，超氧陰離子自由基會(huì)迅速轉(zhuǎn)化為氫過氧自由基（HOO·），鄰苯二酚基團(tuán)是HOO·的主要反應(yīng)底物（鄰苯三酚的反應(yīng)類似），這些鄰苯二酚和鄰苯三酚基團(tuán)可以通過與HOO·反應(yīng)或與Fe3+配位被迅速氧化成半醌類化合物[44]，同時(shí)產(chǎn)生過氧化氫。生成的半醌自由基立即與氫原子等其他自由基發(fā)生歧化反應(yīng)，生成新的鄰苯二酚結(jié)構(gòu)或進(jìn)一步氧化成醌[41-42]。

酚類的氧化偶聯(lián)是一種雙電子氧化，一般可能有外部和內(nèi)部氧化兩種耦合模式。在前一個(gè)過程中，電子從酚醛基團(tuán)轉(zhuǎn)移到外部氧化劑；而在后一個(gè)過程中，發(fā)生的是內(nèi)部的氧化還原，其中一個(gè)部分在耦合步驟中被氧化，另一個(gè)被還原。酚類分子通過碳碳或碳氧耦合可以形成許多不同的產(chǎn)物，例如聚合物和醌類化合物。簡單的酚類物質(zhì)通過鄰位或?qū)ξ坏牧u基連接，以產(chǎn)生幾種可能的二聚體；醌-酚二聚體也可以轉(zhuǎn)化為新的雙酚二聚體，或通過兩個(gè)半醌直接形成二聚體。在氧化耦合反應(yīng)中產(chǎn)生的二聚體或聚合物比它們的初始酚類具有更低的氧化還原電位，因此更容易氧化，從而加速酚類的聚合反應(yīng)[45]，最終產(chǎn)生更大的聚合物，如圖7所示。

圖7 兩個(gè)半醌或醌和苯酚之間的反應(yīng)再生低聚物Fig.7 Reaction between two semiquinones or quinone and phenol to regenerate oligomers

復(fù)雜的多羥基芳香化合物可能發(fā)生分子內(nèi)或分子間的耦合[44]。黃酮類物質(zhì)結(jié)構(gòu)中含間苯二酚A環(huán)和鄰苯二酚B環(huán)兩種不同的功能基團(tuán)。A環(huán)和B環(huán)不結(jié)合，一個(gè)環(huán)上的OH的電離不會(huì)顯著影響另一個(gè)環(huán)的OH的電離。Ma等[34]發(fā)現(xiàn)A環(huán)上的間苯二酚基團(tuán)能夠通過與醌類反應(yīng)來淬滅醌，生成無色的鄰苯二酚和黃酮加合物，從而防止褐變[46]。而B環(huán)上的鄰苯二酚基團(tuán)可以通過氧化形成具有反應(yīng)活性的褐變前體黃酮類醌。產(chǎn)生的黃酮類醌可進(jìn)一步與另一個(gè)黃酮類化合物的A環(huán)反應(yīng)，生成黃酮類化合物二聚體[47]。以兒茶素為例，兒茶素自氧化或化學(xué)氧化導(dǎo)致聚合物的形成，是由于一個(gè)單元的A環(huán)與另一個(gè)單元的B環(huán)之間反復(fù)的縮合反應(yīng)（“頭尾”聚合機(jī)理）引起的。當(dāng)兒茶素醌存在時(shí)，鄰苯二酚單元的A環(huán)的6號(hào)碳對(duì)兒茶素醌B環(huán)的親核攻擊導(dǎo)致脫氫兒茶素（即兒茶素二聚體）的形成，然后，B環(huán)氧化為脫氫兒茶素醌后，通過兒茶素醌為氧化劑進(jìn)行偶聯(lián)氧化，脫氫兒茶素可能通過兩種不同的分子內(nèi)加成反應(yīng)，再經(jīng)過異構(gòu)化生成黃色二聚體[47]。產(chǎn)物具有相當(dāng)數(shù)量的共軛雙鍵，提供了可見的吸光度，從而導(dǎo)致褐變。因此，醌類物質(zhì)是褐變形成的重要前體物，如何阻止醌的形成或加速醌的消除是抑制褐變的關(guān)鍵卡脖子問題。

4 多酚介導(dǎo)非酶褐變的影響因素

前期研究發(fā)現(xiàn)，影響酚類非酶褐變的因素有很多，比如金屬離子含量、溫度、pH以及抗氧化劑。不同影響因素影響褐變的作用機(jī)理不同，可以通過影響酚類的氧化或通過與醌發(fā)生親核加成或氧化還原反應(yīng)從而影響褐變程度。

4.1 金屬離子

Danilewicz等發(fā)現(xiàn)在酸性條件下，O2無法與酚類物質(zhì)直接結(jié)合[42]。后續(xù)研究表明金屬離子如鐵離子、銅離子等在反應(yīng)過程中能夠起到催化作用，促進(jìn)酚類物質(zhì)的氧化[35]，單獨(dú)一種金屬離子的催化作用較弱，而多種金屬離子之間的協(xié)同作用較為明顯[48]。在Danilewicz等用鄰苯二酚建立了相應(yīng)的反應(yīng)模型體系中，添加亞鐵離子和銅離子之前，模型當(dāng)中的酚類物質(zhì)不會(huì)發(fā)生顯著變化[49]；在含有亞鐵離子和銅離子葡萄酒中，添加了亞鐵氰化鉀去除金屬離子后，鄰苯二酚同樣不會(huì)發(fā)生顯著變化[50]。說明一旦體系當(dāng)中缺少了鐵離子與銅離子等金屬離子的催化作用，整個(gè)反應(yīng)將會(huì)減緩甚至停止。其原因主要分為兩方面，一方面O2與Fe2+反應(yīng)產(chǎn)生氫過氧自由基，進(jìn)而產(chǎn)生過氧化氫；另一方面Fe3+形成后與酚類物質(zhì)進(jìn)行螯合，酚類物質(zhì)被氧化成半醌自由基和醌類物質(zhì)，F(xiàn)e3+則被還原成Fe2+繼續(xù)循環(huán)反應(yīng)。Danilewicz等在實(shí)驗(yàn)中添加了Fe2+，觀察到體系中氧氣含量下降，且隨著金屬含量的增加，氧化速度加快，確認(rèn)了Fe2+和氧氣的相互作用關(guān)系[51]。

4.2 溫度

溫度是果蔬汁褐變的重要影響因素，高溫將導(dǎo)致醌類物質(zhì)的穩(wěn)定性降低，酚類物質(zhì)與醌類物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化的平衡傾斜，從而促進(jìn)酚類物質(zhì)的氧化。劉靜和Dong等分別在果蔬汁體系和化學(xué)氧化模型體系中進(jìn)行了溫度與酚類物質(zhì)氧化之間關(guān)系的研究，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，酚類物質(zhì)的含量越來越少，酚類物質(zhì)氧化加劇[52-53]。李娜研究了溫度對(duì)紅樹莓果蔬汁顏色穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)溫度越高，紅樹莓果蔬汁的吸光度越大[54]，吸光度反映了果蔬汁褐變指數(shù)，褐變指數(shù)的增大表明果蔬汁當(dāng)中酚類物質(zhì)的氧化產(chǎn)物的增加。藍(lán)莓汁在不同溫度下同樣得出高溫導(dǎo)致非酶褐變加劇，且總酚含量減少的結(jié)果[55]。Fernandezzurbano等[56]比較了20和55 ℃下的葡萄酒的褐變程度，證明了高溫條件下葡萄酒褐變速度加快，褐變時(shí)間縮短。基于以上研究猜測(cè)高溫影響了花色苷等酚類物質(zhì)的化學(xué)氧化反應(yīng)速率，促進(jìn)了酚類物質(zhì)的氧化，最終導(dǎo)致果蔬汁顏色的加深。但是，無論是藍(lán)莓汁，紅樹莓汁還是葡萄酒體系中褐變的加深，都不能完全證明溫度升高會(huì)影響酚類物質(zhì)非酶氧化速率，很有可能是酶和美拉德反應(yīng)的作用。未來可以單獨(dú)制作酚類物質(zhì)非酶氧化的模擬體系，在排除多酚氧化酶的干擾下，在不同的溫度條件下，深入研究溫度對(duì)多酚介導(dǎo)的非酶褐變的影響。

4.3 pH

pH是影響多酚介導(dǎo)的非酶褐變的重要因素之一。Dong等[52]用不同的參數(shù)，包括pH、溫度和酚類物質(zhì)，模擬了酚類物質(zhì)化學(xué)氧化體系。在酚類物質(zhì)被氧化以后，根據(jù)T420測(cè)定褐變程度，得到不同因素的影響能力從大到小排列為pH＞酚的種類＞溫度，證明pH在多酚氧化中的重要性。早在1989年，Cilliers等研究咖啡酸的氧化模型時(shí)發(fā)現(xiàn)pH的變化與酚類氧化息息相關(guān)。隨后又發(fā)現(xiàn)pH的升高會(huì)導(dǎo)致酚類氧化速率加快[57]。接下來研究當(dāng)中發(fā)現(xiàn)酚類物質(zhì)氧化速率隨pH的增加而增加，推測(cè)高pH條件下醌類物質(zhì)不穩(wěn)定性增加，從而導(dǎo)致酚類物質(zhì)氧化速率的增加[48]。在模擬酚類物質(zhì)氧化體系下，發(fā)現(xiàn)酚類化合物的氧化更容易在堿性條件下發(fā)生，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Dong、Hocking、胡燕等的研究結(jié)果一致[52,58-59]。這是由于酚類物質(zhì)在堿性條件下，可與氧氣直接反應(yīng)，酚類化合物的弱酸性特性（pKa9～10）允許它們形成能與氧反應(yīng)的酚酸陰離子。從酚酸陰離子中去除一個(gè)電子會(huì)產(chǎn)生半醌，半醌可以不成比例地產(chǎn)生醌和苯酚；在中高 pH（pH7～9）時(shí)，具有鄰苯三酚單位（如表沒食子兒茶素）的酚類物質(zhì)比具有簡單鄰苯二酚取代的酚類物質(zhì)更容易氧化[60]；在pH＞10時(shí)，C環(huán)上的取代基可被氧化，使酚類化合物與鄰苯二酚或鄰苯三酚的反應(yīng)活性平衡[36]。但是，由于果蔬汁是偏酸性的，并且多酚的pKa很高，因此果蔬汁多酚中只有一小部分會(huì)被去質(zhì)子化，從而消除了這種直接的氧化途徑，如上文所述，在酸性條件下，多酚需要通過自由基和過渡金屬與氧氣進(jìn)行反應(yīng)。

4.4 抗氧化劑

抗氧化劑在食品中廣泛應(yīng)用，Nikolantonaki等用不同親核試劑與多酚的氧化產(chǎn)物醌類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，得到反應(yīng)速率從小到大依次為：氨基酸＜揮發(fā)性硫醇＜抗氧化劑，說明在多酚引起的非酶褐變當(dāng)中，抗氧化劑會(huì)先于酚類等親核試劑與醌發(fā)生反應(yīng)，從而起到保護(hù)作用，是未來解決多酚引起的非酶褐變問題的一個(gè)方向。目前用抗氧化劑抑制多酚引起的非酶褐變問題主要在葡萄酒領(lǐng)域研究，其中常應(yīng)用的抗氧化劑有二氧化硫、谷胱甘肽、抗壞血酸等[61]。

4.4.1 二氧化硫 二氧化硫（SO2）是一個(gè)被廣泛使用的抗氧化劑，同時(shí)具有抗微生物特性和抗氧化特性[62]。在葡萄酒中防止多酚介導(dǎo)非酶褐變的主要物質(zhì)就是SO2。SO2在溶液中以亞硫酸氫鹽（）和亞硫酸鹽（）形式存在。亞硫酸鹽通過與O2反應(yīng)阻止氧化，這種觀點(diǎn)已存在了多年[63]。而Danilewicz等研究發(fā)現(xiàn)，SO2在氧化體系中無法直接與氧氣發(fā)生反應(yīng)，而是與H2O2和醌類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)；Nikolantonaki等用高效液相色譜（HPLC）發(fā)現(xiàn)了二氧化硫與醌類發(fā)生兩種反應(yīng)：近90% SO2與醌發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成多酚，小部分SO2與醌類發(fā)生了親核加成反應(yīng)，生成了三種加成產(chǎn)物，這三種加成產(chǎn)物具有相同的分子式C7H8O5S[35,44,61,64]。此外，有些葡萄酒中SO2消耗少于其他葡萄酒，說明它們中可能含有反應(yīng)活性更強(qiáng)的還原劑，推測(cè)是抗壞血酸和亞硫酸鹽一起添加所致[44]。Nikolantonaki等也發(fā)現(xiàn)將谷胱甘肽與SO2結(jié)合使用可以降低SO2的添加量以及其對(duì)感官品質(zhì)的負(fù)面影響，具有更強(qiáng)的抗氧化效果[61]。這說明SO2與其他抗氧化劑結(jié)合具有更強(qiáng)的協(xié)同作用。近些年來，越來越多的研究表明二氧化硫可能不是一種有效的抗氧化劑[65-66]。而且SO2能夠在特定人群體內(nèi)產(chǎn)生過敏反應(yīng)，法律上已經(jīng)限制了其最高含量。未來的研究方向?qū)⑹褂眯阅芟嗨频?fù)面影響較小、效率較高的新化學(xué)品替代SO2[67]。

4.4.2 谷胱甘肽 谷胱甘肽（GSH）是L-谷氨酸、L-半胱氨酸和甘氨酸的三肽。谷胱甘肽主要用做抗氧化劑、免疫增強(qiáng)劑和排毒劑。在過去的幾十年中，GSH一直和其他抗氧化劑協(xié)同使用，直到最近被提出作為替代SO2的抗氧化劑[68]。GSH的抗氧化機(jī)理是捕捉酚類物質(zhì)生成的鄰醌而生成無色化合物，從而防止深色的醌類聚合物的生成。Nikolantonak等建立鄰苯二酚生成的醌與GSH的反應(yīng)模型體系，發(fā)現(xiàn)他們之間發(fā)生的是親核加成反應(yīng)，加成產(chǎn)物為一個(gè)或兩個(gè)GSH與鄰苯二酚結(jié)合的化合物，說明GSH和鄰苯二酚可以發(fā)生兩次親核加成反應(yīng)[61]。Singleton等研究發(fā)現(xiàn)GSH和鄰醌反應(yīng)生成GRP（2-S-谷胱甘肽基乙酸），是一種無色的化合物，能防止果肉褐變[69-70]。Webber等也證明了GSH阻止了兒茶素的聚合物生成，減少了褐變反應(yīng)[71]。在GSH與其他抗氧化劑協(xié)同作用方面，Roussis等發(fā)現(xiàn)GSH與SO2同時(shí)使用能彌補(bǔ)SO2造成的揮發(fā)性化合物的損失[72]。Sonni等把GSH和抗壞血酸結(jié)合使用，證明在抗氧化能力上該組合比單獨(dú)使用GSH或抗壞血酸更有效[73]。已有的研究表明GSH擁有SO2的抗氧化效果。未來關(guān)于GSH作為抗氧化劑的研究領(lǐng)域可以更為廣泛，并逐漸的引入到果蔬汁體系當(dāng)中。

4.4.3 抗壞血酸 抗壞血酸俗稱VC，具有很強(qiáng)的還原性，它廣泛存在于新鮮果蔬中?？箟难岷彤惪箟难崾钱悩?gòu)體，都具有抗氧化性。目前抗壞血酸及其異構(gòu)體也被認(rèn)為是優(yōu)良的抗氧化劑[74]，Nikolantonak等研究表明抗壞血酸與醌類物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，直接還原醌類物質(zhì)成多酚。在反應(yīng)模型中抗壞血酸不會(huì)直接與氧氣反應(yīng)，它通過消耗生成的醌類物質(zhì)而促進(jìn)氧氣與多酚的反應(yīng)，進(jìn)而起到抗氧化作用[61]。但是抗壞血酸沒有抗微生物活性，這方面無法替代SO2[75]。目前抗壞血酸多用于SO2的協(xié)同劑，共同起到抗氧化作用。

5 結(jié)論與展望

果蔬中含有多種多酚，它們與果蔬汁的非酶褐變密切相關(guān)。本文系統(tǒng)介紹了酚類引起褐變的機(jī)理，根據(jù)酚類的不同結(jié)構(gòu)和氧化的難易程度對(duì)多酚進(jìn)行了分類。多酚的酶促褐變已經(jīng)被廣泛研究報(bào)道，可以通過消除多酚氧化酶而抑制褐變，然而目前對(duì)于多酚氧化引起的非酶褐變及其機(jī)理的相關(guān)研究較少，尋找有效預(yù)防或者阻止多酚氧化引起的非酶褐變方法是未來果蔬汁產(chǎn)業(yè)亟需解決的科學(xué)問題。本文從引起酚類非酶氧化的原因及過程入手，揭示含鄰苯二酚基團(tuán)的多酚與氧氣接觸后，在過渡金屬離子和自由基作用下通過電子轉(zhuǎn)移非酶氧化形成醌類物質(zhì)，醌類再進(jìn)一步氧化并與多酚聚合最終形成褐色物質(zhì)，因此多酚氧化聚合形成具有大分子雙鍵的多酚聚合物是導(dǎo)致褐變的主要原因。在今后的研究中，可以從多酚氧化的源頭入手，減少易氧化的酚類物質(zhì)的含量；隔絕氧氣，避免其與多酚物質(zhì)接觸；剔除果蔬汁中的金屬離子等途徑，有效減緩氧化過程。同時(shí)可以從氧化過程入手，通過添加抗氧化劑將醌類還原成多酚形式，從而防止褐變；也可通過添加親核試劑將醌類物質(zhì)捕獲，阻斷醌類物質(zhì)的進(jìn)一步反應(yīng)，避免其繼續(xù)氧化聚合形成大分子聚合物。同時(shí)，溫度、pH等因素對(duì)酚類介導(dǎo)的非酶褐變也具有較強(qiáng)的影響，降低溫度及保持酸性環(huán)境可延緩多酚的非酶氧化，從而保持果蔬汁的品質(zhì)。