浅谈食品中多酚氧化酶与酶促褐变的控制
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酶促褐变的反应机理及其常用的控制酶促褐变的方法(一)酶促褐变什么是酶促褐变酶促褐变现象是指在生物体内,由于酶的作用,导致蛋白质分子发生变化,褪色、变褐,使得原来的颜色消失,同时也影响到了食品的口感。
酶促褐变的反应机理什么是酶酶是一种生物催化剂,催化生物内化学反应的发生及加速。
在生物体内,酶促褐变主要是多酚氧化酶的催化作用。
多酚氧化酶是存在于水果、蔬菜、肉类等食品中的一种酶。
酶促褐变的反应路径酶促褐变的反应机理较为复杂,其反应路径大致如下:1.多酚与O2发生氧化反应2.氧化的多酚分子与其他物质结合3.产生棕色物质存在的原因酶促褐变是因为食品内的多酚氧化酶与含氧物质接触时,多酚氧化酶就会催化氧化的发生,并产生了褐色的氧化产物。
常见的控制酶促褐变的方法温度控制酶促褐变是需要一定的温度才能发生的,温度越高,反应速率越快。
因此,将食品贮存于低温环境中可降低食品的褐变。
pH值控制多酚氧化酶的催化机理涉及到过氧化物的产生,而这种过氧化物主要是在酸性条件下产生。
因此,将食品的pH值调制至7以上,可以有效降低褐变的产生。
添加抗氧化剂抗氧化剂可抑制氧气和自由基等对多酚的氧化,从而达到稳定食品色泽的目的。
常用的抗氧化剂有柠檬酸、抗坏血酸等。
减少氧气接触将食品置于无氧气环境中,或用密封包装的方法,减少食品接触氧气的机会,也可以达到减少酶促褐变的效果。
结论综合而言,要控制食品的酶促褐变,需要从多方面入手,调节食品温度、PH值,添加适量的抗氧化剂等方法。
另外,以下是一些补充的控制酶促褐变的方法:加工处理通过一些加工处理,如切、削、蒸、煮等,可以破坏褐变反应所需要的酶或多酚等物质的组织结构,从而降低酶促褐变的发生。
勾芡在烹饪中,通过加入淀粉质的原料进行勾芡,可以有效降低酶促褐变的发生。
勾芡的本质是将多酚固定在淀粉粒子中,避免其与其他物质接触引起氧化反应。
降低金属离子含量食品中的金属离子,如铁、铜等,可以催化多酚的氧化反应。
因此,通过一些方法降低食品中金属离子的含量,如在加工生产过程中加入螯合剂、减少金属容器的使用等,也能达到降低酶促褐变的效果。
香蕉中多酚氧化酶性质及褐变控制柳素洁;杜金华;单玲克;刘伟【摘要】对香蕉果肉中多酚氧化酶(PPO)的最适温度、最适pH值以及热稳定性等性质进行了研究。
结果表明:香蕉PPO的最适温度为30℃,最适pH值为6.5。
80℃水浴处理10min后酶活力下降了50%,90℃水浴处理10min酶的失活率达到90%。
实验中还考察了柠檬酸、抗坏血酸(Vc)、二氧化硫(SO2)对PPO的酶活抑制效果,结果显示:当V。
添加范围在0.1—0.5g/kg时,对PPO酶活力的抑制率达到97.5%-98.35%,其次是SO2,在添加范围内抑制率可达11.85%-16.77%,而柠檬酸在可添加范围内对PPO的抑制效果基本可以忽略。
最后选取SO2、Vc酶处理pH值及处理时间4个因素进行中心组合设计,利用二次响应面分析对组合的抑制效果进行优化研究,结果表明:SO2浓度为0.12g/kg,Vc浓度为0.2g/kg,pH值为3.83,处理时间为12.6h,此时组合对酶的活性抑制效果最好,酶活力抑制率达到96.98%。
【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2012(038)002【总页数】5页(P126-130)【关键词】香蕉;多酚氧化酶;响应面分析;失活【作者】柳素洁;杜金华;单玲克;刘伟【作者单位】山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安271018;山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安271018;山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安271018;山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安271018【正文语种】中文【中图分类】TS255.3香蕉富含碳水化合物、β-胡萝卜素、钾钙等矿物质和多巴胺,是全世界最重要的食物资源之一[1]。
近年来,香蕉产业链不断发展扩大,但香蕉加工相对落后,究其原因,主要是因为去皮后的香蕉果肉会迅速褐变。
国内外学者一致认为果蔬的酶促褐变,主要是由多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)在有氧条件下将酚类物质氧化为醌,醌再进一步脱水、聚合,最后形成褐色物质的过程。
果蔬多酚氧化酶酶促褐变防止措施研究发展摘要:果蔬在贮藏和加工过程中,会发生酶促褐变现象,主要表现为果蔬颜色的变化,直接导致了营养的损失,对口感、质地也有所影响。
果蔬的酶促褐变机理的研究对于褐变抑制具有重要的意义。
酶促褐变原因自由基伤害假说自由基袭击生物大分子和膜脂,会导致膜脂过氧化加剧,膜系统结构和功能的破坏,膜透性增大,进而导致代谢障碍和膜系统的破坏和解体。
正常情况下,由于机体内存在防御系统,故自由基代谢保持平衡。
但在干旱、高盐分、SO2、O3、低温或水分亏缺时,由于自由基产生过多,此时活性氧的产生和清除平衡体系被打破,会导致植物细胞受到伤害,从而引起褐变的发生。
保护酶系统假说通常情况下,植物组织中有较高的还原势,正常的氧化还原代谢平衡使氧化形成的醌类物质通过还原氧化或转化而未聚和。
保护酶系统包括两类物质:一是氧化酶系统,主要有超氧化歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)等,它们可以清除自由基、活性氧,以防止其对细胞膜的攻击,防止膜脂过氧化;二是抗氧化酶系统,主要有谷胱甘肽还原酶(GSH)、抗坏血酸(ASA)、维生素E(VE),类胡萝卜素(Car)、细胞色素f(Cytf)、氢醌和含硒化合物等,它们能清除自由基和活性氧,也可以作为抗氧化剂,对酚类物质的氧化起抑制作用。
在逆境下,超氧化歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)三者作用失调,导致H2O2积累,从而引起褐变的发生比较权威的说法还是在果蔬加工过程中,完整细胞中酚类化合物和醌类化合物之间的动态平衡被破坏,由于空气中氧的侵入和原果蔬中多酚氧化酶的催化作用,多酚类物质被氧化成邻醌,然后,在酚羟基酶作用下进行二次羟基化作用,生成三羟基化合物,邻醌具有较强的氧化能力,可将三羟基化合物氧化成羟基醌,羟基醌进一步聚合而由红色变为褐色,最后变成黑褐色的黑色素物质。
多酚氧化酶PPO的结构特性PPO是一种含有Cu2+离子的结构蛋白,可以催化酚类上的羟基,使之转化为醌或催化多酚类变为氧合醌。
果蔬的褐变的机理及抑制方法果蔬的褐变指的是果蔬在加工、切割或保存过程中,由于酶的作用而导致颜色变暗、变褐的现象。
褐变不仅给果蔬带来观感上的不美观,还对食品的营养品质和口感产生不利影响。
因此,了解果蔬褐变的机理,并采取相应的抑制方法,对于保持果蔬的品质至关重要。
1.酶类作用:果蔬中含有一些酶类物质,如多酚氧化酶、过氧化物酶等,它们在氧气存在的条件下可以催化多酚类物质的氧化反应,从而引起颜色的变化。
2.多酚类物质:果蔬中含有丰富的多酚类物质,如酚酸、黄酮类化合物等,它们是果蔬颜色的主要成分。
多酚类物质在加工、切割或保存过程中易氧化变质,从而引起褐变。
3.酸碱度:果蔬的酸碱度对褐变的程度也有一定影响。
酸性条件下,果蔬中铁离子的溶解度较高,易与多酚类物质形成络合物,从而加快褐变的速度。
为了抑制果蔬的褐变,可以采取以下几种方法:1.降低酶活性:通过加热、冷冻、短时高温处理等方法,可以有效降低果蔬中的酶活性,从而减缓酶催化引起的褐变反应。
2.酸碱调节:通过控制果蔬的酸碱度,可以改变铁离子的溶解度,减少与多酚类物质的络合反应,从而减缓褐变的速度。
3.氧气限制:果蔬的褐变反应需要氧气存在,因此可以通过采取真空包装、气调包装等方法,减少果蔬与氧气的接触,从而减缓褐变反应。
4.添加抑制剂:可以向果蔬中添加一些抑制剂,如抗氧化剂、酶抑制剂等,来抑制酶的活性,减缓褐变的发生。
5.温湿度控制:果蔬的保存温度和湿度对褐变也有一定影响。
通常来说,较低的温度和较高的湿度可以减缓果蔬的褐变速度。
总之,了解果蔬褐变的机理,并采取相应的抑制方法,可以有效延缓果蔬的褐变,保持其营养品质和口感。
在果蔬加工和保存过程中,需要根据不同的果蔬种类、加工方式和保存条件来选择合适的抑制方法,并加以实施和调控。
酶促褐变机理及其控制方法我折腾了好久酶促褐变机理及其控制方法这回事,总算找到点门道。
咱先说说这酶促褐变的机理吧。
我一开始真的是一头雾水,只知道苹果啊、土豆啊这些东西一切开或者一破皮,过一会儿就变褐了。
后来看书查资料才知道,原来这里头是有酶在捣乱。
那些果蔬里本来就有酚类物质,还有多酚氧化酶,这多酚氧化酶就像个调皮的小鬼,一看到酚类物质就兴奋得很。
当果蔬的组织被破坏了,酶和酚类物质就有机会碰面了,再加上有氧气这个“帮凶”,多酚氧化酶就把酚类物质变成了醌类物质,醌类物质再进一步反应就形成了那些褐色的东西。
接下来说说控制方法。
我试过好多办法啊。
比如说,温度这个因素就特重要。
我记得有次我想让苹果不变褐,我就把苹果放到冰箱里,嘿,还真有点效果呢。
冷的环境就像让那些调皮的多酚氧化酶给冬眠了一样,它们没那么活跃了,反应就没那么快。
再就是控制氧气。
我做过试验,把苹果切成块后,装在密封袋里,挤掉空气,发现苹果变褐的速度确实慢了很多。
这就相当于把多酚氧化酶和它的“帮凶”氧气给隔开了。
不过我也有失败的时候。
我曾经试过用柠檬汁涂在苹果表面,想让苹果不变褐。
但是我那会不知道柠檬汁的量的控制很重要,我就倒了好多,结果苹果虽然没怎么褐变,但是那味道变得很奇怪。
后来我才明白,柠檬汁里的酸可以降低pH值,抑制多酚氧化酶的活性,就像给它戴了个紧箍咒一样,但是酸太多了也不行,会影响口感。
其实还有一种控制办法就是利用化学物质,像亚硫酸盐这种。
不过这个我不太敢用太多,毕竟它可能会有残留,对健康不太好。
就像你不能为了防虫用太多农药一个道理。
总之,想控制酶促褐变,温度、氧气和pH 值这几个因素把住了,就能大大减缓这个变褐的过程。
虽然我可能没完全搞透,但是这些实实在在的方法确实挺有用的呢。
我现在就觉得处理果蔬的时候心里有底多了,不会让切开的果蔬一会儿就变得褐呼呼的很难看了。
果蔬褐变的机制及防止初探实验报告标题:果蔬褐变的原因及防止初探实验报告引言:果蔬褐变是指果蔬在切割、加工或储存过程中表面颜色变为褐色的现象。
这种变色不仅影响了果蔬的外观美观,还可能降低其营养价值和口感。
为了探究果蔬褐变的机制,本文进行了一系列实验,并提出了一些防止果蔬褐变的方法。
一、果蔬褐变的机制1. 酶促反应果蔬中存在一种叫做多酚氧化酶的酶类物质,它在果蔬受到切割或损伤后会被激活,进而催化多酚类物质的氧化反应,导致果蔬表面产生褐色物质。
2. 多酚类物质的存在果蔬中富含多酚类物质,如鞣质、类黄酮等,这些物质在受到氧化作用后会生成褐色产物,导致果蔬表面变色。
3. 氧化反应果蔬与空气中的氧气接触,会引发氧化反应,产生氧化产物,进而导致果蔬表面发生褐变。
二、防止果蔬褐变的实验方法及结果1. 酶活性抑制剂实验本实验选取了苹果和香蕉作为实验材料,通过在切割后分别浸泡在酶活性抑制剂溶液和普通水中进行对比观察。
实验结果显示,浸泡在酶活性抑制剂溶液中的果蔬褐变程度较轻,表面颜色更加鲜亮。
2. 酸碱性调节实验本实验选取了土豆和洋葱作为实验材料,通过在切割后分别浸泡在酸性溶液和碱性溶液中进行对比观察。
实验结果显示,浸泡在酸性溶液中的果蔬褐变程度较轻,表面颜色接近原色。
3. 抗氧化剂实验本实验选取了番茄和柠檬作为实验材料,通过在切割后分别喷洒抗氧化剂和普通水进行对比观察。
实验结果显示,喷洒抗氧化剂的果蔬褐变程度较轻,表面颜色更加鲜亮。
结论:通过以上实验结果可以得出以下结论:1. 果蔬褐变是由酶促反应、多酚类物质的存在以及氧化反应共同作用导致的。
2. 在实验中,酶活性抑制剂、酸性溶液和抗氧化剂的使用可以有效抑制果蔬的褐变现象,保持其外观的鲜亮。
展望:本文只进行了初步的实验探索,未来还可以进一步研究果蔬褐变的机制,并探索更多有效的防止果蔬褐变的方法。
此外,还可以结合真实的果蔬加工和储存场景,进行更加细致和实用的实验研究。
食品酶促褐变的控制实验报告食品酶促褐变的控制实验报告一、实验目的本实验旨在通过研究食品中酶促褐变的现象,探讨控制食品酶促褐变的方法,以提高食品的品质和保存性。
二、实验原理食品酶促褐变是指食品中的酚类物质在多酚氧化酶的作用下,氧化生成黑色素类物质,导致食品颜色发生变化的现象。
这种现象在水果、蔬菜等富含酚类物质的食品中较为常见。
控制食品酶促褐变的方法包括抑制多酚氧化酶的活性、降低氧气含量、去除酚类物质等。
三、实验步骤1.准备实验材料:苹果、土豆、茄子、柑橘类水果等富含酚类物质的食品,以及柠檬酸、抗坏血酸等添加剂。
2.设计实验组和对照组:分别选取同种食品的不同处理方法作为实验组和对照组,如苹果切块后分别浸泡在柠檬酸溶液和水中,土豆分别在抗坏血酸溶液和水中处理等。
3.测定多酚氧化酶的活性:分别取各组食品样本,采用分光光度法测定多酚氧化酶的活性。
4.观察酶促褐变现象:对各组食品样本进行观察,记录褐变现象的发生时间、程度等。
5.测定黑色素含量:采用分光光度法测定各组食品样本中黑色素的含量。
6.分析实验数据:对比各组实验数据,分析添加剂对多酚氧化酶活性和酶促褐变现象的影响。
四、实验结果与分析1.实验结果:通过对比各组实验数据,发现添加柠檬酸、抗坏血酸等添加剂可以有效抑制多酚氧化酶的活性,延缓酶促褐变现象的发生时间,降低黑色素的含量。
此外,实验还发现,去除酚类物质或降低氧气含量等处理方法也可有效控制食品酶促褐变。
2.结果分析:柠檬酸、抗坏血酸等添加剂具有还原性,可以提供氢离子与多酚氧化酶的铜离子结合,抑制其活性,从而控制酶促褐变现象的发生。
此外,这些添加剂还可以通过调节食品的pH值来影响多酚氧化酶的活性。
去除酚类物质或降低氧气含量等处理方法也可有效控制食品酶促褐变,这些方法直接避免了多酚氧化酶与酚类物质的接触,减少了黑色素类物质的形成。
五、结论本实验研究了食品中酶促褐变的现象,并探讨了控制食品酶促褐变的方法。
实验结果表明,添加柠檬酸、抗坏血酸等还原性添加剂可以有效抑制多酚氧化酶的活性,延缓酶促褐变现象的发生时间,降低黑色素的含量。
食品酶促褐变的控制实验报告酶促褐变机理和酶促褐变的控制措施酶促褐变食品发生酶促褐变需要有3个条件,酚酶、氧、适当的酚类物质,在某些瓜果中如柠檬、橘子、香瓜、西瓜等由于不含有酚酶,不能发生酶促褐变。
在控制酶促褐变的实践中,除去底物的可能性极小,现实的方法主要从控制酶和氧两方面入手,主要措施有:钝化酶的活性;改变酶作用的条件;隔绝氧气;使用抑制剂等。
常用的控制酶促褐变方法有:(1)加热处理因为酶是蛋白质,加热能使酚酶及其它的酶失活,加热处理时间必须严格控制,要求在最短时间内,既能达到钝化酶的要求,又不影响食品原有的风味。
如蔬菜在冷冻保藏或在脱水干制之前需要在沸水或蒸汽中进行短时间的热烫处理,以破坏其中的酶,然后用冷水或冷风迅速将果蔬冷却,停止热处理作用,以保持果蔬的脆嫩。
(2)调节pH 多数酚酶最适宜的pH范围是6,7之间,在pH为3以下时已无明显活性,降低pH来防止果蔬褐变是果蔬加工常用的方法,常用的酸有柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸等。
柠檬酸对抑制酚酶氧化有双重作用,既可降低pH,又可与酚酶辅基的铜离子络合而抑制其活性,通常与抗坏血酸或亚硫酸联用。
苹果酸是苹果汁中的主要有机酸,它在苹果汁中对酚酶的抑制作用比柠檬酸强得多。
抗坏血酸是十分有效的酶抑制剂,无异味,对金属无腐蚀性,同时又有营养价值,它不仅能降低pH,同时还具有还原作用,能将醌还原成酚从而阻止醌的聚合。
(3)用二氧化硫及亚硫酸盐处理二氧化硫、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、连二亚硫酸钠(低亚硫酸钠)都是广泛使用的酚酶抑制剂。
在蘑菇、马铃薯、桃、苹果加工中常用二氧化硫及亚硫酸盐溶液作为护色剂。
二氧化硫气体处理水果蔬菜,渗入组织快,但亚硫酸盐溶液使用更方便。
二氧化硫及亚硫酸盐溶液在弱酸性(pH=6)条件下对酚酶的抑制效果最好。
二氧化硫和亚硫酸盐对褐变的抑制机理有几种观点,有的认为是抑制了酶,有的认为是二氧化硫把醌还原成了酚,还有认为二氧化硫和醌的加合防止了醌的进一步聚合。
浅谈食品中多酚氧化酶与酶促褐变的控制摘要:多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase, PPO)是一类广泛分布于植物体中,由核基因编码,能与铜相结合的一种金属蛋白酶。
植物多酚氧化酶是许多果蔬等农产品酶促褐变的主要原因,对农产品食品品质有重要影响。
本文概述了多酚氧化酶的分布、分子结构及活性诱导特点,PPO与酶促褐变的关系及对食品的影响,介绍了食品工业生产中酶促褐变的抑制方法,并展望了今后PPO及酶促褐变的研究方向,以对食品中PPO及在酶促褐变中的应用作浅析。
关键词:食品;多酚氧化酶;酶促褐变;控制1 前言多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase, PPO) 是植物体内普遍存在的一类铜结合酶。
它早在1895 年就被发现,直至1937 年才被分离得到。
随着研究的深入,将其分为单酚单氧化酶(酪氨酸酶(tyrosinase) ,EC. 1. 14. 18. 1)、双酚氧化酶(儿茶酚氧化酶(catechol oxidase) , EC. 1. 10. 3. 2)、漆酶(laccase , EC. 1.10. 3. 1)[1,2]。
现在所说的多酚氧化酶一般是指儿茶酚氧化酶和漆酶的统称。
食品在贮藏加工过程中,经常会发生褐变现象,其中以酶引起的褐变作用非常迅速,酶促褐变需要和氧接触,由酶催化,故称之为酶促褐变。
这是由于水果、蔬菜等新鲜植物食物在采摘后,组织中仍在进行活跃的代谢活动。
在正常情况下,完整的果蔬组织中氧化还原反应是偶联进行的,但当发生机械性的损伤(如削皮、切开、压伤、虫咬、磨浆等)及处于异常的环境条件下(如受冻、受热)时,便会影响氧化还原作用的平衡,发生氧化产物的积累,造成变色。
大多数情况下,酶促褐变是一种不希望出现于食物中的变化,如香蕉、苹果、梨、马铃薯等园艺产品均很容易在削皮切开后褐变,不仅有损于感观,且影响产品的运销,还可使产品的营养价值降低。
另一方面,适当的褐变又是形成如茶叶、可可豆、某些干果等食品良好风味与色泽所不可缺少的。
浅谈食品中多酚氧化酶与酶促褐变的控制摘要:多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase, PPO)是一类广泛分布于植物体中,由核基因编码,能与铜相结合的一种金属蛋白酶。
植物多酚氧化酶是许多果蔬等农产品酶促褐变的主要原因,对农产品食品品质有重要影响。
本文概述了多酚氧化酶的分布、分子结构及活性诱导特点,PPO与酶促褐变的关系及对食品的影响,介绍了食品工业生产中酶促褐变的抑制方法,并展望了今后PPO及酶促褐变的研究方向,以对食品中PPO及在酶促褐变中的应用作浅析。
关键词:食品;多酚氧化酶;酶促褐变;控制1 前言多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase, PPO) 是植物体内普遍存在的一类铜结合酶。
它早在1895 年就被发现,直至1937 年才被分离得到。
随着研究的深入,将其分为单酚单氧化酶(酪氨酸酶(tyrosinase) ,EC. 1. 14. 18. 1)、双酚氧化酶(儿茶酚氧化酶(catechol oxidase) , EC. 1. 10. 3. 2)、漆酶(laccase , EC. 1.10. 3. 1)[1,2]。
现在所说的多酚氧化酶一般是指儿茶酚氧化酶和漆酶的统称。
食品在贮藏加工过程中,经常会发生褐变现象,其中以酶引起的褐变作用非常迅速,酶促褐变需要和氧接触,由酶催化,故称之为酶促褐变。
这是由于水果、蔬菜等新鲜植物食物在采摘后,组织中仍在进行活跃的代谢活动。
在正常情况下,完整的果蔬组织中氧化还原反应是偶联进行的,但当发生机械性的损伤(如削皮、切开、压伤、虫咬、磨浆等)及处于异常的环境条件下(如受冻、受热)时,便会影响氧化还原作用的平衡,发生氧化产物的积累,造成变色。
大多数情况下,酶促褐变是一种不希望出现于食物中的变化,如香蕉、苹果、梨、马铃薯等园艺产品均很容易在削皮切开后褐变,不仅有损于感观,且影响产品的运销,还可使产品的营养价值降低。
另一方面,适当的褐变又是形成如茶叶、可可豆、某些干果等食品良好风味与色泽所不可缺少的。
而PPO属于酚酶,能催化酚类物质形成醌及其聚合物,被认为是酶促褐变的主要原因。
故对食品中PPO 进行相关研究,寻找能抑制或控制食品酶促褐变的方法,在食品工业中有着重要的意义。
2 PPO概述2.1 分布PPO 广泛存在于植物体的各种器官或组织中。
研究表明,有活性的PPO定位于正常细胞的质体中。
叶绿体的PPO存在于类囊体上,其它类型质体的PPO存在于各种囊泡上[3]。
同一植株内,不同成熟度、不同部位的PPO酶活性也有差异,一般幼嫩部分含量较多, 成熟部分含量较少[4]。
姜红波等[5]对茶树菇不同部位的粗酶液活性测定表明,菌柄下酶活性最小;菌盖与菌褶处酶活性较大。
此外,PPO 相当稳定,甚至在土壤中已腐烂的植物残渣上都可检测到PPO的活性。
2.2 分子结构PPO 通常先以无活性的前体形式存在。
前体一般由N-端导肽、中间高度保守的Cu结合区和C-端疏水区3部分组成。
PPO的Cu结合区是该酶的主要功能区,其他部分则对酶的构象、高级结构的形成和维持起作用。
N-端导肽是叶绿体蛋白的典型特征,它能指导PPO蛋白质前体进入类囊体膜,保守性很低。
中间高度保守的Cu结合区富含His残基,每个Cu与3个His 残基以配位键相连,形成了有特定三维结构的活性部位[6]。
而PPO的C-端是疏水性的。
有文献报道葡萄浆果PPO前体加工过程中常切掉一个16.2 kD无活性的C-端[7]。
2.3 活性的诱导通常PPO是以非活性的前体态存在于类囊体中,而它的酚底物在液泡中,这种空间隔离只有被打破引起亚细胞区域化改变时,PPO才表现出酶活性。
许多生物、非生物因素都可诱导PPO 活性,例如:机械损伤、细菌真菌感染、信号分子(如系统素、茉莉酸甲酯、水杨酸、乙烯、cAM P)处理等。
3 PPO与酶促褐变3.1 酶促褐变机理酶促褐变是酚酶催化酚类物质形成醌及其聚合物的反应过程。
植物组织在含有酚类物质,在完整的细胞中作为呼吸传递物质,在酚-醌之间保持着动态平衡,当细胞组织破坏以后,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。
PPO能催化单元酚和二元酚等多元酚到联苯酚的羟基化,以及羟基酚到醌的脱氢反应。
醌在植物体内自身聚合,或与细胞内的蛋白质反应,产生黑色或褐色的沉积物,被认为是植物体酶促褐变的主要原因[8]。
3.2 酶促褐变对食品影响3.2.1 抵抗病原菌对植物而言,PPO在抵抗微生物和病毒性侵染方面发挥着作用。
植物对病原菌的防御系统大致可分为三道防线。
第一道防线是一些结构上的因素如细胞壁等;第二道防线是感染或受伤位点被局部激活来阻止病原菌的扩散。
一旦病原菌攻破这两道防线,宿主感染位点及其周围的细胞局部死亡(过敏反应),使病原菌被限制在原侵染部位不能扩散。
过敏反应通常伴随着系统获得性抗性(免疫性)的增加;免疫性就是植物防御的最后一道防线。
免疫性是通过诱导一些防御相关蛋白的形成或活性增加来获得的,PPO 就是其中很重要的一种。
即PPO在经历次级聚合反应中形成的醌产生黑色的不溶性聚合物,这些聚合物充满了植物组织,起着阻止感染蔓延的屏障作用,从而保证果蔬等农产品食品的固有品质。
3.2.2 良好感官品质的形成PPO 对食品和饮料生产也会产生重大影响,它不仅影响食品和饮料的色泽,也影响其品质,特别是在制作绿茶、红茶、烤烟和水果类饮料的过程中更为突出[9,10] 。
茶叶中所有化学成分中,儿茶素与多酚氧化酶尤为重要,除绿茶、黄茶外,各种茶叶的加工都是基于儿茶素在多酚氧化酶催化下的氧化作用,即所谓的“发酵”过程。
据文献,PPO引起的一系列次生反应是乌龙茶制造过程中特有的化学变化,是乌龙茶加工中重要的氧化还原酶类,PPO活性通过影响做青方法从而对成茶的滋味和香气形成起着重要作用[11]。
在啤酒生产过程中,由于多酚物质会影响啤酒的外观稳定性中的非生物稳定性和风味稳定性,故PPO与啤酒风味陈化也紧密相关[12]。
3.2.3 不良感官品质的形成多酚氧化酶是引起果蔬酶促褐变的主要酶类,PPO催化果蔬原料中的内源性多酚物质氧化生成黑色素,严重影响制品的营养,风味及外观品质。
如苹果由于富含酚类物质而VC 含量相对较低,所以在有高活力的多酚氧化酶(PPO)的催化作用下,苹果制品在加工中很易发生酶促褐变。
在混浊苹果汁的制备过程中,有70%以上的褐变发生在破碎过程中[13]。
酶促褐变降低了苹果的营养价值,改变了其风味[14]。
4 食品生产中酶促褐变的抑制PPO对于果蔬保鲜和采后加工具有重要意义,为避免褐变造成的食品品质下降,加工过程中PPO酶的钝化处理一直是研究的热点由于PPO抑制在防止水果和蔬菜褐变方面的重要作用,抑制PPO的活性或消除酶促反应的发生条件能较好地保持鲜果的色泽、风味及营养。
酶促褐变的发生需要三个条件:底物(多酚类物质)、氧介质、PPO[15]。
实际操作中从食品中除去PPO的底物(多酚类物质)不仅困难,而且不现实。
因此比较有效的是抑制PPO活性,其次是防止与氧接触。
4.1 温度调控瞬时高温可使包括PPO在内的酶钝化,热处理是生产中常用钝酶方法之一,通常以PPO作为热烫指示剂,常以蒸汽或热水为湿媒介,通过热烫或漂烫工艺用于压榨果汁的预处理[16],提高产品中功能成分含量,改善速冻食品的感官品质和风味,不过在工业中漂烫的最佳终点判断至关重要。
不同的果蔬品种,具体处理参数不同,适度的处理时间内亦可提高出汁率,时间过长则会导致营养成分流失[17]。
此外,冰温保藏也可以抑制PPO 酶活,减少总酚含量的下降趋势,对果蔬的保鲜有着明显的作用。
冰温保藏,是将食品贮藏在0℃以下至各自的冻结点的范围内的保鲜方式,继冷藏和气调之后,成为第三代保鲜技术。
冰温贮藏作为一种新型的物理保鲜方法,研究表明[18]其对莲藕保质期比冷藏要长,并且冰温贮藏后的果实以低温冷链方式出库后其PPO在货架期内始终处于较低水平[19],对于延长鲜食果蔬的货架寿命收效显著。
4.2 酸度调控大多PPO最适pH值在6.0—7.4范围,在pH值降至4.0以下,PPO几乎完全失去活性。
因此利用调酸降低pH值的方法抑制果蔬褐变,是果蔬加工中常用的方法。
可采用加入适量的pH调节剂如柠檬酸、苹果酸、醋酸等降低pH值,抑制褐变发生率,多为两种或两种以上复合使用,且符合食用级标准。
有报道称抗坏血酸、柠檬酸、柠檬汁和橘子汁对皇家嘎拉苹果PPO有很好的抑制作用,达极显著水平[20]。
尤其是柠檬汁和橘子汁在嘎拉苹果加工中的应用是天然的、安全无害,为利用酸度来调控天然果蔬制品的PPO活性以抑制酶促褐变提供了一定参考依据。
柠檬酸是使用最广泛的的食用酸,对酚酶有降低pH值和螯合酚酶的Cu辅基的作用,但作为褐变抑制剂来说,单独使用柠檬酸的效果不大,通常需要与抗坏血酸或亚硫酸联用。
苹果酸是苹果汁中主要有机酸,在苹果汁中对酚酶的抑制作用要比柠檬酸强得多。
乔勇进等[21]研究表明pH对贮藏梨汁褐变影响较大,随着pH降低,梨汁褐变度越大。
抗坏血酸是比柠檬酸和苹果酸更加有效的酚酶抑制剂,即使浓度极大也无异味,对金属无腐蚀作用,且作为一种维生素,其营养价值也是尽人皆知的。
Vc 不仅可降低环境pH值,它与异Vc钠既能抑制PPO本身的催化作用,同时又能还PPO形成的产物醌为酚,并且还能消耗反应体系中的氧。
在实际生产中较为理想的抑制剂是Vc,这是由于Vc 是水果中的成分,安全性高,因此在工业生产中可以广泛地应用。
4.3 二氧化硫及亚硫酸盐二氧化硫及亚硫酸盐对果蔬的酶促褐变的抑制效果很好,而且持续时间长。
它们既可以直接作用于酶本身,降低对单酚和二酚类的催化反应活性,又可与反应中生成的醌类物质结合形成无色物质。
同时,亚硫酸还有漂白和抑制微生物生长的作用[22]。
虽然二氧化硫和亚硫酸盐对果蔬中的褐变有高效的抑制作用,但是亚硫酸盐用于食品中会对人的健康产生影响,已经被限制使用,所以人们都致力于研究亚硫酸盐的替代品。
4.4 L-半胱氨酸L-半胱氨酸(L-Cys)是一种强效抑制剂,其抑制褐变的机制归纳起来为:一是醌类物质能与半胱氨酸形成无色的复合物,阻止了醌类物质聚合而不能形成的色素物质;二是半胱氨酸可通过与PPO活性位点的铜离子不可逆结合而抑制酶活性,或者替代PPO活性位点的组氨酸残基;三是半胱氨酸并非阻止PPO氧化酚类,而是阻止酚类的聚合[23]。
但是L-Cys会产生令人不愉快的气味,破坏产品风味,所以近年来致力于研究L-Cys与其他抑制剂联合使用的效果。
周向军等人[24]以邻苯二酚为底物,在413nm处测定黑美人马铃薯多酚氧化酶(PPO)的活性,发现L-Cys对PPO酶促褐变的抑制作用强于抗坏血酸。