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第25卷第4期2009年7
月Vol.25,No.4Jul.2009
鲜切果蔬酶促褐变机理及控制研究进展
Researchprogressonenzymaticbrowningmechanismof
fresh2cutfruitsandvegetablesanditscontrol
程 双1
CHENGShuang
1
胡文忠2
HUWen2zhong
2
马 跃3
MAYue
3
刘程惠2
LIU2
(1.大连工业大学生物与食品工程学院,辽宁;
2.大连民族学院生命科学学院,3.
(1.CollegeofBio&
FoodTechnology,y,Dalian,Liaoning116034,China;
2.CollegeofLifeNUniversity,Dalian,Liaoning116600,China;
3.CollegeofFoodSAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China
摘要:
并从物理、化
学等方面介绍了一些新近发展的酶促褐变抑制方法。
关键词:
鲜切果蔬;
酶促褐变;
机理;
控制
Abstract:
Enzymaticbrowningisoneofimportantproblemsinfluen2cingshelf2lifeoffresh2cutfruitsandvegetables.Inthispaper,themechanismofenzymaticbrowningandenzymesofbrowning2relatedwerereviewed.Somemethods,whichdeuelopedrecently,ofcontrol2lingenzymaticbrowningforchemicalandbiologicalmethods,wereintroduced.
Keywords:
Fresh2cutfruitsandvegetables;
Enzymaticbrowning;
Mechanism;
Control
1 酶促褐变机理
果蔬酶促褐变的研究已有60多年的历史,曾先后提出过乙醛乙醇毒害学说、氧自由基假说、VC保护假说、酚-酚酶区域化分布学说等理论,其中,酚-酚酶区域化分布学说是目前比较容易接受的解释酶促褐变的学说之一。
Mayer和Harel的研究
[1]
指出,果蔬中的酚类物质与多酚氧化酶存
在着区域性分布。
在正常发育的植物组织中,由于多酚类物质分布在细胞液泡内,而多酚氧化酶分布在各种质体或细胞质内,因此,即使它们与氧同时存在也不会发生褐变
[2]
。
然
而,切割加工使细胞中酚与多酚氧化酶的区域化分布状态遭
到破坏,从而引起褐变。
切割加工也能引起组织合成酚类化合物,增强鲜切组织的褐变敏感性,同时也增强多酚氧化酶活性及可溶性,加速褐变反应的发生。
如鲜切莲藕气调贮藏期间绿原酸含量也会增加[3],番薯在切割后三周内多酚氧化酶活性及总酚含量迅速上升[4]。
1.1 多酚氧化酶(PPO
目前,对PPO的研究日趋深入,国外已在氨基酸序列的测定、分子生物学、生理功能及基因工程技术等方面有了较多的报道。
一致认为:
PPO几乎存在于所有植物中,它是果实发生酶促褐变的主要酶。
但不同种类、部位的果蔬PPO活性和作用的底物差异性较大。
如莴苣切割前后PPO活性均很高,而鲜切苹果中PPO活性增加导致组织快速褐变[5]。
姜绍通等[6]试验证明甘薯的表皮组织中PPO的活性比芯部的强,大约为2.17倍。
对PPO的进一步研究发现PPO有同工酶存在,依据是在不同pH系列下PPO的活性出现两个以上的峰[7]。
1.2 过氧化物酶(POD
POD在有H2O2存在时,可催化酚类、类黄酮的氧化和
聚合,参与酚类物质的代谢,导致组织褐变。
据Padiglia和
Lamikanra报道[8,9],POD是造成甜瓜、柑橘和西瓜褐变的主
要原因。
POD会造成果蔬组织中谷胱甘肽和抗坏血酸的氧化、膜脂过氧化,促进果实系统乙烯的合成,加速成熟衰老,因而POD可作为果蔬成熟和衰老的一个指标。
鲜切果蔬经切割后造成的伤害,破坏了果实膜系统的完整性,促进了细胞壁降解,使与膜和细胞壁结合的BPOD释放,成为FPOD,
71
从而导致POD、FPOD活性及FPOD/BPOD活性的比值上升。
这可从香蕉、荔枝等果蔬贮藏过程中膜系统完整性的破坏、细胞器的崩溃和细胞壁降解的观察中得到证实,POD活性的上升参与酚类物质的氧化和聚合而导致褐变。
1.3 苯丙氨酸解氨酶(PAL
PAL是苯丙烷类代谢酶系的关键酶,鲜切果蔬加工时,
伤害可诱导PAL的mRNA增加,使PAL活性增加,催化酚类物质合成与累积,为PPO提供催化底物从而促进酶促褐变。
鲜切莴苣在切割24h之内,PAL活性提高6倍,绿原酸、异绿原酸和酒石酸随后增加并积累,72h后比未切割组织中分别增加到3,6,4倍,褐变指数上升2倍[10]。
据Cam2
pos[11]报道,伤害引起的酶活性增加不仅仅发生在切割表面,
在距离伤害较远的部位也会出现酶活性的增加,这可能是切割引发的伤信号转导诱发造成的。
Campos等[11]还报道,某些植物激素如乙烯、茉莉酸、水杨酸、脱落酸,可能与伤信号有关,进而提高PAL活性。
而Loaiza2Velarde的研究[12]表明,热处理可显著减少伤害诱导PAL上升,鲜切莴苣在45℃下热处理加;
CaCl2也可以抑制,。
1.4 脂肪氧合酶(LOXLOX可专一催化1,42戊二烯结构的多不饱和脂肪酸的
过氧化反应,促进植物体的成熟与加速衰老。
据报道,抑制
LOX可推迟桃和中华猕猴桃的成熟和软化。
高敏的研究[13]
表明,苹果的褐变与LOX的活性密切相关,LOX启动膜脂过氧化,破坏膜的结构,使原本区域化的酶与底物接触而发生酶促褐变。
另外,该酶在植物抗机械伤害、抗病抗虫等方面也起着重要作用。
2 酶促褐变的控制
研究果蔬褐变发生的机理,目的在于寻找出切实可行的控制褐变的方法。
因此,果蔬的酶促褐变及其控制方法一度成为鲜切果蔬研究中不可或缺的热点。
现在,随着对鲜切果蔬褐变机理的广泛深入研究和先进分析检测手段的出现,褐变控制技术的研究也在不断地进行和深入。
酶促褐变反应所需要基本条件是:
与褐变相关的酶、氧气和酚类底物的存在。
现阶段,主要是通过应用物理和化学方法来控制褐变。
在多数情况下,通常需要利用联合处理达到更有效贮藏鲜切产品的目的。
本文重点介绍几种新近发展的褐变控制方法。
2.1 物理方法
2.1.1 热处理 低温是抑制鲜切果蔬酶促褐变的传统有效
方法。
但最近有报道指出,热处理也有助于鲜切果蔬褐变的控制。
Kim等[14]研究发现:
与对照相比,45℃温水浸泡1h处理能更好地保持鲜切苹果的颜色和质地。
热处理可以减轻褐变,与加热能导致PPO失活密切相
关。
因为PPO热稳定性不高,一般当温度高于40℃就会使其钝化。
此外,研究[10]还发现,在45℃下急热处理90s,可以抑制鲜切卷心莴苣PAL活性的上升,减少酚类化合物的生成,从而减轻其褐变。
同时,张秀梅[15]研究表明:
在38℃的烘箱中热处理44h,可抑制大久保桃果实LOX活性,延缓桃果实的成熟衰老,提高耐贮性。
因此,研究者认为热处理可能是控制鲜切果蔬褐变的新选择。
然而若热处理不当,易造成果蔬营养成分、质地、色素、风味的损失。
2.1.2 可食性涂膜 可食性涂膜能在果蔬表面形成一层对
水分和气体具有半透性的屏障,从而降低呼吸、减缓褐变和水分损失,进而抑制鲜切果蔬生理紊乱的发生,延长货架期。
一些研究[16,17]表明:
涂膜对抑制微生物和保持果蔬原有的营热点。
此。
成膜剂中加入抗氧化剂、保鲜剂也是常用的方法,这样结合能减少试剂的使用剂量,并且可以更有效的抑制鲜切果蔬的褐变和品质损失。
壳聚糖涂膜可显著抑制PPO和POD的活性,并使LOX活性显著降低,对微生物的生长也具有抑制作用[18]。
彭丽桃等[19]在对鲜切荸荠的褐变抑制研究中发现:
壳聚糖被膜能够降低切片氧的供应,抑制鲜切荸荠PAL、PPO和POD的活性,有效抑制其褐变的发生。
海藻酸钠、卡拉胶等也有利于鲜切果蔬的保鲜。
杜传来等[20]选用卡拉胶、壳聚糖、海藻酸钠为涂膜主原料,分别对鲜切马铃薯进行涂膜处理,然后低温冷藏,结果表明,海藻酸钠涂膜能有效地抑制马铃薯褐变,并优于其他涂膜材料。
2.1.3 辐射的应用 γ2射线辐射已被用于杀灭果蔬上的害虫和病原菌,同时还可以推迟果蔬的成熟和腐烂的发生。
辐射处理对鲜切果蔬也有同样的作用。
最近几年研究[21,22]发现,辐射处理还可以防止部分鲜切果蔬褐变。
鲜切莴苣经γ2射线辐射处理,不仅降低了产品中微生物的数量,同时与未经γ2射线辐射处理相比,还极大地抑制了其PPO活性[21]。
同样的结果在鲜切芹菜处理方面也有报道[22],同时还发现辐射处理有效地保持了产品的感官品质。
但是Fan[23]报道,采用γ2射线辐射处理,增加了鲜切卷心莴苣和长叶莴苣中脉组织的褐变。
这可能是由于γ2射线辐射处理,增加了细胞渗透性,导致PPO和酚类底物接触,从而加重了褐变的发生。
2.2 化学方法
化学法抑制褐变的主要手段是应用化学物质,作用的机制主要包括通过螯合PPO辅基Cu2+而降低酶的活力,改变
4
71专论与综述
2009年第4期
酶作用的酸碱环境,还原酚氧化产物(醌使其失去进一步聚合变色的能力,与酶产生竞争性抑制,与褐变底物酚类结合、促使酚的结构发生改变,保持细胞膜的完整性等,从而实现褐变抑制。
目前国内外研究较多的新型褐变抑制剂主要有
42己基间苯二酚(42HR、半胱氨酸、酚类化合物、有机钙盐、
乙醇、谷胱甘肽和植物提取物等。
2.2.1 42HR 42HR是近年来发现抑制褐变最有效的芳香
族化合物,已证实无系统性毒性并获得专利。
大量试验发现
42HR可通过抑制PPO活性控制褐变延长贮藏期。
其作用
浓度低,无漂白作用,且只对PPO酶作用。
Monsalve2Gonza2
lez等[24]使用0.025%的42HR浸渍苹果片,可保持30d不明
显褐变。
Guerrero2Beltran等[25]发现采用浓度为
40~60mg/kg的42HR处理芒果汁,PPO活性得到明显抑
制,在3℃下贮藏35d仍保持芒果汁的黄色。
42HR作为抗褐变剂的效果与贮藏温度有关,当温度达35℃时其效果减弱。
2.2.2 半胱氨酸 可通过与PPO逆结合或替代PPO。
果较好。
Guerrero2]
试验发现L
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