超高压处理对香蕉果肉多酚氧化酶和过氧化物酶活性抑制的研究

袁根良，杨公明*，余 铭，杜 冰，张雪映，夏 雨，江东文

(华南农业大学食品学院，广东 广州 510642)

超高压处理对香蕉果肉多酚氧化酶和过氧化物酶活性抑制的研究

袁根良，杨公明*，余 铭，杜 冰，张雪映，夏 雨，江东文

(华南农业大学食品学院，广东 广州 510642)

为优化超高压处理对香蕉果肉多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)的酶活残存率，首先研究压力、温度和保压时间对香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率的影响，然后采用二次回归正交旋转组合设计试验对工艺进行优化。结果表明，超高压处理香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率影响因素的主次顺序分别为压力＞温度＞保压时间和温度＞压力＞保压时间；超高压处理香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率最佳工艺参数为压力480MPa、温度55℃、保压时间10min，在此条件下，PPO和POD的酶活残存率分别为0.90%和3.26%。

超高压；香蕉果肉；多酚氧化酶；过氧化物酶

Abstract：In order to minimize residual polyphenol oxidase (PPO) and peroxidase (POD) activities in banana pulp after ultrahigh pressure treatment, the effects of pressure, temperature and pressure holding time on PPO and POD inactivation in banana pulp were dealt with using single factor and quadratic orthogonal rotation combination design methods. Results showed that the above factors decreasingly affected residual PPO and POD activities in the following order: pressure＞temperature＞pressure hold time and temperature＞pressure＞pressure hold time, respectively. The optimal values of the above factors leading to 0.90% residual PPO activity and 3.26% residual POD activity were identical, 480 MPa held for 10 min and 55 ℃.

Key words：ultra-high pressure；banana pulp；polyphenol oxidase；peroxidase

香蕉是我国热带、亚热带水果，具有产量高、效益好、可四季收获的特点，是适种区农民首选的致富作物。我国香蕉栽培水平世界领先，总产量居世界第三位，2007年我国香蕉总产量为779.7万吨，广东省香蕉总产量为351.2万吨，占全国总产量的45%。香蕉含有丰富的营养、功能成分，具有润肠通便、平衡血钾、减低血压、缓解忧郁症、促进心血管健康等功能。香蕉加工过程中，褐变一直是制约香蕉加工业发展的一个重要因素[1]，香蕉加工过程中的褐变主要是由多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和过氧化物酶(peroxidase，POD)引起的酶促褐变[2-3]。

超高压加工技术(ultra high pressure，UHP)属于一种冷加工技术，被认为是一种很有前景的绿色加工技术，甚至有人认为UHP是21世纪食品加工“七大技术之一”。它不仅可以有效杀灭食品中的微生物和钝化各种食品品质酶，而且能保持食物中天然色、香、味和营养成分[4-5]，近年来研究与应用日益广泛。但对于酶的作用，许多研究认为UHP对果蔬中PPO和POD活性钝化效果比较离散。Weemaes等[6]发现鳄梨中PPO活性在800MPa以上时大部分受到抑制；Seyderhelm等[7]发现超高压处理橘子汁时，室温条件下POD在400MPa(15min)时活性才减小，在32℃时发现最高失活率为50%，在32～60℃高压处理后，相反增加了橘子汁中POD的活力；草莓净化过程中，在300MPa压力条件下，20℃、15min时POD的活性才被逐渐灭活，超过300MPa POD的活性有轻微的增加[8]。本实验对超高压处理香蕉果肉中PPO和POD活性的影响进行研究，旨在获得抑制香蕉果肉PPO和POD活性的最佳条件，为抑制香蕉褐变及加工找到新的技术方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大蕉 华南农业大学三角市场。

邻苯二酚、愈创木酚、双氧水、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠等；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

UHP900MPa-2×2(Ⅱ)由华南农业大学食品学院中低温实验室与中国兵器科学研究院工程师共同研制；TDL-5-A型离心机 上海安亭科学仪器厂；752N紫外可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司；DS-1高速组织捣碎机 上海标本模型厂。

1.3 方法

1.3.1 香蕉果肉的制备流程

1.3.2 香蕉果肉PPO、POD酶液的提取和活力测定

1.3.2.1 PPO酶液的提取

参照Yu等[9]方法，略有修改。称取超高压处理过的香蕉果肉2.5g，加入10mL 0.05mol/L pH6.8的磷酸缓冲液(PBS)于冰浴下研磨成匀浆，匀浆液在4℃、4000r/min离心15min，取上清液，记录酶液总体积。

1.3.2.2 PPO酶活力的测定

依次向试管中迅速加入0.05mol/L pH6.8 PBS 2.0mL、0.2mol/L邻苯二酚1.0mL，再加入酶液0.1mL，在398nm波长处进行比色测定，酶液加入后开始记时，每分钟记录一次吸光度(A)，对照不加酶液，每个试样重复测3次。酶活力以每分钟吸光度增加0.001为一个活力单位。

1.3.2.3 POD酶液的提取

参照高俊凤等[10]和詹嘉红[11]的方法。取2.5g香蕉置入玻璃匀浆杯中，加入预冷的20mL 0.2mol/L pH6.0 PBS进行冰浴研磨提取，匀浆液在4℃、4000r/min离心15min，取上清液，记录酶液总体积。

1.3.2.4 POD酶活力的测定

反应体系中包含反应液(0.1mol/L pH6.0 PBS 50mL，愈创木酚28μL，30% H2O219μL)3mL、1mL酶液，在470nm波长处进行比色并立即开始计时，每分钟记录一次A值，共测5min，每个试样重复测3次。酶活力以每分钟吸光度增加0.001为一个活力单位。

1.3.2.5 香蕉果肉PPO和POD的酶活力计算

式中：E为酶活力/U；V为酶液总体积/mL；V1为用于测量酶液体积/mL；m为香蕉质量/g。

1.3.2.6 PPO和POD的酶活残存率的计算

1.4 单因素试验

1.4.1 不同压力对香蕉果肉处理的PPO、POD活性的影响

在常温、保压时间10min，于100、200、300、400、500、600MPa 六种压力条件下进行处理，测其酶活残存率。

1.4.2 不同温度对香蕉果肉处理的PPO、POD活性的影响

在压力400MPa、保压时间10min，于20、30、40、50、60℃五种温度条件下进行处理，测其酶活残存率。

1.4.3 不同保压时间对香蕉果肉处理的PPO、POD活性的影响

在压力400MPa、常温，于5、10、15、20、25min五种保压时间条件下进行处理，测其酶活残存率。

1.5 二次回归正交旋转组合试验设计

在单因素试验基础上，采用三因素二次回归正交旋转组合试验设计，研究压力、温度、保压时间3因素对香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率的影响，因素水平设计见表1。

表1 因素水平编码表Table 1 Variables and levels in quadratic orthogonal rotation combination design

1.6 数据分析

采用统计分析软件SAS 8.1对数据进行响应面分析[12-14]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 压力对香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率的影响

图1 压力对香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率的影响Fig.1 Effect of pressure on residual PPO and POD activities in banana pulp after ultra-high pressure treatment

由图1可知，在常温、保压时间10min的条件下，PPO和POD的酶活残存率随着压力的增大总体上呈下降趋势，但压力达到500MPa时，香蕉果肉POD酶活残存率反而增加，总体看来，POD的耐压性比PPO要强。但材料来源不同，其结果会表现出一定的差异。Arroyo等[5]研究了超高压处理对洋葱中POD的影响，发现在300～350MPa压力条件下处理30min会使其活性上升，在400MPa压力时活性下降不显著。

2.1.2 温度对香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率的影响

图2 温度对香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率的影响Fig.2 Effect of temperature on residual PPO and POD activities in banana pulp after ultra-high pressure treatment

在超高压处理过程中，介质温度的变化对酶活的影响往往非常显著，一般在中温(50～70℃)条件下与高压有明显的协同作用[16-17]。由图2可知，在400MPa压力、保压时间10min的条件下，香蕉果肉的PPO和POD的酶活残存率与温度呈负相关，温度越高，PPO和POD的酶活残存率越低。对山药处理得到相似结果亦有报道，在25～35℃条件下，PPO活性较高，随着温度的上升山药中PPO活性明显下降[18]。在UHP和温度联合处理胡萝卜时，胡萝卜POD在600MPa、45℃几乎完全钝化。在75℃时处理10min后出现完全的热失活[19]。

2.1.3 保压时间对香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率的影响

图3 保压时间对香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率的影响Fig.3 Effect of pressure holding time on residual PPO and POD activities in banana pulp after ultra-high pressure treatment

随保压时间的增加，大多数酶的酶活逐渐下降，但超过一定时间后影响不显著，一般情况下，加压15min左右酶即可达到最大失活[7]。由图3可知，在压力400MPa、温度为室温的条件下，保压时间对香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率规律不明显，当保压时间20min，PPO和POD的酶活残存率最低；当延长保压时间到25min时，PPO和POD的酶活残存率又同时上升。

2.2 二次回归正交旋转组合试验

表2 试验设计及结果Table 2 Quadratic orthogonal rotation combination design matrix and experimental values of residual PPO and POD activities in banana pulp after ultra-high pressure treatment

利用二次正交旋转回归设计组合设计方案，建立香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率的回归方程，其试验组合及结果见表2。

表3 多酚氧化酶(PPO)抑制试验的回归模型方差分析Table 3 Variance analysis for residual PPO activity in banana pulp after ultra-high pressure treatment with various treatment conditions

表4 过氧化物酶(POD)抑制试验的回归模型方差分析Table 4 Variance analysis for residual POD activity in banana pulp after ultra-high pressure treatment with various treatment conditions

对表2试验数据进行逐步回归分析，得到PPO酶活残存率(Y1)和POD酶活残存率(Y2)对压力(X1)、温度(X2)、保压时间(X3)的二次多项回归方程为：

对该模型进行方差分析，结果见表3、4。从方差分析结果来看，方程(1)整体模型的Prob＞F＝0.0001远小于0.01，方程(2)整体模型的Prob＞F＝0.000515远小于0.01，表明二次方程(1)、(2)高度显著，模型的R2分别为89.40%、84.67%，说明这两个模型能很好地解释此响应面。模型(1)中X1、X2和X1X3极显著，X3和X22显著，其他不显著。模型(2)中X1、X2极显著，X12、X32等交互相也极显著，X1X3显著，其他不显著。

对表2的数据进行回归分析，剔除不显著交互作用，得到Y1和Y2对X1、X2、X3的标准回归方程：

在试验范围内，对于超高压处理对香蕉果肉PPO的酶活残存率，一次项的偏回归方程系数的绝对值X1＞X2＞X3，说明压力对PPO的酶活残存率影响最大，其次是温度，最小是保压时间；超高压处理对香蕉果肉POD的酶活残存率来说，一次项的偏回归方程系数的绝对值X2＞X1＞X3，说明温度对过氧化物酶残存率影响最大，其次是压力，最小是保压时间。

2.3 工艺参数优化结果

通过SAS 8.1软件的优化功能及数学求偏导，可得PPO和POD的酶活残存率最小响应值所对应的因素条件，PPO和POD的酶活残存率达到最低因素条件并不完全一致，得到当压力484MPa、温度56.8℃和保压时间6.59min时，PPO的酶活残存率最低为0.83%；当压力484MPa、温度56.8℃和保压时间10.8min时，POD的酶活残留率最低为3.22%，这说明两响应值之间相互制约。考虑到成本问题及各因素对响应值的影响顺序，选择最优处理条件为压力480MPa、温度55℃和保压时间10min，在此条件下进行验证实验，香蕉果肉的PPO和POD的酶活残存率分别为0.90%和3.26%，与理论预测值相近。

3 结 论

3.1 各因素对抑制香蕉果肉PPO的酶活残存率的影响顺序为压力＞温度＞保压时间，对抑制香蕉果肉POD的酶活残存率的影响顺序为温度＞压力＞保压时间。

3.2 利用响应面分析优化超高压处理对香蕉果肉PPO和POD的酶活残存率得到的工艺条件为压力480MPa、温度55℃和保压时间10min。该条件下香蕉果肉的PPO和POD的酶活残存率分别为0.90%和3.26%，与理论预测值相近，说明利用本实验建立的模型的优化结果与实际情况吻合。

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Inhibitory Effect of Ultra-high Pressure Treatment on Polyphenol Oxidase and Peroxidase Activities in Banana Pulp

YUAN Gen-liang，YANG Gong-ming*，YU Ming，DU Bing，ZHANG Xue-ying，XIA Yu，JIANG Dong-wen
(College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

TS205.9

A

1002-6630(2010)10-0064-05

2009-08-31

粤港关键领域重点突破项目(2008A024200004)

袁根良(1984—)，男，硕士研究生，研究方向为食品高新技术与设备。E-mail：yuangenliang405@163.com

*通信作者：杨公明(1950—)，男，教授，博士，研究方向为食品加工新技术。E-mail：ygm@scau.edu.cn