微波和热力处理对莲藕多酚氧化酶活性的影响

李媛，彭帅，和玉军，范凯，严奉伟（长江大学生命科学学院，湖北荆州 434025）

微波和热力处理对莲藕多酚氧化酶活性的影响

李媛，彭帅，和玉军，范凯，严奉伟*
（长江大学生命科学学院，湖北荆州 434025）

摘要：以莲藕多酚氧化酶为材料，研究莲藕多酚氧化酶经微波和热力处理后，其酶活力的变化。结果表明：（1）当微波的功率一定时，处理时间越长，酶活性降低得越明显。（2）当微波的功率改变时，微波处理功率越大，莲藕多酚氧化酶活性抑制效果越好。（3）当热处理温度一定时，延长作用的时间，酶活性下降趋势越显著。（4）当热处理温度变化时，温度越高，酶活性钝化所需时间越短。

关键词：莲藕；多酚氧化酶；微波；热力

莲藕属睡莲科植物，可餐食也可药用，多年生大型水生草本植物，性寒味甘，能清热生津，补气养神，抗衰老，具有健脾开胃，益血补心，止泻固精等功效。但莲藕采收后极易褐变，直接影响莲藕的质量，这已成为影响莲藕贮藏和出口的主要原因。

微波技术是一种具有加热时间短、可减少加工过程中食品营养成分、风味物质和质地劣变优点的食品加工技术。热力技术主要是热钝化，此法灭酶比较彻底，但对营养物质和产品的风味影响大[1]。本研究采用微波和热力处理莲藕多酚氧化酶粗酶液（PPO），分析微波处理和热力处理对莲藕PPO的影响，为莲藕加工过程中避免或减轻褐变提供参考。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

莲藕（雪莲9号）：荆州市五里桥菜市场采购。

磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、邻苯二酚、乙醇、硫酸铵、柠檬酸、聚乙烯聚吡咯烷酮（PVPP）、氢氧化钠、氯化钠：均为分析纯。

1.2仪器

HH－4型数显恒温水浴锅：国华电器有限公司；JJ-2型组织捣碎机：金坛市梅香仪器有限公司；UV－1800型紫外可见分光光度计：上海美谱达仪器有限公司；FD-03型真空冷冻干燥机：北京博医康实验仪器有限公司；PL303型电子天平：上海市梅特勒—托利多仪器有限公司；RE－52型旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；TL-18M型高速冷冻离心机：上海市离心机械研究所；M1-I239A微波炉：美的集团。

1.3方法

1.3.1莲藕PPO粗酶液的提取[2]

取新鲜莲藕洗净、切碎并置于组织捣碎机中，加2倍体积预冷过的pH 5.4的磷酸氢二钠一柠檬酸缓冲液（含3%PVPP、10%NaCl），匀浆后置4℃冰箱中浸提4 h。然后用布氏漏斗真空抽滤，滤液转移到离心管中，用少量PBS缓冲液冲洗研钵及玻璃棒几次，合并液在8 370 g下离心12 min，取上清液保存备用。

1.3.2硫酸铵盐析[2]

根据《硫酸铵饱和度常用表》中在0℃下每100 mL硫酸铵溶液由初浓度调到终浓度时，所加固体硫酸铵的克数，确定出相应体积溶液（mL）从饱和度0调到30%饱和度所需加入硫酸铵粉末的质量（g）。在粗酶液中，边搅拌边缓慢加入硫酸铵粉末，使之达到30%的饱和度，静置10 min，在8 370 g下离心12 min。按照上述步骤继续添加硫酸铵，直至达到90%饱和度。沉淀用最少量的pH 6.6的PBS溶解，再用透析袋透析48 h，其间更换蒸馏水数次。透析后的酶液低温保存。

1.3.3莲藕PPO活性测定[2]

取磷酸盐缓冲液1.5 mL于试管中，在35℃下保温5 min。加入邻苯二酚溶液1 mL，然后加入PPO粗酶液0.5 mL，混匀后在420 nm处比色，酶液加入后开始计时，每30 s记录一次吸光度随时间的变化，以最初直线段的斜率计算酶活力。一个酶活力单位定义为：在测试条件下，每分钟引起吸光度改变0.001所需的酶量。酶活计算公式：

式中：Vt为加样缓冲液总体积；Vs为取样比色的体积；t为反应时间1 min。

1.3.4微波处理莲藕多酚氧化酶

1.3.4.1微波处理不同时间对莲藕多酚氧化酶粗酶液活性影响

分别吸取莲藕多酚氧化酶粗酶液10 mL，置于烧杯中，根据试验计划对样品分别进行不同时间的微波处理，微波功率选择为350 W。处理时间分别为10、15、20、25、30、35、40 s。试验重复3次，分别平行取样，结果以平均值计算。对经过不同微波时间处理的等量粗酶液进行活性测定，同时各取上述同等条件的莲藕粗酶液不经微波处理作为相应空白对照。

1.3.4.2不同功率的微波处理莲藕多酚氧化酶

分别吸取莲藕多酚氧化酶粗酶液10 mL，置于烧杯中，根据试验计划调整微波功率对样品进行一定时间的处理。微波功率分别为210、350、560、700 W。试验重复3次，分别平行取样，结果以平均值计算。对经过不同微波功率处理的等量的粗酶液进行活性测定，同时各取上述同等条件的莲藕粗酶液不经微波处理作为相应空白对照。

1.3.5热力处理莲藕多酚氧化酶

1.3.5.1高温对莲藕多酚氧化酶处理不同时间其活性的影响

分别取莲藕PPO粗酶液10 mL，在90℃高温中处理一定的时间后立即置于冰浴中，然后在室温下测定PPO的活力。时间分别为10、20、30、40、50、60、70、80、90 s。试验重复3次，结果取平均值。同时取在同等条件下不经高温处理的莲藕粗酶液作为空白对照。

1.3.5.2不同高温处理莲藕多酚氧化酶其活性的影响

分别取莲藕PPO粗酶液各10mL，根据试验计划调整水温对样品进行一定时间的处理后立即置于冰浴中，然后在室温下测定PPO的活力。温度分别为80、85、90、95、100℃。试验重复3次，结果取平均值。同时取在同等条件下不经高温处理的莲藕粗酶液作为空白对照。

2　结果与分析

2.1微波处理不同时间对莲藕多酚氧化酶活性影响微波处理不同时间对莲藕多酚氧化酶活性的影响结果见图1。

图1　微波处理不同时间对莲藕多酚氧化酶活性的影响Fig.1　Effect of different time of microwave processing on polyphenol oxidase activity of lotus root

从图1可以看出，微波处理莲藕多酚氧化酶后，其活性明显受到抑制。即使功率仅为350 W，但对莲藕PPO酶活性的影响也是很明显的。随着处理时间的延长，受到的抑制作用越来越显著，活性也对应越来越低，直至最后被钝化。

2.2不同微波功率处理对莲藕多酚氧化酶的影响

不同微波功率处理对莲藕多酚氧化酶的影响结果见图2。

从图2可以看出，不同微波功率处理对莲藕PPO活性抑制总体趋势相同，随着处理时间的延长莲藕PPO活性降低。数据显示出低功率（210 W）微波处理对PPO的活性虽有一定的抑制作用，但效果不明显，微波处理45 s前PPO活性基本趋于稳定，说明低功率微波处理对莲藕PPO仅起到预热酶液的作用，即莲藕PPO提取液在低功率微波情况下处理短时间，其活性钝化表现出一定的潜伏期。高功率微波处理情况下随着微波处理时间的增长对PPO活性的抑制作用显著，且PPO活性在相同处理时间的前提下随着功率的增大而降低。从图2还可看出不同功率微波处理莲藕多酚氧化酶至酶完全钝化所需的时间，随着微波处理功率的增大，钝化所需的时间越来越短。

图2　不同功率微波处理莲藕多酚氧化酶Fig.2　Effect of different power of microwave processing on polyphenol oxidase activity of lotus root

2.3高温处理不同时间对莲藕多酚氧化酶活性的影响高温处理不同时间对莲藕多酚氧化酶活性的影响结果见图3。

图3　高温处理不同时间对莲藕PPO活性影响Fig.3　Effect of different time of heat treatments on PPO activity of lotus root

从图3可以看出，高温热处理抑制莲藕PPO酶的活性。在90℃的热处理条件下，莲藕PPO酶的失活时间为90 s。高温处理时间越长，酶活性越低。

2.4不同高温处理莲藕多酚氧化酶活性的影响

不同高温处理莲藕多酚氧化酶其活性的影响结果见图4。

图4　不同高温处理莲藕PPO活性影响Fig.4　Effect of heat treatments at different temperatures on PPO activity of lotus root

从图4可以看出，不同高温对莲藕PPO活性抑制的总体趋势相同，都是随着处理时间的延长莲藕PPO活性越来越低。酶耐受高温处理的能力也可用钝化该酶所需的时间表示，时间越长，则该酶对所施加的高温处理耐受能力越强。温度为80℃时，酶钝化需要130 s；在90℃时，需要90 s；而在100℃时，仅仅需要50 s就能够让莲藕PPO酶钝化。以上数据显示出不同温度处理莲藕多酚氧化酶至酶完全钝化所需的时间，随着处理温度的升高，钝化所需的时间越来越短。

2.5微波灭酶与热力灭酶的比较

在本试验中，采用210、350、560、700 W功率微波处理莲藕PPO酶，其钝化酶活性的时间分别为60、40、30、20 s。采用80、85、90、95、100℃钝化莲藕PPO酶，所需时间分别为130、100、90、60、50 s。试验数据表明，热力灭酶处理主要是利用热钝化，使酶失去活性。微波相比热力而言，微波能穿透深入到物料内部，使产品中心温度快速达到酶失活温度，既缩短加热时间，又利用微波电磁场加热效应和非加热效应二种作用，使酶的失活过程得到加速。

3　结论

1）微波处理对莲藕多酚氧化酶粗酶液的活性具有一定的抑制作用。微波功率处理时间是影响莲藕PPO活性的主要因素。相同微波功率处理莲藕多酚氧化酶粗酶液，酶活性受到抑制，处理时间越长，抑制效果越明显。低功率（≤210 W）处理情况下对PPO活性抑制效果不明显；高微波处理功率（>300 W）处理相同时间，微波处理功率越大PPO活性抑制效果越好，用微波辐射加热法抑制或破坏PPO，可达到减缓莲藕褐变的目的。

2）热力处理对莲藕多酚氧化酶粗酶液的活性具有抑制作用。热力处理的温度是影响莲藕PPO活性的主要因素。同一温度下处理莲藕PPO酶，活性受到抑制，时间越长，酶活力越低。不同温度处理莲藕PPO酶，温度越高，对莲藕PPO酶活性的抑制效果越好，酶完全钝化所需要的时间也越短。因此，莲藕加工过程中可采用热烫或预煮来钝化PPO的活性。

3）微波灭酶与热力灭酶方法的选择，对于莲藕加工，应注意加工过程中各种影响酶活性的因素，对其进行综合考虑，采取合适的措施以期达到良好的加工效果。

参考文献：

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.24.006

收稿日期：2014-08-04

基金项目：长江大学大学生创新性实验计划项目（0919）

作者简介：李媛（1991—），女（汉），本科生，研究方向：食品工艺学。

*通信作者：严奉伟（1966—），男，教授，博士。

Effect of Microwave and Heat Treatments on the Polyphenol Oxidase Activity from Lotus Root

LI Yuan，PENG Shuai，HE Yu-jun，FAN Kai，YAN Feng-wei*
（College of Life Science，Yangtze University，Jingzhou 434025，Hubei，China）

Abstract：Using lotus root polyphenol oxidase as experimental material，the effect of the activity of polyphenol oxidase from lotus root processed by microwave and heat treatments were studied.The results showed that：（1）When microwave power was constant，the activity reduced obviously with increasing processing time.（2）When the microwave power changed，the inhibitory effect of the lotus root polyphenol oxidase activity was better with increasing processing microwave power.（3）When the heat treatment temperature was constant，the activity declined notably with extending the action time.（4）When the heat treatment temperature changed，the time polyphenol oxidase activity needed for passivation became shorter with the higher temperature.

Key words：lotus root；polyphenol oxidase；microwave treatment；heat