超声波灭酶机制及其在食品加工中的应用

程新峰，蒋凯丽，朱玉钢，杭 华，张 慜（.安徽师范大学环境科学与工程学院，安徽芜湖400；.江南大学食品学院，江苏无锡4）

超声波灭酶机制及其在食品加工中的应用

程新峰1，蒋凯丽1，朱玉钢1，杭 华1，张 慜2
（1.安徽师范大学环境科学与工程学院，安徽芜湖241002；2.江南大学食品学院，江苏无锡214122）

超声波是一项新型食品加工技术，已被广泛用于食品加工中各个操作单元，如杀菌、灭酶、果汁脱气等。本文首先概括了超声波钝化食品内源酶的机理，随后分析了影响超声波灭酶效果的因素，最后介绍了超声场下酶失活动力学模型及该技术在食品加工中的应用现状，指出其中存在的问题，以期望为超声波灭酶技术在食品加工中的开发与利用提供理论支持。

超声波，空化效应，动力学模型，机理，内源酶

酶是一类特殊的具有催化活性的蛋白质。作为生物催化剂，酶与化学催化剂相比，具有催化效率高、底物专一性强、易失活、可调控等特点。在食品加工贮藏过程中酶催化的生物化学变化会产生两类不同的结果：加快食品变质速度，如多酚氧化酶（PPO）能加快酚类物质氧化，促使鲜切果蔬褐变发生；提高食品质量，如脂肪氧合酶（LOX）能漂白小麦粉。灭菌、钝酶是食品加工业重要的操作单元，其作用效果的好坏与食品品质直接相关。虽然传统热处理能有效达到灭菌、钝酶的效果，但同时也会破坏食品的营养成分和天然特性，尤其对温度敏感性成分。因此，为了最大程度地保持食品原有的感官特性和营养成分，满足消费者的生活需求，如何应用新型加工技术，钝化酶的催化活力，杀灭微生物，已引起了人们的普遍关注，成为了国内外学者的研究热点。

超声波是一种频率介于2×104～1×109Hz之间的机械波，通过振动它可以改变物质的组织结构、状态及功能。超声波已被广泛用于食品加工业中，依据其频率范围，其应用主要分为两类（如图1所示）：一是MHz级高频低能诊断型超声波，主要用于食品无损检测、质量评价和过程控制；二是低频高能超声波，主要用于食品加工中各个操作单元，如杀菌、钝酶、果汁脱气、风味成分萃取等［1］。近年来，超声波作为一种非热加工方式对果汁［2-4］、乳制品［5］的灭菌、钝酶效果已被学者广泛报道，而且相比热处理，超声处理还能较好地保持食品的营养成分和感官特性［6-7］。本文

将从超声钝化食品内源酶的内在机制、影响超声波钝酶效果因素、超声场下食品内源酶失活动力学以及超声波钝化食品内源酶在食品加工中的应用等方面对超声波灭酶技术的研究概况进行分析。

图1 声波的频率范围Fig.1 Frequency ranges of sound waves

1 超声钝化食品内源酶的内在机制

对于大多数小分子物质而言，超声波的能量尚难以造成共价键断裂；而针对生物大分子如蛋白质，超声波的各种效应（空化效应、机械效应、热效应、自由基效应等）则可以造成分子间次级键断裂，从而致使它们的空间构象发生改变。酶是一类生物活性分子，其活性高低主要取决于酶分子构象的合理程度。当超声波作用于酶分子时，释放的能量可导致酶分子的空间构象发生改变，从而影响酶的催化活性。一般认为超声波影响酶活性有以下三种机制（见图2）。

图2 超声波钝化食品内源酶的机制Fig.2 The mechanisms of ultrasonic inactivation of food endogenous enzymes

1.1 超声波空化效应的作用

超声波作用下空化气泡的形成增加了水气间的界面面积，扰乱了酶分子周围环境（如氢键和疏水作用），从而导致酶分子空间构象改变。Ma等发现采用功率为80 W的超声波处理碱性蛋白酶4 min后，酶的活性相比对照增加了5.8%。荧光光谱和圆二色分析显示超声处理后碱性蛋白酶表面的色氨酸数量略微有所增加，酶二级结构发生了变化，如α-螺旋增加了5.2%，无规则卷曲减少了13.6%［8］。黄惠华等研究了超声处理对大豆胰蛋白酶抑制剂KSTI和BBTI的影响，发现65%振幅超声处理20 min后，KSTI抑制活性下降55%，BBTI的抑制活性基本上不变。圆二色分析显示，KSTI的β-转角和无规则卷曲含量分别从16.25% 和61.4%下降至10.8%和54%，而β-折叠的含量则从22.5%增加至35.2%，同时约71.5%的二硫键转化为巯基。而BBTI的二级结构则表现稳定，超声处理20 min后，其组成结构β-折叠和无规则卷曲基本不变，但有5.29%的二硫键转化为巯基［9］。

1.2 超声波化学效应的作用

超声处理产生的自由基也会造成酶活性变化。超声波处理过程中，空化气泡破裂瞬间会产生局部的高温（高达5000 K）、高压（50 MPa），致使水分子裂解形成氢氧根离子和氢离子［10］，它们与酶蛋白中部分氨基酸残基作用，从而影响酶的稳定性和催化活力。生物大分子作为自由基的陷阱，氢氧根所带自由电子易被二硫键中胱氨酸残基的硫原子淹没，致使二硫键断裂；而氢离子与胱氨酸残基外露的硫原子作用，形成末端巯基基团（RSH），从而使大分子的空间构象产生变化。Barteri等研究了超声处理对延胡索酸酶活性的影响，发现超声波作用产生的氢氧根离子加快了半胱氨酸残基氧化，形成了二硫键，从而导致酶聚集而失活［11］。另外，Tian等研究了自由基清除剂的添加对超声波钝酶效果的影响，结果表明添加甘露醇能减弱超声波对胰蛋白酶的钝化效果，这也间接地反映了自由基参与酶的失活过程［10］。

1.3 超声波机械效应的作用

稳定空化气泡在液体介质中传播时会在周围产生微射流和剪切力［12］，它们也会破坏维持酶蛋白空间构象的氢键、范德华力等次级键，从而导致酶分子二级、三级结构改变，生物活性丧失。Bracey等发现随超声处理时间的延长，枯草蛋白酶活性逐渐降低。电镜图片显示超声处理30 min后，酶分子由片状变为小盘状和杆状，酶分子的平均直径也由51.19 μm下降到1.93 μm［13］。Tian等采用HPLC-ESI-MS对超声（300 W，10 min）处理后的胰蛋白酶碎片进行了检测，发现样品至少含有l0种碎片，这说明经超声处理后，胰蛋白酶分子结构遭到了破坏，从而影响了酶的活性［10］。虽然超声处理影响酶活性的因素可以归结为超声波的空化效应、化学效应及机械效应，但食品加工过程涉及的酶多种多样，它们的空间构象、分子大小均存在差异，因此它们在超声场下的失活机制也会有所不同。此外，超声处理是否对酶蛋白活性部位、辅助因子等造成影响，也有待于进一步研究。

2 影响超声波灭酶效果的因素

超声场下食品内源酶的失活程度主要取决于超声波作用参数（如超声波频率、超声波强度、处理时间等）、介质特性和环境条件（温度和压力）。此外，超声波灭酶效果的好坏还与超声波发生器的类型和作用模式密切相关。下面将对这些影响因素进行详细介绍。

2.1 超声波作用参数

超声波钝化食品内源酶的效果与参数的选择密

切相关。影响超声波作用效果的参数包括超声波频率、超声波强度、振幅大小、超声发生器类型以及超声波作用模式（或占空比）。超声波频率是影响空化效应强弱的重要因素，因为它决定了介质中空化气泡的大小。一般而言，低频超声波下产生的空化气泡尺寸较大，破裂时释放的能量较多；相反，超声波频率越高，空化效应则越弱，甚至无法发生，但产生的自由基数量较多。De Gennaro等比较研究了不同超声波频率（20、40、60 kHz）对辣根过氧化物酶（POD）钝化效果的影响，作者发现在相同超声强度下，随超声波频率降低，POD失活速率逐渐升高，其中频率为20 kHz时POD失活速率达到了最大值［14］。相反，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH）在高频下（880 kHz，1 W/cm2）的失活速率却高于低频下（27 kHz，60 W/cm2）的失活速率［15］。超声波钝化食品内源酶的效果不仅与超声波频率有关，而且与超声波强度或变幅杆振幅大小有关。Lopez等研究发现在不同压力和温度条件下，随着超声波变幅杆振幅的增加，香菇PPO、辣根POD和大豆LOX失活速率呈指数增加［16］。Ercan和Soysal考察了不同超声功率对番茄过氧化物酶（POD）活性的影响，发现随着功率的增加，POD失活速率逐渐上升，其中50%超声最大功率需要处理150 s才能使POD完全失活，而75%超声最大功率仅需90 s［17］。De Gennaro等在超声场下对辣根POD进行钝化处理也得到了类似的结果［14］，但作者发现当超声波功率高达一定程度时，如继续增加反而会降低超声波对POD的钝化效果，因为高强度超声波易在超声波探头周围形成密集的空化云阻碍了能量的传播。此外，超声波钝化食品内源酶的效果还与超声波作用模式及超声波发生器的类型有关，但这方面的研究相对较少。Gamboa-Santos等探讨了超声波处理替代传统热力灭酶的可行性，作者发现60℃下采用探头式超声波处理10 min（USP60-10）与60℃热水处理40 min （C60-40）对胡萝卜POD和PME钝化效果相似，而采用超声波清洗器处理（USB）对POD和PME的灭活效果较差［18］。

2.2 介质特性

超声波钝化食品内源酶的效果还与酶分子所处介质特性有关，首先，处理介质中碳水化合物、多酚类物质等组分的含量是影响超声波钝化食品内源酶的重要因素。一般而言，酶在缓冲溶液中比在实际食品中容易钝化，因为食品中其他组分的存在对酶具有保护作用。Lopez和Burgos研究了添加不同食品组分对超声波钝化脂肪氧合酶（LOX）的影响，发现介质中添加葡萄糖、蔗糖和甘油能提高大豆LOX的稳定性，但加入KCl对LOX的稳定性影响不大［19］。Vercet等发现在柠檬酸缓冲溶液中加入与橙汁中等量的抗坏血酸、蔗糖、葡萄糖和果糖可以使PME耐热性提高3倍［20］。Tarun等研究了添加黄酮类物质对超声场下大豆脲酶失活效果的影响，作者发现黄酮类物质（如黄芪甙、柚皮苷、橙皮苷、槲皮黄酮、山奈酚等）的添加显著降低了超声波（2.64 MHz，1.0 W/cm2）对脲酶的钝化效果，其中黄芪甙对脲酶保护效果最好［21］。然而，Jiang等却发现1%抗坏血酸浸泡结合超声处理能显著抑制鲜切苹果贮藏期间多酚氧化酶（PPO）的活性［22］。其次，在不同pH下超声波钝化食品内源酶的效果也有所不同。Thakur和Nelson研究超声处理对大豆粉悬浮液中LOX活性的影响时发现，当悬浮液pH大于5时，20 kHz超声处理3 h对LOX活性影响不大，但pH在4.0～5.0时，相同的超声处理可以使LOX活性降低70%～85%［23］。

2.3 环境温度和压力

通常温度升高对超声波钝化食品内源酶具有两方面的影响：温度上升提高了水分蒸汽压，降低了介质的黏度，有利于超声波空化气泡形成；温度上升会导致空化气泡破裂瞬间产生的冲击力下降［24］。Vercet等考察了声压热（MTS）处理下不同温度（30～140℃）、压力（200、500 kPa）和超声波振幅（20～145 μm）对液体食品中自由基产生速率的影响，发现在30～140℃间，随着温度的上升，超声场下（20 kHz，117 μm）介质中氢氧根产生速率逐渐下降［25］。Cheng等研究不同温度（55～75℃）下超声处理（25 kHz，0.43 W/mL）对香菇PPO失活速率的影响时发现，随着温度上升，PPO失活的D值也由57.8 min降为0.88 min［24］。此外，超声波和热联合处理（即声热处理）对酶的钝化效果并非两者简单的叠加，其作用效果要强于两者之和，即它们之间存在协同效应。Terefe等研究番茄汁中果胶甲酯酶（PME）的失活动力学时证实了协同效应的存在，作者发现声热处理（60℃，振幅65 μm）下PME失活速率是单独热或超声处理酶失活速率之和的3倍多，但这种协同效应随温度上升而降低［26］。Raviyan等报道，与热处理（61℃）相比，声热处理（20 kHz，20 μm，61℃）使番茄汁PME失活速率最大提升了374倍［12］。类似地，Wu等也发现声热处理（24 kHz，60～65℃）加快了番茄汁PME的失活速率，其中60、65、70℃下声热处理PME失活的D值分别为41.8、11.7和4.3 min，而单独热处理为90.1、23.5和3.5 min［27］。

压力是影响超声波钝化食品内源酶的另一重要因素。一般而言，增大压力可提高超声波空化气泡破裂瞬间释放的能量，促使自由基产生，因为它降低了水分蒸汽压［25］。然而，随压力上升，超声波空化效应不会一直增加，当压力达到一定程度时，如果继续增加反而会提高形成空化气泡的阈值，不利于空化效应的发生。Vercet等研究不同压力下，声压热（20 kHz，117 μm）处理对氢氧根产生速率的影响，发现在70℃下，随着压力上升，介质中氢氧根产生速率逐渐提高，但当压力达到200 kPa后，如压力继续上升则对氢氧根产生速率影响不大；在130℃下，压力从300 kPa上升到600 kPa对氢氧根产生速率无明显影响［25］。类似地，Lopez等研究也发现，在1.5～5 kg/cm2范围内，随压力上升酶失活的D值变化不明显，但当压力上升到6～7 kg/cm2时LOX失活的D值下降了三倍［16］。此外，Burgos及其研究团队在对辣根POD、番茄PG、脐橙PME、大豆LOX失活动力学研究过程也证实，在适宜的压力条件下，采用声压热（MTS）处理能显著增强酶的钝化效果［19-20，28-29］。

3 超声场下食品内源酶失活动力学

超声场下食品内源酶活性变化受到多种因素的影响，因此，优化超声波处理条件，建立酶失活动力学模型，有利于对食品灭酶操作单元进行更好地控制和管理。根据已有研究报道，超声场下酶失活动力学方程主要包括一级动力学模型（first order kinetics）、两段式动力学模型（two phase kinetics）、部分转化模型（fraction conversion kinetics）等（见表1）。Terefe等发现单独采用60～75℃热水处理，番茄汁只有热敏性聚半乳糖醛酸酶（PG2）失活，符合部分转化模型；但在相同温度下进行超声处理（20 kHz，振幅65 μm）能使PG1和PG2同时失活，遵循两段式动力学模型，作者认为这可能是由于超声波和热的协同效应促使了耐热PG1失活。此外，在50～75℃内进行超声处理，番茄汁中果胶甲酯酶（PME）失活遵循一级动力学方程，并且作者证实超声波与热对PME的钝化具有协同效应［26］。Cruz等对豆瓣菜过氧化物酶（POD）的失活动力学进行了研究，发现82.5～92.5℃下POD失活遵循两段式动力学方程，因为POD粗提物中存在热敏性和热稳定性两种组分，且它们的失活速率（k1和k2）对温度的依赖关系符合阿伦尼乌斯方程；但作者发现在相同温度（82.5～92.5℃）下辅以超声波处理POD失活规律却符合一级动力学方程，可能是因为超声处理改变了POD的空间构象，加快了酶的失活［30］。Tiwari等发现超声场下（0.42～1.05 W/mL）橙汁中果胶甲酯酶（PME）失活也符合部分转化模型［4］。

4 超声钝化食品内源酶在食品加工中的应用

4.1 在果蔬食品中的应用

多酚氧化酶（PPO）是一类含有铜离子的氧化酶，在动植物中广泛存在。PPO与果蔬褐变相关，通常状态下PPO与细胞器内膜结合，活性较低，而当组织遭受破坏时PPO会被激活，致使果蔬内源性多酚物质氧化成醌类物质，经聚合形成黑色素，引起果蔬褐变发生［31］。PPO遇热不稳定，通常在70～90℃下暴露几秒就能使它失活。Cheng等比较研究了热和声热处理（TS）对香菇PPO失活动力学的影响，发现在55～ 75℃下，声热处理相比单独热处理对PPO的钝化效果明显，其中60和70℃下PPO失活的D值分别下降了1.3和3倍［24］。然而，Cheng等却发现超声波和二氧化碳联合处理提高了番石榴汁中PPO的活性，因为实验过程中超声波清洗器内超声密度较小，无法使细胞破裂，只是改变了细胞结构，促进细胞内容物释放，增加酶与底物的接触机会［32］。

过氧化物酶（POD）在果蔬中普遍存在，它与果蔬褐变和异味产生密切相关。POD是一种热稳定性酶，含有铁离子，常作为果蔬漂烫是否完全的指示酶［33］。研究表明，声热处理能加快POD失活，减少漂烫时间。Cruz等发现在40～80℃下，超声处理可以提高豆瓣菜中POD的活性；而在82.5～92.5℃下，超声处理却显著提高了POD的失活速率，因为超声处理改变了POD的空间构象，导致了中心亚铁离子与酶蛋白分离，活性丧失［30］。Ercan和Soysal研究了不同超声功率对番茄POD活性的影响，发现随着超声功率升高，POD失活速率加快。此外，作者还发现经超声处理后番茄POD在贮藏期间存在复活现象，其中15%和25%超声最大功率下，番茄POD活性随贮藏时间呈线性增长，而40%、50%和75%超声功率下，POD活性呈非线性增长［17］。

脂肪氧合酶（LOX）是一类含非血红素铁的氧化还原酶［34］。LOX能促使多不饱和脂肪酸氧化，产生氢过氧化合物，再通过均裂或β-裂变分解形成了醛、酮等氧化产物，从而导致果蔬的色、香、味发生劣变［35-37］。Thakur和Nelson考察了超声波作用时间、振幅大小和pH对超声波钝化大豆LOX效果的影响，作者发现pH＞5.0时，20 kHz超声处理3 h对LOX活性影响不大；但当pH降为5.0或4.0时，同样超声处理能使LOX活性降低75%～85%［23］。类似地，Lopez和Burgos也报道声压热处理下（0～104 μm，67.5～76.3℃）LOX活性与pH大小有关，其中pH在5.2～8之间，随pH下降LOX的热稳定性提高［19］。

果胶甲酯酶（PME）广泛存在于植物中。PME可催化果胶去甲酯化，形成果胶酸和甲醇，从而改变果汁的稳定性和果蔬的质地［38-39］。Kuldiloke等研究表

明，50℃热水处理63min只能使柠檬PME活性下降30%；而同样地条件下结合超声处理则能使83%的PME失活［40］。类似地，Raviyan等也发现声热处理明显提高了番茄PME的失活速率，如72℃下，声热处理（0.004～0.020 mg·L/min）PME的失活速率是单独热处理的38～64倍［12］。然而，Tiwari等却发现单独超声处理很难使橙汁中PME完全失活，其中1.05 W/mL超声处理10 min PME活性只降低了62%，但超声处理却可以明显降低颗粒大小，维持橙汁贮藏稳定性［4］。

表1 低频超声场下酶失活动力学模型Table1 Enzymatic inactivation kinetic treated by low-frequency ultrasound

4.2 在乳制品中的应用

乳制品营养丰富，是许多微生物的天然培养基，也是人类营养的重要来源。乳制品加工过程中常因微生物，尤其是致病菌和产毒素菌的污染，而影响其品质，甚至会给消费者健康和安全带来威胁。尽管常规巴氏杀菌可以使许多致病菌和腐败微生物致死，但是许多微生物会产生一些脂肪酶和蛋白酶，它们具有较好的耐热性，在常规热处理下不易失活。因此，亟待开发一种灭菌技术和设备，来减少微生物数量，抑制有关酶活性，以达到改善产品品质的目的。超声波作为一项新型加工技术，将其应用于乳制品加工过程不仅能灭菌、钝化相关酶活性，还能改变产品的加工和品质特性，如降低脂肪球大小［41］、减少酸奶发酵时间［42］、改善产品流变特性［43］。Vercet等报道，相比单独热处理，声压热处理（MTS）对荧光假单胞菌分泌的脂肪酶和蛋白酶具有较好的钝化效果，其中在同样处理时间下，声压热处理（650 kPa，140℃）后脂肪酶和蛋白酶活性仅为单独热处理后的7%和6%［44］。Villamiel和de Jong研究了超声波处理对牛奶碱性磷酸酶（AP）、γ-谷氨酰胺转肽酶（GGTP）、乳过氧化物酶（LPO）的影响，发现单独超声处理对它们的作用效果不明显，而声热处理却能显著增强酶的失活效果，如在全脂牛奶中，单独超声处理（20 kHz，120 μm）102.3 s后，残留酶活分别为AP（98.2%）、GGTP（77.9%）和LPO（85.6%）；而在同样的条件下结合热处理（61℃）AP和GGTP完全失活，LPO活性仅为30.8%［5］。此外，超声场下酶的失活效果还与处理介质中固形物含量和酶的浓度有关。

4.3 在其他食品中的应用

超声波钝化食品内源酶除了在果蔬食品和乳制品加工过程中有广泛应用之外，在食品加工的其他领域也有少量的报道。高奇瑞等研究了超声波空化效应对纤维素酶降解秸秆的影响，结果表明采用100 W超声波对0.2 g 160～200目秸秆处理15 min，能使纤维素酶的降解效果达到最佳，比未处理样品提高47.2%［45］。过氧化氢酶（CAT）是一种广泛分布于动植物及微生物中的氧化还原酶，在工业上可用于葡萄糖酸、果糖、醛类等物质的生产，同时CAT也可用于面包及饮料的生产和保鲜。李冰等研究了不同超声波处理条件对CAT活性的影响，结果表明超声波功率对CAT活性影响较大，而单一延长超声作用时间对CAT活性作用较小。红外光谱分析也显示超声处理改变了CAT蛋白的有序结构，其中α-螺旋含量略有减少，β-折叠减少了约12.30%，但β-转角和无规则卷曲却分别增加了4.89%和7.90%［46］。类似，黄卓烈等也报道，在30℃下，采用超声（16 kHz，50 W）处理2 min可以使酵母CAT得活性提高126.35%［47］。

淀粉酶是催化淀粉水解生成糊精的一种水解酶，作为一类工业酶制剂，在食品、轻工及医药领域已得到了广泛的应用［48］。杨宏伟等研究了超声波处理对固定化α-淀粉酶活性的影响，通过单因素和正交实验作者发现15 kHz，40 W超声处理5 min后，固定化α-淀粉酶活性的活性为92.1 U/g，相比对照提高了35.4%［49］。此外，陈小丽等也探讨了不同参数超声波对淀粉酶活性的影响效果，作者发现经柱层析纯化的水稻淀粉酶在适宜的超声波处理条件下，酶的活力提升了9.09%～33.09%［50］。

半胱氨酸蛋白酶是另一类常见的酶，主要包括木瓜蛋白酶、木瓜凝乳蛋白酶、菠萝蛋白酶等，这类酶能催化水解蛋白质的肽键和酰胺键，在食品、染料和纺织等工业生产中广泛应用［51-52］。吴葛洋等研究了超声波温度、作用时间、频率及强度对固定化木瓜蛋白酶活性的影响，结果表明50℃，135 kHz，0.45 W/cm2条件下超声处理50 min增强了固定化酶与底物的亲和力，其中固定化酶的活力提升了25.85%，Km值下降了31.83%，Vmax值升高了8.35%［51］。陈小丽等探讨了超声波对纯化后的菠萝茎蛋白酶活力的影响，发现在不同超声条件下酶活力，相比对照组均有所提升。差示光谱分析显示，超声波处理后样品出现了明显的正峰和负峰，这说明超声处理改变了酶的空间构象，从而导致酶活性变化［53］。

5 总结与展望

虽然相比传统热处理，超声波能有效加快食品内源酶的失活，但该技术仍处于实验室阶段，且还存在处理量小，酶复活的现象。影响超声波钝化食品内源酶的因素很多，其作用机理、工艺条件还有待于进一步深入研究。此外，超声波耗能较大，现有设备中场强分布不均匀，都使该技术在食品工业化生产中很难推广。针对以上问题，可以从以下几个方面开展研究：优化工艺参数，找出最佳的工艺组合；加大机理研究，从分子生物学水平阐明超声场下食品内源酶失活机制；评价酶失活过程中超声波处理对食品营养成分和感官特性的影响；寻找高强度超声波源，开发新型超声波处理设备，以便能在食品工业中广泛应用。

［1］Awad T S，Moharram H A，Shaltout O E，et al.Applications of ultrasound in analysis，processing and quality control of food：A review［J］.Food Research Interational，2012，48（2）：410-427.

［2］Adekunte A O，Tiwari B K，Cullen P J，et al.Effect of sonication on colour，ascorbic acid and yeast inactivation in tomato juice［J］.Food Chemistry，2010，122（3）：500-507.

［3］Dubrovic I，Herceg Z，Jambrak A R，et al.Effect of High Intensity ultrasound and pasteurization on anthocyanin content in strawberry juice［J］.Food Technology and Biotechnology，2011，49 （2）：196-204.

［4］Tiwari B K，Muthukumarappan K，O’Donnell C P，et al.Inactivation kinetics of pectin methylesterase and cloud retention in sonicated orange juice［J］.Innovative Food Science and Emerging Technologies，2009，10（2）：166-171.

［5］Villamiel M，De Jong P.Influence of high-intensity ultrasound and heat treatment in continuous flow on fat，proteins，and native enzymes of milk［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2000，48（2）：472-478.

［6］Zafra-Rojas Q Y，Cruz-Cansino N，Ramirez-Moreno E，et al.Effects of ultrasound treatment in purple cactus pear（Opuntia ficus-indica）juice［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2013，20（5）：1283-1288.

［7］Santhirasegaram V，Razaliz，Somasundram C.Effects of thermal treatment and sonication on quality attributes of Chokanan mango（Mangifera indica L.）juice［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2013，20（5）：1276-1282.

［8］Ma H，Huang L，Jia J，et al.Effect of energy-gathered ultrasound on Alcalase［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2011，18（1）：419-424.

［9］黄惠华，粱汉华，郭乾初.超声波对大豆胰蛋白酶抑制剂活性及二级结构的影响［J］.食品科学，2004，25（3）：29-33.

［10］Tian Z M，Wan M X，Wang S P，et al.Effects of ultrasound and additives on the function and structure of trypsin［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2004，11（6）：399-404.

［11］Barteri M，Diociaiuti M，Pala A，et al.Low frequency ultrasound induces aggregation of porcine furnarase by free radicals production［J］.Biophysical Chemistry，2004，111（1）：35-42.

［12］Raviyan P，Zhang Z，Feng H.Ultrasonication for tomato pectinmethylesterase inactivation：effect of cavitation intensity and temperature on inactivation［J］.Journal of Food Engineering，2005，70（2）：189-196.

［13］Bracey E，Stenning R A，Brooker B E.Relating the microstructure of enzyme dispersions in organic solvents to their kinetic behavior［J］.Enzyme and Microbial Technology，1998，22 （3）：147-151.

［14］De Gennaro L，Cavella S，Romano R，et al.The use of ultrasound in food technology I：inactivation of peroxidase by thermosonication［J］.Journal of Food Engineering，1999，39（4）：401-407.

［15］Karaseva E I，Metelitza D I.Stabilization of glucoso-6-phosphate dehydrogenase by its substrate and cofactor in an ultrasonic field［J］.Russian Journal of Bioorganic Chemistry，2006，32（5）：436-443.

［16］Lopez P，Sala F J，De La Fuente J L，et al.Inactivation of peroxidase，lipoxygenase，and polyphenol oxidase by manothermosonication［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1994，42（2）：252-256.

［17］Ercan S S，Soysal C.Effect of ultrasound and temperature on tomato peroxidase［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2011，18 （2）：689-695.

［18］Gamboa-Santos J，Montilla A，Soria A C，et al.Effects of conventional and ultrasound blanching on enzyme inactivation and carbohydrate content of carrots［J］.Eurpean Food Research and Technology，2012，234（6）：1071-1079.

［19］Lopez P， Burgos J.Lipoxygenase inaction by manothermosonication-effects of sonication physical parameters，pH，KCl，sugars，glycerol，and enzyme concentration［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1995，43（3）：620-625.

［20］Vercet A，Lopez P，Burgos J.Inactivation of heat-resistant pectinmethylesterase from orange by manothermosonication［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1999，47（2）：432-437.

［21］Tarun E I，Kurchenko V P，Metelitza D I.Flavonoids as effective protectors of urease from ultrasonic inactivation in solutions［J］.Russian Journal of Bioorganic Chemistry，2006，32 （4）：352-359.

［22］Jang J H，Kim S T，Moon K D.Inhibitory effects of ultrasound in combination with ascorbic acid on browning and polyphenol oxidase activity of fresh-cutapples［J］.Food Science and Biotechnology，2009，18（6）：1417-1422.

［23］Thakur B R，Nelson P E.Inactivation of lipoxygenase in whole soy flour suspension by ultrasonic cavitation［J］.Nahrung-Food，1997，41（5）：299-301.

［24］Cheng X，Zhang M，Adhikari B.The inactivation kinetics of polyphenol oxidase in mushroom（Agaricus bisporus）during thermal and thermosonic treatments［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2013，20（2）：674-679.

［25］Vercet A，Lopez P，Burgos J.Free radical production by manothermosonication［J］.Ultrasonics，1998，36（1-5）：615-618.

［26］Terefe N S，Gamage M，Vilkhu K，et al.The kinetics of inactivation of pectin methylesterase and polygalacturonase in tomato juice by thermosonication［J］.Food Chemistry，2009，117 （1）：20-27.

［27］Wu J，Gamage T V，Vilkhu K S，et al.Effect of thermosonication on quality improvement of tomato juice［J］.Innovative Food Science and Emerging Technologies，2008，9（2）：186-195.

［28］Lopez P，Burgos J.Peroxidase stability and reactivation after heat treatment and manothermosonication［J］.Journal of Food Science，1995，60（3）：451-455.

［29］Vercet A，Buesa P L.The effects of manothermosonication on tomato endopolygalacturonase beta-subunit［J］.European Food Research Technology，2002，214（4）：310-312.

［30］Cruz R M S，Vieira M C，Silva C L M.Effect of heat and thermosonication treatments on peroxidase inactivation kinetics in watercress（Nasturtium officinale）［J］.Journal of Food Engineering，2006，72（1）：8-15.

［31］刘芳，赵金红，朱明慧，等.多酚氧化酶结构及褐变机理研究进展［J］.食品研究与开发，2015，36（6）：113-119.

［32］Cheng L H，Soh C Y，Liew S C，et al.Effects of sonication and carbonation on guava juice quality［J］.Food Chemistry，2007，104（4）：1396-1401.

［33］郑海鹰，傅玉颖，石玉刚，等.莴笋烫漂过程中过氧化物酶失活动力学模型的建立［J］.食品科学，2011，32（17）：238-242.

［34］李兴军.脂氧合酶分子结构与反应机制［J］.粮食科技与经济，2012，37（4）：57-60.

［35］陈书婷，孔祥珍，华欲飞，等.大豆脂肪氧合酶的分离纯化及其性质研究［J］.食品工业科技，2011，32（5）：176-177.

［36］曲清莉，傅茂润，代红飞.脂氧合酶（LOX）在脂肪酸氧化中的作用研究进展［J］.食品研究与开发，2015，36（10）：137-142.

［37］蔡燕，周红波，吴锦明.超声辐射对脂肪氧合酶活性和构象的影响［J］.广东化工，2015，42（19）：13-14.

［38］张波波，王丹，马越，等.超高压技术对草莓汁果胶甲酯酶钝化作用的研究［J］.食品工业科技，2013，34（24）：314-316.

［39］赵红岩.果胶酶在果蔬汁加工中的应用研究［J］.中国酿造，2012，31（12）：18-19.

［40］Kuldiloke J，Eshtiaghi M，Zenker M，et al.Inactivation of lemon pectinesterase by thermosonication［J］.Interational Journal of Food Engineering，2007，3（2）：1-8.

［41］朱海清.超声波对牛奶的均质效果研究［J］.粮油加工与食品机械，2002（5）：42-43.

［42］Wu H，Hulbert G J，Mount J R.Effects of ultrasound on milk homogenization and fermentation with yogurt starter［J］.Innovative Food Science and Emerging Technologies，2001，1（3）：211-218.

［43］Vercet A，Oria R，Marquina P，et al.Rheological properties of yoghurt made with milk submitted to manothermosonication［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2002，50（21）：6165-6171.

［44］Vercet A，Lopez P，Burgos J.Inactivation of heat resistant lipase and protease from pseudomonas fluorescens by manothermosonication［J］.Journal of Dairy Science，1997，80（1）：29-36.

［45］高奇瑞，夏金兰，单杨，等.超声波空化效应对纤维素酶降解秸秆影响的研究［J］.山东农业大学学报：自然科学版，2014，45（2）：237-242.

［46］李冰，王文宗，林鸿佳，等.超声波对过氧化氢酶酶活影响的机理［J］.华南理工大学学报：自然科学版，2010，38（12）：129-134.

［47］黄卓烈，梁欣欣，陈小丽，等.超声波对酵母过氧化氢酶活性的影响机理研究［J］.国际生物医学工程杂志，2009，32（1）：13-17.

［48］徐娟，张梁，石贵阳.离子交换树脂固定化α-淀粉酶的研究［J］.食品工业科技，2008，29（4）：75-77.

［49］杨宏伟，洒荣波.超声波对固定化α-淀粉酶催化活性的影响［J］.中国酿造，2009，28（10）：76-78.

［50］陈小丽，黄卓烈，巫光宏，等.超声波对淀粉酶催化活性的影响［J］.华南农业大学学报，2005，26（1）：76-79.

［51］吴葛洋，曹雁平，王蓓，等.超声场对固定化木瓜蛋白酶的影响研究［J］.食品工业科技，2011，32（10）：142-145.

［52］Ilaria B，Katia L，Anna M V G，et al.Bromelain from pineapple stem in alcoholic-acidic buffers for wine application［J］.Food Chemistry，2011，124（4）：1349-1353.

［53］陈小丽，黄卓烈.菠萝茎蛋白酶的纯化及酶活力受超声处理影响的机理［J］.食品与生物技术学报，2012，31（5）：173-178.

The mechanism of enzyme inactivation induced by ultrasound and its application in food processing

CHENG Xin-feng1，JIANG Kai-li1，ZHU Yu-gang1，HANG Hua1，ZHANG Min2
（1.College of Environmental Science and Engineering，Anhui Normal University，Wuhu 241002，China；2.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

Ultrasound was a new food processing technology，which could be utilized in various food processes，including sterilization，enzyme inactivation，juice degassing，and so on.Firstly，the inactivation mechanisms of food endogenous enzymes by ultrasound were summarized.Secondly，the affecting factors of the enzyme inactivation by ultrasound were discussed.Finally，the inactivation kinetic models of enzymes by ultrasound and the application of this technology in food processing were reviewed，and its technical problems and insufficiency were indicated.This paper could provide theoretical support for the development and utilization of ultrasound technology in food process.

ultrasound；cavitation；the inactivation kinetics；mechanism；endogenous enzyme

TS255

A

1002-0306（2016）08-0351-07

10.13386/j.issn1002-0306.2016.08.066

2015－10－09

程新峰（1981-），男，博士研究生，讲师，研究方向：农产品加工及贮藏工程，E-mail：chf0110194@163.com。

安徽师范大学博士科研启动基金项目（2014bsqdjj52）；安徽师范大学项目培育基金（2015xmpy12）；国家级大学生创新创业训练计划项目（201510370022）。