果蔬采后酶促褐变的机制及控制技术研究进展

闵婷　谢君　郑梦林　易阳　王丽梅　王宏勋

摘要：果蔬因其富含维生素、有机酸，无机盐以及植物纤维等营养物质，越来越受消费者青睐。然而果蔬在采后运输，贮藏和加工过程中极易发生褐变，不仅影响产品的外观、风味、营养，而且还大大降低贮藏加工性能，因此褐变一直是果蔬采后研究的热点。本文从果蔬褐变的原因、酶促褐变的机制、果蔬褐变控制技术3个方面综述了果蔬采后酶促褐变研究进展。

关键词：果蔬；褐变；研究进展；酶；保鲜；控制技术

中图分类号：TS255.3 文献标志码：A 文章编号：1002—1302（2016）01—0273—03

许多新鲜果蔬在加工、物流及销售过程中造成的损伤，易使果蔬原有色泽发生改变，这种现象称為褐变。目前，普遍认为引起果蔬褐变表现在两方面：酶促褐变和非酶促褐变。酶促褐变是组织中的酚类物质在酶的作用下氧化成醌类，醌类聚合形成褐色物质从而导致组织变色；非酶促褐变是指由各种非酶原因引起的化学反应而造成的果肉或果皮的褐变。果蔬产品的褐变，不仅影响其外观，而且严重影响其风味和营养价值，已经成为制约果蔬产业发展的“瓶颈”。

1果蔬褐变的原因

果蔬褐变从本质上可分为两大类，即非酶促褐变和酶促褐变。非酶促褐变是由各种非酶原因引起化学反应导致的褐变，包括焦糖化反应、美拉德反应、维生素c氧化分解、多元酚氧化缩合反应等。酶促褐变是果蔬组织体内的酚类物质在酶的作用下氧化成醌类，醌类再聚合形成褐色物质，从而导致组织变色。众多研究表明果蔬褐变以酶促褐变为主。

2果蔬酶促褐变的机制

酶促褐变机制一直是科学工作者研究的热点，曾先后提出乙醛乙醇毒害学说、氧自由基假说、维生素C保护假说、酚-酚酶区域分布等学说，其中酚-酚酶区域分布学说最具说服力。在植物组织细胞中，质膜形成天然的保护屏障，能保证膜内外物质交换顺利进行，酚类物质通常分布在组织细胞液泡内，而酚酶主要存在于各种质体或细胞质内。在正常情况下，酚酶和底物酚类物质不接触，因而不易发生褐变；但当一些果蔬制品在加工或贮藏过程中，由于切分、挤压和包装等工艺使组织细胞破碎，膜屏障被破坏，酚类物质与酚酶接触，在活性氧的参与下被氧化成醌，醌类化合物再经过脱水、聚合反应形成黑褐色物质引起褐变反应。因此，酚酶、底物和氧是产生酶促褐变的3个重要条件。

2.1酚酶

目前报道与酶促褐变有关的酶主要包括：苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）。其中导致果蔬制品发生酶促褐变的主要酶类是多酚氧化酶。

苯丙氨酸解氨酶是苯丙烷类物质代谢途径中重要的酶之一，催化三一苯丙氨酸解氨生成反式肉桂酸，再经过一系列转变形成各种酚、木质素、花青素、生物碱等，形成的酚为褐变反应提供底物。Chen等研究发现香蕉在切割后MaPAL2基因表达量上升，PAL酶活性升高，进而总酚含量增加。Loaiza-Velarde等研究发现鲜切芹菜褐变与PAL活性呈现正相关。庞坤等研究发现鲜切苹果中酚类物质的含量和PAL活性变化趋势一致。许传俊等研究发现蝴蝶兰叶片外植体褐变过程中PAL基因的表达变化与其褐变进程相一致。闫红波等在鸭梨中克隆到2个PAL基因：PbPAL1和PbPAL2，机械伤诱导2个基因表达进而引起组织褐变。李正国等研究发现奉节脐橙PAL2基因表达与果皮褐变有着密切相关性。

过氧化物酶是广泛存在于植物中的铁卟啉金属有机催化剂，POD在H₂O₂存在的情况下，能将酚类物质和类黄酮氧化聚合而形成褐色物质引起褐变。蒋益虹研究发现百合在贮藏过程中POD活性与褐变度呈正相关，且POD活性变化是引起百合褐变的主要因素。刘野等研究发现西瓜汁的褐变度与POD活性呈正相关。

多酚氧化酶是植物体内普遍存在的一种含铜的氧化酶，负责催化酚类底物氧化，属于氧化还原酶类；是引起鲜切果蔬酶促褐变的主要酶类。多酚氧化酶被Keilin和Mann于1938年从蘑菇中首次分离得到并命名为polyphenol oxi-dase（PPO）之后，逐渐成为酶促褐变的研究热点，主要表现在植物组织中PPO的酶学特性和褐变机制。随着分子生物学技术的飞速发展，PPO基因在马铃薯、苹果、香蕉、梨、甘薯、莲藕、石榴等中相继被克隆。

2.2底物

褐变底物主要是酚类物质，果蔬中含有丰富的酚类物质，酚类物质在果蔬生长发育和成熟过程中合成，并且机械伤等逆境胁迫能诱导其合成。在正常情况下因为细胞膜系统将酚类物质和褐变酶分布在细胞的不同部位，一旦膜系统遭到破坏，酚和酶接触，在酶的催化下生成醌，再进一步聚合形式褐色物质。

不同果蔬中参与酶促褐变的底物不一样，郁志芳等初步确定儿茶酚是鲜切莲藕的主要褐变底物。郁志芳等还鉴定出引起鲜切山药酶促褐变的主要底物是绿原酸。杜传来等鉴定出鲜切慈菇酶促褐变的主要底物为愈创木酚。

2.3氧气

氧是果蔬酶促褐变的必要条件。正常情况下，外界的氧气不能直接作用于酚类物质发生酶促褐变。这是因为酚类物质分布于液泡中，褐变相关酶PPO位于质体中，PPO与底物不能相互接触。在果蔬贮存、加工过程中，由于外界因素擦伤、割切、失水、细胞损伤等使果蔬的膜系统破坏，打破了酚类与酶类的区域化分布，导致褐变发生。林启训等研究发现要减少某一温度下干燥过程中蘑菇的褐变度，关键要控制干燥过程中气体的氧气含量；米热班古·木太力甫等研究发现隔离氧气能较好地控制苹果汁的褐变。

3果蔬褐变控制技术

3.1化学方法

目前，化学方法是控制鲜切果蔬褐变最广泛的方法。使用较多的褐变抑制剂主要有柠檬酸、维生素C、焦磷酸钠、ED-TA、氯化钙、4-己基间苯二酚、谷胱甘肽等。一般实际生产中化学抑制剂的复合处理护色效果往往比单独使用要好。胡明等研究发现采用0.3%三-半胱氨酸+0.01%水杨酸+1.2%柠檬酸复合处理比单一使用1.0%柠檬酸、0.01%水杨酸、0.3%L-半胱氨酸处理对鲜切梨褐变抑制效果更佳。丁捷等研制马铃薯切片最佳复合防褐剂配方组合为0.005%曲酸+0.045%异抗坏血酸钠+0.045%半胱氨酸+0.01%CaCl₂+0.299 2%EDTA-2Na。张芳等研制的鲜切苹果复合护色液最佳配方（1.00%柠檬酸+0.80%氯化钠+0.16%二胺四乙酸二钠+0.50%D-异抗坏血酸钠），相比于单独处理，该护色液浸泡鲜切苹果10 min的护色效果最佳。

3.2物理方法

低温贮藏过程中，PPO、POD等酶活性受抑制，从而减慢褐变的发生，货架期延长。王静等研究发现1℃冷藏下PPO和POD活性被抑制，进一步延缓鲜切牛蒡的褐变。杨霞等研究发现鲜切莴笋在2℃和8℃的低温下贮藏，PPO活性降低，褐变明显受到抑制。王志华等研究发现砀山酥梨贮藏在0℃和1.5℃下果心褐变指数较低。

热处理在鲜切果蔬上应用较广泛。热处理包括热水处理、热蒸汽处理、热空气处理等。项丽霞研究表明45℃热空气处理抑制了莲藕表皮PPO和POD活性，延缓了莲藕表皮褐变。杨志娟等研究发现通过先热处理钝化褐变酶后添加食品添加剂相结合的方法可降低香蕉酱褐变度，提高香蕉酱品质。冯岩岩等研究发现切后50℃6 min、55℃3 min和切前50℃10 min 3种不同热激处理均较好地抑制了贮藏期间鲜切牛蒡的褐变。

包装技术的应用对抑制果蔬褐变效果良好。因保鲜期长、无污染等优点，气调包装在果蔬贮藏过程中得到了广泛应用。姜爱丽等研究发现5%O₂+5%CO₂气调贮藏可抑制鲜切富士苹果腐烂，降低呼吸速率，有效减弱褐变程度。赵迎丽等研究发现适宜的气调贮藏参数（5%C02，3%～5%O₂）可抑制石榴果皮多酚氧化酶活性的增加，并减少酚类物质的氧化，有效地减轻石榴褐变的发生。研究发现，与气调包装相比纯氧条件可保护细胞膜完整性，改善厌氧生物发酵产生的乙醇及乙醛的堆积，抑制褐变。100%O₂气调处理鲜切莲藕可明显抑制PPO的活性，维持维生素C的含量，减缓褐变和保持新鲜程度，延长其货架期。也有研究表明，高氧可以抑制鲜切梨、鲜切马铃薯的色泽变化。

3.3其他方法

目前，越来越多的天然保鲜剂开始用于果蔬采后保鲜。王展华等研究发现洋葱提取物对鲜切马铃薯具有较好的防褐变效果。一定浓度的柑橘皮精油对鲜切马铃薯的褐变抑制效果优于柠檬酸、CaCl₂和Na₂SO₃。生姜提取液能显著降低鲜切红富士苹果的失重率和褐变度，有效抑制PPO活性及丙二醛（MDA）的积累，减少可滴定酸的损失，维持产品的硬度，较好地保持了鲜切红富士苹果的品质。

蛋白酶可有效抑制果蔬褐变，木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶和菠萝蛋白酶已经被证实抑制酶促褐变效果明显。

乙醇在果蔬保鲜中亦用于褐变的抑制。龚吉军等研究发现乙醇处理可抑制PPO和POD的活性，从而抑制褐变；徐莉等研究发现乙醇熏蒸处理可延迟鲜切菊芋表面褐变，使产品在贮藏过程中保持优良品质。

另外，通过果蔬基因改良，利用反义RNA来控制PPO的表达，从而选育抗褐变品种。在马铃薯中转入番茄PPO的正义和反义基因，可延缓其褐变。

4展望

果蔬酶促褐变问题一直是农产品研究的热点之一，主要包括酶促褐变机制和褐变控制技术探索。其中酶促褐变机制研究主要集中在生理生化方面。而褐变控制技术主要集中在物理、化学和生物方法，相对于传统的物理和化学方法，基因工程技术用于果蔬褐变控制将成为趋势。而果蔬褐变分子机制研究的匮乏限制了基因工程技術在果蔬褐变控制中的应用。因此果蔬褐变分子机制以及基于褐变分子机制的基因工程技术在果蔬褐变控制中的应用是今后将要关注的课题。