莲藕采后生理及保鲜技术研究进展

汤钦林

贮藏期间莲藕变褐和衰老是由于其组织中的多酚氧化酶催化酚的氧化形成黑色素。本文总结了莲藕多酚氧化酶催化反应的动力学特征，以及pH值、温度和金属离子等条件对酶活性的影响效果，并对采收后莲藕中多酚氧化酶活性对组织变褐、呼吸和衰老等采后生理过程的作用，并以此为基础进行保鲜技术的研究。

莲藕多酚氧化酶（PPO）

催化反应动力学。采收后的莲藕直接暴露在空气中，表皮或受损部位将迅速变成褐色。这是由于在有氧条件下，邻苯二酚被PPO催化形成醌，然后醌聚合形成黑色素。在PPO催化反应中，但PPO浓度是固定的，在底物浓度低的情况下，反应速率与底物浓度成正比例的变化，当底物的浓度超过一定浓度时，反应速率缓慢增加，当底物浓度高得多时，反应速率达到最大不再增加，此时PPO的利用率最高。当底物的浓度是固定的并且PPO的浓度降低时，酶-底物复合物的浓度也降低，即，莲藕PPO的催化反应速率降低。同样，当PPO和底物的浓度固定时，反应浓度发生改变，酶-底物复合物的浓度也相应地改变。如上所述，改变反应体系中任何物质的浓度都会在某种程度上影响催化反应或影响PPO。此外，邻苯二酚浓度对反应速率的影响远大于氧气浓度的影响。然而，当酶的浓度增加到一定量时，即使酶的浓度增加，酶的活性也不再增加。如果酶溶液的浓度太高，则会降低酶的活性。即，在酶溶液的浓度和反应速率之间存在最佳比例。

pH值对PPO活性的影响。PPO对pH值非常敏感，强酸和强碱环境下PPO的催化反应速率较低，这是由于PPO是一种含有铜元素的蛋白质，当PPO处于酸性环境中时，PPO中的Cu2+会解离使酶失活，但当处于碱性介质中时，酶蛋白将与Cu2+分离并变成不溶的氢氧化铜使酶失活，接近中性的pH值是保持莲藕PPO活性的最佳方法。蓝碧锋等人研究发现，当pH值约为6.8时，莲藕PPO表现出最高的活性，而当pH值升高至8.0时，其活性仅为最大活性的87%。当pH值降至约5.6时，其活性仅为其最大活性的45%。

温度对PPO活性的影响。温度对PPO的催化反应影响很大。如果将莲藕放在干净的水中，在低温和常温下对比放置30天，观察其生理变化的情况。结果表明，在常温下莲藕变褐的程度明显超过低温下的情况，可以看出，低温抑制了PPO的活性。罗海莉等研究发现PPO活性的最适温度约为30℃。随著温度降低或升高，PPO活性会逐渐降低，但温度过高时PPO会失活，研究发现当在70℃下热处理PPO酶时，酶的相对活性降至45%。当在95℃热处理18秒或在100℃热处理10秒时，酶被完全灭活。另外，当在相同温度下温度高于50℃时，随着处理时间的增加，酶的相对活性下降得更快。

金属离子对PPO活性的影响。PPO中的铜为Cu2+形式，并且易活化引发氧化反应。从理论上讲，添加还原金属离子（如Fe2+）可以将Cu2+还原，从而降低PPO活性。罗海莉等研究发现，Fe2+可以抑制PPO，将莲藕浸泡在Fe2+溶液并取得了良好的效果。

PPO活性及其对衰老的生理抑制

抑制剂的作用。苯甲酸最具竞争力的PPO抑制剂。苯甲酸与莲藕中的酚类物质竞争PPO中的同种官能团，形成EI酶抑制剂的复合物，从而显着减少PPO和酚类物质的结合，减少变褐并抑制生理老化过程。

采收后莲藕的衰老生理抑制。在测量采后莲藕的气体成分和含量时，气体二氧化碳含量显着高于贮藏前。可以看出，莲藕收获后的生理老化过程是由于进行有氧呼吸产生的组织代谢。采收后莲藕有氧呼吸代谢引起的老化会导致组织营养成分损失，从而降低了莲藕的营养价值和商业价值。温度对呼吸强度的影响更大。通常，冷藏可以降低呼吸速率，并减少储存期间的损失。徐莉等人的测试结果表明，随着温度的升高，莲藕的生理衰老会加快，他们的统计分析还显示，去皮和未去皮的莲藕之间的呼吸速率差异不大，这意味着低温可以有效抑制采收后莲藕的新陈代谢。此外，氧气含量较低时储存有助于保持品质。研究表明，降低存储过程中氧气浓度可以抑制生理老化过程。

食品添加剂的选择和使用

还原剂。Vc最为常见的还原剂，用于PPO可以有效防止酶促褐变。对PPO本身的抑制作用主要在于将Cu2+还原;同时，Vc也是低氧化态的物质，可以有效阻止醌物质间以及与氨基酸和蛋白质形成高分子量聚合物和复合物。因此，当VC含量足够时，可以保护莲藕的颜色。

螯合剂。PPO中的铜离子可以和很多试剂中的物质反应形成稳定的螯合物并抑制PPO活性。如EDTA-2Na就可以和PPO中的Cu2+形成稳定螯合物，抑制PPO活性，并且浓度越高，酶的活性受到更大的抑制作用。许金蓉等研究发现，EDTA-2Na的浓度在10mol/L时，PPO活性降低了39%。此外，曲酸、环己基等均可以与PPO中的Cu2+形成稳定螯合物，抑制PPO活性并减少褐变。相应的数据表明，Vc对PPO的催化氧化作用有很强的抑制能力，并且随着Vc浓度的增加，这种抑制作用将增强。但是，当Vc浓度过低时，其抑制作用的持续时间较短，保持到Vc完全氧化后，PPO的活性恢复正常。许金蓉等研究表明Vc可以有效抑制PPO活性防止莲藕变褐。因为Vc可以防止邻苯二酚的进一步氧化，并在PPO接触并氧化邻苯二酚的反应系统中将邻苯二酚立即还原为邻苯二酚-聚乙烯吡咯烷酮（pvp）。PVP可以吸附酚类物质，并具有广泛用于防止由苯酚及其氧化产物引起的酶失活，还可以抑制PPO。许金蓉等观察到，PVP及其单体（N-乙烯-乙基-吡咯烷酮）可以不可逆地与茶酚酶结合。具有相似的结构的物质也具有相似的作用。它们都具有肽链结构，可以与PPO中的Cu2+螯合，还可以与酚类化合物相互作用。

其他防变色剂。PPO最适宜的pH值约为7.0，并且pH值太高或太低都无法保持活性。因此，使用酸化剂可以将pH值降低至最佳pH值以下，从而抑制PPO的活性并实现防变色效果。柠檬酸是目前最常见的酸化剂，通常与其他物质结合使用。SO2也是一种有效的PPO抑制剂，随着浓度的增加，对酶活性的抑制作用也会增加。这是由于SO2具有还原性，可以还原催化反应中的中间产物，而且对PPO有较强的抑制作用。但是SO2会导致环境污染形成酸雨以及对人体有危害，因此使用时要适量使用。亚硫酸盐是一种常见防变色剂，可防止酶促变褐，抑制PPO活性，主要机理是和酶蛋白结合，从而改变了蛋白的结构。此外，硫代硫酸钠、一定浓度的氮气、活性铁粉、硫酸亚铁、亚硫酸盐等也可以有效抑制PPO活性。

莲藕保鲜技术

储存前的处理和包装。在收获后和运输过程中莲藕很容易受到破坏，破坏会加速果胶物质的分解，激活PPO，并且变褐很快发生，因此，莲藕采收后应尽快处理。此外，采收后如不及时处理，莲藕带着的土壤上的细菌和霉菌也会影响莲藕的品质。因此，莲藕在储存前应仔细挑选和分类，损坏的莲藕应进行特殊处理。

保鲜的条件和影响。传统贮藏方式主要利用泥浆和浓盐溶液贮藏。尽管前者对抑制水的蒸发有一定的作用，但也存在着细菌污染的问题，导致贮藏效果不佳。而浓盐溶液的保存尽管具有良好的防腐作用，但在浓盐溶液的渗透压作用下，莲藕的水分和养分损失较大，大大降低了食品质量。根据PPO的特性，其最适温度为30℃左右。因此，控制温度可以抑制PPO的活性。于新等人认为，低温能更好地抑制莲藕的酶促变褐，最佳的贮藏温度为3℃和5℃。实验还表明，在常温下储存的PPO活性高于在低温下储存的的PPO活性，并且温度对PPO活性的影响较大。研究结果还表明，低温贮藏的失重率和腐烂率均低于常温。关于收获后莲藕的呼吸代谢，可以通过抑制莲藕的呼吸代谢达到保鲜目的。例如，充氮、PVC袋等保存措施。