果蔬采后褐变机理及影响因素研究进展摘要:果蔬贮藏、加工过程中的褐变包括酶促褐变和非酶褐变反应、焦糖化反应、抗坏血酸氧化变色和多酚类氧化缩合发生酶促褐变必须具备酚类物质、酚酶和氧3个条件，影响因素有p H 、温度和氧气等非酶褐变的影响因素因褐变类型的不同而存在差异 本文主要综述了果蔬采后酶促褐变过程中与褐变有关的酶如多酚氧化酶、过氧化物酶等的反应机理，反应底物酚类物质的反应机理及分类，以及影响褐变的因素研究进展关键词: 关键词： 果蔬； 褐变； 机理；研究进展Progress in Browning Fruits and Vegetables and Influence FactorsAbstract：Browning in the processing and storage of fruits and vegetables involves enzymatic browning and nonenzymaticbrowning (Millard reaction, caramel reaction, oxidation of ascorbic acid and oxidation of polyphones).Enzymatic browning must be provided with polyphones, polyphone oxidize and oxygen. The influence factors in enzymatic browning are pH, temperature, oxygen etc, whereas in non-enzymatic browning the factors depend onthe different browning types.Key words：fruits and vegetables; enzymatic browning; non-enzymatic browning 褐变是果蔬采后加工贮藏、及销售过程中遇到的主要问题之一，它一方面会损坏产品的色泽、风味，使产品软化，但也可以改善食品的感官特性，如改善发酵茶叶和黑葡萄干的色泽和风味。
褐变包括酶促褐变和非酶促褐变底物( 酚类物质) 、酶和氧是酶促褐变发生的3 个条件一般认为，植物器官或组织中酚类物质在酶的作用下氧化为醌和水，醌再经非酶促聚合，形成褐色物质而产生褐变，即酶促褐变正常情况下，由于酚类物质分布于液泡中，而多酚氧化酶( PPO) 位于细胞壁、细胞膜和细胞质中，这种区域化分布阻止了底物和酶的接触，因而避免了正常组织中酶促褐变的发生但在果蔬采后贮藏过程中，受低温、失水、机械作用、高O2等逆境的影响，自由基平衡系统受到破坏，活性氧清除酶如SOD和CAT 的活性下降，内源抗氧化物质如GSH、AsA 和类黄酮的含量下降，而膜脂过氧化产物( MDA、ROOH、H2O2) 和自由基的积累增多，细胞膜透性增大［1，2］，从而破坏细胞膜结构的完整性，使PPO 与酚类物质在细胞中的区域化分布结构被破坏，PPO 与酚类物质发生反应，催化酚类物质氧化成醌，醌类聚合并与细胞内蛋白质的氨基酸结合，产生黑色或褐色色素，引起果实褐变1 酶促褐变的机理 在果蔬加工过程中，完整细胞中酚类化合物和醌类化合物之间的动态平衡被破坏，由于空气中氧的侵入和原果蔬中多酚氧化酶的催化作用，多酚类物质被氧化成邻醌，然后，在酚羟基酶作用下进行二次羟基化作用，生成三羟基化合物，邻醌具有较强的氧化能力，可将三羟基化合物氧化成羟基醌，羟基醌进一步聚合由红色变为褐色，最后变成黑褐色的黑色素物质[1]。
2 酶促褐变的物质条件2.1 酚类物质 植物体内的酚类物质种类多、分布广、含量丰富根据碳骨架的不同，酚类物质包括简单酚类（如氢醌、熊果苷）、苯基羧酸（如原儿茶酸、没食子酸、莽草酸）、苯丙烷衍生物（如肉桂酸肉桂醇、香豆素、木质素、咖啡酸、绿原酸）及黄烷衍生物（如黄烷酮、黄酮、黄酮醇、花色素）4 个种类根据酚类物质的溶解性，可将其分为2 类：（1）水溶性酚类物质 包括各种酚酸、黄酮类化合物、花色素、水溶性单宁等，这种酚类物质可溶于水和乙醇, 但氧化后不溶于水，只溶于乙醇；（2）非水溶性酚类物质 包括缩合单宁和木质素等虽然酚类物质种类繁多，但除了类黄酮以外，多数酚类物质的生物合成均来自共同的前体物质苯丙氨酸，其它部分由乙酰-CoA 经聚酮酐途径产生[1]酚类物质作为酶促褐变的底物有很多报道，不同植物、同一植物的不同组织、同一组织的不同发育期，其褐变的主要酚类物质均可不同对香蕉褐变底物的研究表明[2]，其褐变的主要底物是多巴胺，鸭梨的褐变底物是以绿原酸为主的酚类物质[3]，邻苯二酚是鲜切莲藕的主要褐变底物[4]研究还发现酚类物质在莲藕的不同生长部位和组织部位分布很不均匀，在不同的贮藏条件下，总酚含量与褐变有很好的负相关性[5]。
2.2 与褐变有关的酶类 多酚氧化酶 [polyphoneoxides, PPO, EC 1.10.3.(X)] 是一类广泛存在于植物体内能催化酚类物质氧化成醌类的含铜金属酶类，它包括单酚氧化酶 （酪氨酸酶tyrosinase，EC 1.14.18.1）、双氧化酶 （儿茶酚氧化酶catecholoxidase，EC 1.10.3.2）及漆酶 （laccase，EC 1.10.3.）[6]国内外许多学者很早就开始对PPO 进行了较为广泛深入的研究，一致认为植物组织中的酶促褐变主要是由PPO 作用所引起的PPO 能催化两类不同的反应：一类是一元酚羟化，生成相应的邻-二羟基化合物；另一类是邻二酚氧化，生成邻苯醌两类反应均是需氧反应刘玲等[7]通过破坏牛蒡的PPO 活力有效抑制了牛蒡的褐变；谭兴杰[8]还从荔枝果皮中分离出了PPO 的底物，从而进一步证明PPO 在果皮褐变中的作用据报道PPO 催化形成的σ-2 醌次级产物在植物抗病中起着重要作用：σ-2醌次产物形成的黑色素集结，形成可以阻碍感染的痂[9]；σ-2醌与植物蛋白键合可以降低亲核氨基酸的营养价值[10]；σ-2 醌醌类物质具有抑制细菌繁殖的作用等。
过氧化物酶[peroxidase, POD, EC 1.11.1.7(X)]是一种由单一肽链与卟啉（protoporphyrin, IX）构成的血红素蛋白（hemoprotein），系脱辅基蛋白分子（apoprotein）与血红素结合构成的全酶（holoenzyme）POD 广泛存在于各种动物、植物和微生物体，可以催化由过氧化氢参与的各种还原剂的氧化反应：RH2+H2O 2 → 2H2O+RPOD 是果蔬成熟和衰老的指标，在植物的生命活动中具有重要功能对POD 在果皮褐变中所起的作用，现在仍有争议有人认为，果皮POD 活性的变化可能是褐变的早期标志，它可以参与催化酚类物质、谷胱甘肽和抗坏血酸的氧化而使果皮变色荔枝果皮中含有较高的POD 活性，并随着贮藏时间的延长酶活性增加室温下荔枝果皮的褐变和POD 活性的迅速升高一致，且PPO、POD 活性高的荔枝品种果实易出现褐变，表明POD很可能也参与荔枝果皮的褐变,并参与了酚类和抗坏血酸的氧化[11]2.3 氧的存在 活性氧氧气是生物生命活动的主要参加物质，也是生命活动不可缺少的空气中的氧气不能直接参与酚类物质在PPO 作用下发生的褐变，代谢中的活性氧才是酶促褐变的主要需氧条件，活性氧包括O 2、H 2O 2 和O 2-，其中H 2O 2 和O 2- 是对细胞极为有害的物质，可通过Haber-Weiss 反应或Fenton反应形成OH·，OH·是生物体内最强的氧化基团，可直接伤害蛋白质、核酸和脂类等生物大分子，启动膜脂过氧化作用[12]。
在急降温对梨褐变的影响的研究中，发现急降温促进了细胞内活性氧的积累，梨果心褐变严重[13]当O2 浓度一定时，CO2 浓度与果肉褐变呈正相关相同CO2 浓度下，果实不受O25 % ～2 0 ％）浓度变化的影响[14]尽管酚类物质、多酚氧化酶、氧气同时存在于果实内部，但正常的果实不易发生褐变目前比较接受的说法是果实中酚类物质与PPO存在着区域化分布，酶、酚类物质在植物细胞内是通过一系列膜系统实现区域化分布的，导致酶与酚类物质不能直接接触采后衰老和不良环境条件引起了与形成“区域化”有关膜系统的破坏，从而打破了这种区域化分布，尽管酚类物质、多酚氧化酶、氧气同时存在于果实内部，但正常的果实不易发生褐变目前比较接受的说法是果实中的酚类物质与PPO存在着区域化分布，酶、酚类物质在植物细胞内是通过一系列膜系统实现区域化分布的, 导致酶与酚类物质不能直接接触采后衰老和不良环境条件引起了与形成“区域化”有关膜系统的破坏，从打破了这种区域化分布，使酶和底物相互接触而引起果实的组织褐变区域化的破坏表现为组织相对电导率增加，H 2O 2 和丙二醛M D A 含量升高，超氧化物歧化酶SOD 和过氧化氢酶CAT 活性降低[15]。
鞠志国等研究了莱阳茌梨原生质体、液泡中酚类物质及PPO的活性，发现液泡是酚类物质贮存和积累的场所，但不含PPOPPO 主要集中在细胞质中，证明了多酚氧化酶与多酚的区域化分布酚类物质与PPO 的区域化分布对植物的生长发育有保护作用，可减少伤害和延缓植物衰老，维持了组织细胞的正常生理活动，防止褐变的发生3 酶促褐变的控制 食品发生酶促褐变需要有3个条件，酚酶、氧、适当的酚类物质，在某些瓜果中如柠檬、橘子、香瓜、西瓜等由于不含有酚酶，不能发生酶促褐变 在控制酶促褐变的实践中，除去底物的可能性极小，现实的方法主要从控制酶和氧两方面入手，主要措施有：钝化酶的活性；改变酶作用的条件；隔绝氧气；使用抑制剂等 常用的控制酶促褐变方法有： 3.1 加热处理 因为酶是蛋白质，加热能使酚酶及其它的酶失活，加热处理时间必须严格控制，要求在最短时间内，既能达到钝化酶的要求，又不影响食品原有的风味如蔬菜在冷冻保藏或在脱水干制之前需要在沸水或蒸汽中进行短时间的热烫处理，以破坏其中的酶，然后用冷水或冷风迅速将果蔬冷却，停止热处理作用，以保持果蔬的脆嫩 3.2 调节pH 多数酚酶最适宜的pH范围是6～7之间，在pH为3以下时已无明显活性，降低pH来防止果蔬褐变是果蔬加工常用的方法，常用的酸有柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸等。
柠檬酸对抑制酚酶氧化有双重作用，既可降低pH，又可与酚酶辅基的铜离子络合而抑制其活性，通常与抗坏血酸或亚硫酸联用苹果酸是苹果汁中的主要有机酸，它在苹果汁中对酚酶的抑制作用比柠檬酸强得多 抗坏血酸是十分有效的酶抑制剂，无异味，对金属无腐蚀性，同时又有营养价值，它不仅能降低pH，同时还具有还原作用，能将醌还原成酚从而阻止醌的聚合 3.3 用二氧化硫及亚硫酸盐处理 二氧化硫、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、连二亚硫酸钠（低亚硫酸钠）都是广泛使用的酚酶抑制剂在蘑菇、马铃薯、桃、苹果加工中常用二氧化硫及亚硫酸盐溶液作为护色剂 二氧化硫气体处理水果蔬菜，渗入组织快，但亚硫酸盐溶液使用更方便二氧化硫及亚硫酸盐溶液在弱酸性（pH=6）条件下对酚酶的抑制效果最好二氧化硫和亚硫酸盐对褐变的抑制机理有几种观点， 有的认为是抑制了酶，有的认为是二氧化硫把醌还原成了酚，还有认为二氧化硫和醌的加合防止了醌的进一步聚合用二氧化硫和亚硫酸盐处理不仅能抑制褐变，还有一定的防腐作用，并可避免维生素C的氧化，但其特点是对色素（花青素）有漂白作用，腐蚀铁罐内壁，破坏维生素B1，有不愉快的味感和嗅感，浓度高时有碍健康食品卫生标准规定其残留量不得超过0.05 g/kg（以二氧化硫计）。
3.4 驱氧法 将切开的水果蔬菜浸泡在水中，隔绝氧以防止酶促褐变，更有效的方法是在水中加入抗坏血酸，使抗坏血酸在自动氧化过程中消耗果蔬切开组织表面的氧，使表面生成一层氧化态。