鮮切甘薯酶促襊變調控的研究

程 雙，胡文忠，馬 躍，劉程惠

(1.大連工業大學生物與食品工程學院，遼寧大連116034;2.大連民族學院生命科學學院，遼寧大連116600;3.甘肅農業大學食品科學與工程學院，甘肅蘭州730070)

鮮切甘薯酶促襊變調控的研究

程 雙1，胡文忠2，*，馬 躍3，劉程惠2

(1.大連工業大學生物與食品工程學院，遼寧大連116034;2.大連民族學院生命科學學院，遼寧大連116600;3.甘肅農業大學食品科學與工程學院，甘肅蘭州730070)

采用不同濃度的D－異抗壞血酸鈉和檸檬酸分別處理鮮切甘薯，研究其在10℃貯藏過程中的酶促褐變反應，揭示不同褐變抑制劑對鮮切甘薯酶促褐變的調控機制。結果表明，0.5%～1.5%D－異抗壞血酸鈉和低濃度(0.01%～0.03%)檸檬酸均延緩了鮮切甘薯酶促褐變的發生，有效抑制了PPO和POD的活性，降低了總酚含量;但高濃度(≥0.05%)檸檬酸處理反而加速了酶促褐變反應的進行。比較兩種褐變抑制劑，D－異抗壞血酸鈉抑制效果更好，其最佳濃度為1.0%。

鮮切甘薯，酶促褐變，D－異抗壞血酸鈉，檸檬酸

甘薯(Lpomoea batatas Lam.)旋花科甘薯屬一年生或多年生蔓生草本，又稱番薯、山芋、紅薯、地瓜等，屬于根菜類中的塊根類，以肥大的變態肉質根作為食用部分［1］。甘薯營養豐富，除含有大量淀粉、糖、纖維素和多種維生素外，還含有蛋白質、脂肪以及鈣、磷、鐵等多種元素。甘薯塊根中的蛋白質品質優良，必需氨基酸含量高，VA、VC含量高，膳食纖維含量高、質地細。此外，甘薯中還含有多糖類、糖蛋白類、酚類化合物等功能成分，對抗腫瘤、增強免疫、降血脂、抗突變等有一定作用［2］。因此，合理開發利用我國甘薯資源，不僅能提高經濟效益，而且在改善人們食品營養結構上也起著重要作用。鮮切甘薯是以新鮮甘薯為原料，經清洗、去皮、切割或切分、修整、包裝并且保持冷藏等加工過程而制成的即食果蔬加工品。然而，新鮮甘薯經過鮮切加工后，極易發生酶促褐變，嚴重降低了產品的外觀品質，對其營養成分也產生了影響。傳統的褐變抑制劑是二氧化硫及亞硫酸鹽，但是由于其不具有公認安全性，已經被限制使用［3］。近年來對褐變抑制作用研究得最多的亞硫酸鹽替代品是抗壞血酸及其衍生物。它既作為醌的還原劑，又作為酶分子中銅離子的螯合劑，通過－OH與PPO的輔基Cu2+螯合。它甚至可以被PPO直接氧化，起到競爭性抑制劑的作用。檸檬酸作為一種酸化劑和螯合劑也對PPO有很好的抑制作用。本文研究并比較了D－異抗壞血酸鈉和檸檬酸對鮮切甘薯的褐變抑制效果，旨在為完善鮮切果蔬酶促褐變的調控機制奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮甘薯(Lpomoea batatas Lam.)2009年9月初購于大連市開發區農貿市場，當天運至實驗室;D－異抗壞血酸鈉、檸檬酸 食品級;磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)、鄰苯二酚、愈創木酚、過氧化氫、鹽酸、甲醇 分析純。

PL203精密電子天平 梅特勒－托利多儀器上海有限公司;SiM－F140型制冰機 日本三洋;T－25型勻漿機 德國IKA;BR4i型臺式高速冷凍離心機法國Jouan;UV－2100型紫外可見分光光度計 尤尼柯上海儀器有限公司;Lamda－25紫外可見分光光度計 美國PE;DK－S2型電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 新鮮甘薯→清洗→去皮→切塊→褐變抑制劑浸泡(10min)→瀝干→包裝→10℃貯藏→測定各項生理指標

1.2.2 褐變抑制劑處理 Ⅰ.a.0.5%D－異抗壞血酸鈉處理;b.1.0%D－異抗壞血酸鈉處理;c.1.5%D－異抗壞血酸鈉處理;d.清水，對照;Ⅱ.a.0.01%檸檬酸處理;b.0.03%檸檬酸處理;c.0.05%檸檬酸處理;d.清水，對照。

1.3 測定方法

1.3.1 褐變度的測定 采用消光值法［4］。稱取5g果肉，加入50mL蒸餾水，冰浴研磨，過濾后去濾液于25℃保溫5min，在波長410nm處測定其吸光值OD，重復測3次，結果以10×OD410表示褐變度。

1.3.2 多酚氧化酶(PPO)活性的測定 采用吸光值法［5］。

1.3.3 過氧化物酶(POD)活性的測定 采用吸光值法［6］。

1.3.4 總酚含量的測定 參照Pirie法［7］。

2 結果與分析

2.1 不同處理對鮮切甘薯褐變度的影響

甘薯經鮮切處理后，由于機械傷害誘導切割部位發生酶促褐變，甘薯褐變的程度直接反映了褐變抑制劑的抗褐變效果。

由圖1可知，在貯藏期間，鮮切甘薯的褐變度均呈上升趨勢，這是由于甘薯經鮮切加工后，大量組織細胞被破壞，酚類物質與PPO的區域化被打破，為酶促褐變提供了條件。其中對照組褐變程度最為嚴重，而處理組的褐變度除了0.5%D－異抗壞血酸鈉在處理初期較對照組高外，其余均低于對照，其中1.0%處理的抑制效果最為明顯。

圖1 D－異抗壞血酸鈉對鮮切甘薯褐變度的影響

圖2表明，隨著貯藏時間的變化，鮮切甘薯的褐變度均呈上升趨勢，但不同濃度的褐變抑制劑對其褐變度的抑制作用不同。其中0.05%檸檬酸處理的鮮切甘薯褐變度最大，并高于對照，有研究表明［8］，0.05%檸檬酸溶液的pH為4.3，與鮮切甘薯PPO的最適pH十分接近，促使了甘薯PPO活性的增高，進而促進了褐變反應的進行。而其他處理組的鮮切甘薯褐變度均低于對照組，說明在一定濃度范圍內，檸檬酸能有效地抑制甘薯的褐變。

比較看來，檸檬酸處理組甘薯褐變度的升高幅度大于D－異抗壞血酸鈉處理組，說明D－異抗壞血酸鈉對鮮切甘薯的褐變抑制效果更好。

圖2 檸檬酸對鮮切甘薯褐變度的影響

2.2 不同處理對鮮切甘薯總酚含量的影響

酚類物質是酶促褐變的底物，含量的多少直接影響到產品的褐變程度。由圖3可見，鮮切甘薯貯藏過程中，總酚含量均呈先上升后下降的趨勢，這與郁志芳等［9］在鮮切蓮藕上進行實驗獲得的變化規律基本一致。有研究表明，鮮切甘薯組織中游離酚占總酚的絕大多數(大約90%)，游離酚容易被氧化，比例大有利于褐變反應的進行［10］。貯藏初期鮮切甘薯的總酚含量呈上升趨勢，對照組于4d達到最大值，D－異抗壞血酸鈉處理組均在6d達到最大值，甘薯受到鮮切傷害時，受傷部位鄰近的細胞產生大量的酚類物質來修復傷害。隨著貯藏時間的延長，總酚含量有所下降，這可能是因為酚類物質的消耗量大于生成量，因此總酚含量有所下降，但仍高于剛剛切分時的總酚含量。并且，各處理組的總酚含量均低于對照組，說明D－異抗壞血酸鈉對鮮切甘薯總酚含量有一定的抑制作用。酶促褐變的發生必須具備三個條件，即酶、底物和氧。鮮切甘薯中主要的酚類物質和酶促褐變底物為綠原酸［10］，總酚含量增加也就意味著酶促褐變底物有所增加，也就有利于褐變反應的進行。由郁志芳［11］的研究可知，游離酚與總酚含量的比值隨貯藏時間的延長有增大的趨勢，這一趨勢也有利于褐變反應的進行。因此總酚含量與褐變度呈正相關。

圖3 D－異抗壞血酸鈉對鮮切甘薯總酚含量的影響

由圖4可知，經檸檬酸處理后，鮮切甘薯組織中總酚含量隨著貯藏時間的延長，呈上升趨勢，與褐變度的變化趨勢相似。對照組總酚含量高于處理組，表明檸檬酸可以有效降低鮮切甘薯組織總酚含量的上升。在各處理濃度中，貯藏前期0.03%檸檬酸較好地抑制了鮮切甘薯總酚含量的增加，貯藏后期0.01%檸檬酸抑制效果更好。

圖4 檸檬酸對鮮切甘薯總酚含量的影響

2.3 不同處理對鮮切甘薯PPO活性的影響

PPO是一類普遍存在于植物質體中的多基因家族表達產物，是一類由核基因編碼，能與銅相結合的金屬蛋白酶。植物中的PPO可催化單酚氧化成二酚或多酚，再氧化生成醌，然后與某些特定的氨基酸(或蛋白質)形成二聚體或多聚體，最后形成鄰二酚型黑色素，進而引起褐變的發生。因而PPO活性可以間接地反映褐變程度，是檢驗物質抗褐變程度的重要指標［12］。

從圖5可以看出，鮮切甘薯的PPO活性在貯藏初期逐漸上升，貯藏后期稍有下降，與總酚含量總體變化趨勢相近。與對照組相比，D－異抗壞血酸鈉處理顯著抑制了鮮切甘薯PPO活性。在貯藏過程中，D－異抗壞血酸鈉處理組的PPO活性始終低于對照。這是因為D－異抗壞血酸鈉是一種強還原劑，它能將酚類物質氧化產物醌還原為酚類物質，從而防止黑色素的形成，同時經D－異抗壞血酸鈉處理的鮮切甘薯表面可形成一層隔離膜，有效減少氧氣的滲入［13－14］。在各處理組中，以1.00%D－異抗壞血酸鈉處理組的抑制效果最為明顯。

圖5 D－異抗壞血酸鈉對鮮切甘薯PPO活性的影響

由圖6可知，鮮切甘薯的PPO活性在貯藏初期迅速升高，而后下降并趨于平緩。經切分后鮮切甘薯的PPO活性出現顯著上升，這主要是甘薯受到切割傷害，使PPO活性受到激發所造成的［15］。隨后的下降可能是因為甘薯自身對這種由切割傷害引起的PPO的不正常激升所作出的應答反應，從而對組織進行了一定的修復，使得PPO活性在4d恢復正常。由圖6還可以看出，除了0.05%檸檬酸處理組的PPO活性高于對照外，其余處理組的PPO活性均低于對照，其中0.03%檸檬酸處理組的PPO活性最小，說明一定濃度范圍內的檸檬酸能起到抑制PPO活性的作用。這結果與褐變度和總酚含量的變化結果一致。但與D－異抗壞血酸鈉比較，D－異抗壞血酸鈉的處理效果更好。

圖6 檸檬酸對鮮切甘薯PPO活性的影響

2.4 不同處理對鮮切甘薯POD活性的影響

POD是植物在逆境條件下酶促防御系統的關鍵酶，它也是細胞內清除活性氧的保護酶，POD可避免活性氧在植物體內的產生和積累，使體內自由基維持在一個正常的動態水平。同時，POD可與PPO協同作用，參與酚類物質的代謝轉化，是果蔬組織褐變的關鍵性酶之一。POD以游離態和結合態兩種形式存在于果蔬組織中，其中游離態在褐變中發揮作用。研究發現，許多果蔬組織中的POD活性都伴隨機械傷害而上升。由圖7可知，在貯藏過程中，鮮切甘薯的PPO活性均呈上升趨勢，可能是由于傷害的脅迫，果蔬膜系統的完整性受到破壞，細胞壁加快裂解，從而游離態POD得以增加。貯藏前期對照組與各處理組間的差異并不明顯，到后期比較明顯。對照組鮮切甘薯隨時間的延長POD活性大幅度上升，D－異抗壞血酸鈉處理顯著抑制了POD活性，其中，1.00%D－異抗壞血酸鈉處理組效果最好。

圖7 D－異抗壞血酸鈉對鮮切甘薯POD活性的影響

同時，POD是與衰老有關的酶，它的活性可以間接說明膜脂過氧化水平高低，酶活性上升為細胞內過氧化作用增強提供了間接證據。貯藏期間鴨梨果肉中具有較高的POD活性，POD促進了鴨梨的衰老和過氧化作用，張華云等［16］由此認為這可能是鴨梨褐變的主要原因。如圖8所示，鮮切甘薯POD活性在貯藏期間總體呈上升趨勢。經檸檬酸處理的鮮切甘薯 POD活性變化幅度較小，0.01%檸檬酸和0.03%檸檬酸處理的鮮切甘薯，在貯藏前期，POD活性變化趨于平穩，尤其是經0.03%檸檬酸處理的鮮切甘薯，雖然在貯藏末期POD活性有所上升，但仍低于對照和其他處理組的POD活性。可見，檸檬酸能有效地抑制鮮切甘薯POD活性上升。

總體看來，D－異抗壞血酸鈉更加有效地降低了鮮切甘薯組織POD活性的上升，具有更好的抑制效果。

圖8 檸檬酸對鮮切甘薯POD活性的影響

3 結論

3.1 在貯藏期間，不同濃度(0.5%、1.0%、1.5%)D－異抗壞血酸均可抑制鮮切甘薯PPO和POD活性，降低總酚含量，減輕褐變，從而延緩組織衰老，保持甘薯的新鮮狀態。其中，1.0%D－異抗壞血酸鈉處理更有利于保持產品品質和商品性狀。

3.2 在鮮切甘薯貯藏期間，與清水對照相比，檸檬酸會對鮮切甘薯的PPO和POD酶活性產生影響，總酚含量也受到相應影響。實驗結果表明:在適宜濃度下，檸檬酸可以抑制鮮切甘薯的褐變，與此相反，如果濃度過高反而會促進褐變反應的進行。0.01%和0.03%檸檬酸對褐變有抑制作用，0.05%檸檬酸促進了褐變發生。其中，0.03%檸檬酸抑制效果最好。

3.3 比較兩種褐變抑制劑可知，D－異抗壞血酸鈉比檸檬酸抑制褐變效果好。

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Study on the control of enzymatic browning in fresh－cut sweet potatoes

CHENG Shuang1，HU Wen－zhong2，*，MA Yue3，LIU Cheng－hui2
(1.College of Bio＆Food Engineering，Dalian Polytechnic University，Dalian 116034，China;2.College of Life Science，Dalian Nationalities University，Dalian 116600，China;3.College of Food Science and Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China)

Fresh－cut sweet potatoes were treated with different concentrations of D－sodium erythorbate and citric acid，study on the reaction of enzymatic browning at 10℃，it revealed the regulation mechanism of different browning inhibitor on fresh－cut sweet potatoes.The results indicated that 0.5%～1.5%of D－sodium erythorbate and 0.01%～0.03%citric acid delayed the occurrence of enzymatic browning，the activities of PPO and POD were inhibited effectively，the content of total phenolic was reduced.But the enzymatic browning was accelerated with the treatment of high－concentration citric acid(≥0.05%).Compared with the two browning inhibitor，the inhibition of D－sodium erythorbate was more effectively，the optimum concentration was 1.0%.

fresh－cut sweet potatoes;enzymatic browning;D－sodium erythorbate;citric acid

TS215

A

1002－0306(2011)06－0158－04

2010－04－20 *通訊聯系人

程雙(1984－)，女，碩士研究生，研究方向:采后生物學。

國家自然科學基金項目(30771508，30671458，30972038)