胡国洲，胡鹏，陈光静，王辉，阚建全

1(西南大学食品科学学院，重庆，400715)2(重庆市农产品加工及贮藏重点实验室，重庆，400715)3(农业部农产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(重庆)，重庆，400715)

食品中含有大量的酶，有些酶会催化食品内的物质发生不利的反应，例如多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)、过氧化物酶(peroxidase，POD)等。迄今为止，传统热处理钝化酶技术已成为一种使用最广泛的钝化酶方式之一［1］。但是剧烈的热处理会导致食品中物质发生物理或者化学变化，这就会损害食品的感官特性或改变人体对食品中的生物活性物质的生物利用率［2－3］。因此，如何在生产中利用酶的特性，寻找一种最少处理方式(minimal processing)，既可以使食品在处理之后保持其新鲜的特性，又可以使食品具有改进的功能显得尤为重要。微波作为一种新型的物理加工方式，具有无化学残留、安全性高等优点，近年来已成为果蔬保鲜、粮油贮藏等方面的研究热点［4］。

1 食品中酶的种类与作用

食品中含有大量的内源性酶，酶对食品的质量具有正反两方面的影响。在食品的加工、运输、储藏过程中应合理利用酶的性质，使酶对食品品质产生有利的影响显得十分关键。以下列举几种食品中常见的酶及其作用。例如，PPO和POD普遍存在于各种蔬菜和水果的器官和组织中，是引起组织酶促褐变，导致水果组织褐变，使蔬菜产生异味，降低食品品质的主要原因［5］。POD被认为是食品中热稳定性最高的酶，常被用作热烫效果或消毒等有效性的指标酶［6］。在油料植物的种子中，脂肪酶能够导致粮油产品的酸败，导致粮油产品的感官和功能特性的降低，而在干酪的生产中脂肪酶催化的适度水解会产生一种良好的风味。果胶甲酯酶(pectin methylesterase，PME)普遍存在于植物和微生物体内，与植物发育和果实的成熟有很大关系［7］。PME催化果胶水解会破坏和分离果汁中的果胶物质，水果中的果胶酶也会导致水果的过度软化，使产品的感官品质降低，但是在果汁加工过程中适当的酶水解作用会增加压汁的产量，防止絮结，改善浓缩过程。

2 食品中酶钝化的方法

2.1 传统热处理酶钝化技术

目前，在食品工业中，传统热处理酶钝化技术已经广泛用于果汁加工、脱水处理和罐装食品加工中［1］。在传统热处理方式中，能量是通过对流、传导和辐射方式从物料表面传递到内部，能量的传递呈梯度分布，这会导致物料的受热不均，处理时间延长，能耗较大［8］。传统酶钝化处理主要包括高温短时处理漂烫(60～100℃)、巴氏消毒处理(冷杀菌法)、沸水和蒸汽漂烫等［9］，其中高温热漂的成本相对较低，是一种最常见的热处理钝化酶方式。传统热处理酶钝化技术处理都比较彻底，但耗时长、能耗大，而且高温处理大大破坏食品原有的风味及营养素，降低了食品的营养和经济价值［10］。

2.2 非热处理酶钝化技术

非热加工技术包括高压脉冲电场、脉冲磁场、超高压、脉冲强光、超声波、高能射线、膜分离等技术等，已经成为了食品加工中新的研究热点。近年来，高压脉冲电场(pulsed electric fields，PEF)钝化酶技术已经发展成为一种食品工业中极具潜力和前景的非热处理方式。目前，PEF处理技术已经从实验室研究阶段发展为商业化试验阶段。由于PEF处理不需要直接接触食品，因此可进行大规模的连续性生产，并且能有效地钝化食品中的内源性酶类［11］。

2.3 新型热处理酶钝化技术

新型热处理技术包括电阻加热、介质加热法(电介质加热法、微波加热、高频加热)，这些加热技术通常与传统加热处理方式结合使用。新型热处理方式之间最大的不同是热能在食品中的传递方式，例如，电阻加热主要是利用食品物料自身电阻在电流作用下产热升温，该加热方式是一种方便、快捷的加热方式，比其它电热技术对食品的加热更均衡［12］。Yildiz等［13］研究显示;与传统热处理相比，采用电阻性加热方式处理的石榴汁中总酚含量和质量指数并没有显著差异。关于电阻加热钝化酶技术的效果还有待进一步研究和探索。

微波加热法是介质加热法中使用最为广泛，其原理主要是利用电磁波穿透物料使分子振动产热。微波钝化酶技术具有多方面的优点。首先，微波钝化酶技术比传统加热方式的热效率高，而且缩短了处理时间，不会破坏食品的品质。其次，与传统加热设备相比，微波加热设备占据空间较小，操作费用较低［14］。最后，在有效钝化酶的基础上，微波加热能够避免产品表面温度过高，降低所需加热温度，所以更加节能［15］。微波钝化酶技术不仅能有效地钝化食品中酶，而且在一定条件下对食品的质地、色泽、风味、营养价值、微生物稳定性、复水性等都具有正面影响。目前，关于食品中酶的微波钝化技术报道较多，并且在工业化应用中取得了良好的处理效果和经济效益［16］。

3 食品中酶的微波钝化技术的原理与影响因素

3.1 微波钝化酶技术的原理

在过去20年间，微波炉成为厨房中必不可少的加热设备，主要原因是微波处理节能、省时［17］。微波是指频率为300 MHz～300 GHz的电磁波，目前大多数商业微波设备的工作频率为2 450 MHz。微波能量的传递是通过电磁场直接使物料分子的相互作用，而不是通过由表至内的扩散作用，这就使微波处理物料时可使目标物料的加热一致［8］。微波作为一种新颖的绿色、清洁的加热技术已被广泛应用于工业生产中，其中也包括食品加工过程。

微波处理作为一种新兴的钝酶技术，在国内外已有相关研究［8，16］，其作用机理主要是基于微波的热效应和非热效应。热效应是指微波作用于物料，使物料表里同时吸收微波能，温度升高后使酶分子发生不可逆变性，导致失活，达到钝化酶的目的。非热效应主要是与热效应相比而言，指在微波电磁场的作用下物料中酶的空间结构被干扰和破坏，致使酶的分子结构中氢键松弛、断裂，使酶的亲和力降低，最终导致酶活力下降［8］。

3.2 微波钝化酶技术的影响因素

3.2.1 微波操作参数对酶活力的影响

在微波处理过程中，酶活力的影响因素主要与微波处理操作参数有关，如微波功率、微波频率、处理时间等。大部分研究显示酶的活力随着微波功率和微波处理时间的增加而减少。例如，苦瓜中的POD在功率为160 W时其活性几乎未下降，随着微波功率的增加，POD的活性迅速降低，在微波功率为480 W处理后，POD活力残留仅为12.0%;微波功率增加到800W时，POD已完全失活［18］。毛豆仁中的POD在600 W条件下，其活性随着微波处理时间的增加逐渐降低，在90 s时POD残留活力为1.2%［19］。Brewer等［20］研究蔬菜在不同微波功率水平(30%、55%、70%、100%)和不同处理时间(0、1、2、3、4 min)下的效果，结果显示任意功率处理1 min可使POD活性降低，高功率(70%，100%)可大大增加灭活率。

3.2.2 微波钝酶对不同酶的影响

微波处理酶的失活率与酶的种类也有关系。酶的耐热性与稳定性不同，在微波处理条件下的稳定性也不同。Latorre等［21］发现红甜菜在微波功率为200 W处理5 min后，其PPO和POD都被灭活90%(D值)以上，而且此过程中POD对微波处理有更强的抗性。Ceni等［22］发现使用一定功率微波处理马黛茶30 s就可以使茶叶中的PPO完全灭活，而同功率处理120 s只能使其中的POD灭活60%。其中的原因可能与酶的空间结构有关，不同酶的活性部位和空间结构都不同，从而使得在相同操作条件和介质条件下酶的失活程度也不一样。Matsui等［4］研究微波处理椰子汁中PPO和POD动力学参数，结果显示两者有不同的D值和z值(PPO:D92.20℃=52 s，z=17.6℃;POD:D92.92℃=16 s，z=11.5 ℃)。

3.2.3 其他因素对微波钝酶效果的影响

食品中的水分对微波钝化酶处理的效果也有一定影响。极性水分子可作为微波传递的最好介质，易吸收热量使物料迅速升温。微波处理钝化毛豆仁中POD时发现，随着料水比的增加，POD酶活力也随之降低［19］。Qian等［23］发现在微波加热钝化酶过程中，水含量是抑制裸燕麦中脂肪酶活的关键因素，当含水量为13%～25%的裸燕麦经微波处理25 s后，脂肪酶活性随含水量增加而降低。

食品中的某些化学成分也会影响微波钝化酶效果。例如，Matsui等［24］使用微波处理模拟椰汁中的POD和PPO，结果显示模拟椰汁中的糖类对微波钝化POD的影响明显大于PPO(P＜0.05);酶介质中的矿物质也会显著影响POD和PPO的稳定性;微波加热处理与盐类的联合作用会使模拟椰汁中POD和PPO完全钝化。

食品的外观形状也会影响酶的钝化效果。例如，微波处理香蕉时发现，香蕉片的表层温度略低于里层温度，形成的温度梯度由内向外，香蕉片内层的POD钝化效果较快，这种微波处理的热效应具有尖角集中性被称为棱角效应［25］。Zheng 等［26］在使用微波-沸水处理芦笋的过程中发现，芦笋中的POD的灭活率从芦笋尖部至尾部逐渐增加，其中芦笋尖的POD灭活的D值为520 s，而芦笋尾部POD的D值为1 500 s。此外，微波干燥处理粮食时，物料的厚度也会影响微波处理酶的失活效果。

4 食品中酶的微波钝化技术的应用

4.1 在粮油食品上的应用

粮油制品是一类大宗性食品，一般都经过加工处理之后储藏。在传统加热处理中，食品内部的各种酶类难以完全钝化，从而导致粮油食品在储藏过程中品质下降。微波具有极强的穿透性，能将有效抑制粮油制品表面和内部的各种酶，而使其保鲜期增加数倍。目前，微波处理粮油食品的应用较多，例如，大豆、燕麦、米糠、面粉、菜籽等运用微波处理钝化酶都取得较好效果。Kermasha等［27］研究使用传统加热方式与微波控制对商业大豆中脂肪氧合酶(lipoxygenase，LOX)的影响，结果显示微波处理钝化酶的速度更快，而且大豆LOX灭活率符合一级反应动力学，他们把微波更高的灭活率归于可能存在的微波非热效应。Chang等［28］运用微波处理糙米中的脂肪酶，糙米在微波处理后储藏过程中的稳定性增强，还发现微波功率、初始水含量、处理时间是酶灭活的关键因素;其中在最大微波功率时处理时间为80 s，糙米含水量为14.6%时可使脂肪酶的灭活达到最大。Rose等［29］比较了干热处理、蒸汽处理和1000 W微波处理对全麦面粉中脂肪酶活性的影响，结果显示以上条件下处理25 min，可使其中的脂肪酶分别下降74%、93%和96%。Qian等［23］也发现水蒸气含量是影响微波加热抑制裸燕麦中脂肪酶活力的关键因素，当裸燕麦含水量为11.1%，微波加热45 s，可使裸燕麦中脂肪酶活力降低98～99%。吴本刚等［30］使用工业化连续微波技术处理米糠，得到的最佳参数:处理厚度0.9 cm，处理时间4 min;在此工艺条件下，米糠每小时处理量为36 kg，通过后期储藏检测发现，微波处理可抑制米糠中脂肪酶和LOX活性，有效降低米糠的酸价和过氧化值，提高其储藏性能。Owusuansah等［31］使用微波处理钝化油菜籽中的黑芥子酶(myrosinase)，结果显示微波功率与处理时间对酶的钝化有显著影响(P＜0.05)，而完全钝化则取决于油菜籽的水含量。

4.2 在果蔬加工上应用

果蔬品在采摘、运输和加工过程中，由于果蔬内源性的酶的作用，果蔬品会很快失去营养价值和市场价值。采用传统热处理酶钝化技术会使果蔬品的其风味和口感变差。利用微波处理既可以在短时间内有效地酶钝化，并且保持了果蔬的感官品质和营养价值。严启梅等［32］使用微波处理钝化杏鲍菇中POD，最适宜的钝化条件为微波功率570 W，微波时间59 s，与沸水和蒸汽烫漂两种传统酶钝化方式效果进行比较，微波处理的杏鲍菇游离氨基酸含量损失少，感官品质佳。Latorre［21］研究红甜菜中的POD时显示，微波功率为100、150、200 W处理5 min可使红甜菜中的POD活力逐渐减少，其中200 W可使POD灭活90%;当使用450 W和90℃微波处理时，得到POD灭火率-时间的模型符合半对数线性模型(R2≧0.84，α:0.05)，其中 POD 在450 W 的 D90℃=7 s，z值为39℃。

微波也可能用于果蔬中PPO的钝化，使用微波在不同工艺条件下对苹果、香蕉片加工，对PPO的钝化程度取决于水果种类及加热条件。Palma-Orozco等［33］使用微波处理苹果时发现，其中最佳的微波处理强度为0.51 J/g或者937 W/165s，该条件可使PPO有效钝化，而且几乎不会改变果肉的微观结构、风味和色泽。池建伟等［25］利用400 W的微波处理等质量不同厚度香蕉片，PPO完全钝化的时间为45 s，而且同功率微波条件下等质量不同厚度香蕉片PPO的钝化速度、效果相同。恒定功率条件下，上述两种产品PPO活力降低与时间几乎成线性关系，表明微波对PPO钝化具有良好效果。

4.3 在液态食品上的应用

微波处理钝化液态食品中的酶可以增强其货架期内的稳定性，并改善其感官特性。目前，大部分加热处理会使液态食品的热接触面过热暴露在过热环境中，导致食品的风味降低和营养物质降解。微波钝化酶技术根据不同原料使用不同工艺，可使食品中钝化酶的效果达到最佳。微波钝化酶技术已应用牛奶加工、果汁加工、蔬菜汁等液态食品。Clare等［34］研究表明微波处理可使脱脂牛奶中的纤溶酶完全灭活，脱脂牛奶中巯基氧化酶活性在微波处理后虽有残留，但在后期冷藏过程中逐渐降低;而且与高温瞬时杀菌(UHT)牛奶相比，微波处理后的牛奶风味和色泽更好。Tajchakavit等［35］研究了微波处理和传统热处理对橙汁中PME的D值(微波处理，D60℃=7.37 s;热处理D60℃=154 s)，微波处理对PME钝化明显比热处理快。Cinquanta等［36］研究微波钝化橙汁中PME，结果显示微波钝化PME的z值为22.1℃，VC含量比经过巴氏消毒处理的橙汁高。Cendres等［37］创新性地使用微波辅助加热提取水果(洋李，杏子，葡萄)中果汁，结果显示果汁中内源性PPO在提取过程被钝化，提取果汁颜色明亮，较好地保持水果原有风味。周小理等［38］比较了热水法、蒸汽法、微波法对菠菜汁护色处理，结果显示微波法处理的菠菜汁中叶绿素的含量最高，而且处理时间较短。

4.4 其他方面的应用

微波钝化酶技术在绿茶加工中报道较多，研究显示微波处理技术能够有效地钝化茶叶中的酶，与此同时还可以较好地保护其中的VC［39］，黄酮类物质的流失［40］，还可以较好保持其风味。同时微波处理花粉［41］、蜂蜜［42］，在一定条件下可以有效保护其中的营养成分，这些都是传统加热方式所无法比拟的。

5 食品中酶的微波钝化技术的展望

微波处理对食品中一些酶的作用与传统热处理相比有着明显的优势。但是，就目前应用状况而言，微波钝化酶技术还存在一些问题需要解决。首先，微波钝化酶技术中有一个重要的问题是非热效应的机理，还有非热效应对酶和其它物质的影响机理。如果将微波中的非热效应机理清楚研究，这对微波钝化酶技术的推广以及微波协同其他技术钝化酶技术的推广具有重要的推动作用。再次，由于食品中含有多种酶系，酶在食品中的两面性作用，在加工过程中保留有益酶，钝化有害酶。因此，深入了解微波钝化酶的机理以及酶钝化动力学，采用最佳钝化酶的操作方式显得尤为关键。

随着科学技术的发展，人们对微波技术认识的不断加深，酶的微波钝化技术已经正逐渐成熟完善。目前，大部分果蔬和粮油食品都是要经过加工储藏之后才能摆上消费者的餐桌，其中酶钝化处理是很重要的处理程序，而果蔬和粮油食品的主要钝化酶的方式是传统加热方式法。微波钝化酶技术和传统热处理技术相比具有不可比拟的优势，因此微波钝化酶技术在果蔬和粮油食品的加工储藏中的应用成为微波钝化酶技术发展的重要趋势。此外，在果汁、奶制品、蔬菜汁以及茶叶加工中微波钝化酶技术的应用也呈现了新的发展势头。同时，微波钝化酶技术与传统热处理技术和非热处理技术的合理结合将显著改善样品在处理过程中的品质，其在食品中酶的钝化处理应用将会大大提高食品中酶的钝化效率。

微波热处理食品中的酶具有高效、清洁、快捷等独特优势，微波钝化酶技术将会在食品工业领域拥有更加广阔的前景。

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