刘文静　张映霞　罗立新　张建良　张锐　郭众仲

摘 要：果蔬贮藏过程中，褐变问题严重影响其经济价值及营养价值，由多酚氧化酶引起的酶促褐变备受关注，寻找合适的抑制方法是国内外研究的热点。一些化学抑制剂对于酶促褐变具有良好的抑制效果，本文综述了果蔬褐变的机理，抗坏血酸、半胱氨酸、柠檬酸抑制剂的作用原理及具体应用，旨在为解决由酶促褐变引起的果蔬生产加工问题提供参考，促进果蔬品质的提升。

关键词：褐变；抑制剂；多酚氧化酶

Effect of Browning Inhibitors on Polyphenol Oxidase in Fruits and Vegetables

LIU Wenjing1，2， ZHANG Yingxia1，2， LUO Lixin3， ZHANG Jianliang3， ZHANG Rui1，2， GUO Zhongzhong1，2*

（1.Key Laboratory of Conservation and Utilization of Biological Resources in Tarim Basin， Xinjiang Production and Construction Corps， Alar 843300， China; 2.National and Local Joint Engineering Laboratory of High Efficiency and High Quality Cultivation and Deep Processing Technology of Characteristic Fruit Trees in Southern Xinjiang， Alar 843300， China; 3.College of Horticulture and Forestry， Tarim University， Alar 843300， China）

Abstract： During the storage of fruits and vegetables， the browning problem seriously affects their economic value and nutritional value. Enzymatic browning caused by polyphenol oxidase has attracted much attention. Finding suitable inhibition methods is a hot research topic at home and abroad. Some chemical inhibitors have good inhibitory effects on enzymatic browning. This paper reviews the mechanism of browning of fruits and vegetables， the action principle and specific application of ascorbic acid， cysteine and citric acid inhibitors， aiming to provide reference for solving the production and processing of fruits and vegetables caused by enzymatic browning and promote the quality of fruits and vegetables.

Keywords： browning; inhibitor; polyphenol oxidase

在果蔬生產贮藏过程中，酶促褐变会对果蔬的色泽、感官、营养品质造成较大影响，不仅降低了其经济价值和使用价值，还对农户造成了很大的经济损失[1]。褐变是果实成熟老化、生理衰退、果实品质劣变的特征之一，可根据是否有酶的参与分为酶促褐变和非酶促褐变。

参与酶促褐变的主要酶类为多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，PPO），目前国内外针对抑制多酚氧化酶活性采取了一系列措施，这些措施多为体外抑制，如脱氧、热处理、化学抑制等。目前，使用物理法或化学法抑制PPO活性是较为常见的处理方式。物理法是通过热处理来灭活PPO，是食品加工过程中较为简单、高效的方式[2]。化学法是通过褐变抑制剂抑制由PPO导致的褐变，近年来化学抑制剂被大量学者研究并使用，在抑制酶促褐变方面取得了良好的效果。其中，抗坏血酸、半胱氨酸、柠檬酸等是表现较好的抑制剂。本文综述了化学抑制对PPO的影响。

1 酶促褐变和非酶促褐变的概念

酶促褐变是指在有氧条件下，酚酶催化酚类物质形成具有高度反应活性的邻苯醌及其聚合物的反应过程[1]。褐色物质聚合导致果实组织褐变，酶促褐变是果实褐变的主要原因。前人针对酶促褐变的研究机理提出乙醛乙醇毒害学说、抗坏血酸保护假说、氧自由基假说以及酚-酚酶区域化分布学说等各种理论学说，其中被大众接受的是酚-酚酶区域化分布学说[3-4]。该学说是指植物在不受伤害的正常情况下，酚类物质和酶类物质呈区域性分布，酚类物质主要存在于液泡当中，酶类物质主要存储在细胞质当中，部分存在于细胞膜和细胞壁上。当植物受到外部环境影响时，植物体内酚和酶的区域分布平衡会被破坏，酶类物质会迅速增加促使酚类化合物被氧化成醌类物质，醌类物质聚合形成褐色物质，使果实发生褐变[5]。

非酶促褐变是指褐变过程中没有酶的参与，食品在加工、贮藏过程中由于表面接触空气，其中酚类等物质在非酶促条件下被氧化而发生的显著颜色变化、趋向加深的现象[6]。

2 酶促褐变的发生条件

酶促褐变的发生需要3个必要条件：酶活性、酚类物质、氧气[7]，只有这3个因素共同存在、紧密结合，才会发生酶促褐变。多酚氧化酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶是影响果蔬酶促褐变的主要酶类，多酚氧化酶是最易发生酶促褐变的酶类[8]。在果实受到外部胁迫时，果实内的活性氧会大量积累，膜系统遭到破坏，PPO会由结合态转变为游离态，游离在细胞质当中，起到催化作用，导致酶促反应的发生。

酚类物质是碳水化合物代谢衍生的产物，在植物体内种类多样、分布广泛、含量丰富，在褐变过程中作为底物被氧化成醌类物质[5]。据文献记载，与褐变相关的酚类物质有100多种，共分为4大类，分别为肉桂酸衍生物、类黄酮化合物、单宁和多巴胺[9]。不同果蔬中参与褐变的酚类物质的种类不同。

褐变需要氧气的参与，但只有活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）才能直接参与酚类物质的氧化过程[10]。ROS是一种高活性超氧阴离子，在植物体中可以通过多种代谢途径产生[10]。活性氧在正常情况下处于平衡状态，一旦果蔬受到外界胁迫或机械损伤，平衡状态被打破，活性氧会迅速累积，引起细胞内的活性氧代谢失调。ROS的大量累积会造成细胞膜脂的过氧化，加速褐变的发生。

3 多酚氧化酶的催化机制

PPO是一类能够催化酚类物质氧化为醌类物质的酶。根据底物类型可分为酪氨酸酶、酚酶、儿茶酚氧化酶、儿茶酚酶、邻-苯二酚氧化酶以及单酚氧化酶等[2]。PPO首先由核基因编码成前体蛋白，然后通过N-末端转运肽转运到质体，并通过C-末端结构域水解后加工成为有活性的成熟肽。在有氧环境中，儿茶酚氧化酶的催化活性较高，一旦食物在加工贮藏过程中受损，膜结构遭到破坏，就会产生酶促褐变。儿茶酚可催化单酚羟基形成二酚，二酚进一步氧化形成醌类化合物，醌类化合物聚合形成黑色素[2]。PPO在植物体中广泛分布，由核基因编码，多基因控制，且在细胞质中合成，是位于质体膜上的一种酶[11]。PPO的Cu结合区是该酶的主要功能区，其他部分则对酶高级结构的形成和维持起作用。与多数酶类似，PPO通常以酶原形式存在，并无催化活性，其活性的产生依赖于酶高级结构的变化[7]。在酶促褐变中，PPO主要催化内源性酚类物质，在有氧的条件下催化单羟基酚氧化羟基化生成邻位二羟基酚，再催化邻位酚脱水成为醌类物质。醌类物质具有很高的活性，会进一步聚合或与氨基酸、蛋白质等物质发生氧化聚合反映，生成分子量更高的黑色素或褐色素[12]。

3.1 抗坏血酸对多酚氧化酶活性的影响

抗坏血酸可以作为螯合剂抑制酶促褐变的发生，还可作为还原剂将即将形成的醌还原为原底物（儿茶酚）。抗坏血酸对酶促褐变的抑制效果与其浓度有直接关系，随着抗坏血酸浓度增加，PPO活性逐渐降低。崔明月等[13]对抗坏血酸在黄金杏的使用中发现，抗坏血酸浓度在40 mmol·L-1时对酶促褐变的抑制效果达到最强，对PPO的抑制更为敏感，可抑制黄金杏中70.41%的酶活。汤凤霞等[14]对不同浓度抗坏血酸抑制芒果中PPO活性的试验中发现，当抗坏血酸浓度为4 mmol·L-1时，PPO活力降至原来的一半，浓度增加到5 mmol·L-1时，PPO活力会降低至22%。研究表明，低浓度时抗坏血酸可作为竞争性抑制剂降低PPO活性，高浓度时抗坏血酸可直接减少黑色素或褐色素的形成[15]。

抗坏血酸不仅可以作为单一抗褐变剂，还可作为复合抑制剂使用。?ZO?LU等[16]在对比了单一抗褐变剂和复合抗褐变剂后发现，由0.49 mol·L-1抗坏血酸、0.42 mol·L-1半胱氨酸、0.05 mol·L-1肉桂酸组成的复合抑制剂能更好地抑制苹果汁的褐变。抗坏血酸除了可以作为抗褐变剂外，还可以作为食品中补充维生素C的优质途径，具有很高的食用安全性和营养价值。

3.2 L-半胱氨酸对多酚氧化酶活性的影响

目前学术界对于L-半胱氨酸的抑制机制仍存在一定争议。部分学者认为L-半胱氨酸是通过形成半胱氨酸加合物来捕获邻醌，苯酚在半胱氨酸加合物中被完全降解但不形成颜色，巯基有助于清除自由基，因为巯基存在时，半胱氨酸可以作为自由基清除剂。其中比较主流的观点认为，底物酚被氧化生成醌后不直接与其他醌类、氨基酸、蛋白质等结合成有色物质，而是直接与L-半胱氨酸结合形成竞争性抑制剂无色硫氢化合物，阻止了进一步的褐变反应。孔维宝等[17]在L-半胱氨酸抑制多酚氧化酶的研究中表明，L-半胱氨酸直接与醌结合生成无色的硫氢化合物。

研究表明，L-半胱氨酸的抑制效果会随着浓度的增加而增强，但抑制效果不会随处理时间的延长而增强[18]。崔明月等[13]在L-半胱氨酸抑制黄金杏褐变的研究中发现，10 mmol·L-1的L-半胱氨酸可抑制54.79%的PPO活性，推测其抑制机理可能与抗坏血酸有相似之处，即它们可以作为还原剂与醌类物质结合形成无色化合物，减少有色物质形成。ALI等[18]认为，L-半胱氨酸的作用效果与其浓度高低有关，在较高浓度下（≥1.0%），L-半胱氨酸可与醌类物质结合形成无色产物，而在较低浓度下，L-半胱氨酸则作为竞争性抑制剂。

3.3 柠檬酸对多酚氧化酶活性的影响

大多数果蔬中PPO的最适pH值为弱酸性或中性，柠檬酸类有机酸主要通过降低pH值抑制PPO的活性[7]。李济权[19]研究表明，柠檬酸有效调节了荔枝的pH值，在pH值较低的酸性环境中，PPO失活较快，从而防止酶促褐变的产生。随着柠檬酸浓度的升高，pH值逐渐下降，达到一定浓度后还可以进一步抑制反应，其原理是柠檬酸对PPO活性中心的铜离子有较强的抑制效果，活性中心受到破坏，PPO活性受到抑制。程立君等[20]研究表明柠檬酸在0.05 mol·L-1的浓度下对酶活性有较好的抑制效果，抑制率高達62.03%。在果蔬生产加工过程中，柠檬酸除了可以作为PPO的抑制剂，还有良好的固色作用，可以起到很好的美观效果。张胜来等[21]在对蒲菜贮藏期间的护色实验中发现，添加含有柠檬酸的复合护色剂后，食物颜色保持时间延长。

4 结语

国内外对褐变抑制剂进行了分类，对表现较好的抑制剂进行了深入研究。有些抑制剂不仅可以抑制褐变，还可以作为营养补充剂，如抗坏血酸，它对醌类物质具有还原作用，可防止醌类物质聚合生成有色物质，在抑制褐变的同时还有固色、补充维生素C等作用。因此，寻找安全、无害同时具有营养价值的褐变抑制剂具有十分重要的意义。目前，国外相关研究发现，生姜、辣椒、蜂蜜等天然提取物中有抑制多酚氧化酶的成分，天然提取物有更高的安全性和营养价值，目前国内对此研究较少，可作为今后深入研究的方向。有机酸类物质主要通过降低反应体系的pH值，使其远离PPO的最适pH值，来实现对PPO活性的抑制，如柠檬酸等。L-半胱氨酸则可直接与醌类物质结合形成竞争性抑制剂无色硫氢化合物，阻止进一步褐变反应的发生。化学褐变抑制剂适用范围较广泛，发展较为成熟，应观察不同褐变抑制剂在不同果蔬中的优缺点，为果蔬实际生产贮藏提供参考依据。

目前，许多化学褐变抑制剂对PPO的抑制效果都在生产实践中得到了验证，使用化学抗褐变剂的果蔬越来越多，但还有许多具有抗褐变效果的化学抑制剂未经开发使用，还需继续扩展。在不同的褐变底物和使用浓度下，抗褐变剂的效果不尽相同，开发新型化学抗褐变剂和寻找更多褐变底物是科学家们研究的重点。化学褐变抑制剂是目前公认的抑制酶促褐变效果最佳的方式之一，其被证实能有效抑制PPO活性的增长，应在实际生产实践中推广使用。今后应对化学抑制剂展开更深入的研究，为抑制PPO引起的酶促褐变提供参考。

参考文献

[1]闵婷，谢君，郑梦林，等.果蔬采后酶促褐变的机制及控制技术研究进展[J].江苏农业科学，2016，44（1）：

273-276.

[2]熊志强.多种光谱学技术和计算机对接模拟研究多酚类物质对多酚氧化酶的抑制机理[D].南昌：南昌大学，2016.

[3]SAQUET A A，STREIF J，BANGERTH F.Changes in ATP， ADP and pyridine nucleotide levels related to the incidence of physiological disorders in ‘Conferencepears and ‘Jonagoldapples during controlled atmosphere storage[J].The Journal of Horticultural Science and Biotechnolo-gy，2000，75（2）：243-249.

[4]齐笑笑.果蔬采后酶促褐变机理及控制方法研究进展[J].北方园艺，2017（11）：190-194.

[5]孙蕾，王太明，乔勇进，等.果实褐变机理及研究进展[J].经济林研究，2002（2）：92-94.

[6]汪东风，孙丽平，张莉.非酶褐变反应的研究进展[J].农产品加工（学刊），2006（10）：9-19.

[7]白宇皓，李超，杨志国，等.梨多酚氧化酶特性与酶促褐变抑制研究进展[J].食品科技，2022，47（2）：75-81.

[8]孙鹏程.阿克苏地区‘温185核桃种仁种皮褐化原因调查与分析[D].阿拉尔：塔里木大学，2022.

[9]邱栋梁.果实褐变研究进展[J].福建果树，1997（2）：35-38.

[10]黄彭，丁捷，胡晓敏，等.鲜切果蔬物理防褐保鲜的研究进展[J].园艺学报，2021，48（6）：1217-1232.

[11]王丽，王万兴，李小波，等.植物中多酚氧化酶的研究进展[EB/OL].（2017-06-18）[2023-11-12].https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=F5NaIWgMQ1DXuJVtih-dGSGn4mItRGPFaOIT6W5nR8B_1MlTEFBWjM-mJQyQkjsnm3tZ-zRH5P2BEjNiynSr0ZDl3g2lFxoAoOWcpQ1Zidb82bwp3TxQbyrD2svY0pq6w9bHXoRetRYLWlsGIEWeaw==&uniplatform=NZKPT&language=CHS.

[12]YEE W L ，WAI C W.Inhibitory effect of chemical and natural anti-browning agents on polyphenol oxidase from ginger

（Zingiber of ficinale Roscoe）[J].Journal of Food Science and

Technology，2018，55（8）：3001-3007.

[13]崔明月，曲亚男，蒋丽娜，等.抑制剂对杏多酚氧化酶抑制作用[J].食品工业，2019，40（6）：225-229.

[14]汤凤霞，魏好程，曹禹.芒果多酚氧化酶的特性及抑制研究[J].食品科学，2006（12）：156-160.

[15]THOMAS B.Journal of horticultural science & biotechnology centenary volume[J].The Journal of Horticultural Science and Biotechnology，2019，94（1）：1.

[16]?ZO?LU H， BAYINDIRLI A.Inhibition of enzymic browning in cloudy apple juice with selected antibrowning agents[J].Food control，2002，13（4/5）：213-221.

[17]孔维宝，陆健，赵海锋，等.L-半胱氨酸抑制多酚氧化酶的机制研究[J].食品科学，2007（11）：66-70.

[18]ALI H M，EL-GIZAWY A M，EL-BASSIOUNY R E I，et al.Browning inhibition mechanisms by cysteine，ascorbic acid and citric acid， and identifying PPO-catechol-cysteine reaction products[J].Journal of Food Science and Technolo-gy，2015，52（6）：3651-3659.

[19]李濟权.荔枝保鲜过程中多酚氧化酶活性的抑制研究[J].广西民族学院学报（自然科学版），2003（4）：29-33.

[20]程立君，王世敏，李周，等.西南冷凉高地鲜切马铃薯抗褐变研究[J].保鲜与加工，2021，21（10）：8-14.

[21]张胜来，郁志芳.热烫蒲菜贮藏期间褐变抑制剂的筛选[J].食品工业，2013，34（4）：32-35.

基金项目：塔大校长基金创新研究团队项目（TDZKCX202101）；南疆园艺研究中心科研条件建设（TDZKKY202204）。

作者简介：刘文静（1999—），女，河南许昌人，硕士。研究方向：果树栽培与育种。

通信作者：郭众仲（1991—），男，新疆伊犁人，博士。研究方向：果树分子育种。E-mail：742560026@qq.com。