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        庫爾勒梨多酚氧化酶的酶學(xué)特性

        2010-10-19 05:25:58朱路英吳偉偉都婷婷
        食品科學(xué) 2010年21期
        關(guān)鍵詞:庫爾勒抗壞血酸氧化酶

        朱路英,吳偉偉,2,孫 杰,都婷婷

        (1.魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山東 煙臺 264025;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,河北 保定 071001)

        庫爾勒梨多酚氧化酶的酶學(xué)特性

        朱路英1,吳偉偉1,2,孫 杰1,都婷婷1

        (1.魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山東 煙臺 264025;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,河北 保定 071001)

        以鄰苯二酚為底物,采用分光光度法對庫爾勒梨多酚氧化酶(PPO)的酶學(xué)特性進(jìn)行研究。結(jié)果表明:庫爾勒梨PPO的最適pH值為5.7,最適溫度為42℃;短時間高溫能顯著抑制PPO酶活力;PPO催化的酶促褐變反應(yīng)符合米氏動力學(xué)方程,該酶促反應(yīng)的最大速率為169.49U/min,Km值為0.152mol/L;與檸檬酸、NaCl和EDTA-2Na相比,抗壞血酸對庫爾勒梨PPO的抑制效果較好。

        庫爾勒梨;多酚氧化酶;酶學(xué)特性;抑制效應(yīng)

        Abstract:Enzymological characterization of the polyphenol oxidase (PPO) from Kuerle pear towards catechol as a substrate was conducted using spectrophotometry method. The results showed that the optimal pH and temperature for this enzyme was 5.7 and 42 ℃. High temperature treatment could inhibit PPO activity. The kinetics of PPO reaction was in accord with the Michaelis-Menten equation, withKm andVmax values of 0.152 mol/L and 169.49 U/min, respectively. Ascorbic acid exhibited stronger inhibition effect on PPO activity than citric acid, NaCl and EDTA-2Na.

        Key words:Kuerle pear;polyphenol oxidase;enzymatic properties;inhibition effect

        庫爾勒梨(Pyrus pyrifoliaL.)主產(chǎn)于新疆庫爾勒市,是我國北方優(yōu)良的梨品種之一。該品種果實大小適中,果肉白色,汁多細(xì)嫩,口感極佳。由于品質(zhì)較優(yōu),是目前國內(nèi)外市場最受歡迎的梨品種之一。然而,在庫爾勒香梨的加工過程中,容易遭受酶促褐變的困擾,褐變后不僅影響外觀品質(zhì),而且使其失去食用價值。因此,褐變是目前梨果類深加工過程中最待解決的一個問題。

        研究表明,果蔬酶促褐變是由果蔬內(nèi)多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)與多酚類物質(zhì)接觸,催化酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)變成醌,而醌又進(jìn)一步聚合成黑色素所致[1]。因此,多酚氧化酶活力是決定果蔬組織褐變程度的重要因素之一,對多酚氧化酶特性的研究就成了解決褐變問題的重點所在。多酚氧化酶是一類含銅酶,廣泛存在于水果蔬菜中。目前,已有多篇關(guān)于果蔬多酚氧化酶的報道[2-9],但對于庫爾勒梨中多酚氧化酶的特性尚未見有關(guān)研究。本實驗擬對庫爾勒梨中多酚氧化酶的特性進(jìn)行研究,以期為庫爾勒梨加工過程中的酶促褐變控制提供參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        庫爾勒香梨:產(chǎn)地為新疆庫爾勒地區(qū)。

        1.2 方法

        1.2.1 酶液制備

        取新鮮庫爾勒梨果肉20g,加入20mL 0.1mol/L的磷酸緩沖液(pH6.0),冰浴研磨后,4℃、10000r/min離心10min,上清液即為多酚氧化酶的粗酶液,置冰浴中備用。

        1.2.2 PPO活力的測定

        向試管中加入5mL 0.1mol/L的磷酸緩沖液(pH6.0),1mL 1mol/L的鄰苯二酚溶液,25℃預(yù)熱5min后加入0.5mL PPO酶液,混勻后立即轉(zhuǎn)入1cm比色皿中,于420nm波長處測吸光度。每隔30s記錄一次,連續(xù)記錄5min,依據(jù)曲線最初的直線部分計算酶活力。規(guī)定在1min內(nèi)使吸光度增加0.001為1個酶活力單位U。實驗設(shè)3個重復(fù),結(jié)果取其平均值。

        1.2.3 PPO最適pH值的測定

        配制pH2.2~8.0的0.1mol/L磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液,酶反應(yīng)液組成和酶活力測定條件同1.2.2節(jié),測定PPO的最適pH值。實驗設(shè)3個重復(fù),結(jié)果取其平均值。

        1.2.4 PPO最適反應(yīng)溫度和對溫度穩(wěn)定性的測定

        將1mL 1mol/L的鄰苯二酚溶液、5mL 0.1mol/L的磷酸緩沖液(pH6.0)和0.5mL酶液混合液在不同溫度(20~80℃)水浴中分別保溫10min,然后在冰浴中迅速冷卻至室溫(20℃),在420nm波長處測定吸光度。

        PPO對熱穩(wěn)定性測定:先將0.5mL酶液與5mL 0.1mol/L的磷酸緩沖液(pH6.0)混合,分別在不同溫度(70~90℃)水浴中保溫2、4、6、8、10min,當(dāng)混合液溫度達(dá)到室溫時,加入1mL 1mol/L的鄰苯二酚溶液,按照1.2.2節(jié)的方法測定殘余的酶活力。實驗設(shè)3個重復(fù),結(jié)果取其平均值。

        1.2.5 底物濃度對PPO活力的影響

        用pH6.0的0.1mol/L的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液配制不同濃度(10~100mmol/L)的鄰苯二酚溶液。向6mL鄰苯二酚溶液中加入0.5mL酶液,混勻后立即在420nm波長處測定吸光度變化,計算酶活力。實驗設(shè)3個重復(fù),結(jié)果取其平均值。

        1.2.6 抑制劑對PPO活力的影響

        將1mL 1mol/L的鄰苯二酚溶液、5mL 0.1mol/L的磷酸緩沖液(pH6.0)分別和0.5mL不同濃度的檸檬酸、氯化鈉、EDTA-2Na和抗壞血酸溶液混合均勻,立即加入0.5mL酶液,在420nm波長處測定吸光度變化,計算酶活力。酶活力大小以相對未用抑制劑處理時的酶活力來表示。實驗設(shè)3個重復(fù),結(jié)果取其平均值。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 pH值對PPO活力的影響

        圖1 pH值對庫爾靳梨PPO活力的影響Fig.1 Effect of pH on the activity of PPO from Kuerle pear

        從圖1A可以看出,pH值對PPO活力的影響較大。當(dāng)pH值從2.2增加到3.0時,PPO活力劇烈上升,酶活力幾乎為原來的4倍;隨著pH值從3.0增加到6.0,酶活力先有一個稍微下降而后又緩慢上升,在pH6.0時達(dá)到最大;隨后,隨著pH值從6.0增加到8.0時,酶活力呈直線下降,當(dāng)pH8.0時,酶活力僅為pH6.0時的41.25%。為了進(jìn)一步確定庫爾勒梨PPO的最適pH值,在圖1數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上配制pH4.5~7.2的緩沖液,測定該PPO在不同的pH值條件下的酶活力,結(jié)果見圖1B。可以看出,該PPO的最適pH值為5.7。

        2.2 溫度對PPO活力的影響

        圖2 溫度對庫爾勒梨PPO活力的影響Fig.2 Effect of temperature on the activity of PPO from Kuerle pear

        由圖2可知,庫爾勒梨PPO反應(yīng)的最適溫度為42℃。在20~40℃范圍內(nèi),酶活力隨著溫度的升高而逐漸增強(qiáng);但當(dāng)溫度繼續(xù)上升到50℃以上時,酶活力開始迅速下降;當(dāng)溫度升高到80℃時,PPO基本失活,活力只有40℃時的15.71%。

        圖3 熱處理對庫爾勒梨PPO活力的影響Fig.3 Effect of heat treatment on the activity of PPO from Kuerle pear

        由圖3可知,庫爾勒梨PPO具有一定的熱穩(wěn)定性。隨著溫度的提高,完全抑制PPO酶活力所需要的時間逐漸減少。在70~75℃熱處理10min,PPO殘留相對酶活力為24.81%~35.79%;當(dāng)溫度高于80℃時,PPO活力損失較大,80℃處理10min,PPO殘留相對酶活力為13.54%;85℃條件下保溫6min,PPO殘留相對酶活力為12.57%;在90℃保溫4min,PPO殘留相對酶活力僅為9.14%,PPO絕大部分失去活力。

        2.3 底物濃度對PPO活力的影響

        圖4 底物濃度對庫爾勒梨PPO活力的影響Fig.4 Effect of substrate concentration on the activity of PPO from Kuerle pear

        酶催化反應(yīng)過程中,反應(yīng)速度與底物濃度之間關(guān)系可用米氏方程來描述:v=Vmax·[S]/(Km+[S]),將此方程轉(zhuǎn)換成倒數(shù)形式,即:1/v=Km/(Vmax·[S])+1/Vmax,然后以1/V對1/[S]作圖,得一直線,如圖4所示,該直線方程為y=0.0009x+0.0059,R2=0.9965,Km=0.152mol/L,Vmax=169.49U/min,說明底物濃度與PPO活力的關(guān)系遵循米氏方程的酶動力學(xué)性質(zhì)。

        2.4 抑制劑對PPO活力的影響

        由圖5、6可知,不同的抑制劑對庫爾勒梨多酚氧化酶活力都有不同程度的抑制作用,并且抑制作用隨著抑制劑質(zhì)量濃度的增加而增強(qiáng)。其中檸檬酸、NaCl和EDTA-2Na對PPO酶活力的抑制效果相對較差,當(dāng)質(zhì)量濃度均為0.8g/100mL時,3種抑制劑的抑制率分別為61%、70.5%和65%,這就限制了其在庫爾勒梨加工處理中的應(yīng)用。而抗壞血酸對PPO酶活力有較好的抑制作用,當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到0.06g/100mL時,基本上能完全抑制PPO活力,達(dá)到了防止褐變的效果。

        圖5 不同抑制劑對庫爾勒梨PPO活力的影響Fig.5 Effect of different inhibitors on the activity of PPO from Kuerle pear

        圖6 抗壞血酸對庫爾勒梨PPO活力的影響Fig.6 Effect of ascorbic acid on the activity of PPO from Kuerle pear

        3 結(jié)論與討論

        研究表明,不同材料中的PPO最適pH值不同,一般在4.5~7.4之間[9]。本研究測定的庫爾勒梨多酚氧化酶的最適pH值為5.7,與陳艷樂等[10]報道的薯蕷PPO最適pH5.8~6.0的結(jié)果較相近。徐芹等[11]報道的碭山酥梨PPO最適pH值為4.5,段玉權(quán)等[2]研究認(rèn)為中華壽桃PPO最適pH值為6.5,李桂琴等[12]研究雪梨PPO的最適pH值為6.4,這說明不同物種PPO的最適pH值有所不同。另外,本實驗的結(jié)果顯示,在pH值為3.0時PPO酶活力也有一個較強(qiáng)峰,可能是庫爾勒梨中含有PPO同工酶所致,這在碭山酥梨[11]、紫甘薯[13]中有過類似的報道。

        庫爾勒梨多酚氧化酶的最適溫度為42℃,與已報道的蘋果梨、桑葉的最適溫度40℃比較接近[5,14];而張盛林等[15]報道花魔芋的最適反應(yīng)溫度為30℃,徐芹等[11]研究的碭山酥梨PPO最適溫度為34℃,段玉權(quán)等[2]研究認(rèn)為中華壽桃PPO最適溫度為60℃。由此可見,不同品種果實的PPO的最適反應(yīng)溫度存在一定差異。

        高溫處理對庫爾勒梨PPO酶活力有顯著影響。高溫下酶容易變性而活力降低,因此高溫短時間處理能顯著抑制PPO活力。本實驗中,在70~80℃條件處理10min,PPO的殘留酶活力為未處理時的13.54%~35.79%;在90℃處理4min,PPO的殘留相對酶活力僅為9.14%,90℃處理6min后,PPO酶活力已基本喪失。因此,在庫爾勒梨的深加工過程中,可采用高溫瞬時滅酶法抑制酶促褐變。

        米氏常數(shù)(Km)是酶的一個基本特征常數(shù),反映了酶與底物結(jié)合及解離的性質(zhì),Km越小說明底物與酶結(jié)合的親和力越強(qiáng)。PPO酶促褐變反應(yīng)動力學(xué)符合米氏方程所描述的單底物酶促反應(yīng)動力學(xué),以鄰苯二酚為底物的最大反應(yīng)速度Vmax=169.49U/min,Km=0.152mol/L。

        檸檬酸、NaCl、EDTA-2Na和抗壞血酸均能抑制庫爾勒梨PPO酶活力,但相比較而言,抗壞血酸對PPO酶活力的抑制效果最好,在質(zhì)量濃度為0.06g/100mL時,基本上能達(dá)到防止褐變的效果。不同抑制劑抑制褐變的機(jī)理各不相同,且抑制效果隨抑制劑濃度的不同而不同??箟难崾且环N天然抗氧化劑,可將氧化的醌類及其衍生物還原成酚類物質(zhì),從而阻止醌類物質(zhì)進(jìn)一步聚合形成黑色素類物質(zhì)而引起褐變。但抗壞血酸添加量不能過大,否則易引起非酶褐變,影響產(chǎn)品外觀品質(zhì)[16]。目前普遍認(rèn)為幾種不同抑制劑的協(xié)同作用的抑制效果要優(yōu)于單一抑制劑的抑制作用,因此,還需要在單一抑制劑的研究基礎(chǔ)上,對幾種不同抑制劑的協(xié)同抑制效果進(jìn)行研究,為防止庫爾勒梨酶促褐變提供更詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。

        總之,本實驗以庫爾勒梨為材料,研究了其多酚氧化酶的酶學(xué)特性及抑制劑。結(jié)果表明,庫爾勒梨PPO的最適pH值為5.7,最適溫度為42℃;短時間高溫能顯著抑制PPO酶活力,90℃處理6min,PPO活力已基本喪失;PPO催化的酶促褐變反應(yīng)符合米氏動力學(xué)方程,該酶促反應(yīng)的最大速率為169.49U/min,Km值為0.152mol/L;檸檬酸、NaCl、EDTA-2Na和抗壞血酸均能抑制庫爾勒梨PPO酶活力,其中,抗壞血酸對庫爾勒梨PPO的抑制效果較好。

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        Enzymatic Properties of Polyphenol Oxidase from Kuerle Pear

        ZHU Lu-ying1,WU Wei-wei1,2,SUN Jie1,DU Ting-ting1
        (1. College of Life Sciences, Ludong University, Yantai 264025, China;2. College of Animal Science and Technology, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, China)

        Q554.1

        A

        1002-6630(2010)21-0275-04

        2010-03-13

        魯東大學(xué)?;痦椖?LY20063307);魯東大學(xué)學(xué)科建設(shè)經(jīng)費資助項目

        朱路英(1974—),女,講師,博士,研究方向為生物化學(xué)。E-mail:lyzhu@126.com

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