江 俊，張 燕，廖小軍，胡小松，孫志健

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083）

高靜壓鈍化樹(shù)莓多酚氧化酶的動(dòng)力學(xué)分析

江 俊，張 燕*，廖小軍，胡小松，孫志健

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083）

應(yīng)用高靜壓技術(shù)鈍化樹(shù)莓中的PPO，以提高樹(shù)莓加工產(chǎn)品的新鮮度和附加值。本文研究了高靜壓對(duì)樹(shù)莓PPO的鈍化效果，并應(yīng)用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，隨著壓力升高和持壓時(shí)間的延長(zhǎng)，樹(shù)莓PPO的活性逐漸降低，但在低壓短時(shí)處理下有激活現(xiàn)象，經(jīng)600MPa，45min處理后樹(shù)莓PPO殘存活性為40.976%；高靜壓對(duì)樹(shù)莓PPO的鈍化過(guò)程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型，壓力對(duì)酶鈍化反應(yīng)的影響能用Eyring公式分析。隨著壓力升高，反應(yīng)速率常數(shù)（k值）不斷升高，指數(shù)遞減時(shí)間（D值）不斷減?。籞p和Va分別為917.431MPa和-6.020cm3/mol。

高靜壓，樹(shù)莓，多酚氧化酶，動(dòng)力學(xué)

樹(shù)莓屬薔薇科（Rosaceae）懸鉤子屬（Rubus）植物，其果實(shí)中富含花青素、鞣花酸等大量的酚類(lèi)物質(zhì)，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，為越來(lái)越多的消費(fèi)者所青睞。但由于樹(shù)莓中存在大量的PPO，導(dǎo)致樹(shù)莓及其加工制品在貨架期發(fā)生褐變。為了抑制褐變，傳統(tǒng)方法是通過(guò)熱加工來(lái)鈍化PPO的活性，但是它存在很多缺陷，諸如使產(chǎn)品新鮮度降低、風(fēng)味和質(zhì)地劣變、食品中的營(yíng)養(yǎng)成分和一些功能性成分遭到破壞等，大大降低產(chǎn)品感官品質(zhì)和市場(chǎng)價(jià)值。因此，尋找新的加工方法鈍化樹(shù)莓PPO，并減少對(duì)其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響是提高樹(shù)莓加工制品品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高附加值的有效途徑。高靜壓（High Hydrostatic Pressure，HHP）是目前發(fā)展最為成熟的一種非熱力加工技術(shù)，它克服了熱加工造成的種種弊端［1-2］，具有優(yōu)良的技術(shù)特性。在國(guó)外，這一技術(shù)加工的果蔬產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。因此，應(yīng)用高靜壓技術(shù)加工樹(shù)莓是較好的選擇。如上所述，內(nèi)源PPO是影響樹(shù)莓加工產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)高靜壓鈍化PPO的研究也有廣泛的報(bào)道。但眾多的研究結(jié)果表明，受到PPO來(lái)源的影響，高靜壓對(duì)不同來(lái)源的PPO的鈍化效果不盡相同，前人對(duì)草莓［3］、香蕉［4］、辣椒［5］、荔枝［6］、鱷梨［7］等果蔬進(jìn)行高靜壓處理，其中的PPO被有效的鈍化；而蘑菇［8-9］、葡萄［10-11］來(lái)源的 PPO對(duì)高壓的耐受能力較強(qiáng)，不易被高壓鈍化。高靜壓對(duì)樹(shù)莓PPO鈍化的研究還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道，因此需要開(kāi)展一些基本的實(shí)驗(yàn)研究，以利于將高靜壓技術(shù)應(yīng)用于樹(shù)莓的加工。本文通過(guò)研究高靜壓對(duì)樹(shù)莓PPO的鈍化效果，分析高靜壓鈍化樹(shù)莓PPO的動(dòng)力學(xué)，以獲得系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，探知高靜壓鈍化樹(shù)莓PPO活性變化的規(guī)律，以改善樹(shù)莓產(chǎn)品的顏色品質(zhì)，提高其商品競(jìng)爭(zhēng)力。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

速凍紅樹(shù)莓（Rubus idaeus L.，Heritage variety）購(gòu)于北京東方夏都樹(shù)莓科技發(fā)展有限公司，冷鏈運(yùn)輸，到達(dá)后立即避光貯藏于-18℃；磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、鄰苯二酚、聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylploypyrolidone，PVPP） 均為分析純，購(gòu)自北京藍(lán)弋化學(xué)試劑公司；鋁箔袋 購(gòu)于北京華盾塑料公司。

EY-300A分析天平 日本松下電器；奧立龍868型pH計(jì) 美國(guó)奧立龍公司；ZHJ-308A1榨汁機(jī)煙臺(tái)福山歐克電氣用品公司；Hitachi himac CR21G高速離心機(jī) 日本日立公司；真空封口機(jī) 北京市瑞明星包裝機(jī)械有限公司；Cary 50紫外分光光度計(jì)（帶控溫裝置以及磁力攪拌裝置） 美國(guó)瓦里安公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 試樣制備 配制含4%的聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）（w/v）的磷酸緩沖液（0.2mol/L的，pH=6.5）作為酶提取液。

稱(chēng)取樹(shù)莓凍果250g，0℃解凍。加入250mL酶提取液，用榨汁機(jī)組織搗碎2min后，0～4℃下靜置4h，23000g，4℃離心20min，上清液即為PPO粗提液。將粗提液按5mL的量分裝于阻氣防水耐壓耐低溫的鋁箔袋中，立即放于-80℃超低溫冰箱冷凍，待PPO粗提液中心溫度達(dá)到-80℃后，迅速真空封口并迅速放回-80℃超低溫冰箱中保存。

1.2.2 PPO酶活測(cè)定方法 PPO活性的測(cè)定采用分光光度法，反應(yīng)底物為0.1mol/L的鄰苯二酚溶液（pH=6.5）。30℃保溫10min后，加入0.5mL樹(shù)莓PPO粗酶液，立即在420nm處測(cè)定吸光值隨時(shí)間的變化曲線，測(cè)定時(shí)間為15min，掃描時(shí)間間隔為0.1s，曲線直線部分的斜率即為酶活。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

設(shè)計(jì)壓力梯度為 100、200、300、400、500、600MPa，時(shí)間梯度為5、15、25、35、45min。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

1.4.1 酶活計(jì)算公式

表示1mL樹(shù)莓粗酶液與過(guò)量底物反應(yīng)420nm處吸光值的變化速率（ΔA420nm/min·mL）。

1.4.2 動(dòng)力學(xué)分析 酶鈍化過(guò)程應(yīng)用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式分析［3，12］：

At為處理tmin后殘存的酶活，A0為初始酶活，k值（min-1）是在設(shè)定的壓力和溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)，D值（Decimal reduction time）是指數(shù)遞減時(shí)間（min），即在設(shè)定的壓力和溫度下酶活降低一個(gè)對(duì)數(shù)（90%）所需要的時(shí)間。

ZP表示D值對(duì)壓力的敏感性，即D值變化一個(gè)對(duì)數(shù)時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力的變化。P1和P2表示D1和D2對(duì)應(yīng)的壓力。

評(píng)價(jià)壓力對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)k的影響用Eyring公式（式 6）分析［13］，具體表現(xiàn)為活化體積（Va，cm3/mol）值的大小。其中P2和P1表示對(duì)應(yīng)k1和k2的壓力；RP是常數(shù)，為8.314J/（K·mol）。從公式6可以看出，Va可以從失活反應(yīng)速率常數(shù)的自然對(duì)數(shù)ln（k）與壓力P作圖所得回歸線的斜率中求得。

1.4.3 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)分析采用方差分析（Analysis of variance，ANOVA）；使用Microcal Origin 7.5（美國(guó)Microcal公司）軟件分析，采用0.05水平。

2 結(jié)果與討論

2.1 高靜壓參數(shù)對(duì)樹(shù)莓PPO活性的影響

圖1為高靜壓處理壓力對(duì)PPO活性的影響。如圖所示，在壓力影響下PPO的活性存在激活和鈍化兩種現(xiàn)象。在較短的持壓時(shí)間下，隨著壓力的升高，PPO活性表現(xiàn)為先激活后鈍化。在 100MPa和200MPa處理5min后，樹(shù)莓PPO的活性分別提高了5.180%和8.868%（P＜0.05）。相似的現(xiàn)象在高靜壓處理蘋(píng)果［14］、蘑菇［10］來(lái)源的PPO中也有報(bào)道。文獻(xiàn)報(bào)道，PPO具有激活和潛伏兩種存在形式［13］，并且有報(bào)道稱(chēng)高靜壓可能使?jié)摲鼞B(tài)PPO轉(zhuǎn)化為激活態(tài)表現(xiàn)催化活性［14］。因此推測(cè)高靜壓處理對(duì)PPO活性的影響是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，一方面高靜壓使部分PPO失活；另一方面，潛在形式的PPO被高壓激活，呈現(xiàn)出來(lái)的酶活是兩者共同作用的結(jié)果。而在較長(zhǎng)的持壓時(shí)間下，隨著壓力的升高，PPO活性逐漸降低，在100MPa和600MPa處理45min后，PPO相對(duì)活性分別降為87.428%和40.976%（P＜0.05）；與前人對(duì)草莓［3］、香蕉［4］、辣椒［5］、荔枝［6］、鱷梨［7］等來(lái)源的 PPO耐壓性相比，樹(shù)莓中的PPO保存了較高的相對(duì)活性，推測(cè)可能是由于樹(shù)莓PPO對(duì)壓力敏感性較弱，對(duì)壓力的耐受較強(qiáng)而不易鈍化。

圖1 壓力對(duì)樹(shù)莓PPO活性的影響

2.2 高靜壓鈍化樹(shù)莓PPO的一級(jí)動(dòng)力學(xué)分析

圖2為樹(shù)莓PPO在持續(xù)的高壓和持壓時(shí)間下活性的變化規(guī)律。如圖所示，除了100、200MPa的較低壓力短時(shí)條件下樹(shù)莓PPO活性表現(xiàn)為激活外，樹(shù)莓PPO活性整體表現(xiàn)為被高壓鈍化。進(jìn)一步應(yīng)用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式分析高靜壓鈍化樹(shù)莓PPO的過(guò)程，如圖2、表1所示。高靜壓處理后，所有壓力下PPO的相對(duì)酶活取對(duì)數(shù)與處理時(shí)間有良好的線性關(guān)系，R2≥0.900，表明高靜壓對(duì)PPO的鈍化符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。從表1可以看出，隨著壓力升高，k值不斷增大，壓力從100MPa增加到600MPa，樹(shù)莓PPO的鈍化速率增加了近4倍，相應(yīng)的D值逐漸減小，從100MPa時(shí)的 492.094min縮短至 600MPa時(shí)的127.520min，即鈍化90%的酶活，600MPa較100MPa處理可以節(jié)約364.574min。表明壓力對(duì)PPO的鈍化有顯著影響，提高處理壓力能夠有效提高鈍化效率，縮短鈍酶時(shí)間。通過(guò)比較k值的變化率，研究還發(fā)現(xiàn)100～500MPa時(shí)的k值增大速率介于11%～25%之間，而600MPa的k值比500MPa時(shí)增大80%，說(shuō)明600MPa條件下對(duì)酶的影響更為劇烈。Montero等［15］用高壓鈍化對(duì)蝦PPO也出現(xiàn)類(lèi)似結(jié)果，該P(yáng)PO活性經(jīng)200MPa處理10min后殘存酶活還有70%以上，但300MPa處理10min后殘存酶活僅為25%，此時(shí)酶活降幅比其他條件明顯劇烈。

圖2 高靜壓鈍化樹(shù)莓PPO的動(dòng)力學(xué)

表1 高靜壓處理鈍化樹(shù)莓PPO的動(dòng)力學(xué)參數(shù)

D值對(duì)壓力的敏感性用ZP來(lái)表示，ZP代表能導(dǎo)致D值變化一個(gè)對(duì)數(shù)值的壓力變化，以logD為y軸，壓力P為x軸，所得直線的斜率的倒數(shù)即為ZP值。如圖3所示，高靜壓鈍化樹(shù)莓 PPO的 ZP值為917.431MPa。利用Origin軟件分析可得到圖4，利用Eyring公式（公式6）計(jì)算可得高靜壓處理?xiàng)l件下樹(shù)莓PPO的活化體積Va為-6.020cm3/mol，相關(guān)系數(shù)R2=0.926。計(jì)算所得的Va為負(fù)值，說(shuō)明隨著壓力的增加反應(yīng)速率常數(shù)也在增大。與其他文獻(xiàn)［7，11，16-17］中報(bào)道的數(shù)據(jù)相比，本實(shí)驗(yàn)所得Va值較低，表明樹(shù)莓PPO高靜壓失活速率常數(shù)受壓力的影響較小，即樹(shù)莓PPO的耐壓性較強(qiáng)。

3 結(jié)論

100～600MPa下，持壓5～45min的高靜壓處理對(duì)樹(shù)莓PPO有鈍化效果，雖然低壓短時(shí)處理有部分激活現(xiàn)象，但隨著壓力升高和持壓時(shí)間的延長(zhǎng)，樹(shù)莓PPO的活性逐漸降低，600MPa，45min處理后樹(shù)莓PPO殘存活性為40.976%。與其它來(lái)源的PPO相比，樹(shù)莓PPO的耐壓敏感性較低。高靜壓鈍化樹(shù)莓PPO的過(guò)程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，R2＞0.900。隨著壓力升高和持壓時(shí)間的延長(zhǎng)，k值不斷升高，D值不斷減??；動(dòng)力學(xué)參數(shù)Zp和Va分別為917.431MPa和-6.020cm3/mol。

圖3 高靜壓鈍化樹(shù)莓PPO的Zp值

圖4 高靜壓鈍化樹(shù)莓PPO的Va值

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Kinetic study of high hydrostatic pressure processing on polyphenol oxidase from raspberry

JIANG Jun，ZHANG Yan*，LIAO Xiao-jun，HU Xiao-song，SUN Zhi-jian
（College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China）

High hydrostatic pressure technique（HHP）was used to inactivate the polyphenol oxidase（PPO）of raspberry for making raspberry products fresher and raising their added value.The inactivation kinetics of polyphenol oxidase（PPO）under HHP was investigated.The results showed that the activity of raspberry PPO gradually decreased with the pressure increasing and/or the holding time extending，in spite that the PPO was activated under low pressure for short holding time.Residual activity of PPO was 40.976%treated by 600MPa for 45 minutes.Further，the inactivation of PPO under HHP can be adequately described by the first-order model，and the effect of pressure on the inactivation of PPO can be analyzed with Eyring equation.With the pressure increasing，the PPO inactivation rate constants k increased and the decimal reduction time D reduced.The Zpand Vawere 917. 431MPa and-6.020cm3/mol respectively.

high hydrostatic pressure；raspberry；polyphenol oxidase；kinetic

TS255.1

A

1002-0306（2010）11-0127-04

2009-09-11 *通訊聯(lián)系人

江?。?982-），女，碩士，研究方向：食品非熱加工技術(shù)。

國(guó)家“863”計(jì)劃重點(diǎn)課題（2007AA100405）。