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        抑制山藥中多酚氧化酶活性的研究

        2019-01-10 03:01:10
        食品工程 2018年4期
        關鍵詞:護色抗壞血酸氧化酶

        段 勇

        (江西省食品發(fā)酵研究所,江西宜春 336000)

        山藥,別名薯芋、薯藥為薯科多年生草本植物薯芋的塊根,冬季采挖,原產(chǎn)于亞熱帶,在我國已有幾百年的栽培歷史。山藥營養(yǎng)豐富,供應時間長,適口性強,是深受人們喜食的蔬菜。山藥除具有較廣泛的食用價值外,還有較豐富的藥用價值。其最大的特點是能夠供給人體大量的黏液蛋白質,對人體有特殊的保健作用,能預防心血管系統(tǒng)的脂肪沉積,保持血管脈粥樣硬化過早發(fā)生,減少皮下脂肪沉積,避免出現(xiàn)肥胖。作為高營養(yǎng)食品,山藥中含有大量淀粉、蛋白質、B族維生素、維生素C、維生素E、葡萄糖、粗蛋白氨基酸、膽汁堿(choline)、尿囊素(allantoin)等。其中重要的營養(yǎng)成分薯蕷皂是合成女性荷爾蒙的先驅物質,有滋陰補陽、增強新陳代謝的功效;而新鮮塊莖中含有的多糖蛋白成分的黏液質、消化酵素等,可預防心血管脂肪沉積,有助于胃腸的消化吸收。

        但是山藥在貯藏及加工過程中,尤其是山藥去皮、切塊后很容易產(chǎn)生褐變,主要原因是山藥組織中的多酚氧化酶(PPO)及多酚類物質含量比較高,在有氧氣存在的情況下,由多酚氧化酶(PPO)催化,內(nèi)源的酚類物質生成鄰醌,鄰醌再相互聚合成醌或與蛋白質、氨基酸等作用生成高分子絡合物而導致褐色素的生成,色素分子量愈高,顏色愈暗,從而導致褐變。

        褐變不僅影響山藥的外觀,更重要的是降低了山藥的營養(yǎng)價值。本試驗通過對引起酶促反應的多酚氧化酶(PPO)活性的研究,探討了pH值、溫度、護色液(主要是添加抑制多酚氧化酶活性的抗氧化劑)等對山藥褐變的影響,并據(jù)此提出抑制山藥中多酚氧化酶活性的條件和方法,旨在為生產(chǎn)過程中防止山藥褐變提供一定的理論依據(jù)。

        1 試驗材料與方法

        1.1 試驗材料

        1.1.1 試驗原料

        山藥,購于農(nóng)貿(mào)市場,新鮮、未破損。

        1.1.2 主要試劑

        檸檬酸,上海試劑一廠;磷酸氫二鈉,廣州市重華化工有限公司;抗壞血酸,成都科龍化工試劑廠;EDTA,廣東汕頭市西隴化工廠;鄰苯二酚,國藥集團化學試劑有限公司。所用試劑均為分析純。

        1.2 主要試驗儀器

        723型可見分光光度計,上海光譜儀器有限公司;GL-20B型冷凍離心機,上海安亭科學儀器廠;HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋,國華電器有限公司;TG328A分析天平,上海精密科學儀器有限公司;電熱恒溫干燥箱,上海躍進醫(yī)療器械廠。

        1.3 試驗方法

        1.3.1 山藥中PPO活性的測定

        1.3.1.1 粗酶液的提取

        稱取10 g已去皮的新鮮山藥,迅速用不銹鋼刀片切片,然后轉入研缽中,加入0.05 mol/L、pH值為5.6的磷酸緩沖溶液10 mL,研磨成勻漿。將勻漿轉入離心管,在2℃~6℃、10 000 r/min離心15 min,上清液過濾后轉入50 mL容量瓶中,用0.05 mol/L、pH值為5.6的磷酸緩沖溶液定容至刻度。再從50 mL容量瓶中移取5 mL酶液轉入25 mL容量瓶中,用0.05 moL/L、pH值為5.6的磷酸緩沖溶液定容至刻度,4℃保存,等待PPO測定。

        1.3.1.2 PPO活性的測定

        空白對照:3 mL 0.05 moL/L、pH值為5.6的磷酸緩沖溶液+2 mL0.2 moL/L的鄰苯二酚溶液,再加入1.0 mL在沸水中加熱6 min的粗酶液,混勻。

        反應體系:3 mL 0.05 moL/L、pH值為5.6的磷酸緩沖溶液+2 mL0.2 moL/L的鄰苯二酚溶液,再加入1.0 mL粗酶液,混勻。溶液混勻后開始計時,在420 nm處測其吸光度(OD),每30 s記錄1次,共記錄5 min。以初始直線段的斜率(OD/t)計算酶活力。在測定條件下,每分鐘引起吸光度改變0.001所需的酶量定義為1個相對酶活力單位。

        1.3.2 pH值對PPO活性的影響

        配制 pH 值為 2.4、2.8、3.2、3.6、4.0、4.4、4.8、5.2、5.6、6.0、6.4、6.8、7.2的系列磷酸緩沖液,按上述方法測定不同pH值的緩沖液與酶液及底物混勻后的吸光度,計算出PPO的相對活性。

        1.3.3 溫度對PPO活性的影響

        以2.0 mL 0.2 moL/L的鄰苯二酚為底物,加入pH值5.6的磷酸緩沖溶液3.0 mL,分別在0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃保溫6 min,對應加入相同溫度下保溫6 min的PPO粗酶液1.0 mL,混勻迅速后測定吸光度,計算出PPO的相對活性。

        1.3.4 護色液配比對PPO活性的影響

        參照《GB2760食品添加劑使用標準》中蔬菜抗氧化劑最大使用量,配制不同質量分數(shù)EDTA、抗壞血酸與檸檬酸混合護色液,將山藥去皮,切成不同厚度薄片浸在護色液中護色3.5 h,瀝干后依據(jù)前述方法制成粗酶液,在pH值5.6的緩沖液中測定其PPO活性。以未經(jīng)過護色的山藥制得的酶液為對照,比較不同配比護色液對山藥多酚氧化酶的抑制作用。試驗以不同山藥切片厚度、EDTA質量分數(shù)、抗壞血酸質量分數(shù)與檸檬酸質量分數(shù)為研究因素,以PPO相對活性為考察指標,設計四因素三水平正交試驗對護色條件進行優(yōu)化,因素水平見表1。

        表1 山藥護色正交試驗因素水平

        2 結果與分析

        2.1 pH值對PPO活性的影響

        試驗結果見下頁圖1。

        圖1 pH與PPO相對活性的關系

        由圖1可知,pH在2.4~5.6之間,山藥中多酚氧化酶(PPO)的活性隨pH值的升高而增強,到達pH5.6時活力最強;在pH5.6~7.2之間,隨pH值的升高明顯減弱,升高到pH7.2時,多酚氧化酶(PPO)的活性趨近為零;酶活性最高時的pH值為5.6。pH值對PPO活性的影響顯著,通過調節(jié)pH值能有效抑制PPO的活力。因此,在抑制山藥中多酚氧化酶(PPO)的活性時應當考慮到pH值的影響,以pH值2.4或pH值7.2時較為適宜。

        2.2 溫度對PPO活性的影響

        試驗結果見圖2。

        圖2 溫度與PPO相對活性的關系

        由圖2可知,在0℃~35℃之間,山藥中多酚氧化酶(PPO)的活性隨溫度的升高而增強,35℃時最高;當溫度繼續(xù)上升,即在35℃~65℃之間時,山藥中多酚氧化酶(PPO)的活性隨溫度的升高而下降。溫度的變化對酶的活性影響很大,酶的活性在溫度下降到20℃以下或升高到50℃以上后顯著降低。雖然高溫度能抑制多酚氧化酶(PPO)的活性,但考慮對其他營養(yǎng)成的影響,山藥貯藏溫度選擇5℃比較合適。

        2.3 混合護色液抑制PPO活性正交試驗結果

        不同配比EDTA、抗壞血酸與檸檬酸混合護色液對不同切片厚度山藥PPO活性抑制正交試驗結果見表2。

        表2 正交試驗結果

        由表2可以看出,影響山藥PPO活性各因素的主次為:C>D>B>A,即抗壞血酸質量分數(shù)>檸檬酸質量分數(shù)>EDTA質量分數(shù)>樣品厚度;優(yōu)化的護色條件為A1B1C2D1,即山藥切片厚度3 mm、EDTA質量分數(shù)0.03%、抗壞血酸質量分數(shù)0.4%、檸檬酸質量分數(shù)0.5%。由于正交試驗中無此試驗條件組合,因此還需進行驗證性試驗。驗證試驗結果表明,此條件下山藥PPO相對活性為18.1%,能較好地抑制山藥的酶促褐變。

        3 小結與討論

        pH值與溫度對山藥中多酚氧化酶(PPO)活性的影響研究結果表明,能夠有效抑制山藥中多酚氧化酶(PPO)活性的pH值應控制在2.4或7.2左右;能夠有效抑制山藥中多酚氧化酶(PPO)活性的溫度應該控制在5℃左右。

        采用L9(34)四因素三水平正交試驗研究山藥的護色條件,優(yōu)化的護色條件為A1B1C2D1,即將3 mm厚鮮切山藥置于EDTA質量分數(shù)0.03%、抗壞血酸質量分數(shù)0.4%、檸檬酸質量分數(shù)0.5%的混合護色液中浸泡3.5 h后,山藥片色澤乳白、質地均勻尚好、無褐變現(xiàn)象,能較好地抑制山藥的酶促褐變,具有很好的護色效果。

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