劉勝男，馬云芳，張嶸，范劉敏，相啟森*

1. 鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院（鄭州 450001）；2. 食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心（鄭州 450001）

酶是一類(lèi)特殊的具有催化活性的蛋白質(zhì)，廣泛存在于各種食品原料中。內(nèi)源酶是影響食品質(zhì)量的重要因素之一，其在食品加工貯藏過(guò)程中引發(fā)的生物化學(xué)反應(yīng)直接影響食品的營(yíng)養(yǎng)、質(zhì)構(gòu)及感官性質(zhì)[1]。例如，麥胚等存在的脂肪酶（LA）、脂肪氧化酶（LOX）能夠水解脂肪生成游離脂肪酸并引發(fā)酶促氧化，從而造成食品酸敗[2]；廣泛存在于果蔬原料中的多酚氧化酶（PPO）、過(guò)氧化物酶（POD）等則會(huì)催化果蔬制品發(fā)生酶促褐變，并對(duì)其營(yíng)養(yǎng)及感官品質(zhì)造成不良影響[3]。

在食品加工貯藏過(guò)程中采取措施控制內(nèi)源酶活力對(duì)于有效保持食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及感官品質(zhì)具有重要的意義。雖然普遍采用的熱處理法能夠有效達(dá)到滅酶、鈍酶效果，但同時(shí)也會(huì)破壞食品中熱敏性成分并對(duì)風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)、色澤等造成不良影響。近年來(lái)超高壓、脈沖電場(chǎng)、超聲波、大氣壓冷等離子體、輻照等非熱技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注[4-6]。大氣壓冷等離子體（ACP）是一種新型非熱加工技術(shù)，在食品殺菌保鮮、內(nèi)源酶失活等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景[7-9]。因此，該文綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在ACP處理影響食品內(nèi)源酶方面的研究進(jìn)展，探討ACP作用機(jī)制，并對(duì)今后研究?jī)?nèi)容進(jìn)行討論和展望，以期為ACP技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 大氣壓冷等離子體

1.1 等離子體概述

等離子體（Plasma）是一種宏觀呈電中性的電離氣體，由電子、正負(fù)離子、自由基、基態(tài)或激發(fā)態(tài)分子和電磁輻射量子（光子）等組成[10]。根據(jù)離子和電子的熱力學(xué)平衡狀態(tài)，等離子體可分為高溫等離子體和低溫等離子體，其中低溫等離子體又可分為熱等離子體和冷等離子體。大氣壓冷等離子體（ACP）是指在大氣壓（常壓）條件下產(chǎn)生的冷等離子體[11-12]。因其具有能夠在常壓條件下產(chǎn)生、溫度接近室溫、活性組分含量豐富等優(yōu)點(diǎn)，ACP在各領(lǐng)域均有實(shí)際應(yīng)用[13-14]。

1.2 ACP產(chǎn)生方法

ACP主要通過(guò)電磁場(chǎng)激發(fā)氣體產(chǎn)生。常用放電方式主要包括介質(zhì)阻擋放電（DBD）、輝光放電、微波放電（MD）、電暈放電、滑動(dòng)電弧放電、大氣壓等離子體射流（APPJ）等[7,13-14]。

2 大氣壓冷等離子體對(duì)食品酶活性的影響

近年來(lái)，ACP在食品工業(yè)中的潛在應(yīng)用受到廣泛關(guān)注，應(yīng)用領(lǐng)域包括食品表面及包裝材料殺菌、食品組分改性、真菌毒素等有毒物質(zhì)降解等[13-14]。作為一種新型非熱加工技術(shù)，ACP對(duì)果汁、鮮切果蔬等滅酶、鈍酶效果被大量研究證實(shí)；與傳統(tǒng)熱處理工藝相比，ACP處理能夠較好地保持食品營(yíng)養(yǎng)成分和感官特性[8-9]。

2.1 ACP對(duì)食品酶活性的影響

如表1所示，DBD等離子體、輝光放電等離子體等均能夠有效失活模擬體系中乳酸脫氫酶、辣根過(guò)氧化物酶和溶菌酶等活力并造成其二級(jí)結(jié)構(gòu)等性質(zhì)發(fā)生顯著變化[15-19]。

表1 ACP對(duì)模擬體系中酶活力的影響

ACP對(duì)食品體系酶活力的影響見(jiàn)表2。各種ACP處理均能夠有效失活果蔬汁、鮮切果蔬、谷物等中多酚氧化酶、果膠甲酯酶（PME）、過(guò)氧化物酶等食品內(nèi)源酶[21-25]。如Tappi等[20]發(fā)現(xiàn)，DBD等離子體能有效失活鮮切蘋(píng)果片中多酚氧化酶，并顯著抑制儲(chǔ)藏過(guò)程中發(fā)生的酶促褐變，但未對(duì)其質(zhì)構(gòu)特性造成顯著影響。Xu等[21]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)DBD等離子體處理120 s后，鮮榨橙汁中果膠甲酯酶活力顯著降低，同時(shí)未對(duì)可溶性固形物含量、色澤等造成顯著影響。ACP處理會(huì)造成食品內(nèi)源酶失活，但Lee等[25]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)DBD等離子體處理5～20 min后，糙米中α-淀粉酶活力顯著升高（p＜0.05）；推測(cè)其原因可能是DBD等離子體處理使糙米表面出現(xiàn)裂隙，導(dǎo)致α-淀粉酶活力檢測(cè)結(jié)果升高。

表2 ACP對(duì)食品體系中酶活力的影響

2.2 ACP失活酶的影響因素

ACP對(duì)食品酶的失活作用受多種因素影響，主要包括ACP產(chǎn)生設(shè)備相關(guān)參數(shù)（設(shè)備類(lèi)型、放電電壓或功率、放電氣體類(lèi)型及流速、處理時(shí)間等）、酶及食品原料本身的性質(zhì)等。ACP對(duì)酶的失活作用一般隨等離子體放電電壓[21,23]、功率[24]升高和處理時(shí)間延長(zhǎng)而增強(qiáng)[20,23]。Chutia等[26]發(fā)現(xiàn)，DBD等離子體對(duì)椰汁POD和PPO的失活作用隨放電電壓的升高而增強(qiáng)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)PPO比POD對(duì)DBD等離子體處理更敏感。Kang等[27]研究不同氣體（N2、O2、Ar、He和空氣）對(duì)微波放電等離子體失活馬鈴薯PPO提取物的影響，發(fā)現(xiàn)使用空氣時(shí)PPO失活效果最好。該研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)馬鈴薯切片的大小也顯著影響微波放電等離子體對(duì)PPO失活效果。馬鈴薯切片表面積體積比分別為7.1（3.2 cm×0.8 cm×0.5 cm）和9.0（0.8 cm×0.8 cm×0.5 cm）時(shí)，900 W處理40 min后，馬鈴薯切片中PPO活力分別降低27.6%和41%[27]。

2.3 ACP失活食品酶的動(dòng)力學(xué)模型

研究ACP失活食品酶的動(dòng)力學(xué)規(guī)律對(duì)于優(yōu)化ACP處理工藝參數(shù)等具有重要指導(dǎo)意義。Pankaj等[28]和Chutia等[26]研究表明，與一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Logistic模型相比，Weibull模型可以更好擬合DBD等離子體誘導(dǎo)番茄POD和椰汁POD、PPO失活。而Segat等[29]發(fā)現(xiàn)，與一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Logistic模型相比，Weibull模型能更好地?cái)M合DBD等離子體誘導(dǎo)的堿性磷酸酶失活規(guī)律。

3 ACP對(duì)食品酶的作用機(jī)理

ACP對(duì)酶的失活作用與氣體放電過(guò)程中產(chǎn)生高能電子、帶電粒子、自由基等活性物質(zhì)、紫外線及其他射線等有關(guān)[30-31]。氣體放電過(guò)程中產(chǎn)生大量活性物質(zhì)，如臭氧（O3）、過(guò)氧化氫（H2O2）、單態(tài)氧（1O2）、超氧陰離子（O2-）、羥自由基（·OH）、一氧化氮自由基（·NO）等[32-33]。

3.1 ACP對(duì)氨基酸殘基的修飾

ACP所含有活性化學(xué)物質(zhì)能與酶的氨基酸殘基發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，如酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸的苯環(huán)發(fā)生羥基化和硝基化修飾；組氨酸和脯氨酸發(fā)生酰胺化修飾和開(kāi)環(huán)反應(yīng)等[34-35]。氨基酸殘基的化學(xué)修飾能顯著改變酶及其活性位點(diǎn)疏水性、分子間作用力等，造成酶的失活。Lackmann等[36]發(fā)現(xiàn)在DBD等離子體失活牛胰腺核糖核酸酶A（RNase A）過(guò)程中，RNase A所含有甲硫氨酸、半光氨酸、組氨酸等殘基被氧化修飾；其中，Met79和Met13被氧化形成甲硫氨酸亞砜，還原劑二甲硫醚處理能部分恢復(fù)DBD等離子體所造成RNase A失活；半光氨酸被氧化后不能再形成二硫鍵。結(jié)果表明，DBD等離子體可能通過(guò)氧化修飾甲硫氨酸、半光氨酸等氨基酸殘基而失活RNase A。

3.2 ACP對(duì)酶空間結(jié)構(gòu)的影響

除直接修飾氨基酸殘基以外，ACP也對(duì)酶的空間結(jié)構(gòu)造成影響。如圓二色光譜（CD）檢測(cè)結(jié)果表明，DBD等離子體處理能造成LDH和RNase A二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋和β-折疊含量顯著降低[18,34]；動(dòng)態(tài)光散射（DLS）檢測(cè)結(jié)果表明，DBD等離子體處理造成LDH發(fā)生聚集，這也可能是LDH失活原因之一[18]。

3.3 ACP對(duì)酶活性位點(diǎn)的影響

研究證實(shí)，ACP處理可能破壞酶與底物結(jié)合的活性位點(diǎn)或酶的輔基，導(dǎo)致酶的活性發(fā)生變化。溶菌酶含有3個(gè)酪氨酸殘基和6個(gè)色氨酸殘基，其中Trp62和Trp108接近底物結(jié)合位點(diǎn)。Choi等[37]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)ACP處理后，溶菌酶Trp內(nèi)源熒光強(qiáng)度顯著降低，這可能與色氨酸殘基修飾或其周?chē)h(huán)境極性變化有關(guān)；X射線晶體檢測(cè)結(jié)果證實(shí)Trp62、Asp101及Trp108的位置均發(fā)生變化。血紅素（正鐵原卟啉）是辣根過(guò)氧化物酶體（HRP）輔基，在維持其天然構(gòu)象方面有重要作用。研究結(jié)果表明，輝光放電等離子體中含有過(guò)氧化氫（H2O2）、羥自由基（·OH）等活性物質(zhì)及紫外線能降解血紅素，從而導(dǎo)致HRP失活[17]。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

大量研究表明，ACP能有效失活PPO、POD等多種食品內(nèi)源酶。與傳統(tǒng)熱處理相比，ACP處理能有效保持食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和感官品質(zhì)。在今后研究中，應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究系統(tǒng)闡明ACP影響食品內(nèi)源酶作用機(jī)制及動(dòng)力學(xué)模型并優(yōu)化ACP處理工藝參數(shù)，為其工業(yè)利用提供理論依據(jù)；此外，關(guān)于ACP影響食品內(nèi)源酶的研究主要集中于應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面，其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究是今后研究的重要內(nèi)容之一。