毛相朝，李 嬌，陳昭慧

（1 中國海洋大學食品科學與工程學院 山東青島 266003 2青島海洋科學與技術(shù)國家試點實驗室/海洋藥物與生物制品功能實驗室 山東青島 266237）

酶是由活細胞產(chǎn)生，對底物有專一性和特異性的蛋白質(zhì)或RNA。內(nèi)源酶指動植物和微生物來源的食物中本身含有的酶，其發(fā)生變化會對食品的質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)和感官性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。例如：多酚氧化酶（PPO）能催化果蔬中內(nèi)源性多酚物質(zhì)氧化生成黑色素，是引起果蔬酶促褐變的主要酶類；過氧化物酶（POD）同樣能夠催化許多酚類物質(zhì)的氧化反應(yīng)，在貯藏過程中對食品風味產(chǎn)生負面影響[1]。果膠甲酯酶（PME）能水解果汁中的果膠，使果汁變得更混濁，發(fā)生分層現(xiàn)象[2]。脂肪氧化酶（LOX） 則能專一催化多元不飽和脂肪酸氧化反應(yīng)，造成食品酸敗。鑒于此，在加工過程中對食品內(nèi)源酶活力進行有效控制，對保持食品感官品質(zhì)與營養(yǎng)價值具有重要意義。

傳統(tǒng)熱加工能有效鈍化內(nèi)源酶，延長食品保質(zhì)期，一直是食品工業(yè)中極為重要的加工方式。然而，加熱處理會對食品營養(yǎng)物質(zhì)、天然色澤和質(zhì)構(gòu)、揮發(fā)性風味物質(zhì)及生理活性成分等產(chǎn)生不良影響，特別是對于熱敏性或有特殊要求的功能食品經(jīng)常不能達到預期的效果。近年來為了克服傳統(tǒng)加工方法的局限性，越來越多的研究人員探索將聲、光、電、磁、壓等物理學方法應(yīng)用于食品加工過程中。以超高壓、超聲波、輻照、等離子體、高壓脈沖電場等為代表的非熱加工技術(shù)蓬勃發(fā)展起來，因其在有效鈍酶的同時較好地保持食品原有營養(yǎng)與活性物質(zhì)而受到廣泛關(guān)注。本文梳理近年來國內(nèi)外非熱加工技術(shù)對食品內(nèi)源酶活性的影響研究，探討該技術(shù)對食品內(nèi)源酶的作用機制，在理論結(jié)合實踐的基礎(chǔ)上展望未來研究方向，為非熱加工技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用提供參考。

1 超高壓

超高壓技術(shù)（Ultra high pressure processing，UHP），是指將待處理物料置于密閉的高壓容器中，在一定溫度、適當時間內(nèi)（20～40 min）對樣品持續(xù)施加100～1 000 MPa 的壓強，達到鈍化酶類，改善食品品質(zhì)與特性的目的。作為非熱加工技術(shù)中成熟度最高的一種，超高壓在許多國家得到廣泛應(yīng)用[3]。經(jīng)超高壓處理，酶蛋白疏水鍵和離子鍵被切斷或重新形成，同時可以改變物料分子中非共價鍵的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，從而影響酶的活性。

1.1 超高壓對食品內(nèi)源酶活性的影響

如表1所示，超高壓具有失活模型體系中辣根過氧化物酶（HRP）等酶的能力，并影響食品中多酚氧化酶（PPO）、過氧化物酶（POD）、果膠甲酯酶（PME）的活性。如張林玉等[4]發(fā)現(xiàn)當壓力大于200 MPa 時，腌漬紅椒中POD 和PME 活性明顯受到抑制，而且超高壓處理后紅椒的質(zhì)構(gòu)特性、色澤品質(zhì)優(yōu)于熱處理組。侯思涵[5]在500 MPa、35 ℃條件下處理哈密瓜汁，發(fā)現(xiàn)醇脫氫酶（ADH）全部失活，處理后哈密瓜汁中可溶性固體變化不大，且濁度降低，色澤趨于鮮亮。

表1 超高壓對模擬體系和食品體系中酶活力的影響Table 1 Effect of ultra high pressure on enzyme activity in simulated system and food system

超高壓導致內(nèi)源酶失活的效果主要與設(shè)備壓力參數(shù)（壓強、溫度、時間）、介質(zhì)環(huán)境、酶自身性質(zhì)等有關(guān)。低壓下酶失活一般是可逆的，而較高壓力會造成酶的不可逆失活。加壓時間對酶活多為消極影響，隨著加壓時間的延長，酶活呈逐漸下降的狀態(tài)。Cano 等[6]研究超高壓對草莓醬中POD 和PPO活性的影響時發(fā)現(xiàn)，在300 MPa 壓力下POD 失活率為20%，而PPO 失活率高達60%，說明不同種類的酶在相同壓力處理下活性變化差異明顯。另有研究表明食品介質(zhì)性質(zhì)的不同也顯著影響酶活的變化，番茄整果和番茄切片中PME 經(jīng)超高壓處理后，前者酶活基本沒有變化，而后者基本被鈍化[7-8]。介質(zhì)中若含有糖、蛋白質(zhì)、脂肪、可溶性鹽等會增加酶的耐受力，而較高的溫度會降低酶的耐受力，與高壓處理有協(xié)同增效的作用。有研究表明：在450 MPa 和25°C 下處理蘋果汁時PPO 活性增強，而在相同壓力50°C 下處理60 min，蘋果汁中PPO 殘留活性僅為（9±2.25）%，這說明隨著加壓溫度的升高，PPO 活性會顯著下降[9]。

1.2 超高壓失活酶的動力學模型

超高壓處理后大部分酶的活力-壓力呈鐘型曲線。采用動力學模型對酶失活曲線的擬合情況如表2所示。在長時間加熱或加壓處理后部分酶仍能保持穩(wěn)定，殘留酶活性可以描述為一階分數(shù)轉(zhuǎn)換模型，如番茄相較于橙子中的PME 更耐壓，其殘存PME 的失活則遵循一階動力學[15]。在恒壓條件下，用阿倫尼烏斯方程可以很好地描述失活速率常數(shù)的溫度依賴關(guān)系。在恒溫條件下，用艾林理論來描述失活速率常數(shù)的壓力依賴關(guān)系。然而，Rodrigo 等[16]研究發(fā)現(xiàn)在高溫/低壓范圍，阿倫尼烏斯方程和艾林理論均無法完整擬合番茄LOX 的壓力-溫度失活曲線，而需采用多項式模型描述番茄LOX 失活速率常數(shù)的溫壓依賴性。由此可見，酶失活速率通常與壓力、時間和溫度有關(guān)。在一階失活模型的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展建立多項式模型，對于設(shè)計和優(yōu)化壓力與溫度組合至關(guān)重要。

表2 超高壓條件下酶的失活動力學模型Table 2 Inactivation dynamical model of enzyme under ultra high pressure

1.3 超高壓對食品內(nèi)源酶的作用機理

超高壓處理會使酶體積發(fā)生改變，從而使維持酶空間結(jié)構(gòu)的次級鍵因體積的縮小而被切斷或重新形成，酶的空間結(jié)構(gòu)由α-螺旋和β-折疊向不規(guī)則卷曲轉(zhuǎn)變。Yi 等[22]在研究滅活蘑菇中PPO 時觀察到，將壓力水平提至1 600 MPa，可顯著降低α-螺旋的含量。另有研究表明：在壓力200～700 MPa 條件下，超高壓處理會誘導丁酰膽堿酯酶蛋白變性，導致色氨酸殘基暴露在極性溶劑環(huán)境中[23]，影響酶分子的表面疏水性，從而使酶活性喪失。

2 超聲波

超聲波（Ultrasound，US）是一種頻率高，波長短且穿透力較強的特殊聲波，根據(jù)超聲頻率范圍，可以分為低能超聲和高能超聲兩種[24]，其具有的特殊作用主要與產(chǎn)生的空化效應(yīng)有關(guān)。空化效應(yīng)大多數(shù)發(fā)生在液體環(huán)境中，介質(zhì)分子在超聲波的影響下出現(xiàn)擠壓現(xiàn)象，當壓力足夠大時，介質(zhì)之間發(fā)生急劇拉扯，進而產(chǎn)生空化氣泡。超聲波所產(chǎn)生的能量可使生物大分子物質(zhì)之間的次級鍵發(fā)生斷裂，從而使它們的高級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

2.1 超聲波對食品內(nèi)源酶活性的影響

如表3所示，經(jīng)超聲波處理后模擬體系中的HRP、過氧化氫酶（CAT）的活力都受到一定程度的抑制。當超聲波作用于食品體系時，能有效抑制新鮮果蔬PPO、PME、多聚半乳糖醛酸酶（PG）等。Chen 等[25]發(fā)現(xiàn)超聲處理后的草莓汁中PME 活性顯著下降，同時草莓汁的澄清度上升，可溶性固體和pH 值仍保持穩(wěn)定狀態(tài)。劉夢培等[26]發(fā)現(xiàn)用420 W 超聲處理30 min 后甜柿的PG 活力降低，而其硬度、亮度得以保持，且相較于對照組果實的含水量和鈣離子的下降都有明顯的抑制。

表3 超聲波對模擬體系和食品體系中酶活力的影響Table 3 Effect of ultrasound on enzyme activity in simulated system and food system

超聲波作用酶的效果主要取決于設(shè)備參數(shù)（超聲頻率、功率、密度）、處理溫度、時間、介質(zhì)的類型等。Engmann 等[27]發(fā)現(xiàn)，不同頻率（22，24，26 kHz）、相同功率（60 W）的超聲處理30 min，桑葚汁中殘留PPO 活性分別為59.16%，74.98%，81.98%，這表明PPO 失活比例隨超聲頻率的增加而降低。Chen 等[25]研究不同超聲功率對酶活的影響時發(fā)現(xiàn)，在242，605 W/cm2和968 W/cm2處理10 min 的條件下，草莓汁中PME 的活性分別降低了76.86%，84.67%和89.11%，說明隨著超聲功率的上升，酶活下降明顯。除此之外，采用超聲處理水溶液中的枯草蛋白酶，結(jié)果酶活性損失一半，而在戊醇溶劑中酶活保持穩(wěn)定不變，說明介質(zhì)性質(zhì)對超聲處理時酶的活性和穩(wěn)定性有較大影響。

2.2 超聲波失活酶的動力學模型

由于超聲波對食物內(nèi)源酶活性的影響因素多種多樣，了解超聲場下酶失活動力學方程有利于更好地確定滅酶條件，控制食品加工、運輸過程中出現(xiàn)的品質(zhì)問題。超聲場下酶失活動力學方程主要有一級動力學模型、一階雙相失活模型、部分轉(zhuǎn)化模型（見表4）。Terefe 等[32]研究發(fā)現(xiàn)在50～75 ℃條件下，單獨熱處理番茄可使聚半乳糖醛酸酶（PG）部分失活，用部分轉(zhuǎn)化模型可以很好地描述這一階段的失活動力學，表明在該條件下部分PG活性在長時間處理后仍保持穩(wěn)定。當采用超聲處理時，PG 的兩種亞型PG1 和PG2 可以同時失活，符合一階雙相失活模型。推測超聲處理可能導致PG1 解離成熱不穩(wěn)定的PG2 和熱穩(wěn)定的b 亞基，然后，通過熱和超聲處理的協(xié)同作用使PG2 失活。Kadkhodaee 等[33]研究發(fā)現(xiàn)在溫度20～80 ℃范圍，超聲波處理后α-淀粉酶的失活符合一級動力學模型，失活常數(shù)速率與溫度的依賴關(guān)系也符合阿倫尼烏斯方程。

表4 超聲場下酶失活動力學模型Table 4 Inactivation dynamical model of enzyme under ultrasonic field

2.3 超聲波對食品內(nèi)源酶的作用機理

超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生的空穴氣泡崩塌時，釋放的巨大能量會導致局部產(chǎn)生5 500 K 左右的高溫，高達108 N/m2的剪切力和大量活性自由基，破壞了酶分子周圍的環(huán)境，使酶活性降低[37]。李冰等[29]發(fā)現(xiàn)超聲處理后的CAT 中α-螺旋數(shù)量略有減少，β-折疊和無規(guī)則卷曲顯著增加，二級結(jié)構(gòu)出現(xiàn)從有序向無序轉(zhuǎn)變的趨勢。自由基產(chǎn)生的高能量會使酶活性中心發(fā)生變化，酶分子遭到破壞逐漸失活。Aamir 等[31]采用高強度超聲處理，為木瓜汁PPO 活性中心提供了更多的能量，促進了活性中心向極性環(huán)境轉(zhuǎn)化，從而抑制了PPO 的催化活性。羥基自由基通過添加或電子轉(zhuǎn)移的方式與大多數(shù)氨基酸快速發(fā)生反應(yīng)[38]，其中半胱氨酸易被自由基優(yōu)先氧化為二硫化物。

3 輻照技術(shù)

輻照（Irradiation）是一種利用電離或非電離輻射所產(chǎn)生的活化原子或分子對物料進行處理的技術(shù)。電離輻射包括γ-射線、高能電子束和X-射線等，非電離輻射包括紫外線、紅外線等。輻照處理過程中食品并不與輻射源直接接觸，而是暴露于輻射源下。該過程不同于熱加工過程，基本不會提高食品表面溫度，只需消耗較少的能量便可實現(xiàn)對酶的滅活，對食物的色澤、風味影響較小[39]。然而，在食品加工過程中，對使用的電離輻射源有一定的限定，國家標準中確立10 kGy 以下的輻照為安全劑量。

3.1 輻照對食品內(nèi)源酶活性的影響

如表5所示，經(jīng)輻照處理后模擬體系中的HRP、PPO 等受到一定程度的抑制。同時，采用鈷源、紫外處理等方式也可有效抑制食品中PPO、POD、LOX 等酶活性。有研究表明：采用400 Gy 高能電子束輻照獼猴桃后，可有效抑制細胞壁降解相關(guān)酶，如PG 和PME 的活性以及基因表達，延緩了果實的軟化[40]。Aguilar 等[41]采用紫外線處理3種桃汁時發(fā)現(xiàn)，在45 ℃輻照60 min 后所有品種中PPO 活性幾乎完全喪失，然而果汁pH 值、VC 和糖含量均無明顯變化。

表5 輻照對模擬體系和食品體系中酶活力的影響Table 5 Effects of irradiation on enzyme activity in simulated system and food system

輻照對酶的作用效果主要與輻照源、輻照劑量、處理方式等有關(guān)。研究表明：采用1 kGy 低劑量的60Co-γ 射線輻照，可有效控制香菇中超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽還原酶（GR）、纖維素酶（CX）的活性，而輻照劑量在1.5 kGy 以上會加快這些內(nèi)源酶活性的喪失，說明輻照劑量顯著影響酶的失活速度[42]。另外，輻照技術(shù)鈍酶效果與處理方式有關(guān)。劉超等[43]研究表明采用4 kGy 單獨輻照，梨汁中PPO 殘留活性最低為61%，而當梨汁pH 值調(diào)至3.1 時，采用3 kGy 劑量的γ-射線復合處理對PPO 活性抑制率達92%，這說明復合處理較單獨處理能更明顯降低PPO 活性。

3.2 輻照失活酶的動力學模型

輻照失活酶的動力學模型如表6所示。一般來說，一級動力學模型能較好地描述輻照對酶的滅活情況。如馬海樂等[52]采用一級動力學模型預測輻照過程中馬鈴薯片PPO 的失活情況。Aguilar等[41]發(fā)現(xiàn)輻照處理后的桃汁PPO 和POD 活性也符合一階動力學模型衰減階段的擬合參數(shù)。此外，Daniel 等[53]發(fā)現(xiàn)通過UVB 太陽能輻射處理后，用經(jīng)典的Michaelis-Menten 模型可以很好地擬合酶失活動力曲線。Augusto 等[50]選用簡單的一階失活動力學、一階雙相失活動力學、兩步失活動力學3種模型來評估椰汁中PPO 和POD 失活的可能性，結(jié)果表明：一階雙相失活動力學模型可以更好地描述酶活的喪失。即便如此，在許多情況下，現(xiàn)有的模型并不能用來描述所有酶的失活特性，需對試驗參數(shù)進行深入探究和優(yōu)化。

表6 輻照下酶失活動力學模型Table 6 Inactivation dynamical model of enzyme under irradiation

3.3 輻照對食品內(nèi)源酶的作用機理

輻照會使食品中質(zhì)子化羧基和帶正電荷的氨基發(fā)生靜電排斥作用，影響酶的二級結(jié)構(gòu)，從而抑制其活性。張琥等[54]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)紅外照射處理后馬鈴薯PPO 中β-轉(zhuǎn)角含量顯著下降，隨著處理時間的延長和輻射強度的增強，無規(guī)則卷曲含量顯著提高。除此之外，輻照產(chǎn)生的氧化應(yīng)激作用會促進自由基的產(chǎn)生，通過自由基鏈式反應(yīng)使酶分子發(fā)生聚合，起到鈍化食品內(nèi)源酶的作用。麻姍姍等[44]研究發(fā)現(xiàn)高能電子束所產(chǎn)生的羥基自由基會引起血紅素降解和肽鏈斷裂，從而引起酶的失活。

4 大氣壓冷等離子體

等離子體是一種中性電離氣體，由光子、電子、正負離子、原子、激發(fā)和非激發(fā)分子等粒子組成，是不同于固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的物質(zhì)“第四態(tài)”[55]。等離子體可以分為熱等離子體和冷等離子體，冷等離子體因中性離子溫度低于電子溫度而得名。大氣壓冷等離子體 （atmospheric cold plasma，ACP）是指在大氣壓條件下產(chǎn)生的冷等離子體，它可以通過等離子體射流 （APPJ）、介質(zhì)阻擋放電（DBD）和電弧放電等產(chǎn)生，目前在各個領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有研究表明ACP 在食品殺菌鈍酶方面有潛在價值，與其它方法相比，具有操作簡單，處理時間短，效率高等優(yōu)點。

4.1 大氣壓冷等離子體對食品內(nèi)源酶活性的影響

如表7所示，ACP 處理能有效抑制模擬體系中乳酸脫氫酶（LDH）、PPO、POD 等酶活力，并能使食品中PPO、POD、PME 和LOX 等內(nèi)源酶失活。Surowsky 等[56]發(fā)現(xiàn)，隨著DBD 等離子體處理時間的延長和處理電壓的升高，椰汁中的PPO 酶活性顯著下降，而椰汁的色澤、口感和質(zhì)地并未發(fā)生顯著變化。Tappi 等[57]用電壓15 kV，頻率12.7 kHz 的DBD 等離子體處理鮮切蘋果30 min，發(fā)現(xiàn)PPO 活性降低58%，并可有效抑制蘋果褐變的發(fā)生。

表7 大氣壓冷等離子體對模擬體系和食品體系中酶活力的影響Table 7 Effects of atmospheric cold plasma on enzyme activity in simulated system and food system

ACP 鈍酶的效果受很多因素影響，比如處理時間、設(shè)備功率、氣體類型、酶自身特性等。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，等離子體的設(shè)備功率越大，酶失活速率越快；處理時間越長，酶殘余活性越低。Tolouie 等[58]發(fā)現(xiàn)經(jīng)20 kV 和24 kV 的DBD 等離子體處理5 min，小麥中LOX 殘留酶活分別為39.97%和36.45%，這表明隨著處理電壓的升高，酶失活程度增加。Illera 等[59]采用輝光放電處理蘋果汁時發(fā)現(xiàn)PPO 活性下降較為顯著，在電壓10.5 kV 下分別處理4 min 和5 min，酶活分別降低72.4%和84%，說明隨著處理時間的延長，蘋果汁中的PPO活性明顯下降。Xu 等[60]研究了氣體類型對酶失活的影響，發(fā)現(xiàn)采用空氣或混合氣體（65% O2+30%N2+5% CO2），經(jīng)DBD 等離子體處理120 s 后鮮榨橙汁中PME 活力分別降低了74%和82%，表明混合氣體更有利于PME 的失活。

4.2 大氣壓冷等離子體失活酶動力學模型

建立和評估酶失活動力學模型，研究失活規(guī)律對于優(yōu)化ACP 處理食品時的工藝流程具有重要意義。表8為大氣壓冷等離子體失活酶的動力學模型。Surowsky 等[64]研究表明氣體成分對蘋果汁中的失活起關(guān)鍵作用，且酶失活符合Weibull 模型。Kang 等[63]發(fā)現(xiàn)經(jīng)ACP 處理后馬鈴薯PPO 失活遵循一階失活模型、Weibull 模型和二階失活模型。Pankaj 等[65]在研究大氣壓冷等離子體對番茄POD 失活作用時，分別采用一階失活模型、Weibull 模型和三參數(shù)logistic 模型進行建模，結(jié)果Weibull 模型和Logistic 模型能更好地描述酶的失活動力學。

表8 大氣壓冷等離子體失活酶的動力學模型Table 8 Inactivation dynamical model of enzyme under atmospheric cold plasma

4.3 大氣壓冷等離子體對食品內(nèi)源酶的作用機理

氣體放電過程中能夠生成多種含氧活性物質(zhì)，它們可以通過破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，攻擊酶活性中心等使酶活性降低。Zhang 等[61]采用圓二色光譜和動態(tài)光散射（DLS）發(fā)現(xiàn)，提高DBD 等離子體處理強度會導致LDH 中α-螺旋結(jié)構(gòu)降低，β-折疊和隨機序列增加。Ke 等[66]通過紫外-可見吸收光譜分析，經(jīng)等離子體處理后HRP 中血紅素和鐵的含量顯著降低，說明等離子體在處理HRP 時所放出的活性物質(zhì)（H2O2和·H 等）會降解酶的輔基血紅素，從而使HRP 失活。當含硫氨基酸以及具有芳香族殘基的氨基酸受到放射氣體的攻擊時，會發(fā)生氧化修飾，導致酶的失活。Lackmann 等[67]發(fā)現(xiàn)DBD 等離子體可使牛胰腺核糖核酸酶A（RNase A） 失活，并在60 s 后RNase A 所含甲硫氨酸Met79 和Met13 被氧化修飾成甲硫氨酸亞砜。

5 高壓脈沖電場

高壓脈沖電場 （Pulsed electric field，PEF）主要由電源、脈沖裝置、樣品處理室、殺菌室、冷卻和溫控系統(tǒng)組成。PEF 是在常溫或制冷溫度下，將處于殺菌室兩個電極之間的液態(tài)（半固態(tài)）物料反復施加高電場強度 （10～50 kV/cm）、較短脈沖寬度（0～100 μs）和較高脈沖頻率（0～2 000 Hz），由脈沖和力學效應(yīng)引起的沖擊波使酶發(fā)生失活。作為一種溫和的非熱處理方法，PEF 具有處理時間短，安全性高，能耗低等優(yōu)點，在快速鈍化食品內(nèi)源酶的同時，可以不影響提取產(chǎn)物的質(zhì)量，最大程度地保持食品的原有品質(zhì)。

5.1 高壓脈沖電場對食品內(nèi)源酶活性的影響

如表9所示，PEF 能有效失活模擬體系中的木瓜蛋白酶、堿性磷酸酶（ALP）和HRP 等，對果蔬中POD、PPO、LOX 等酶有較好的抑制效果。如陳晨等[68]發(fā)現(xiàn)經(jīng)30 kV/cm PEF 處理500 μs，胡蘿卜汁中PPO 和POD 活性顯著下降，同時其色澤、黏度均未發(fā)生顯著變化。郭丹丹[69]發(fā)現(xiàn)脈沖強磁場處理對牛奶中CAT 和乳過氧化物酶（LPO）有顯著的鈍化作用，然而幾乎不影響牛奶的感官和理化性質(zhì)，對牛奶中營養(yǎng)成分也有較好的保留。Leong等[70]在用PEF 處理胡蘿卜內(nèi)源性抗壞血酸氧化酶（AAO）時發(fā)現(xiàn)，當脈沖電能低于20 kJ/kg 時，AAO的殘余催化活性最高可達（59.13±3.12）%，這是由于PEF 的滲透作用使細胞膜表面結(jié)合的AAO 發(fā)生釋放，導致AAO 活力檢測結(jié)果較高。

表9 高壓脈沖電場對模擬體系和食品體系中酶活力的影響Table 9 Effects of pulsed electric field on enzyme activity in simulated system and food system

PEF 對食品內(nèi)源酶的作用效果主要受PEF 的設(shè)備參數(shù)（電場強度、處理時間、電極模式和脈沖頻率等）和酶自身特性等影響。Bi 等[71]研究了脈沖電場強度（0～35 kV/cm）對新鮮蘋果汁酶活性的影響，結(jié)果表明：隨著電場強度的增加，PPO 和POD的殘余活性顯著降低，在35 kV/cm 時這兩種酶幾乎完全失活。Elez-Martinez 等[72]研究不同電極模式對橙汁中POD 的滅活效果，發(fā)現(xiàn)在電場強度值為25 kV/cm 的單極模式下，POD 失活率顯著增加，而當采用雙極模式時電場強度需達到35 kV/cm 才會使POD 完全失活，說明單極脈沖比雙極脈沖更易使酶失活。Ho 等[73]在研究高壓電脈沖對不同酶活性的影響時發(fā)現(xiàn)，采用相同的設(shè)備參數(shù)處理酶液，LOX 活性大幅度降低70%～85%，而POD 和PPO 活性降低約30%～40%。多項研究表明LOX 對PEF 參數(shù)變化更為敏感，且PEF 處理對PPO 活性的影響高于POD[74-75]。

5.2 高壓脈沖電場失活酶的動力學模型

關(guān)于高壓脈沖對微生物的失活動力學研究較多，而對酶失活方面的研究較少。表10是目前已知的高壓脈沖電場下酶失活動力學的模型。Yang等[80]發(fā)現(xiàn)胃蛋白酶的失活曲線是電場強度、電導率和pH 值的函數(shù)，PEF 使胃蛋白酶失活遵循一階失活模型。田美玲[81]也發(fā)現(xiàn)經(jīng)PEF 處理后的α-淀粉酶、PG 的熱失活曲線具有良好的線性關(guān)系，說明酶的失活過程遵循一級動力學規(guī)律。此外，Giner 等[82]發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的一階失活模型以及Hülsheger's和Fermi's 經(jīng)驗模型都可以充分描述番茄PME 的失活現(xiàn)象。這些研究表明通過對動力學模型的分析可進一步優(yōu)化工藝條件，為今后的研究提供理論基礎(chǔ)。

表10 高壓脈沖電場下酶失活動力學模型Table 10 Inactivation dynamical model of enzyme under pulsed electric field

5.3 高壓脈沖電場對食品內(nèi)源酶的作用機理

脈沖電場會影響酶分子之間的靜電吸附作用，使酶周圍電場紊亂，進一步影響酶分子的空間結(jié)構(gòu)。Yang 等[80]在研究PEF 對胃蛋白酶活性影響時發(fā)現(xiàn)，隨著PEF 處理時間增加，β-折疊結(jié)構(gòu)逐漸消失。此外，PEF 通過影響酶活性中心，增大或減弱酶與底物的結(jié)合，使氨基酸發(fā)生聚集，導致酶活的改變。有研究表明經(jīng)PEF 處理后酶的色氨酸內(nèi)源和外在熒光明顯增強，色氨酸殘基微環(huán)境的極性變強，表面疏水性增強，疏水基團有可能進入酶分子的活性中心形成復合物，從而影響酶活性[83]。

6 結(jié)論與展望

1） 從鈍酶效果來看，傳統(tǒng)的熱處理方式可以對食品中內(nèi)源酶起到很好的鈍化作用，然而加工過程中會破壞食品的營養(yǎng)物質(zhì)。與傳統(tǒng)的熱處理不同，超聲波、超高壓、輻照、等離子體、高壓脈沖電場等非熱加工技術(shù)在食品的加工過程中溫度變化不大，在保持食品原有口感、營養(yǎng)特性和生物活性物質(zhì)的同時能有效失活與果蔬褐變、腐敗等相關(guān)的酶類。目前該技術(shù)主要用于果蔬保鮮和儲運中，并逐漸拓寬至乳制品和水產(chǎn)品等品類。未來，隨著技術(shù)的改良，應(yīng)用范圍也將擴展至食品其它領(lǐng)域，這也順應(yīng)人們對食品“自然、營養(yǎng)、安全、方便”的追求。

2） 從作用機理來看，非熱加工技術(shù)主要通過破壞酶分子的空間構(gòu)象來影響酶活。通過核磁共振 （NMR）、圓二色光譜 （CD）、動態(tài)光譜掃描（DLS）、拉曼光譜、X-射線衍射等手段可以觀察到酶分子在非熱處理后二、三級結(jié)構(gòu)被破壞，存在有序向無序轉(zhuǎn)變的趨勢。非熱加工技術(shù)作用于食品所產(chǎn)生的高剪切力、高強度沖擊波和高活性自由基等可直接攻擊酶分子活性中心，使氨基酸殘基發(fā)生氧化修飾等，從而使酶活力下降甚至失活。目前非熱加工技術(shù)鈍化食品內(nèi)源酶機理的研究大多停留在假說階段，對于如何影響酶空間結(jié)構(gòu)變化及攻擊酶活性位點尚缺乏深入研究。可進一步采用異源表達及純化等手段獲得純酶，提高酶蛋白可結(jié)晶性，進而解析酶分子的結(jié)構(gòu)變化，明確非熱加工技術(shù)的作用靶點，從而實現(xiàn)對酶活的精準調(diào)控。

3） 從工程學的角度來看，了解與食品質(zhì)量相關(guān)的酶的失活動力學是必不可少的，利用動力學模型在優(yōu)化工藝參數(shù)、流程設(shè)計、操作可行性等方面意義重大。除此之外，由于食品體系中酶的種類很復雜，它們的分子結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)象、作用機理不同，因此非熱加工技術(shù)對酶的失活機制也存在差異，導致體系中不同設(shè)備參數(shù)對不同酶的失活效率不易控制，在實踐中較難同步將全部酶徹底失活。研究各種技術(shù)與協(xié)同因素之間的作用，對于實現(xiàn)徹底鈍酶是很有必要的。

4） 從實際應(yīng)用的角度來看，目前對于非熱加工技術(shù)的研究大多還僅限于實驗室階段，距應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)還有很多需要解決的問題，如設(shè)備成本高昂，作用不均勻，處理量小，對物料普適性較差和操作安全性能存在隱患等。目前解決的主要方法是應(yīng)用多種非熱加工技術(shù)相結(jié)合的柵欄技術(shù)，以適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的要求。此外，對新設(shè)備的研發(fā)和提高加工過程的安全性也是未來技術(shù)發(fā)展的主要方向。