超高压处理对梨汁中多酚氧化酶活性的影响
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摘要：目的研究鲜榨梨汁中多酚氧化酶（PPO）的活性受高压和热协同处理的影响。方法使用超高压技术单独或协同加热处理加或不加维生素C的鲜榨梨汁，测定其中PPO活性和果汁颜色。结果200~600 MPa的压力处理对果汁中PPO活性影响不大，400 MPa的压力对PPO有激活作用；高于600 MPa的压力使PPO显著失活。维生素C在500 MPa 以下对果汁中PPO有激活作用，在600 MPa 以上或热处理结合高压时有钝化PPO的作用。随着保压时间延长和温度升高，梨汁中PPO相对活性逐渐降低。500 MPa 60 ℃或750 MPa 50 ℃以上的处理条件可使鲜榨梨汁中的PPO失去60%以上的活性，750 MPa 50 ℃的处理条件下果汁颜色变化不显著。结论梨的PPO是耐高压的酶。
中图分类号：Q0521+.9文献标识码：A文章编号：1672-979X(2007)01-0015-04
Study on Effect of High Pressure Treatment of Fresh Pear Juice on PPO Activity
ZHAO Guang-yuan1, LI Na2, ZONG Wei1
(1. School of Food and Bioengineering, Zheng Zhou Light Industry College, Zhengzhou 450002, China；
2.School of Luo He Food Industry, Luohe 462000, China)
Abstract：Objective To study the effect of high pressure alone or combined with heating treatment of fresh pear juice on PPO activity in it. Methods The ultrahigh pressure technology alone or combined with heating was used in the processing of fresh pear juice added VC or not, and then the color of juice and activity of PPO in it was assayed. Results As the pressure used increased, the activity of PPO in juice did not change significantly during the pressure scope of 200MPa~600MPa and 400 MPa could activate PPO in juice. Effect of pressure on inactivation of PPO became remarkable when pressured above 600 MPa. PPO in juice added VC was activated when pressured below 500 MPa and was inactivated when pressured above 600 MPa or combined with heating. The activity of PPO in juice decreased step by step with the increasing of heating temperature and pressure holding time. The treatment of 500 MPa above 60 ℃ or 750 MPa above 50 ℃ could inactivate PPO by 60% activity and the color change of juice was insignificant under the condition of 750 MPa above 50 ℃(E was 0.9). Conclusion PPO in pear juice is hardly inactivated by high pressure.
Key words：fresh pear juice; PPO; ultrahigh pressure; enzymatic browning; color
水果中的多酚氧化酶（PPO）催化酚类物质在有氧气的条件下生成褐色物质称为酶促褐变，鲜榨梨汁生产的一大难题是防止酶促褐变。可借鉴苹果加工中采用的防止褐变的相关方法，如使用防褐变剂[1]，水果破碎时充氮气[2]，高压使酶失活[3]，电渗析法调果汁pH值[4]，水果破碎时热蒸汽处理[5]及使用脉冲电场[6]等。在这些方法中，热处理虽能很好地杀灭果汁中的微生物和酶，从而延长果汁的货架期，但对果汁的品质影响较大，而高压和使用脉冲电场是最有潜力的技术。高压食品加工就是在常温或较低温度（通常低于100 ℃）的条件下，对食品等原料施加100~1 000 MPa甚至更高的流体静压力，使蛋白质变性、酶失活及微生物死亡，从而达到食品灭菌、保鲜、贮藏的目的，有的还可以使食品的风味得到改良。
目前，国外超高压技术已应用于果汁和果酱的生产，对于超高压对含梨PPO模拟体系中PPO活性的影响的研究已有报道，国内也进行了高压对梨汁中PPO影响的研究，采用的压力最高达600 Mpa。本实验采用压力及中温协同高压对加维生素C和不加维生素C的鲜榨梨汁进行处理，旨在考察压力、温度及保压时间对其中PPO活性和果汁颜色的影响。
1材料与方法
1.1材料与设备
1.1.1原料与试剂黄梨，聚乙烯塑料袋等（市售）；聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）（Sigma公司）；邻苯二酚和维生素C等（分析纯）。
1.1.2实验设备UHP900×2-Z食品高压处理装置（包头文天有限责任公司）；GL-20B冷冻离心机（上海安亭科学仪器厂）； WSC-S色差仪（上海精密科学仪器有限公司）。
1.2 实验方法
1.2.1鲜榨梨汁的制备选择新鲜无腐烂的梨，先用自来水冲洗2～3遍，再用蒸馏水冲洗，晾干。加防褐变剂组：将占苹果质量0.01%的维生素C溶到一定量的蒸馏水中，加入切成块的梨一并榨汁；不加防褐变剂组：直接榨汁。2组都各分成4份并用聚乙烯塑料袋真空密封包装2层（不留顶隙，20 mL梨汁/袋）。
1.2.2超高压处理将袋装同一批次的加和不加防褐变剂的鲜榨梨汁各3袋浸泡于高压容器的传压介质油中，按照实验设计，通过改变压力、保压时间以及腔中油介质的温度，实施不同条件的高压单独处理或高压协同温度处理，然后取出样品。
1.2.3酶活性的测定袋装样品经超高压处理结束2 h后，连同未经高压处理的那一袋，去掉外袋，剪开内袋各取3 mL样品，加入1.5% PVPP，搅拌5 min，于4 ℃离心15 min（12 000×g），上清液即为酶液[7]。将酶液在4 ℃透析12 h（用0.01 mol/L pH 4.0的缓冲液）以除去维生素C等相对分子质量小的物质。透析后选用pH 6.8的磷酸盐缓冲液（0.1 mol/l），按文献[8]测定酶液中PPO活性。酶活性定义见文献[7]。
相对酶活性的定义：相对酶活性=（处理后样品活性/处理前样品活性）×100% 。
1.2.4果汁颜色的测定将加了维生素C，经高压处理和未经高压处理的果汁8 mL装入相同尺寸的试管（1.5 cm×12 cm）中，敞口22 ℃避光放置18 h后按文献[9]测定果汁颜色。果汁颜色变化按下公式计算：
（E）=[(Lt－L0)2+(at－a0)2+(bt－b0)2]1/2
L为亮度，L越大果汁越亮，反之越暗；a值越大果汁颜色越红，反之越绿；b值越大果汁颜色越黄，反之越蓝；0为测定开始，t为18 h；E越大则表示果汁颜色变化越大。
2结果
2.1压力和保压时间对梨汁中PPO活性的影响
2.1.1压力结果见表1。加和不加防褐变剂的梨汁中PPO的活性随着压力的升高逐渐降低。但200~600 MPa的压力处理对梨汁中PPO的活性影响不显著，其中400 MPa的处理压力对梨PPO反而有激活作用。当压力升高到800 Mpa时，加和不加防褐变剂的梨汁中的PPO依然有33.9%和31.8%的相对活性，这表明梨PPO是非常耐压的酶。加了维生素C的梨汁经600 MPa以下的压力处理10 min后，其中的PPO的相对活性反而比相应未加维生素C的梨汁中PPO的活性高，而700~800 MPa的处理没有这种现象。这表明600 MPa以下的压力处理条件下，维生素C对梨汁中的PPO有激活或保护功能，在700 MPa和800 MPa处理条件下维生素C有助于钝化PPO，但其机制还有待进一步研究，可能与维生素C影响PPO的活性中心的结构有关。
表 1压力对梨汁中多酚氧化酶活性的影响
注：* 以不加维生素C压前活力为100%来计算；**以加维生素C压前活力为100%来计算；压力处理条件：室温，保压时间为10 min。
压力处理后马上测定，梨汁的L值（亮度）差别不大，但随着压力的升高L值有轻微降低（结果未列出）。梨汁在敞口试管中避光放置18 h后，经400 MPa处理的梨汁的L值最低，颜色变化（E）最大，这和其中的PPO活值最高一致。尽管经过800 MPa的高压，果汁的颜色变化（E）仍大于1，结果见表2。
表2 高压处理后对梨汁颜色的影响（n=3）
2.1.2保压时间600 MPa压力下，随着保压时间的延长，梨汁中PPO活力都有降低的趋势。但当保压时间大于30 min时，PPO活性随压力的升高降低不再显著，见表3。表明梨汁中PPO的残留活性随着保压时间的延长会达到一个较低水平，进一步延长保压时间对酶的活性影响甚微。
表3 保压时间对梨汁中多酚氧化酶活力的影响
2.2加热协同高压处理对梨汁中PPO活性和果汁色泽的影响
2.2.1不同温度协同高压对PPO活性的影响结果见表4。加维生素C的果汁压后PPO相对活性小于未加维生素C的果汁，表明维生素C在高压结合热处理中对梨PPO有一定的抑制作用。40 ℃协同高压处理时PPO的相对活性最高。随着处理温度的升高，PPO活性逐渐降低。在本实验条件下，最小有效协同温度为50℃以上。
表 4 热协同高压处理后对梨汁中多酚氧化酶的影响
注：*以不加维生素C压前活性为100%来计算；**以加维生素C压前活性为100%来计算
2.2.2不同压力协同热处理对PPO活性和果汁色泽的影响结果见表5。果汁中PPO的活性均随压力的升高逐渐降低，但加维生素C的样品中PPO的相对活性小于不加维生素C的，表明维生素C在压力协同温度处理中对PPO有钝化作用。加热结合压力处理的样品中PPO的相对活性均小于只加热（50 ℃）而不加压的样品中的PPO活性，也小于只加压而不加热处理的样品中的PPO活性，见表1。表明压力协同热处理对PPO的失活作用强于压力或热的单独处理。
表5压力协同热处理后对果汁中PPO活性的影响
注：*以不加维生素C压前活性为100%来计算；**以加维生素C压前活性为100%来计算
果汁中酶促褐变越剧烈，果汁的L值越低[9]，果汁的颜色变化（E）越大。当在750 Mpa，50 ℃条件下的处理时，加维生素C样品中的PPO活性降至28.2%，见表5，果汁的L值最高达到38.6，颜色变化最小，E为0.9。而不加压也不加热的样品由于维生素C随放置时间延长发生了氧化降解，维生素C含量降低（结果未列出），维生素C对PPO的抑制作用降低，果汁褐变，L值最低，E最大，见表6。
表6温度协同高压处理后对果汁颜色的影响
3讨论
在40 ℃时梨PPO酶蛋白质构象最稳定、耐压能力最强。温度升高会弱化酶蛋白质的一些氢键、疏水键、离子键和静电相互作用，而高压处理增强这种弱化作用的效果，使酶的三维构象受到破坏，加速PPO的失活。鲜榨梨汁经700 MPa以上压力处理后PPO活性会显著降低，在800 MPa的高压下PPO还有活性，温度协同750 MPa的压力处理后还有28.2%的相对活性。所以，在生产鲜榨梨汁中仅靠高压处理来彻底钝化PPO，防止酶促褐变是行不通的，如结合添加防褐变剂、热处理、低温贮藏以及脱气处理等其他手段，酶促褐变可得到一定程度的控制。保压时间超过30 min实用意义不大。添加维生素C在500 MPa 以下对PPO有激活作用，在600MPa 以上或热处理结合高压时有钝化PPO的作用。500 MPa 60 ℃或750 MPa 50 ℃以上的处理条件可使鲜榨梨汁中的PPO失去60%以上的活性，如结合添加防褐变剂、热处理以及脱气处理等手段，有望解决实际问题，但压力过高对工业化有一定难度。
参考文献
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