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抗坏血酸、柠檬酸和草酸对现摘水果及蔬菜褐变抑制的潜在应用
摘 要
近几十年来，现摘水果及蔬菜因为其新鲜度、便利性和对人类健康的益处，市场增长迅速。然而，新鲜水果及蔬菜在加工后迅速恶化，尤其是因伤口引起的、由生理和生化变化导致的切面褐变。抗褐变剂的应用是控制现摘水果及蔬菜中酶促褐变反应的最有效方法之一。本文综述了包括抗坏血酸、柠檬酸和草酸在内的、通常被认为是安全的以及天然性质相同的抗褐变剂的使用情况，这些天然物质可以防止新鲜水果及蔬菜中的褐变。最后还介绍了影响抗褐变剂抑制效果的因素及各种新鲜水果及蔬菜混合物的协同效应。
关键词：抗坏血酸，柠檬酸，草酸，酶促褐变，现摘水果蔬菜
介绍
世界各地的食物消费模式正在迅速改变。消费者对食物的选择部分归因于健康问题的增加。因此，水果及蔬菜中营养物质对健康的积极影响已成为消费者主要关注的问题之一。研究已经发现新鲜水果及蔬菜的消费有助于缓解包括癌症、心脏病、关节炎、炎症、免疫系统衰退、脑功能障碍和白内障在内的许多退行性疾病[1-5]。除了健康因素外，消费者的生活方式在消费模式和购买决策中起着重要作用。目前，消费者越对便利食物的需求越来越大，因此，现摘水果及蔬菜正在成为消费者渴望在日常生活中获得更大便利的一个答案。国际现摘农产品协会将现摘产品定义为已经修剪和去皮的水果及蔬菜或切成袋装和预包装的100％可用产品，在保持新鲜度的同时为消费者提供高营养，方便和风味[6]。然而，现摘加工的做法促进了产品更快的生理恶化，生物化学变化，酶活性和微生物降解。这些具有伤害反应的变化已经被证明是造成现摘水果及蔬菜的审美和营养品质以及市场价值损失的主要因素[7]。现摘水果及蔬菜的切面褐变是影响消费者对产品可接受性的最基本因素之一。其中大部分是由多酚氧化酶（PPO）对切割过程中释放的酚类化合物（称为酶促褐变）的作用引起的[8]。酶促褐变可以通过各种方法来控制。应用抗褐变剂是阻止现摘水果及蔬菜中酶促褐变的常用方法。将现摘产品浸渍在适当的防皱剂中进行表面处理可以有效地帮助延缓变色。天然的抗褐变剂是最受欢迎的，因为它们通常被认为是安全的且无毒的。几种性质相同的抗褐变剂广泛用于控制过度褐变，包括抗坏血酸（AA）、柠檬酸（CA）和草酸（OA），它们是在新鲜水果及蔬菜中发现的弱有机酸[9-11]。本文以综述AA、CA和OA在抑制现摘水果及蔬菜中酶促褐变的应用，通过描述影响化合物抗褐变活性的因素，并呈现各种现摘水果及蔬菜混合物的协同的效应。
现摘水果和蔬菜的质量参数
现摘水果及蔬菜的质量决定了消费者的价值，包括外观（尺寸，形状，颜色，光泽和缺陷）、质地（硬度，脆度和多汁性）、风味（甜味，酸味，涩味和苦味）和营养价值（维生素，矿物质和膳食纤维）。每种质量的相对重要性取决于产品。颜色是影响消费者购买的重要属性之一。然而，随后的购买取决于消费者对产品质地、风味和营养价值的满足程度[12,13]。
现摘水果及蔬菜的酶促褐变
现摘的水果及蔬菜的酶促褐变是决定产品保质期的关键限制因素。酶促褐变是由一组称为PPO的酶引起的变色。PPO是一种主要位于叶绿体类囊体膜中的含铜酶[14]。当细胞的质体和液泡内容物混合，其完整性被破坏时，PPO被激活。PPO结构由铜（Cu2 ）的两个原子通过多肽链紧密地保持在一起组成。Cu2 的每个原子与三个组氨酸残基紧密连接。植物组织中的PPO状态分布为〜85％MET-PPO和〜10〜15％OXY-PPO形式，并且通常以MET-PPO形式分离[15]。酶促褐变的机制涉及酚氧化物与PPO在氧气存在下的相互作用[16]。PPO催化两种反应，包括羟基化和氧化。羟基化（图1）由一元酚单加氧酶（EC1.14.18.1）催化将单酚转化为二元酚。反应顺序总结如下：
图2氧氧化还原酶催化的氧化反应。S2代表联苯酚。P2代表醌。
来自文献[15,17]，略有修改
氧化（图2）由氧化还原酶（EC1.10.3.1）催化将二酚转化为醌。反应顺序总结如下：
met-enzyme[2Cu（II）] 二酚→脱氧酶[2Cu（I）] 醌 2H
脱氧酶[2Cu（I）] O2→氧合酶[2Cu（II）·O2]
氧化酶[2Cu（II）·O2] 联苯酚 2H →met-酶[2Cu（II）] 醌 2H2O
羟基化反应相对较慢并且产生无色产物，而氧化反应相对较快并且所得到的醌被着色[18]。醌类与其它分子，如醌类，酚类化合物，氨基酸和蛋白质的后续反应导致黑色素积累[19]，导致棕色或黑色色素伴随着水果及蔬菜切面的褐变。
褐变的程度取决于反应中涉及的酚类化合物的含量和类型，以及PPO的活性。因此，可以通过控制酶（PPO）、底物（酚类化合物）和产物（醌类）来实现对酶褐变的抑制。
Antibrowning代理
抗褐变剂是起防止褐变反应作用的化合物。使用抗褐变剂进行化学处理是控制几种现摘水果及蔬菜中酶促褐变的有效且经常采用的方法。基于抑制机制，抗褐变剂可分为酸化剂、还原剂、螯合剂、络合剂、酶抑制剂和酶处理剂等6组[9,14,20,21]。酸化剂，如柠檬酸、草酸、酒石酸、苹果酸、磷酸和盐酸，通过降低产品的pH值来延缓褐变，从而使PPO的活性最小化。在pH值低于4时，由于在活性部位铜的损失，PPO几乎没有活性。还原剂（如抗坏血酸、异抗坏血酸、抗坏血酸-2-磷酸酯、抗坏血酸三磷酸酯和半胱氨酸）抑制褐变成功归因于在PPO活性部，醌位还原为二酚或Cu2 还原为单核铜（CuTF54）。诸如柠檬酸、草酸、乙二胺四乙酸、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、氯化物和蜂蜜等用于延迟变色的螯合剂的效率与PPO活性位点处的铜螯合有关。络合剂，如环糊精和半胱氨酸通过截留或络合PPO底物或反应产物来防止褐变。酶抑制剂，如4-己基间苯二酚、曲酸和肉桂酸在抑制褐变中的能力是由于具有类似于PPO底物的结构和与PPO活性位点的高亲和力。酶处理（例如无花果蛋白酶，菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶）在控制褐变中的效果通过蛋白酶解攻击PPO活性位点或抑制PPO来实现。
AA，CA和OA的抗褐变效力
AA、CA和OA是在植物组织中广泛存在的弱有机酸[13,19]。AA是新鲜水果及蔬菜中的天然成分，被广泛接受为人类健康的重要营养素[22,23]。CA是植物中含量最丰富的酸，尤其是柑橘类水果[23,24]。OA是许多植物的常见成分，如芦笋、西兰花、胡萝卜、大蒜和菠菜[25,26]。据报道，这些有机酸经常用于现摘水果及蔬菜的抗褐变活性[27-37]，并且通常具有这种作用确认为安全状态[38]。然而，根据泰国食品和药物管理局的数据，为了防止钙、镁和钾等膳食矿物质的吸收减少，每天每公斤体重的OA摄入量应限制在378毫克。另一方面，还没有关于AA和CA消费限额的报告。AA、CA和OA在现摘水果及蔬菜中的抗褐变效率涉及两个主要因素，包括产品的类型和品种，以及抗褐变剂的浓度。
产品的种类和品种
据报道，AA、CA和OA用于控制现摘苹果褐变的有效性在不同品种苹果中有所不同。在自由苹果中，1％OA对褐变的抑制活性最高，分别为1％CA和1％AA[9]，而1％AA在富士苹果中抗褐变效果优于1％CA[10]。令人惊讶的是，1％CA对苹果PPO的抑制活性高于1％AA，但不抑制活性PPO活性[27]。在现摘山竹果中，0.5％OA浸泡是阻止褐变和抑制PPO活性的最有效方法，其次分别为0.5％CA和0.5％AA（图3-4）。相反，在香蕉片中发现1％AA、1％CA和1％OA的抗褐化效率没有差异[33]。同样，可比白度指数（WI=100-（（100-Llowast;）2 alowast;2 blowast;2）1/2）对于用1％AA和1％CA处理的马铃薯切片进行检测[34]。考虑到生菜PPO、0.1mMCA和0.1mMOA的抑制常数（Ki）没有差异，表明CA和OA之间褐变抑制的等效能力[21]。
图3在10o℃储存期间，现摘山竹果的白度指数浸渍了0.5％的抗坏血酸、柠檬酸、草酸和蒸馏水。平均值（n=3），后跟相同时间段内的相同小写字母或相同解决方案中的大写字母没有显着差异（pgt;0.05）。
图4在10o℃储存期间，现摘芒果的多酚氧化酶（PPO）活性浸渍在0.5％的抗坏血酸，柠檬酸，草酸和蒸馏水中。平均值（n=3），后跟相同时间段内的相同小写字母或同一解决方案中的大写字母没有显着差异（pgt;0.05）。
AA、CA和OA对各种现摘水果及蔬菜褐变的抑制作用的变化可能是由于产品类型和栽培品种间不同的PPO同工酶和酚底物的结果，影响了PPO对抗褐变剂的敏感性。藤本植物[39]、苹果[40]、枸杞子[41]、马鲁拉果实[42]、西兰花[43]和莴苣[21]（表1）报道了植物PPO对特定酚类底物的亲和力。此外，还揭示了AA、CA和OA对各种蔬菜中PPO抑制机制的多种模式（表2）。
AA，CA和OA的浓度
据报道，现摘水果及蔬菜中AA，CA和OA的抗褐变效率显然与使用浓度相关。在菠萝切片中，与0.05,0.025和0.01MAA处理相比，用0.1M AA处理导致更小程度的褐变[11]。在0.05 M CA中浸出新鲜的中国水栗，刺激PPO活性，而0.1M或更高浓度的CA显着抑制PPO活性[47]。相应地，在0.02-0.1％之间CA浓度激活PPO活性，而浓度在0.2％或更高时表现出对苹果中PPO活性的抑制作用[27]。关于OA对儿茶酚-蘑菇PPO反应和反应过程中氧摄取的体外作用，儿茶酚氧化和氧消耗抑制的增加与OA浓度的增加有关（图5）。此外，与CA相比，需要较低浓度的OA抑制50％的PPO活性（I50），表明与CA相比，OA具有更高的稳定性（46）。这些结果表明，当使用每种单独的抗褐变剂时，需要更高的浓度来有效地防止褐变。
表1PPO对各种水果及蔬菜的酚底物特异性。
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特定的酚醛底物 |
PPO的来源 |
参考 |
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Pyrogallo |
龙眼 |
[39] |
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对甲酚 |
乔纳格苹果 |
[40] |
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4-甲基儿茶酚 |
枸杞子 |
[41] |
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4-甲基儿茶酚 |
马鲁拉水果 |
[42] |
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邻苯二酚 |
西兰花小花 |
[43] |
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绿原酸 |
生菜 |
[21] |
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表2AA，CA和OA对各种蔬菜中PPO活性的抑制模式。
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抑制剂 |
基质 |
蔬菜 |
抑制 |
参考 |
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机制 |
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|
AA |
绿原酸 |
生菜 |
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