金银花真空远红外辐射干燥过程的酶促氧化抑制机制研究

Enzymatic oxidation reaction is the main reason of functional components lose of Flos Lonicerae during drying process. Restraining enzymatic oxidation effectively is the key to solve the problem. The project combines the establishment of simulation reaction system of chlorogenic acid, luteoloside, polyphenol oxidase and peroxidase with multiple drying technologies, and coupling enzymatic oxidation reaction mechanism of Flos Lonicerae and corresponding restrain mechanism of vacuum far-infrared radiation drying (VFIRD) are studied. With HPLC-ESI-MS technology and simulation reaction system, the enzymatic reaction pathway of Flos Lonicerae in traditional drying process is revealed. The effects of oxygen concentration, vacuum degree and far-infrared radiation on active oxygen metabolism, cell membrane permeability, enzymatic conformation and activity are studied with several analysis techniques including electron spin resonance, biological microscope, cirular dichroism and fluorescence technologies. The enzymatic oxidation restrain mechanism of oxygen-deficient atmosphere, low pressure drying environment and far-infrared radiation are interpreted. The mass and heat transfer mechanism, enzymatic oxidation elements change and functional components degradation regulation are studied, and synergistically restrain mechanism of VFIRD on enzymatic oxidation of Flos Lonicerae is verified. The implementation of this project could provide scientific reference to solve enzymatic oxidation browning problem in Flos Lonicerae drying, and is beneficial to promote the application of VFIRD technology in agricultural products drying industry.

酶促氧化反应是金银花干燥过程中功效成分损失的主要原因，有效抑制酶促氧化是解决该问题的关键。本项目提出构建绿原酸、木犀草苷、多酚氧化酶、过氧化物酶模拟反应体系与多种干燥技术相结合的思路，研究金银花干燥过程中的耦合酶促氧化反应机理及真空远红外辐射干燥(VFIRD)的酶促氧化抑制机制。结合液质联用技术与模拟反应体系，揭示金银花常规干燥的酶促氧化反应途径；利用电子自旋共振、生物显微镜、圆二色谱、荧光光谱等多种分析检测技术，探讨氧浓度、真空度及远红外辐射对活性氧代谢、细胞质膜通透、酶构象与活性的影响，阐明低氧低压干燥环境及远红外辐射加热对酶促氧化反应的抑制机理；解析VFIRD的质热传递机理、酶促氧化发生要素变化规律及功效成分降解规律，探明VFIRD对金银花酶促氧化反应的协同作用机制。本项目可为解决干燥过程中酶促氧化褐变难题提供科学参考，有助于推动VFIRD技术在农产品干燥产业中的实际应用。

金银花是国内常用的药食同源中药材，但其容易酶促氧化褐变的问题一直制约着金银花产业发展。如何利用现代干燥技术来有效抑制酶促氧化反应，实现高效、高质的金银花干燥，是目前金银花加工产业中急需研究和解决的问题。本项目利用将真空干燥和远红外辐射加热相结合的真空远红外辐射干燥技术来解决金银花酶促氧化褐变的问题，并研究其酶促氧化抑制机制。首先，利用模拟反应体系研究了金银花中主要功效成分绿原酸和木犀草苷在PPO作用下的酶促氧化规律，发现PPO并不能直接催化氧化木犀草苷，其氧化降解机制应是PPO在氧气存在条件下首先催化氧化绿原酸生成绿原酸醌，部分绿原酸醌再与木犀草苷反应并导致其降解损失，从而发生耦合酶促氧化反应。随后，分别研究了气调干燥、真空干燥、远红外辐射干燥对金银花酶促氧化褐变反应要素：活性氧、组织结构、催化酶活的影响。研究发现，降低氧气浓度可显著减少干燥过程中金银花外部的氧气分子数及金银花内部的超氧自由基和过氧化氢含量；降低真空压力有利于保护金银花的细胞组织结构及降低细胞相对导电性；远红外辐射加热能在脱水过程中同步实现催化酶活性的有效钝化。在以上工作基础上，研究了金银花真空远红外辐射干燥特性及其酶促氧化抑制机制。研究表明，真空远红外辐射干燥能够提高干燥速率及缩短物料受热时间、降低外部氧气分子数和内部活性氧含量、减弱组织收缩和保护细胞膜完整性、钝化酶活与同步快速脱水等，对酶促氧化反应的各个要素产生积极效应及协同作用，从而实现金银花中绿原酸和木犀草苷的有效保护以及色泽褐变的显著减弱，最终实现酶促氧化反应的有效抑制。研究成果可为农产品酶促氧化反应机制研究提供重要参考，为干燥过程中的酶促氧化抑制机制研究提供理论基础，也有助于真空远红外辐射干燥技术的理论研究与产业应用。