高活性美拉德产物抑制香蕉酶促褐变的作用机理研究

酶促褐变是香蕉采后贮运损失的重要原因，也是香蕉深加工中的难题。亚硫酸盐等高效低廉的酶促褐变抑制剂因安全性问题，被FDA禁用于新鲜果蔬产品。部分美拉德反应产物明显抗褐变，被称为"天然的抗褐变剂"。本项目通过美拉德反应生成抗香蕉酶促褐变的产物，对高活性组分进行富集、纯化、鉴定，通过模型体系方法揭示抑制褐变的机理。内容包括：（1）优化美拉德反应底物和条件，筛选明显抑制香蕉酶促褐变的产物；采用不同溶剂萃取结合超滤膜分离、色谱分离技术，富集高活性组分，鉴定化合物组成,通过制备型HPLC得到单体（2）香蕉果肉（果皮）PPO的分离及纯化；PPO底物的分离及鉴定；活性组分的单体对酶构象的影响（3）构建PPO-底物的模型体系，比较分析内、外源底物与PPO的酶学反应特性,考察高活性组分(单体)对模型体系中酶反应动力学、酶构象的影响并判断抑制类型。该研究对香蕉采后贮运及深加工中酶促褐变的控制将起到推动作用。

酶促褐变是香蕉等水果采后贮运损失的重要原因，也是香蕉、荔枝等水果加工中的难题。亚硫酸盐等高效低廉的酶促褐变抑制剂因安全性问题，被FDA禁用于新鲜果蔬产品。美拉德反应广泛应用于食品体系，如合成香精等。依据项目计划书，本项目先从美拉德产物、多酚氧化酶和底物、抑制机理三方面开展了工作。本项目通过香蕉PPO的基因克隆、原核表达，获得了具有一定酶活力的香蕉PPO。通过美拉德反应优化了高活性美拉德产物的反应底物及条件，纯化了美拉德产物中抑制香蕉酶促褐变的高活性成分，其IC50远小于焦亚硫酸盐，其对香蕉PPO的抑制机理属于反竞争性抑制。基于低剂量美拉德产物的添加，研究了能保存香蕉汁风味的褐变控制技术和温和灭菌技术，适度热处理结合高压脉冲处理能有效钝化香蕉汁相关酶系活性，脉冲处理结合高活性美拉德产物对香蕉汁能有效且温和灭菌。开发了一款有效抑制热带水果酶促褐变和采后病菌双功能性于一体的保鲜剂，对荔枝常温保鲜呈现良好效果。完成了安全性评估，包括急性、遗传和亚慢性毒性等。本项目中优化得到的葡萄糖-半胱氨酸-MRPs属实际无毒级，绝大部分结果呈阴性，同时常规贮存下呈现良好稳定性。该产品获得第十六届中国国际高新技术成果交易会“优秀产品奖”。在项目执行过程中，已发表中文核心期刊论文等8篇，国际会议论文2篇，EI收录论文1篇，申请国家发明专利3项，授权1项，已投稿SCI期刊论文4篇，其中1篇处于返修状态，拟投稿国内核心期刊论文2篇，另有4篇英文论文正在准备中。同时培养了包括项目负责人在内的诸多年轻人。通过本项目的执行，得到的大量结果具有重要的科学意义，同时研究成果将极大促进果蔬甚至农产品采后保鲜与加工中的酶促褐变的控制技术的发展，形成的成熟产品将具有广阔的应用前景并将产生巨大的社会和经济效益。