超声波处理对马铃薯酶促褐变的抑制作用及其机理分析

The browning reaction is recognized as an important issue of fruit and vegetable processing and is mainly due to polyphenol oxidase (PPO) which catalyzes the oxidation of phenolic compounds into dark colored pigments. In potato, the browning develops during the storage and processing and this reaction also leads to development of off-flavors and nutritional quality losses in potatoes. Power ultrasound (PUS) technology is increasingly being applied in food industry due to its promising effects in food processing and preservation. Nowadays, its emergence as green novel technology has also attracted the attention to its role in the environment sustainability..In the present study, we attempted to inhibit the PPO activity of whole potato tubers by PUS technology in order to eliminate or reduce the enzymatic browning in whole potatoes. First, we evaluate the effect of ultrasound parameters such as power, interpulse period, reaction time and temperature on the PPO activity of PUS potato tubers. Moreover, The secondary, tertiary and quaternary structures of PPO of PUS-whole potato tuber is also observe by Circular Dichroism measurements, Fluorescence Spectroscopy and X-ray Crystallography in order to analyzing the relationship between the structure change and the activity change. The molecular conformation of PPO which has already been processed by PUS is observed by Transmission Electron Microscope (TEM), so as to analyzing the relationship between the structure and the activity change.

在果蔬加工中酶促褐变反应是被公认的重要问题，其反应主要由多酚氧化酶（PPO）催化酚类化合物氧化生成深色色素所致。马铃薯在贮藏与加工过程中也会发生褐变，该反应导致马铃薯损失风味和营养价值。功率超声波（PUS）技术由于在食品加工与贮藏中得到了较好的发展，而被更多地应用于食品工业中。如今，它作为新型绿色环保技术对于环境可持续性的作用正被广泛关注。.在本研究中，我们试图利用PUS技术抑制马铃薯块茎PPO活性，以消除或减少马铃薯酶促褐变现象。首先，我们将研究超声参数，如功率，脉冲间歇时间，反应时间及温度等对PUS处理后的马铃薯块茎PPO活性的作用。此外，利用圆二色谱法、荧光光谱法及X-射线衍射法检测PUS处理后的马铃薯块茎PPO分子二、三、四级结构的变化，分析比较结构变化与活性变化的关系。利用透射电子显微镜观察PUS-马铃薯PPO分子形态变化，分析其与活性之间的关系。

在果蔬加工中酶促褐变反应是被公认的重要问题，主要由多酚氧化酶（PPO）催化酚类化合物氧化生成深色色素所致。马铃薯在贮藏与加工过程中也会发生褐变，从而导致风味物质和营养价值的损失。本研究试图利用PUS抑制马铃薯块茎PPO活性，以消除或减少马铃薯酶促褐变现象。.首先，研究超声参数如超声功率，超声时间，温度等对马铃薯块茎（鄂薯3号和陇薯5号）PPO活性的影响。以PPO活性为检测指标，通过响应面优化实验（RSM）筛选出最佳的US处理条件。在此基础上，通过损伤实验验证了US处理对马铃薯块茎的有效性。其次，考察US处理对贮藏期马铃薯块茎生理生化指标的影响。第三，考察US处理对马铃薯块茎不同部位PPO活性的影响。最后，考察US处理对马铃薯块茎细胞结构的影响。.主要研究结果如下：.（1）RSM实验结果表明，抑制马铃薯块茎PPO活性的最佳条件为：鄂薯3号，US功率为720 W，US时间为20 min 及温度为20 ℃；陇薯5号，US功率为540 W，US时间为15 min及温度为20 ℃。损伤实验结果表明，马铃薯块茎受损后其PPO活性显著升高，但经US处理的马铃薯块茎PPO活性显著低于未处理组（p < 0.05）。.（2）贮藏实验结果表明，在50 d贮藏期内，与未处理组比较，经US处理的马铃薯块茎的失重率降、皮肉跌落斜率，褐变指数（BI）值，相对电导率，PPO、POD、PAL等酶活性以及总酚、MDA、还原糖含量均显著下降（p < 0.05），而抗氧化活性则相反。.（3）马铃薯块茎表皮部与中间和中心部位比较，其保持较高的PPO、POD、PAL活性（p < 0.05），且总酚和MDA含量最高。在0～15 d贮藏期内，随着贮藏时间的延长，各项生理生化指标均呈递增趋势，但经US处理的马铃薯块茎的各项指标均显著低于未处理组（p < 0.05）。.（4）通过光学显微镜发现，经US处理后（最佳条件下），鄂薯3号马铃薯块茎表皮细胞结构破损严重，而陇薯5号马铃薯块茎的表皮细胞未受损伤，但细胞形态发生了改变。这说明US处理条件对马铃薯块茎表皮细胞微观结构产生巨大的影响。