蓮藕采后生理及保鮮技術研究進展
蓮藕采后生理及保鮮技術研究進展
貯藏期間蓮藕變褐和衰老是由于其組織中的多酚氧化酶催化酚的氧化形成黑色素。本文總結了蓮藕多酚氧化酶催化反應的動力學特征，以及pH值、溫度和金屬離子等條件對酶活性的影響效果，并對采收后蓮藕中多酚氧化酶活性對組織變褐、呼吸和衰老等采后生理過程的作用，并以此為基礎進行保鮮技術的研究。
蓮藕多酚氧化酶(PPO)
催化反應動力學。采收后的蓮藕直接暴露在空氣中，表皮或受損部位將迅速變成褐色。這是由于在有氧條件下，鄰苯二酚被PPO催化形成醌，然后醌聚合形成黑色素。在PPO催化反應中，但PPO濃度是固定的，在底物濃度低的情況下，反應速率與底物濃度成正比例的變化，當底物的濃度超過一定濃度時，反應速率緩慢增加，當底物濃度高得多時，反應速率達到最大不再增加，此時PPO的利用率最高。當底物的濃度是固定的并且PPO的濃度降低時，酶-底物復合物的濃度也降低，即，蓮藕PPO的催化反應速率降低。同樣，當PPO和底物的濃度固定時，反應濃度發生改變，酶-底物復合物的濃度也相應地改變。如上所述，改變反應體系中任何物質的濃度都會在某種程度上影響催化反應或影響PPO。此外，鄰苯二酚濃度對反應速率的影響遠大于氧氣濃度的影響。然而，當酶的濃度增加到一定量時，即使酶的濃度增加，酶的活性也不再增加。如果酶溶液的濃度太高，則會降低酶的活性。即，在酶溶液的濃度和反應速率之間存在最佳比例。
pH值對PPO活性的影響。PPO對pH值非常敏感，強酸和強堿環境下PPO的催化反應速率較低，這是由于PPO是一種含有銅元素的蛋白質，當PPO處于酸性環境中時，PPO中的Cu2+會解離使酶失活，但當處于堿性介質中時，酶蛋白將與Cu2+分離并變成不溶的氫氧化銅使酶失活，接近中性的pH值是保持蓮藕PPO活性的最佳方法。藍碧鋒等人研究發現，當pH值約為6.8時，蓮藕PPO表現出最高的活性，而當pH值升高至8.0時，其活性僅為最大活性的87%。當pH值降至約5.6時，其活性僅為其最大活性的45%。
溫度對PPO活性的影響。溫度對PPO的催化反應影響很大。如果將蓮藕放在干凈的水中，在低溫和常溫下對比放置30天，觀察其生理變化的情況。結果表明，在常溫下蓮藕變褐的程度明顯超過低溫下的情況，可以看出，低溫抑制了PPO的活性。羅海莉等研究發現PPO活性的最適溫度約為30℃。隨著溫度降低或升高，PPO活性會逐漸降低，但溫度過高時PPO會失活，研究發現當在70℃下熱處理PPO酶時，酶的相對活性降至45%。當在95℃熱處理18秒或在100℃熱處理10秒時，酶被完全滅活。另外，當在相同溫度下溫度高于50℃時，隨著處理時間的增加，酶的相對活性下降得更快。
金屬離子對PPO活性的影響。PPO中的銅為Cu2+形式，并且易活化引發氧化反應。從理論上講，添加還原金屬離子(如Fe2+)可以將Cu2+還原，從而降低PPO活性。羅海莉等研究發現，Fe2+可以抑制PPO，將蓮藕浸泡在Fe2+溶液并取得了良好的效果。
PPO活性及其對衰老的生理抑制
抑制劑的作用。苯甲酸最具競爭力的PPO抑制劑。苯甲酸與蓮藕中的酚類物質競爭PPO中的同種官能團，形成EI酶抑制劑的復合物，從而顯著減少PPO和酚類物質的結合，減少變褐并抑制生理老化過程。
采收后蓮藕的衰老生理抑制。在測量采后蓮藕的氣體成分和含量時，氣體二氧化碳含量顯著高于貯藏前?？梢钥闯?，蓮藕收獲后的生理老化過程是由于進行有氧呼吸產生的組織代謝。采收后蓮藕有氧呼吸代謝引起的老化會導致組織營養成分損失，從而降低了蓮藕的營養價值和商業價值。溫度對呼吸強度的影響更大。通常，冷藏可以降低呼吸速率，并減少儲存期間的損失。徐莉等人的測試結果表明，隨著溫度的升高，蓮藕的生理衰老會加快，他們的統計分析還顯示，去皮和未去皮的蓮藕之間的呼吸速率差異不大，這意味著低溫可以有效抑制采收后蓮藕的新陳代謝。此外，氧氣含量較低時儲存有助于保持品質。研究表明，降低存儲過程中氧氣濃度可以抑制生理老化過程。
食品添加劑的選擇和使用
還原劑。Vc最為常見的還原劑，用于PPO可以有效防止酶促褐變。對PPO本身的抑制作用主要在于將Cu2+還原；同時，Vc也是低氧化態的物質，可以有效阻止醌物質間以及與氨基酸和蛋白質形成高分子量聚合物和復合物。因此，當VC含量足夠時，可以保護蓮藕的顏色。
螯合劑。PPO中的銅離子可以和很多試劑中的物質反應形成穩定的螯合物并抑制PPO活性。如EDTA-2Na就可以和PPO中的Cu2+形成穩定螯合物，抑制PPO活性，并且濃度越高，酶的活性受到更大的抑制作用。許金蓉等研究發現，EDTA-2Na的濃度在10mol/L時，PPO活性降低了39%。此外，曲酸、環己基等均可以與PPO中的Cu2+形成穩定螯合物，抑制PPO活性并減少褐變。相應的數據表明，Vc對PPO的催化氧化作用有很強的抑制能力，并且隨著Vc濃度的增加，這種抑制作用將增強。但是，當Vc濃度過低時，其抑制作用的持續時間較短，保持到Vc完全氧化后，PPO的活性恢復正常。許金蓉等研究表明Vc可以有效抑制PPO活性防止蓮藕變褐。因為Vc可以防止鄰苯二酚的進一步氧化，并在PPO接觸并氧化鄰苯二酚的反應系統中將鄰苯二酚立即還原為鄰苯二酚-聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。PVP可以吸附酚類物質，并具有廣泛用于防止由苯酚及其氧化產物引起的酶失活，還可以抑制PPO。許金蓉等觀察到，PVP及其單體(N-乙烯-乙基-吡咯烷酮)可以不可逆地與茶酚酶結合。具有相似的結構的物質也具有相似的作用。它們都具有肽鏈結構，可以與PPO中的Cu2+螯合，還可以與酚類化合物相互作用。
其他防變色劑。PPO最適宜的pH值約為7.0，并且pH值太高或太低都無法保持活性。因此，使用酸化劑可以將pH值降低至最佳pH值以下，從而抑制PPO的活性并實現防變色效果。檸檬酸是目前最常見的酸化劑，通常與其他物質結合使用。SO2也是一種有效的PPO抑制劑，隨著濃度的增加，對酶活性的抑制作用也會增加。這是由于SO2具有還原性，可以還原催化反應中的中間產物，而且對PPO有較強的抑制作用。但是SO2會導致環境污染形成酸雨以及對人體有危害，因此使用時要適量使用。亞硫酸鹽是一種常見防變色劑，可防止酶促變褐，抑制PPO活性，主要機理是和酶蛋白結合，從而改變了蛋白的結構。此外，硫代硫酸鈉、一定濃度的氮氣、活性鐵粉、硫酸亞鐵、亞硫酸鹽等也可以有效抑制PPO活性。
蓮藕保鮮技術
儲存前的處理和包裝。在收獲后和運輸過程中蓮藕很容易受到破壞，破壞會加速果膠物質的分解，激活PPO，并且變褐很快發生，因此，蓮藕采收后應盡快處理。此外，采收后如不及時處理，蓮藕帶著的土壤上的細菌和霉菌也會影響蓮藕的品質。因此，蓮藕在儲存前應仔細挑選和分類，損壞的蓮藕應進行特殊處理。
保鮮的條件和影響。傳統貯藏方式主要利用泥漿和濃鹽溶液貯藏。盡管前者對抑制水的蒸發有一定的作用，但也存在著細菌污染的問題，導致貯藏效果不佳。而濃鹽溶液的保存盡管具有良好的防腐作用，但在濃鹽溶液的滲透壓作用下，蓮藕的水分和養分損失較大，大大降低了食品質量。根據PPO的特性，其最適溫度為30℃左右。因此，控制溫度可以抑制PPO的活性。于新等人認為，低溫能更好地抑制蓮藕的酶促變褐，最佳的貯藏溫度為3℃和5℃。實驗還表明，在常溫下儲存的PPO活性高于在低溫下儲存的的PPO活性，并且溫度對PPO活性的影響較大。研究結果還表明，低溫貯藏的失重率和腐爛率均低于常溫。關于收獲后蓮藕的呼吸代謝，可以通過抑制蓮藕的呼吸代謝達到保鮮目的。例如，充氮、PVC袋等保存措施。
湯欽林 荊州職業技術學院
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