多酚氧化酶的研究进展【文献综述】

文献综述

生物工程

多酚氧化酶的研究进展

摘要：多酚氧化酶广泛存在于各类果蔬植物中，其活性调控对于果蔬加工、保藏及茶叶初加工过程具有重要的作用。着重归纳了多酚氧化酶的催化活性及其影响因素，结合果蔬抑褐保鲜及茶叶加工的应用实例进行了分类综述，并指出了多酚氧化酶在未来生物技术中的价值空间。

关键词：多酚氧化酶；酶活；抑制剂；褐变；保鲜

多酚氧化酶（polyphenol oxidase）是一类广泛存在于植物体内的能催化多酚类氧化成醌类的含铜质体金属酶。由于多酚氧化酶的酶促褐变与果蔬加工、茶叶品质、组培成功等密切相关，人们很早就开始对它进行深入细致的研究。本文就多酚氧化酶类型、在植物体内的分布以及多酚氧化酶活性与环境因子间关系的研究进展做一概述。因此，通过多酚氧化酶学性质研究，为果蔬加工过程控制褐变提供了相对广阔的工业化技术和理想方法。

1 多酚氧化酶简介

多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，PPO；氧化还原酶；EC 1.10.3.1），是一类氧化还原酶，其由铜离子辅基和主酶两部分组成，铜离子辅基不可透析。多酚氧化酶首先由Yoghid在1883年在日本漆树研究过程中发现，1938年KeilinD和MannG在对蘑菇的研究中实现了蘑菇多酚氧化酶的提取和纯化，并将其命名为Polyphenol Oxidase[1]。由于其与食品加工和蔬菜保鲜与贮藏运输有着密切的关系，之后多酚氧化酶一直是研究的热点，尤其是在其生化、生理学性质方面取得了较大的进展。多酚氧化酶在有氧条件下能选择性催化酚类羟基化，把其氧化成醌，这一特性使得多酚氧化酶在工业、食品和环境保护等行业得到了广泛的应用，如利用多酚氧化酶来催化氧化儿茶素形成茶黄素及茶饮料中独特的风味物质，烟草中利用其来形成独特的品质，利用固定化多酚氧化酶去除工业污水中的多酚类有毒物质等等。此外，多酚氧化酶广泛存在于自然界，来源广泛，可以从植物、动物和微生物体内分离得到。

2 多酚氧化酶的分类

多酚氧化酶在植物界乃至动物界分布广泛，由于其检测方便，是被最早研究的几类酶之一[2]。自20世纪60年代以来，曾从不同的植物中分离出来，如梨[4,5] 、苹果[6]、马铃薯[7,8]、桃[9,10]、葡萄[11]、茶叶[12]、荔枝[13]、烟草[14,15]、百合[16]、小麦[3]、玫瑰[17]、甘蔗[18] 等。多酚氧化酶大体上可分为两类：漆酶和儿茶酚氧化酶，习惯上常把儿茶酚氧化酶称为儿茶酚酶、酪氨酸酶、酚氧化酶、多酚氧化酶或甲酚酶，它与漆酶有明显区别[2,19]。儿茶酚酶不是严格存在于植物体的特定部位，它普遍存在于植物器官和组织；漆酶的催化底物范围很广，可以催化单酚、三酚、邻和对位二酚以及氨基酸。

3 多酚氧化酶的生理功能

3.1多酚氧化酶在酚类代谢中的作用

多酚氧化酶在有氧的条件下催化酚形成醌，从而引起褐化。但是，植物体内大多数多酚氧化酶的活性都是潜在的。这是因为正常组织内细胞中的酚类物质和多酚氧化酶呈区域性分布。鞠志国等[20,21]用酶法分离分别测定了莱阳梨原生质体和液泡中的酚类物质含量以及多酚氧化酶的活性，发现液泡是贮存酚类物质的场所且其中不含多酚氧化酶，这为Mayer和Harel[2]关于酚类和多酚氧化酶区域性分布的论点提供了证据。因此，它在酚类物质代谢中的作用主要体现在含有质体和液泡混合液的环境中，具体来说就是衰老和受伤的情况。多酚氧化酶在解释由于受伤而出现醌类物质的快速产生，从而进一步引起褐变死亡具有很明显的生理意。

3.2其他生理功能

多酚氧化酶能进行去甲基化反应，这对于木质素降解是相当重要的。在层孔属的真菌中，PPO不仅能够降解木质，而且能够聚合木质的氧化产物[22]，在马齿苋属植物和红色甜菜植物中，酪氨酸酶参与β-花青素的生物合成[23]；PPO还与植物的生长发育过程（如根的形成）以及乙烯的形成有一定联系。PPO还可促进伤口的愈合[24] 。

4 酶活的辅调因素

4.1激活剂和抑制剂

为防止酶促褐变，食品界在PPO的抑制剂方面开展了很多研究工作，而对于

其激活剂相对了解较少。阴离子洗涤剂如SDS（十二烷基硫酸铵）能激活PPO。SDS不仅可激活经PVP处理而失活的酶，而且也能够激活以潜在形式存在于粗提液中的PPO。适宜的添加浓度范围内，SDS对烟草PPO及嫩刺芽PPO均有一定的激活作用[25-26]。PPO的活性形式是含铜的酶单体的寡聚体，因此含铜的化合物对源于小麦等的PPO也有激活效应[27]。

此外，金属离子能以不同的方式与底物、酶的活性产物和酶本身产生极强的亲和力，从而导致酶活性的改变。Ca和Na能对酶活性产生抑制作用，Mn和Zn则激发酶的催化功能。PPO的抑制剂依据其作用机制不同可分为酶基抑制剂和产物（或底物）抑制剂两类，第一类中具有产业应用价值的是抗坏血酸和柠檬酸，第二类中较有代表性的有二氧化硫、L-半胱氨酸、亚硫酸盐等。就茶叶PPO而言，NaHSO3对其抑制作用最显著，其次为L-半胱氨酸、抗坏血酸和EDTA，效果最差的为NaCl。L-半胱氨酸对多种植物，如苹果、马铃薯、香蕉等体内的PPO都有抑制作用。也有学者通过抑制剂复合协同进行抑褐保鲜，筛选得到了山药最佳感官风味的PPO抑制剂配方：0.05％柠檬酸+0.4％抗坏血酸+0.02％EDTA[28]。

5 应用研究进展

PPO对于果蔬保鲜和采后加工具有重要意义，为避免褐变造成的食品品质下降，加工过程中PPO酶的钝化处理一直是研究的热点，而在不同茶类加工过程中合理调控茶叶PPO活性对于茶叶品质的提升。

5.1果蔬保鲜褐变控制中的应用

PPO抑制在防止水果和蔬菜褐变方面起着重要的作用。抑制PPO活性或消除酶促反应的发生条件能较好地保持鲜果的色泽、风味及营养。酶促褐变的发生需要三个条件：底物（多酚类物质）、氧介质、PPO。实际操作中从食品中除去PPO 的底物（多酚类物质）不仅困难，而且不现实。因此比较有效的是抑制PPO活性，其次是防止与氧接触。

5.2茶叶加工中的应用

5.2.1绿茶杀青

绿茶加工过程中，关键工序是杀青，通过高温（100～300℃）使鲜叶中的酶迅速变性失活，及时终止鲜叶中包括PPO在内的各类酶促反应，使成品茶保留较多的叶绿素、多酚类、维生素C等热敏性品质成分，从而形成绿茶“清汤绿叶”

的品质。传统的杀青方法包括蒸气杀青、锅炒杀青，近年来有微波杀青、远红外辅助杀青、超高压等新技术用于绿茶杀青处理过程，对于酶质的活性进行柔性钝化，更有利于茶叶理化成分的保留和优良品质的形成[29]。

5.2.2红茶发酵

红茶属酶性氧化茶类，须满足多酚类酶性氧化聚合反应所需要的最适温度、湿度和氧气条件。经萎凋、揉切后，茶叶中PPO酶类活性得到激活，PPO与多酚类及空气充分接触，使多酚类中的没食子儿茶素及其没食子酸酯先行氧化为邻醌，再逐步氧化缩合，成为茶黄素和茶红素，使红茶具有汤色叶底红亮、香味浓郁等独特品质。

6 应用研究展望

多酚氧化酶是生物质体的自源代谢酶类，不仅在生物体的生长期维持自体次生代谢的平衡，也与果蔬采后生理和再加工产品品质有着紧密的联系。控制果蔬汁在加工、储藏过程中的酶促褐变，保留、改善农副产品的营养成分和感官品质符合消费者对健康产品的食用价值需求。当前，人们已经从物料自身酶的活性和酶促反应的辅助因子、外界环境等的控制等多方面人手，找到了多种控制果蔬汁中酶促褐变的有效方法。但是因为不同果蔬物料中的PPO具有特异性，根据果蔬品种的不同，单一的方法存在一定的局限性。随着非热加工技术的发展，超高压、辐照、脉冲场、冰温贮藏等在酶作用机制方面的广泛研究和协同化应用，为果蔬加工过程控制褐变提供了相对广阔的工业化技术和理想方法。同样，PPO作为茶叶产品加工过程中的重要品质决定因素，随着市场差异化产品的需求，应用新型加工技术及酶工程技术，针对性地创设PPO活性调控的理化条件，充分发挥PPO 的生理催化优点，进而专一性改善茶叶产品中某一类成分的含量，提高茶制品的风味和质量，将会是未来新型茶制品开发的一大研究亮点，有着广阔的应用前景。

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