结合态多酚氧化酶射频钝化失活特性研究

Radio frequency (RF) involves lower frequencies and thus longer wavelengths, and deeper penetration depth compared with microwaves. RF offers the possibility of fast heating for inactivation of endogenous enzymes in large-scale agricultural products and foods by direct interaction between electromagnetic waves and food molecules. RF can treat the whole plant organism to inactivate endogenous enzymes, which may be a good alternative treatment to thermal processing to inactivate endogenous enzymes and remain good food properties without waste water. The conventional thermal methods are conducted on the soluble enzymes which liberated from the plant tissue and located around the substrate. However, RF acts with membrane-bound enzymes in the whole plant organism, and these membrane-bound enzymes are proenzyme or stay in low activity state and separate from substrate by the molecular membrane. The membrane-bound polyphenol oxidase (mPPO) which amount about 85% of the total PPO in apple would be studied in this study. The activity, thermal stability, pH stability, optimum substrate, Km, substrate specificity would be compared between mPPO and soluble polyphenol oxidase (sPPO). The inactivation and kinetics under RF treatment would be obtained and the relationship between the structural alternation and loss of activity will be established. The effects of inactivation of mPPO by RF treatment on the food quality also will be evaluated.

射频以其高穿透和诱导分子摩擦快速产热的优越特性可对大宗的农产品、食品进行完整组织高效灭酶，从而替代传统热烫或破碎组织后热处理进行灭酶、护色及食品加工，可实现无废水加工和最大限度保留农产品、食品品质。传统钝酶主要作用于组织破碎后处于激活态（高活力状态）且与底物充分接触反应的可溶游离态酶，而射频钝酶是作用于处于完整组织中、与底物被细胞膜隔离、处于无活性或低活性的呈不溶态的膜结合酶或前体。以苹果中约占总酶量85%的膜结合态多酚氧化酶（mPPO）为研究对象，明确mPPO 和游离态多酚氧化酶（sPPO）在酶活力、最适底物、热稳定性、酸碱稳定性、米氏常数及底物特异性、对抑制剂敏感性等性质差异；掌握mPPO射频钝化失活特性与动力学，建立射频加热钝化完整组织中mPPO结构与功能的变化关系模型；阐明在完整组织中mPPO与酚底物保持空间隔离状态下，射频钝化mPPO对后续食品加工产品品质的影响规律。

射频以其高穿透和诱导分子摩擦快速产热的优越特性可对大宗的农产品、食品进行完整组织高效灭酶，从而替代传统热烫或破碎组织后热处理进行灭酶、护色及食品加工，可实现无废水加工和最大限度保留农产品、食品品质。传统钝酶主要作用于组织破碎后处于激活态（高活力状态）且与底物充分接触反应的可溶游离态酶，而射频钝酶是作用于处于完整组织中、与底物被细胞膜隔离、处于无活性或低活性的呈不溶态的膜结合酶或前体。本研究以苹果中内源酶（多酚氧化酶，PPO）为研究对象研究结合态多酚氧化酶射频钝化失活特性研究，苹果组织中含有两种状态的PPO，一种结合在叶绿体等细胞器的膜上，为膜结合态PPO（mPPO）；另一种PPO游离于细胞器基质中，为游离态PPO（sPPO）。本研究对苹果组织中mPPO和sPPO的米氏常数、最适pH、最适反应温度等理化性质进行研究，发现mPPO比sPPO更易被钝化，sPPO比mPPO更易与邻苯二酚底物结合，发生催化氧化反应产生褐变；mPPO和sPPO有相同的最适pH为4.8，并且在低于pH 4.8时，mPPO的活性比sPPO低；sPPO和mPPO的最适反应温度分别为35℃和45℃，并且mPPO比sPPO在高温下更易被钝化。 本研究进一步研究了射频处理对不同PPO的失活动力学，以及对苹果汁品质的影响。发现在组织中的PPO比游离于果汁中的PPO更易被钝化。相比于传统热钝酶工艺，射频处理可以在相对较低的温度下迅速钝化苹果组织中大部分PPO并减少苹果汁中总酚的损失，提升果汁色泽保证苹果汁品质。此外，本研究还以大豆中内源酶（脂肪氧合酶、脲酶和胰蛋白酶抑制剂）为研究对象，采用射频加热技术对大豆进行加热处理，结果发现射频极板间距为45 mm，功率2.1 kW下分别处理大豆270 s、285 s和300 s即可将脂肪氧合酶、脲酶和胰蛋白酶抑制剂的生物活性分别降至5.7%、6.63%和10.64%。而传统热处理相比而言，即便采用射频处理过程中大豆温度剖面的最高温度作为处理温度的参数，灭活上述抗营养因子也需要600 s，900 s，1500 s才能达到相似的灭活水平。