果胶复合体系和水杨酸对多酚氧化酶的活性影响机制

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多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)是一类典型的III型铜蛋白,广泛分布于果蔬类囊体,在果蔬酶促褐变中扮演重要角色。因此,钝化PPO活性是控制果蔬褐变的有效途径。缓冲液这类模型体系为PPO的研究提供了极大的便利,但食品组分对PPO的影响被忽略,导致PPO在缓冲与实际食品体系中的抑制存在较大差异。果胶作为一种常见的食品组分在果蔬及其制品中广泛存在,探究果胶对PPO活性及酶钝化的影响具有十分重要的意义。有趣的是,在果胶复合体系中考察4种不同有机酸对PPO活性抑制作用的过程中,发现水杨酸不仅具有与PPO酶促反应底物相似的化学结构,同时其酸化特性(p Ka=2.98)也可影响抑制作用,然而关于其酸化作用对PPO活性的影响目前尚未见报道,因此本论文随后将基于酸化和结合作用两方面进一步探究水杨酸抑制PPO活性的机制。论文主要研究内容如下:(1)考察果胶复合体系对PPO活性及抗酸热钝化的影响。首先在缓冲体系的基础上添加果胶构建果胶复合体系,在果胶复合体系中测定PPO的酶促反应活性;其次在果胶复合体系中对PPO进行45~60℃热处理并探究果胶对PPO热钝化下活性及构象稳定性的影响;最后考察缓冲与果胶复合体系中抗坏血酸、柠檬酸、阿魏酸和水杨酸4种不同有机酸处理钝酶效果的差异。研究表明果胶对PPO活性表现为抑制作用,随着复合体系中果胶质量浓度的上升,PPO活性逐渐下降,当果胶质量浓度为10 mg/m L时,PPO活性下降约20%,此后PPO活性不再因果胶质量浓度的增加而进一步下降;热钝化动力学与荧光光谱结果表明复合体系中果胶的存在能降低PPO对热钝化的敏感性,从而增强其热稳定性;此外,研究表明复合体系中5 mg/m L果胶的加入可使抗坏血酸、柠檬酸、阿魏酸和水杨酸对PPO活性的抑制作用增强1.5%~25.7%。(2)基于酸化和结合作用两方面探讨水杨酸抑制PPO活性的机制。首先通过不同浓度的缓冲溶液探究水杨酸酸化作用对PPO酶促反应活性的影响以及水杨酸抑制PPO活性的p H依赖性;其次调节体系p H以消除水杨酸酸化作用的影响,借助抑制动力学和圆二色光谱技术(CD)考察水杨酸与PPO分子的结合作用及抑制类型;最后综合分析特定p H条件下水杨酸对PPO活性的抑制作用,通过计算机分子对接模拟分析水杨酸本身具有的酸性对其与PPO分子结合作用的影响。实验结果表明水杨酸是PPO分子的竞争性抑制剂,且同时通过酸化作用和结合作用两方面对PPO活性产生抑制。在弱缓冲体系中水杨酸的酸化作用占据主导地位,而在强缓冲体系中,水杨酸与PPO分子的结合作用逐渐占据优势。氢键、疏水相互作用力和范德华力是水杨酸结合PPO分子的主要驱动力。然而在酸性p H条件下,水杨酸还可与PPO分子形成静电相互作用并生成更多氢键增强其结合构象的稳定性,可知水杨酸的酸化作用与结合作用在PPO活性抑制过程中表现为协同作用。本论文通过果胶复合体系解析了食品组分果胶对PPO活性、分子构象及酸热条件下酶钝化的影响,证实食品组分是缓冲与实际食品体系中PPO受不同抑制作用的重要原因,为果蔬及其制品酶促褐变的控制在生产实践中的应用提供理论参考。明确了水杨酸钝化PPO活性的双重作用机制,为水杨酸控制果蔬酶促褐变的实际生产应用提供理论指导。
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