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酶促褐变广泛存在于自然界中,在食品工业中绝大多数的酶促褐变不利于食品的品质,包括降低食品的营养价值,影响食品的感官属性等。酶促褐变对鲜切果蔬行业的影响尤为显著,对食品的货架期有直接的负面影响。现在广泛使用的酶促褐变抑制剂,或者因为安全问题使用范围受到限制,或者抑制有效性不强并且会随着时间而逐渐消耗,因此寻找一种安全且有效的酶促褐变抑制剂一直是研究的热点。迄今为止,人们对于美拉德反应产物(MRPs)抑制酶促褐变能力(BIC)只有有限的研究报道,其抑制酶促褐变的机理仍未得到阐明。由于MRPs组成的复杂性,反应物的种类以及反应过程中各项参数都会对最终的MRPs组成和性质产生深刻的影响。本文系统地研究了不同条件制备的MRPs的BIC、酪氨酸酶抑制能力(TIC)以及抗氧化能力,力图阐明MRPs抑制酶促褐变的机理、发现MRPs抑制褐变能力的有效种类及其主要组分、揭示MRPs酶促褐变抑制能力和美拉德反应过程参数的关系,并初步考察MRPs在实际体系的酶促褐变抑制效果,从而为酶促褐变的调控研究和食品加工和储藏的实际应用提供理论依据和技术指导。主要研究内容如下:研究了12种代表性氨基酸与3种糖(木糖、果糖、葡萄糖)的MRPs其BIC强弱以及与抗氧化能力的关系。结果表明Cys、胱氨酸、Arg及His的MRPs相比其他氨基酸具有更强的BIC。其中胱氨酸的MRPs具有较高的BIC,可能是由于在美拉德反应过程中裂解生成了游离的Cys。Lys的MRPs(Lys-MRPs)显示最高的褐变强度但是其BIC却非常有限,与此相反,Cys-MRPs具有最低的褐变强度,却具有最强的BIC。除去Cys和Lys两个极端情况,剩余10种氨基酸的MRPs其A420可以大致反映BIC的强弱。Tyr-MRPs显示最强的抗氧化能力,但是其BIC却非常有限,与此对应的,Cys-MRPs同时具有较高的抗氧化能力和最强的BIC。12种氨基酸中排除Lys、Cys和Tyr之后,剩余的9种氨基酸的MRPs其铁还原力与BIC呈现中等强度的正相关性。美拉德反应各参数对最终的MRPs的BIC影响显著。产生最强BIC的适宜pH随氨基酸种类的不同而改变:酸性pH有利于Cys-MRPs产生高的抑制活性,对于His和Arg,中性和偏碱性的pH才能产生最强的抑制活性。在一定范围内提高美拉德反应的温度和加热时间可以提高MRPs的BIC,但超过一定范围后抑制活力出现下降。比较同一反应物来源(Cys、His或Arg)但在不同美拉德反应条件下制备的MRPs的BIC与抗氧化能力,发现两者之间没有显著的相关性。进一步研究了Cys-MRPs中化合物的化学极性和分子量大小对BIC、TIC以及抗氧化能力(DPPH自由基清除能力和铜离子螯合能力)的影响。结果表明Cys-MRPs不同极性组分的多种物质具有BIC和TIC,并且具有TIC的组分偏向于非极性。Cys-MRPs的不同极性组分中具有较高的DPPH自由基清除能力的组分一般具有较强的BIC,但与TIC没有相关性,这说明MRPs的BIC可以部分归因于其抗氧化能力。Cys-MRPs的不同极性组分的铜离子螯和能力与TIC具有显著的正相关性,因此可以作为反应体系TIC的一个指标。经过反相C18柱和凝胶渗透色谱柱两步分离得到的最强活性组分M5的抑制酪氨酸酶的作用类型为非竞争性抑制,抑制常数为3.10μg/mL,抑制效率为原始的Cys-MRPs的80倍。组分M5的GC-MS分析结果表明2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮(DDMP)和2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮(DMHF)是两种主要的挥发性成分。其中,DMHF不具有抑制活性,DDMP为一种非竞争性抑制剂,抑制常数为4.99μg/mL。选择具有最强抑制活性的Cys-MRPs,进一步研究了其抑制酶促褐变的机理。Cys本身不能直接对酪氨酸酶产生抑制作用,但是Cys可以与初始产物邻苯醌反应生成无色稳定加合产物,阻止其进一步聚合形成褐色色素。极谱法和光谱法的共同分析的结果表明,Cys-MRPs抑制酶促褐变的作用包括对酶的直接抑制作用以及通过作用于邻苯醌的而产生的间接抑制作用。比较Cys与两种美拉德反应条件下产生的Cys-MRPs的酶促褐变抑制能力及其量效关系曲线,发现Cys-MRPs抑制酶促褐变发生的作用效果受美拉德反应条件的影响很大,最优反应条件下得到的Cys-MRPs,在加入量为0.052 m M时已完全能够抑制酶促褐变的发生并且完全抑制了酶的活性。透析试验表明,Cys-MRPs可以部分不可逆地对酪氨酸酶产生抑制作用;经过Cys-MRPs处理的酪氨酸酶中补充CuCl2后,酶活力得到了部分恢复,也说明Cys-MRPs对酪氨酸酶的抑制部分归因于它对活性中心铜离子的螯合作用。曲酸和环庚三烯酚酮是两个典型的酪氨酸酶的可逆竞争性抑制剂,实验结果表明当将Cys-MRPs与曲酸或环庚三烯酚酮共同作用于酪氨酸酶时,Cys-MRPs的酪氨酸酶抑制活性比其单独作用时显著下降。因此可以推测抑制剂Cys-MRPs作用于酪氨酸酶的作用位点是酶的活性中心。利用偏最小二乘回归(PLSR)方法分析了Cys-MRPs的TIC与挥发性化合物、非挥发性化合物及美拉德反应过程参数的相关性。发现挥发性产物中3-乙基-2-甲酰基噻吩、α-二甲基甲酰基噻吩、2,6-二乙基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、3-甲基-3-(2-噻吩基二硫基)噻吩和糠醛与Cys-MRPs的TIC具有显著的正相关性,同时2-丙酰基呋喃和α-二甲基-2-甲酰基呋喃与TIC具有显著的负相关性。选择3种典型的能够反映美拉德反应路径的非挥发性化合物5-羟甲基糠醛(HMF)、麦芽酚、DDMP用来研究Cys-MRPs的TIC与典型的非挥发性产物的相关性。结果表明DDMP的含量与TIC呈现强的正相关性,而HMF和麦芽酚与TIC呈现弱的负相关性。因此美拉德反应体系中非挥发性DDMP含量可以作为反映Cys-MRPs酪氨酸酶抑制活性的一个指标。在实验选定的范围内,美拉德反应的时间和温度与Cys-MRPs酪氨酸酶抑制活性呈显著的正相关关系,但美拉德反应糖胺比的变化对其抑制活性无显著影响。抑制剂的酶促褐变抑制效果受食品介质及形态的影响很大,在马铃薯汁与马铃薯切片两种不同的体系中,Cys及Cys-MRPs的护色效果截然相反,马铃薯汁体系更接近于模型体系,此时Cys-MRPs比Cys具有更强的褐变抑制效果。马铃薯切片体系中,同等摩尔浓度加入量的Cys对亮度值的保持最为有效,随后依次为Cys-MRPs和柠檬酸,而且Cys-MRP与Cys存在显著的协同效应;同等摩尔浓度加入量的Cys与Cys-MRPs对马铃薯切片色度值保持效果相同,并且都强于常用的褐变抑制剂柠檬酸。Cys本身不能抑制酪氨酸酶的活性,并且在抑制酶促褐变发生过程中自身也逐渐消耗,因此抑制作用是暂时地,但Cys-MRPs可以通过直接作用于PPO抑制其活性,可永久地抑制酶促褐变的发生,Cys-MRPs是一种有潜力的酶促褐变抑制剂。