荔枝果肉酶促褐变相关酶和底物的研究

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荔枝(Litchi chinensis Sonn)是我国南方重要的热带水果之一,风味独特,具有很高的食用和医疗保健价值。但其果肉在贮藏和加工过程中容易发生酶促褐变,导致其品质和商品价值的下降。目前的研究认为多酚氧化酶(PPO,ECl.10.3.1)是引起果蔬褐变的关键酶类,它可催化内源性酚类物质氧化生成醌类物质,此物质极不稳定,会相互作用生成高分子聚合物,或再与氨基酸(或蛋白质)作用生成高分子络合物,从而导致褐色素的生成。大多数研究认为过氧化物酶(POD,ECl.11.1.7)也是果蔬酶促褐变过程中的一个主要因素。作为褐变过程中最重要的两种关键酶,POD和PPO关系密切。但目前关于荔枝果肉酶促褐变的相关研究极少有报道。为此,本文主要开展了以下研究:荔枝果肉PPO和POD的提取和初步纯化以及它们的酶学性质,荔枝果肉在贮藏期间酚酶和褐变度的变化,不同荔枝果肉品种酚酶和褐变度的差异和引起酶促褐变的天然内源底物的初步探寻。主要研究结果如下:   1、在多酚氧化酶提取中,PPO酶活的最佳提取时间为2小时;当提取液离子浓度为0.1mol/L,酶活最高;提取液的最佳提取pH为7.5;最适料液比为l:3。经缓冲液浸提,硫酸铵沉淀,Phenyl Sepharose疏水层析进行纯化后,PPO酶被纯化了9.4倍,得到部分纯化的PPO酶。   2、用丙酮粉法缓冲液提取过氧化物酶,POD酶活的最佳提取时间为30min,当提取液离子浓度为0.3mol/L,POD酶活最高;提取液的最佳提取pH为7;最适料液比为1:15。经丙酮粉提取,硫酸铵沉淀,EDAE-sepharose FF离子交换层析进行纯化,POD酶被纯化了7.3倍,得到部分纯化的POD酶。   3、使用部分纯化的PPO酶液进行酶学性质研究。荔枝果肉PPO最适pH为7,在pH3-5范围内,PPO不稳定,易失活;而在pH6-8范围内,PPO相对稳定。PPO最适温度为55℃,PPO热稳定性较高。PPO和愈创木酚、酪氨酸、间苯二酚不发生酶促反应。而PPO结合能力最强的底物为邻苯二酚,其次为4.甲基儿茶酚。谷胱甘肽、半胱氨酸、抗坏血酸、亚硫酸钠、NaF、SnC12和FeS04对PPO活性有明显抑制作用。而CuS04、MgC12和CaCl2对PPO活性有促进作用。   4、使用部分纯化的POD酶液进行酶学性质研究。荔枝果肉POD最适pH为5。当pH为4-5时,POD很不稳定,当pH为6-8时,POD活性在贮藏期稳定。荔枝果肉POD最适温度为45℃,对热较敏感。以愈创木酚为底物,荔枝果肉POD的Km值为4.64×10-3mol/L;以没食子酸为底物,Km值为0.063mol/L。POD对愈创木酚亲和力强于没食子酸。抑制剂谷胱甘肽和硫酸盐可完全抑制POD活性,但谷胱甘肽添加量远低于硫酸盐,两者抑制机制不同,谷胱甘肽抑制效果最佳。抑制剂抗坏血酸具有抑制暂时性,不能完全抑制POD活性。   5、在16个被测荔枝品种中,多酚氧化酶活力和过氧化物酶活力最强的分别是白糖罂和青荔,而最弱的则都为玉荷包。在选取的被测试的7个品种中,多酚氧化酶、过氧化物酶活力和多酚含量与褐变度未发现呈单一相关性。以怀枝为贮藏的品种,在贮藏期,荔枝果肉的褐变度在前5天呈快速上升阶段,POD活性在贮藏前5天与褐变度呈正相关;PPO活性在贮藏前3天与褐变度呈正相关,随后它们的酶活都呈下降趋势。同时在贮藏期,荔枝果肉多酚与褐变度呈负相关。   6、应用HPLC-MS的方法,通过荔枝果肉中酚类物质的保留时间,一级和二级质谱信息与文献的对照,从而初步鉴定在荔枝果肉中的6种酚类物质。PPO酶和荔枝果肉多酚在适合的条件下反应后,反应液用HPLC检测,初步确定引起PPO酶促褐变的内源底物为保留时间2.5min附近出峰的物质。POD酶与荔枝果肉多酚在pH5的体系下未发生反应。推测在酶促反应启动时主要酶为PPO,在酚酶反应后,POD参与其中,POD酶活增强,褐变度增大。
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