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四、超高压对虾多酚氧化酶(PPO)的影响

2023-02-19

一般情况下,100~300MPa的压力处理可以激活PPO的活性; 当压力超 过300MPa时,可部分钝化PPO酶活力; 当压力超过900MPa时,PPO酶活力 则有可能完全被钝化。影响超高压对酶活变化的因素,首先是超高压操作条 件,如压力大小、保压时间和加压方式 (连续加压或间歇加压); 其次是酶自 身因素,酶的种类和来源; 还有其他协同因素会影响超高压对其活力的影响, 如被处理酶类所在的介质温度、介质成分及环境pH等。

Montero等利用超高压 (0.1~400MPa/7℃/10min) 处理日本对虾 (Penaeus japonicus) 的PPO酶液,300~400MPa可将PPO活力降低到20%,若添加 抗坏血酸和柠檬酸等酶抑制剂,将pH调到3,PPO酶活则可被完全抑制。 Montero等还发现400MPa 7℃处理日本对虾,不仅不能抑制虾体黑变,反而出 现了严重的黑变现象,而在添加酶抑制剂 (苯甲酸钠、曲酸、4-己基间苯二 酚) 的同时进行高压处理,在贮藏过程中可有效抑制黑变。Linton等用300~ 500MPa处理挪威海螯虾 (Nephrops norvegicus) 2min,贮藏过程中出现的黑变 现象比未处理的严重,但600MPa处理的贮藏28d未发生黑变。López Caballero 等用200MPa、7℃和400MPa、7℃处理去头日本对虾 (Penaeus japonicus) 10min,然后在3℃贮藏,贮藏过程中对虾仅出现了很轻微黑变,但这并不影 响其经济价值。常耀光等用200MPa处理凡纳滨对虾10min,在 (4±2)℃贮藏 到第2天时,与未处理对照组一样,出现了轻微黑变; 400MPa和600MPa处 理10min,贮藏12h内,出现了严重的黑变现象; 700MPa处理10min则完全抑 制了贮藏过程中的黑变。本研究团队利用超高压处理来自凡纳滨对虾的PPO 酶液,结果见图2-6-13。

如图2-6-13所示,在100MPa、200MPa和300MPa处理PPO,其酶活被 激活 (p<0.05),最高被提高了57.61% (300MPa/1.5min); 在400MPa处理 PPO时,1min内PPO出现被激活现象 (p<0.05),然后随着处理时间的延长, 其酶活显著降低 (p<0.05); 在500MPa和600MPa处理PPO时,其酶活都随 处理时间的延长而显著降低 (p<0.05),500MPa处理2min和600MPa处理 1min,PPO的相对酶活力分别为2.65%和2.64%。

图2-6-13 超高压处理过程对凡纳滨对虾PPO酶活力的影响

一般情况下,完整组织中的PPO与其所处的基质即底物被膜隔离,在较 低的压力下,压力产生了酶活力中心的凝聚作用,细胞组织的破裂,这种隔离 状态被破坏,使PPO与基质接触,加速酶促反应活性,从而PPO的活力被激 活; 而在较高压力下,高压作用致使PPO的三级结构发生崩溃,肽键伸展成 不规则线状多肽,酶活力中心的氨基酸组成发生了变化或活力中心丧失,PPO 的催化活力发生变化,从而PPO被钝化。

以未处理的PPO酶液和凡纳滨对虾为对照,用400MPa、500MPa和 600MPa直接处理凡纳滨对虾2min,用100℃沸水加热1min,然后在4℃下贮 藏,每天观察PPO酶液和凡纳滨对虾的外观变化,结果见图2-6-14。

如图2-6-14所示,未处理的PPO酶液随着贮藏时间的延长,颜色加 深,说明发生了黑变; 热处理的PPO酶液在贮藏1~3d内颜色基本没有变化, 说明加热已经完全钝化了PPO; 超高压处理的PPO酶液,随着贮藏时间的延 长, 颜色逐渐变淡, 并出现沉淀。 LoÂpez等的研究发现鳄梨酱PPO经压力处 理后其颜色也逐渐变淡,原因可能是PPO经压力处理后PPO提取液成分发生 了变化,如蛋白质发生变性,降低其溶解度,酶活力下降。

如图2-6-14所示,与未处理组相比,热处理的凡纳滨对虾在4℃下贮 藏3d无黑变现象,超高压处理的凡纳滨对虾出现了提前黑变。Montero和 López-Caballero等在利用超高压处理日本对虾时,也发现超高压处理组比未 处理组黑变严重。常耀光等认为在700MPa以上的压力处理对虾,才能达到无 黑变现象产生。超高压处理对虾,虾体提前黑变可能是由于高压导致细胞组织 破裂,被大分子介质 (蛋白质、多糖等) 保护的PPO被释放,活性增加,与 底物和氧接触导致。凡纳滨对虾存在大量多酚氧化酶原 (pro-PPO),proPPO是没有活性的,但pro-PPO被含有丝氨酸的蛋白酶激活后即转化为有活 性的PPO,进而与底物和氧接触生产黑色素,导致虾体黑变。也有研究认为, 对虾中的血蓝蛋白也有多酚氧化酶活力,在血淋巴等因素诱导其pH和构象改 变后而被激活,血蓝蛋白有可能转变为PPO。因此,超高压激活对虾中PPO, 原因可能是压力使虾体内的PPO酶原和血蓝蛋白暴露出来,并将其激活为有 活性的PPO,从而导致虾体提前黑变。

图2-6-14 超高压和热处理对PPO酶液和凡纳滨对虾外观的影响

将超高压处理的酶液颜色变化和凡纳滨对虾的外观变化进行对比,会发 现超高压处理酶液中的PPO发生了钝化,而超高压处理对虾中的PPO则出现 了激活。这可能与PPO存在的介质不同有关。粗酶液在提取过程中,保护 PPO的大分子物质减少,使PPO完全暴露在压力下,容易被钝化; 而虾体中 的PPO存在保护介质和部分没有被激活的酶原,经超高压处理后PPO及其酶 原暴露从而被激活。因此,利用超高压加工凡纳滨对虾开发产品,必须采用较 高的压力或者将压力与温度协同或与其他防止虾黑变技术相结合进行处理,才 能完全钝化PPO。