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为解决新鲜果蔬因多酚氧化酶（PPO）引起的褐变问题，研究人员开展了发酵牛油果籽提取物对 PPO 抑制作用及在牛油果、苹果和香蕉果肉中抗褐变性能的研究。结果表明该提取物能有效抑制 PPO，延缓果肉褐变，为食品保鲜提供新途径。
在水果和蔬菜的世界里，褐变现象就像一场 “变色危机”。当我们切开苹果、香蕉或者牛油果，不一会儿它们就会变成褐色，颜值和口感大打折扣，营养成分也悄悄流失。这背后的 “元凶” 就是多酚氧化酶（PPO），它广泛存在于植物组织中，一旦植物细胞受损，PPO 就会与氧气和酚类底物 “相遇”，引发一系列化学反应，最终产生黑色素，让果蔬颜色变深。传统的抗褐变方法，比如使用抗坏血酸和 L - 半胱氨酸，虽然有一定效果，但也存在不少问题，像抗坏血酸容易氧化，作用时间短，L - 半胱氨酸可能影响食品的感官品质。所以，寻找一种更高效、更安全的抗褐变方法迫在眉睫。
来自哥伦比亚的研究人员，包括 Servicio Nacional de Aprendizaje（SENA）、Universidad Católica de Oriente、Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria–Agrosavia 以及 Universidad Nacional de Colombia 的科研团队，开启了一场探索之旅。他们将目光聚焦在牛油果籽上，利用固态发酵技术提取出提取物，深入研究其对 PPO 的抑制作用，以及在牛油果、苹果和香蕉果肉中的抗褐变效果。这项研究成果发表在《Heliyon》杂志上，为食品保鲜领域带来了新的希望。
研究人员为了深入了解发酵牛油果籽提取物的作用，采用了多种关键技术方法。在酶提取方面，从牛油果果肉中提取 PPO 酶，并通过特定的缓冲液和离心操作获得粗酶液；对于酶活性和动力学参数测定，以邻苯二酚为底物，在不同浓度下检测 PPO 酶活性，利用 Lineweaver - Burk 线性化方法计算 Km 和 Vmax；在制备发酵提取物时，对牛油果籽进行固态发酵，再通过乙醇 - 水混合溶液提取并处理得到提取物；通过对比添加不同浓度提取物、抗坏血酸和 L - 半胱氨酸后的酶活性，研究提取物对 PPO 的抑制作用；以未处理的果肉为对照，在不同时间测定处理后果肉的褐变指数（BI），评估抗褐变效果；运用基于常微分方程的数学模型，对 BI 变化进行拟合，获取相关动力学参数。
研究结果如下：
- PPO 的酶活性和动力学参数：研究发现，以邻苯二酚为底物时，牛油果 PPO 的 Km 值为 0.1627g/L，Vmax 值为 0.6577Abs/min。在实验过程中，酶促反应速度随着邻苯二酚浓度的增加呈现先上升后下降的趋势，在 4.3g/L 邻苯二酚时达到最高反应速度。这表明在提取物中存在一些分子，它们对酶活性具有双重作用，既可能加速酶促反应，也可能抑制反应，具体取决于分子的化学结构和反应环境。不同品种的水果，其 PPO 的 Km 值存在差异，这说明植物物种不同会产生不同的 PPO 同工型，而且酶提取方法也会影响 Km 值。
- PPO 的酶活性抑制情况：发酵提取物对 PPO 具有显著的抑制作用，在 60% v/v 的浓度下可完全抑制酶活性。与抗坏血酸和 L - 半胱氨酸相比，虽然 L - 半胱氨酸在较低浓度下就能达到较高的抑制效果，但发酵提取物是多种化合物的混合物，其中含有的酚类化合物，如儿茶素、表儿茶素、原花青素和没食子酸等，具有抗氧化特性，能够减少活性氧物种（ROS）和过氧化氢（H?O?）的形成，从而抑制酶活性和减轻氧化应激，发挥抗褐变作用。通过 Lineweaver - Burk 线性化分析发现，发酵提取物的抑制类型为竞争性抑制，它会与底物竞争酶的活性中心，降低 PPO 与底物的亲和力。
- 褐变指数（BI）：在对苹果、香蕉和牛油果果肉的研究中，不同抑制剂在不同浓度下对褐变指数的影响各不相同。抗坏血酸在苹果中 1.0% 浓度、香蕉中大部分时间 1.0% 浓度、牛油果中 0.5% 浓度时，褐变指数最低；发酵提取物在苹果和香蕉中 1.0% 浓度、牛油果中 0.5% 浓度时，褐变指数最低；L - 半胱氨酸在苹果和香蕉中 0.5% 浓度、牛油果中 1.0% 浓度时，褐变指数最低。这表明发酵提取物在不同水果中都能有效延缓褐变，其效果与抗坏血酸和 L - 半胱氨酸相当，且优于对照组。从颜色变化监测来看，发酵提取物处理后的牛油果果肉在 0.5% w/v 浓度下，颜色变化最小，苹果和香蕉果肉在相应浓度下也能延缓颜色变化，但不如牛油果明显。
- 褐变指数（BI）变化的数学建模：对褐变指数变化进行数学建模发现，在牛油果果肉中，发酵提取物和 L - 半胱氨酸在 30 分钟后能稳定褐变指数，抗坏血酸在 60 分钟后稳定，且前期有延迟；在苹果中，发酵提取物在 120 分钟内对褐变有良好的抑制作用，之后褐变指数逐渐上升，抗坏血酸和 L - 半胱氨酸在 50 分钟内上升，之后保持稳定；在香蕉中，发酵提取物的褐变指数低于 L - 半胱氨酸，抗坏血酸与对照组表现相似。通过动力学参数 n 值可知，在大多数情况下，抑制剂对褐变反应存在自抑制现象，即 n <1 时，褐变动力学对自抑制较为敏感，在较低的 BI 值下就会发生；n = 1 时，符合逻辑方程；n> 1 时，褐变动力学对自抑制相对抗性较强，在 BI = BImax 时发生。
研究结论和讨论部分指出，本研究成功证明了发酵牛油果籽提取物作为 PPO 抑制剂的生物活性和抗褐变潜力。该提取物不仅能够有效抑制 PPO，而且在不同水果中都能延缓褐变的发生，这与其中的酚类化合物密切相关。这一研究成果为食品工业提供了一种潜在的天然抗褐变剂，有助于延长食品的保质期，保持食品的营养和感官品质，减少因褐变导致的食品浪费。同时，也为进一步开发利用牛油果籽资源提供了理论依据，推动了天然抗氧化剂在食品保鲜领域的应用和发展。未来，研究人员可以进一步深入探究发酵提取物中具体成分的作用机制，优化提取工艺，提高其抗褐变效果，使其更好地应用于实际生产中。
