常压冷等离子体处理全麦粉：多酚氧化酶（PPO）与过氧化物酶（POD）的失活动力学、作用机制及其对组分特性的影响

本综述系统探讨了常压冷等离子体（ACP）及蒸汽处理对全麦粉中多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）的失活效果。研究表明，ACP在25?kV/10?min条件下可实现≥99%酶失活，并通过n级动力学（PPO: n=1.15；POD: n=1.1）及结构解析（无规卷曲增加）揭示其非热变性机制，为谷物加工中酶稳定性控制提供了创新解决方案。

　　

Highlight

Sensitivity of oxidoreductases to cold plasma exposure

随着电压和处理时间的增加，过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）的残余酶活性均显著下降。在最低等离子体强度（5?kV处理1分钟）下，POD和PPO分别保留了98.9%和98.4%的初始活性，表明在此暴露水平下酶失活极微。然而，在25?kV/10分钟处理条件下，它们的活性分别骤降至0.1%和0.7%。这说明更长的暴露时间和更高的电压水平能够通过增强活性粒子通量来促进酶失活。

Kinetics of enzyme inactivation

PPO和POD在冷等离子体暴露下的失活动力学均符合n级模型。PPO的失活级数为1.15，而POD为1.1，表明这两种酶在冷等离子体处理中均表现出近似一级动力学的特征但略有偏离。动力学分析进一步揭示，PPO比POD更具抵抗力，其速率常数（k）值较低（0.428对0.489分钟^?1），而D值（Decimal Reduction Time）较高（5.38对4.72分钟）。在蒸汽处理中，PPO的D值为1.83分钟，POD为1.49分钟，再次确认PPO具有更强的热稳定性。

Mechanism of enzyme inactivation

Role of reactive species

冷等离子体处理过程中检测到的活性氮物种（RNS）（328–426 nm）、羟基自由基（•OH）（314 nm）和氧分子谱带（739和778 nm）的光学发射强度均随处理时间和电压的增加而上升。这些高反应性粒子攻击酶蛋白的氨基酸残基，导致其结构展开和催化位点破坏，从而引起酶失活。

Structural changes in enzymes

圆二色谱分析显示，经冷等离子体（25 kV/10分钟）和蒸汽（100 °C/6分钟）处理后，PPO和POD的α-螺旋含量分别下降6.3%和7.1%（冷等离子体）以及8.9%和9.7%（蒸汽），而无规卷曲结构显著增加。这证实了两种处理均引起酶蛋白的展开和去折叠，从而导致其失活。

Impact on composition and properties of WWF

冷等离子体处理（25 kV/10分钟）后，全麦粉的色泽、基本组分（蛋白质、灰分、脂肪、总碳水化合物）、破损淀粉含量、总酚含量和抗氧化能力均未发生显著变化，表明该处理在高效灭酶的同时成功保留了产品的组成与功能性质。

Conclusions

本研究证实，全麦粉（WWF）经25?kV_rms常压冷等离子体处理10分钟可实现PPO与POD的完全失活。若达到相同失活水平，需使用100?°C蒸汽处理6分钟。PPO是冷等离子体及蒸汽处理中最耐受的酶，应作为WWF酶灭活的重点靶标。冷等离子体引起的酶失活遵循n级动力学，PPO和POD的级数分别为1.15和1.1。活性氮物种（RNS）、羟基自由基（•OH）和活性氧（ROS）在酶失活中发挥核心作用。酶结构的改变（α-螺旋减少，无规卷曲增加）进一步证实了蛋白展开机制。最重要的是，冷等离子体处理在达到≥99%酶失活的同时，全面保留了WWF的组成特性与营养品质。