全 文 ：食品科学 !#$$#，%&’( #，)&( *$!基础研究
芦荟制品的酶促褐变及其控制措施
钱 和 刘长虹 张 添 江南大学食品学院 无锡 #*+$,
芦荟制品褐变问题一直是芦荟研究者和加工者极
为关注的焦点。芦荟作为一种特殊的保健食品，要求加
工过程中尽量避免热处理，这就为防止酶促褐变带来
了一定困难。另一方面，由于不了解酶促褐变对整个芦
荟制品褐变影响的大小，在防止褐变过程中很难对症
下药，采取有效措施。本文通过对芦荟制品酶促褐变机
理的探讨，找出影响芦荟制品酶促褐变的主要因素，分
析酶促褐变对总褐变指数的贡献，研究控制芦荟制品
酶促褐变的有效措施。
* 材料与方法
*( * 实验材料
芦荟鲜叶 -由无锡荟皇生物科技有限公司提供 .，
其它试剂均为食品级试剂。
*( # 实验仪器
/#*分光光度计，组织捣碎机，01**$+电子天平，
234#型隔水式电热恒温培养箱，567 8 3型精密 56
计等。
*( 实验方法
*( ( * 褐变指数的测量方法 9 * :
用芦荟凝胶汁在 +#$;< 下的吸光变表示产品的
褐变指数，其值越大，说明褐变越严重。测量时用蒸馏
水作为空白。
*( ( # 芦荟凝胶汁的防腐处理
在芦荟凝胶汁中加入 $( $4=苯甲酸钠以及防止
其在贮存过程中腐败变质。
*( ( 多酚氧化酶的钝化
将芦荟凝胶原汁于 *$$>下热处理 !使其中多酚氧化酶钝化。
# 结果与讨论
#( * 芦荟的酶促褐变
酶促褐变是由原料组织中的酚酶 -主要是多酚氧
化酶，@&’A5BC;&’ DE?FFGC，简称 @@D.催化内源性酚类底
物以及酚类衍生物而发生一系列化学变化，最终形成
褐色或黑色物质的一种结果 9 :。从植物来源分离到的
酚酶是寡聚体，每个亚基含有一个铜离子作为辅基，其
以氧为受氢体，以酚类物质为底物。芦荟中含有二十多
种多酚类化合物、包括铜在内的十多种矿物质以及多
酚氧化酶，为芦荟加工及贮存过程中的酶促褐变提供
了物质基础。但是，在完整的芦荟组织中，酚类物质与
酚酶呈隔离分布状态，同时，酚类物质作为呼吸传递物
质参与呼吸代谢作用，酚与醌之间的氧化与还原处于
动态平衡状态，因此，完整的芦荟组织不会发生酶促褐
变。但是，当芦荟细胞组织受到机械损伤 -如削皮、碰
压、切开等 .或处于异常环境变化 -冷或热 .时，正常的
+ 庞宗文 ( 固定化技术及其在食品与发酵工业中的应用，食
品科学，*H4/ -/ .：/(
! 朱德权，刘德华，丁寅新等 ( 葡萄糖氧化酶的固定化及其性
能的研究 ( 食品与发酵工业，*H4H -* .：H(
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H 郭勇，郑穗平 ( 酶在食品工业中的应用 ( 北京：中国轻工业
出版社，*HH,(
*$ 7IJACJ K，L?&MBC摘 要 分析了芦荟制品酶促褐变机理，研究了加工过程、56、温度、贮存时间等因素对芦荟制品酶促褐变的影响，总
结了控制芦荟制品酶促褐变的主要方法，如热处理、酸处理、亚硫酸盐或其它化学试剂处理、隔绝或除去氧气等。
关键词 芦荟 酶促褐变 温度 56 贮存时间 控制措施
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表 # 78对酶促褐变的影响
78 褐变指数
贮存时间 /周 1
$ + # ) !
表 ! 打浆时间对酶促褐变的影响
打浆时间 /9:; 1
褐变指数
!
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+!
$( ++4
呼吸链被打破，其组织内氧化与还原反应失去平衡，再
加上氧气大量入侵，结果导致原料中的酚类化合物在
酚酶的作用下迅速氧化成邻醌，进而又快速聚合，形成
褐色素或黑色素，导致褐变。
#( # 影响酶促褐变的因素
#( #( + 去皮、切块或打浆时间对酶促褐变的影响
去皮、切块或打浆是一个彻底破坏芦荟植物组织
的过程，在这一过程中，一方面使相互分离的酚类底物
/蒽醌类物质 1与酚酶接触，为酶促褐变创造了条件；另
一方面，由于芦荟叶片中芦荟凝胶的粘度很高，在长时
间搅打过程中极易产生大量泡沫，从而使体系的通氧
量大大增加，促进氧化褐变；同时，如果打浆时间太长，
打浆机的机械能将部分转化成热能，其结果导致芦荟
凝胶叶升温，酶促褐变反应速度加快。
去皮、切块对芦荟植物的破坏程度没有打浆过程
那样严重，因此，在一定时间内，其酶促褐变现象一般
不十分明显，但是，实践证明，要得到高质量芦荟凝胶
制品，打浆过程中的酶促褐变不容忽视。为了研究打浆
时间对褐变的影响，测定了芦荟凝胶褐变指数随打浆
时间的变化情况，实验结果见表 +。由表 +可知，打浆
时间越长，褐变指数越高，说明打浆过程中确实发生了
酶促褐变，且该反应随着打浆时间的延长而加剧。
#( #( # 78对褐变的影响
为了研究 78 对芦荟酶促褐变反应的实际影响，
设计了以下两组实验。-组由 +#只无菌瓶组成，每只
无菌瓶中含有 !$9’经过防腐处理的芦荟凝胶汁，根据
78的不同将其均分为四小组，用于研究 78对总褐变
/酶促褐变和非酶褐变结果之和 1 指数的影响；.组也
由 +#只无菌瓶组成，每只无菌瓶中含有 !$9’经过防
腐处理和灭酶处理的芦荟凝胶汁，根据 78的不同将
其均分为四小组，用于测定不同 78对非酶褐变的影
响。-、.两组实验结果之差为酶促褐变产生的褐变指
数，其占总褐变指数的百分率 < /- 0 .1 2 - /3 1 = 表示
酶促褐变对总褐变指数贡献的大小。
四小组样品的 78分别为：)( $、)( !、( $、( , /自
然 781，用柠檬酸调 78。两组样品均置于 )4>恒温培
养箱中，其间每隔一定时间测定样品的褐变指数，取平
均值，实验结果总结于表 #。
由表 #可知，78是影响酶促褐变的重要因素，在
78)( $ ? ( ,范围内，/ + 1 酶促褐变对总褐变指数的贡
献显然低于非酶褐变；/ # 1 78越高，/- 0 .1 2 - /3 1之
值越高，酶促褐变对总褐变指数的贡献越大；/ ) 1 体系
78@ )( !，酶促褐变对总褐变指数的贡献变化幅度不
大；/ 1体系 78)( $时，酶促褐变对总褐变指数的贡献
随时间的延长而大幅度下降，这一现象可能是体系中
酚酶逐渐失活所致。因为植物中多酚氧化酶的最适 78
一般在 !( $ ? 4( $左右，随着 78值的下降，多酚氧化
酶的活性直线下降，特别在 78在 )( $以下时，高酸性
环境会使酶蛋白上的铜离子解离下来，导致 AAB逐渐
失活，酶活性趋于最低 < =。
食品科学 !!##，$%&’ (，)%’ *#!基础研究
贮存时间 +周 ,
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表 ( 温度对酶促褐变的影响
温度 +7 , 褐变指数
表 - 时间对酶促褐变的影响
贮存时间 +周 ,
褐变指数 /
褐变指数 0
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+/ 1 0, 2 / +3 ,
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’ ’ ( 温度对酶促褐变的影响
不论是酶促褐变，还是非酶褐变，温度都是影响反
应速度的重要因素，因此，有必要研究温度对芦荟凝胶
汁酶促褐变反应的影响。取 *6个无菌瓶并将其均分为
两组。/组无菌瓶中加入 !#8&经过防腐处理的芦荟凝
胶汁 +自然 9:,，用于研究温度对总褐变 +酶促褐变和
非酶褐变结果之和 , 指数的影响；0组无菌瓶中加入
!#8& 经过防腐处理和灭酶处理的芦荟凝胶汁 +自然
9:,，用于测定温度对非酶褐变的影响。每组实验中各
有三瓶样品置于室温下 + !7 ,贮藏，三瓶置于 (.7恒
温培养箱中贮藏，三瓶放在 -7冰箱中贮藏，其间每隔
一定时间测定样品的褐变指数，取平均值，实验结果总
结于表 (。
由表 (可知： + * , 温度是影响酶促褐变的重要因
素，温度越高，酶促褐变对总褐变指数的贡献越大；+ ,
在所研究的温度范围内，酶促褐变对总褐变指数的贡
献显然低于非酶褐变；+ ( ,低温贮存 + -7 ,产品褐变现
象不甚明显，酶促褐变对总褐变指数的贡献不大，变化
幅度也较小。这一现象可能是低温抑制了酚酶活力所
致。
’ ’ - 时间对酶促褐变的影响
为了研究时间对芦荟制品酶促褐变的影响，设计
了二组实验。/组以经过防腐处理的芦荟凝胶汁为研
究对象，0组以经过防腐和灭酶处理的芦荟凝胶汁为
研究对象。两组样品均置于 (.7恒温箱中，定期测量
并比较其褐变指数随时间的变化。实验结果见表 -。
由表 -可知，/组的褐变指数是酶促褐变和非酶
褐变共同作用的结果，因此其变化相当明显，(.7恒温
箱中放置 *周后，褐变指数以较大幅度增加，虽然 - ;
!周后褐变指数增加的幅度开始趋于平缓，但此时肉
眼就能观察到样品发生非常明显的色变 +棕黄色 ,，
-#<8处褐变指数高达 #’ -#!；0组数据是非酶褐变的
贡献；+/ 1 0, 组数据是酶促褐变的贡献；+/ 1 0, 2 0
+3 ,组数据分析了酶促褐变对整个褐变反应的贡献情
况，说明在贮存实验的第一周，酶促褐变反应较为活
跃，但随着贮存时间的延长，酶促褐变对整个褐变反应
的贡献逐渐减小，这一现象可能与酚酶在贮存过程中
逐渐失活有关。
’ ( 控制酶促褐变的措施
根据酶促褐变机理可知，芦荟制品酶促褐变的程
度取决于芦荟组织中多酚氧化酶 + ==>, 的活性、酚类
化合物 +主要是蒽醌类物质 , 的含量、氧气的含量等因
素，因此，抑制其加工和贮存期间酶促褐变的主要方法
就是控制或消除上述因素以达到防止酶促褐变的目
的。
’ (’ * 热处理
从理论上讲，热处理是抑制酶促褐变最有效的措
施，因为酶乃蛋白质组成，高温可以使蛋白质分子结构
发生变化，如：分子链被破坏、分子环开裂等，组织结构
的解体将使酶失去活性。在植物体系中，大多数酶在加
热到 4.7时会彻底破坏。酚酶较耐热，*##7下需要
; 68?<才能钝化该酶。热处理灭酶最彻底的方法是
热烫，包括热水处理和蒸汽处理两种方法。热烫的温度
食品科学! !基础研究#$$#，%&’( #)，*&( +$
和时间与原料种类、块形大小、工艺要求等条件有关，
加热过度将使产品肉质过软，并产生异味，不象新鲜食
品那样饱满，导致水溶性维生素和无机盐的损失，但
是，如果加热不彻底，只起到破坏细胞结构而并未钝化
酚酶之作用，反而会强化底物与酶的接触，促进褐变反
应。因此，必须小心把握好热处理的温度和时间。
芦荟制品是一类特殊的保健功能食品或原料，要
求其能最大限度地保留新鲜叶片中的各种生物活性物
质，所以不宜高温处理，因为频繁的热处理 ,灭酶、杀
菌 -将严重影响芦荟中有效成分的含量，降低终产品的
保健功效，因此，一般都采用低温生产工艺，避免长时
间热处理。所以，热烫灭酶在芦荟制品加工中很少使
用。
#( )( # 酸处理
利用酸也可以有效控制酶促褐变，其作用是降低
体系 ./以减弱酚酶活力。因为酚酶的活性在 ./0( !
以上开始增强，在 ! 1 2时逐渐达最高，低于 #( !时几
乎完全失活。./对芦荟酚酶的影响见表 #。从有效抑
制酶促褐变反应的角度，将芦荟制品的 ./ 控制在
#( $ 1 )( $较好。不过，作者建议将芦荟制品的 ./控制
在 )( ! 1 0( $ 之间，因为这样可使产品拥有较好的口
感。
用于调节芦荟制品 ./的酸化剂有葡萄糖酸、柠
檬酸、苹果酸、酒石酸等，其中最常用的是柠檬酸 3 0 4。事
实上，柠檬酸在抑制酶促褐变方面具有双重作用，不但
可以作为酸味剂降低体系 ./，而且还可以作为络合
剂，与从多酚氧化酶上解离下来的铜离子作用，形成络
合物，降低酚酶的活性。因此，柠檬酸在抑制芦荟制品
酶促褐变方面具有较为显著的功效，其用量一般在
$( !$5 1 +( $$5之间。
此外，抗坏血酸也可用于防止芦荟制品酶促褐变，
它不但能降低体系 ./，而且具有还原剂的作用，可将
体系中的醌类及其衍生物还原成酚，并通过自身氧化
来减少体系的含氧量。但是，如果体系内含氧量过高或
添加的抗坏血酸过少，会使抗坏血酸完全氧化并与氨
基酸反应导致非酶褐变。同时，抗坏血酸氧化产物中的
二酮古罗糖酸是腐蚀促进剂，能加速马口铁溶锡，使内
容物发苦。作者在实践中发现，抗坏血酸在芦荟叶肉产
品中的用量以 $( $!5 1 $( +$5为佳，在芦荟凝胶类产
品中的用量以 $( !$5 1 +( $$5为佳。
近年来，科学家发现曲酸在抑制酶促褐变方面也
具有较好的效果 3 ! 4。曲酸的结构与酚类化合物类似，因
而二者间存在竞争性抑制作用；其次，曲酸具有络合金
属离子的作用，可以络合多酚氧化酶活性必需的铜离
子；此外，曲酸具有去除氧自由基的作用，因而能够干
扰多酚氧化酶对氧的吸收；最后，曲酸能将黑色素的底
物醌类化合物还原为联醌而防止黑色素的形成。研究
证明，在芦荟凝胶中加入 +!$67 8 9曲酸，可以有效抑
制酶促褐变的发生。
#( )( ) 亚硫酸盐或其它化学试剂处理
亚硫酸盐是一种广泛使用的多功能抑制剂；阻止
酶促褐变和非酶褐变 3 2 4，控制微生物生长，作为漂白
剂、抗氧化剂或还原剂，并执行其它不同技术功能。常
用的亚硫酸盐有亚硫酸钠 ,*:#;<) -、亚硫酸氢钠
,*:/;<) -、焦亚硫酸钠 ,*:#;#,*:#;#<0 -等。对亚硫酸盐控制褐变的机理目前还颇有
争论，有人认为它具有抑制酚酶活性的作用，也有人认
为它能将醌还原为酚，还有人认为它可与醌起加成反
应从而防止了醌的聚合。
用亚硫酸盐抑制褐变操作简便，经济有效，有利于
保存体系中的抗坏血酸。但是，自从 +==)年美国发生
亚硫酸盐中毒事件后，>?@便将亚硫酸盐从一般安全
物质目录中除名。亚硫酸盐可能有致癌作用，可能会导
致某些消费者呕吐、下痢、过敏休克、急性哮嚅、失神等
不良反应，也会加速罐壁腐蚀，破坏维生素，产生不愉
怀的嗅感和恶臭味，成品中残留量如果越过 $( $+ A
+$ B 即可感知，因此，在使用时必须注意用量。我国有
关食品法规规定，;<#残留量不得超过 +$67 8 C7。
由于亚硫酸盐对健康不利，科学家开始寻找其替
代品 3 D，= 4。除了本文中已经提到的抗坏血酸和曲酸外，
其它亚硫酸盐替代品包括硫氢化物 ,如谷胱甘肽 -、含
硫氨基酸 ,如半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸等 -、各种络合
剂 ,如聚磷酸盐、偏磷酸盐等 -、多酚氧化酶抑制剂等。
找到多功能亚硫酸盐替代品不是一件易事，上述各类
替代品通常只能有效替代亚硫酸盐的一项或两项功
能，因此，常常需要结合几种化合物，配制符合特定产
品需要的复合抑制剂来防止酶促褐变。
#( )( 0 隔绝或除去氧气
氧是促进酶促褐变的三大因素之一，因此，避免芦
荟制品与空气接触或排除体系中的氧，使氧化过程无
法进行也是防止酶促褐变的主要手段。目前常用的方
法为利用护色液隔离氧气或采用机械或生物学手段。
在芦荟叶肉制品加工中可使用护色液护色法。例
如，将去皮后的叶肉立即投入 $( +5氯化钠溶液中，不
但可以隔离氧气，同时也抑制了酚酶活性。若要进一步
提高防止酶促褐变的效果，可以将氯化钠与柠檬酸或
食品科学 !#$$#，%&’( #)，*&( +$!基础研究
重庆市应用基础研究项目 , +--- .
摘 要 以从土壤中分离出的 - 株地衣芽孢杆菌株，通过产酶实验发现 /0 1 2 的产酶活性最好，通过 3%和 *45对
/0 1 2 进行复合诱变，获得了一株产酶活性比出发菌株 /0 1 2 高 +( ## 倍的 ! 1乙酰乳酸脱羧酶高产菌株，并研究了该
菌株的最佳发酵产酶条件：培养温度 )$6，发酵时间 )78，发酵液起始 9:7( !。
关键词 地衣芽孢杆菌 ! 1乙酰乳酸脱羧酶 诱变 发酵
!#$%&’$ ;8<=8 >’ABCAC? @?BADE&F>’AG?9D&@HB
KHCAC?@ GCDAC
氧化而转变成双乙酰。当双乙酰在啤酒中的含量超过
$( +!K= V 0时，啤酒就会产生类似馊饭的味道 W + X。虽然
双乙酰可被啤酒酵母在啤酒成熟过程中降解为无异味
的乙偶姻，但这一过程耗时太长，严重限制了啤酒的酿
制速度。在国家质量监督机关对我国啤酒质量的抽样
检查中，由于双乙酰超标而不合格的啤酒占的比重很
大。! 1乙酰乳酸脱羧酶可使 ! 1乙酰乳酸直接降解为
者与抗坏血酸结合使用。
除去或减少体系中氧气含量常用的机械方法是真
空脱气法，但是，由于设备投资等方面的问题，因内绝
大多数企业不具备这样的生产条件。因此，较为可行的
脱氧方法是酶法脱氧。例如，在产品中加入适量葡萄糖
氧化酶或过氧化氢酶，不但可以去除或减少产品中的
氧气，达到抑制褐变的目的，而且还能防止好气菌的生
长繁殖，同时由于产生过氧化氢，因此还能起到杀菌作
用 W 7 X。目前，由于这类酶制剂价格较贵，在成本上不允
许使用，但是，随着生物技术的发展，这类方法必定会
有很好的发展前景。
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选育及产酶条件的研究
周文斌 重庆工商大学 重庆 2$$$))