全 文 ：161※生物工程 食品科学 2010, Vol. 31, No. 01
佛手瓜多酚氧化酶酶学特性研究
张福平，张喜春
(韩山师范学院生物系，广东 潮州 521041)
摘 要：以佛手瓜中的多酚氧化酶为研究对象，对其酶学特性的研究表明：佛手瓜果实多酚氧化酶的最适 pH值为
7.5，最适温度为 30℃，底物浓度与酶活性呈正相关；该酶迅速催化焦性没食子酸的酶促氧化反应，但对邻苯二
酚、对苯二酚和间苯二酚的催化活性较低。抗坏血酸、柠檬酸、四硼酸钠、MgCl 2和 EDTA-2Na对佛手瓜多酚
氧化酶的抑制作用依次减弱，抗坏血酸、柠檬酸对佛手瓜多酚氧化酶的抑制作用随着浓度的升高而加强。
关键词：佛手瓜；多酚氧化酶；相对活性；抑制剂
Enzymological Characterization of Polyphenol Oxidase from Chayote Fruits
ZHANG Fu-ping，ZHANG Xi-chun
(Department of Biology, Hanshan Normal University, Chaozhou 521041, China)
Abstract ：Freshly-prepared crude polyphenol oxidase (PPO) from chayote was enzymologically characterized in the present
study. Results showed that the optimal reaction pH and temperature for this enzyme were 7.5 and 30 ℃, respectively, and
substrate concentration was positively correlated with enzyme activity. This enzyme could quickly catalyze the oxidation of
pyrogallic acid as a substrate, but exhibited relatively low catalysis activity towards catechol, hydroquinone and resorcinol. The
activity of this enzyme was inhibited by vitamin C, citric acid, sodium tetraborate, magnesium chloride and EDTA-2Na in
decreasing order. With increasing concentration, there was an increase in inhibitory effects of vitamin C and citric acid against
enzyme activity.
Key words：chayote fruits；polyphenol oxidase (PPO)；relative activity；inhibitor
中图分类号：S642.9 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2010)01-0161-04
收稿日期：2009-04-10
基金项目：广东省科技计划项目(2008B071101032)
作者简介：张福平(1966 —)，男，高级实验师，学士，主要从事园艺学方面的研究。E-mail：hsfpzh@126.com
佛手瓜(Sechium edule (Jacq.)Swatz.)为葫芦科佛手瓜
属多年生攀缘草本植物的果实，原产于美洲墨西哥，别
名拳头瓜、万年瓜、棒瓜等，佛手瓜嫩脆多汁，含
有比一般蔬菜高得多的钾和锌，而且富含VB、VC及多
种微量元素，是一种深受人们喜爱的保健蔬菜，也是
缺锌儿童理想的保健食品。目前，国内外对佛手瓜的
栽培技术和果实营养成分分析以及贮藏保鲜等已有较多
的研究报道 [ 1 - 4 ]，关于植物多酚氧化酶( p o l y p h e n o l
oxidase，PPO)也有广泛研究[5-16]，但尚未发现有关佛手
瓜采后酶促褐变尤其佛手瓜多酚氧化酶酶学特性方面的
研究报道。本实验对佛手瓜多酚氧化酶的活性进行研
究，并考察不同抑制剂对其 PPO 的抑制效果，旨在为
今后定量控制佛手瓜中酶促褐变提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
绿皮无刺佛手瓜采自广东省潮安县凤凰镇大山蔬菜
园，采后立即送至实验室。
焦性没食子酸、邻苯二酚、对苯二酚和间苯二
酚、抗坏血酸、四硼酸钠、柠檬酸、M g C l 2、乙二胺
四乙酸二钠(EDTA-2Na)、柠檬酸 -磷酸盐缓冲液均为分
析纯。
1.2 仪器与设备
UV-2800紫外分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公
司；电子天平 上海民桥精密科学仪器有限公司；PHS-
3CA精密酸度计 上海大中分析仪器厂；16R高速冷冻
离心机 珠海黑马医学仪器有限公司；电热恒温水浴锅
江苏金坛亿通电子有限公司。
1.3 方法
1.3.1 PPO酶液的制备
称取新鲜佛手瓜果肉 15g于研钵中，加入 30mL pH
值为 6.5的柠檬酸 -磷酸盐缓冲液，在冰浴中快速研磨至
2010, Vol. 31, No. 01 食品科学 ※生物工程162
匀浆，再加入少量的柠檬酸 -磷酸盐缓冲液，在 4℃下
于 16000r/min离心 15min，取上清液用柠檬酸 -磷酸盐缓
冲液稀释至 50mL，0～4℃保存备用。
1.3.2 底物专一性
分别以 0.1mol/L各种酚类物质(焦性酶食子酸、邻苯
二酚、对苯二酚、间苯二酚)为底物，各吸取冷柠檬酸 -
磷酸盐缓冲液 3mL，分别加入 PPO粗酶提取液 0.2mL，
摇匀，25℃保温 15min，加入 25μL浓盐酸终止反应。
在 420nm波长处测定其吸光度并计算 PPO相对酶活力。
1.3.3 PPO酶活力的测定
参照杨昌鹏等报道的分光光度计比色法[8](略有修改)，
以焦性没食子酸为底物进行 PPO活性测定。反应体系由
3.0mL柠檬酸 -磷酸盐缓冲液(pH6.5)、2mL 0.1mol/L焦性没
食子酸和 0 . 2 m L 酶液组成。将混合液在 2 5℃下反应
15min，在 420nm波长下测定其吸光度的变化。一个酶
活力单位用每分钟所引起吸光度变化 0.1表示，记为U。
1.3.4 pH值对 PPO活性的影响
分别取不同 pH值的冷柠檬酸 -磷酸盐缓冲溶液(pH
3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、
8.0、8.5、9.0)3mL，0.1mol/L的焦性没食子酸溶液 2mL
和 PPO粗酶提取液 0.2mL，摇匀，25℃保温 15min，加入
25μL浓盐酸终止反应。在 420nm波长处测定其吸光度，
以最大酶活力为 100%，计算 PPO 相对酶活力。
1.3.5 底物浓度与 PPO活力的关系
分别以浓度为 0.02、0.06、0.10、0.14、0.18mol/L
的焦性没食子酸溶液作为底物，各吸取冷柠檬酸 -磷酸
盐缓冲液 3mL，分别加入 PPO粗酶提取液 0.2mL，摇匀，
25℃保温15min，加入25μL浓盐酸终止反应。在 420nm
波长处测定其吸光度，以最大酶活力为 100%，计算
P P O 相对酶活力。
1.3.6 温度对 PPO活力的影响
反应体系由 3.0mL柠檬酸 -磷酸盐缓冲液(pH6.5)、
2mL 0.1mol/L焦性没食子酸和 0.2mL酶液组成。将混合
液分别在不同温度条件( 5、1 0、2 0、3 0、4 0、5 0、
60℃)下的电热恒温水浴锅保温 15min，然后在冰浴中冷
却 5min，在 420nm 波长处测定其吸光度，以最大酶
活力为 100%，计算 P P O 相对酶活力。
1.3.7 抑制剂对 PPO活性的影响
分别取pH值为6.5的冷柠檬酸-磷酸盐缓冲液3mL于
4个试管中，加入浓度为 0.05mol/L的各种抑制剂溶液(抗
坏血酸、四硼酸钠、柠檬酸、M gC l 2、E D T A - 2N a )
0.5mL，0.1mol/L焦性没食子酸溶液 2mL，再加入粗酶
液 0.2mL，摇匀，25℃保温 15min，加入 25μL浓盐酸
终止反应。在 420nm波长下测定其吸光度，以最大酶
活力为 100%，计算 PPO 相对酶活力。按这一方法研
究VC(取其体积0.05mL)和柠檬酸(取其体积0.5mL)浓度
(0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05mol/L)与 PPO活性
的抑制关系。
2 结果与分析
2.1 PPO的底物专一性
从表 1可以看出，佛手瓜 PPO迅速地催化焦性没食
子酸的酶促反应，催化邻苯二酚的反应速率不到焦性没
食子酸的 1/5，而对对苯二酚和间苯二酚则其催化活性
较低。这表明佛手瓜 PPO的主要氧化底物为三酚类物质
的焦性没食子酸。据报道，作用三酚类物质的 PPO 有
冬枣 PPO(底物为没食子酸)[6]、甘蓝 PPO(底物为间苯三
酚)[7]。而不少果蔬诸如苹果 PPO的主要氧化底物为绿原
酸，香蕉[5 ,9]、桃[16]PPO的主要氧化底物分别为二酚类
的多巴胺和儿茶酚(邻苯二酚)。可见，不同果蔬 PPO的
氧化底物不尽相同，甚至有的相差很大。
2.2 pH值对 PPO活力的影响
PPO的活性与酸碱性是密切相关的，pH值对 PPO
活性的影响机理是：酸性或碱性太强都会影响酶蛋白的
构象，甚至使酶失活；体系中 pH 值既影响底物分子的
解离，影响酶分子中某些基团的解离，改变酶分子中
活性部位的构象，也影响酶与底物形成络合物的浓度，
从而影响酶的活性[10]。由图 1可知，佛手瓜果肉中 PPO
的活性在酸碱性较强的情况下都受到相应的抑制，特别
是在 pH 值较小的环境下尤为明显。
注：相对酶活性是以酶活力最大的组为 100%，其他组相对于最大组来
计算。
底物 相对酶活力 /%
焦性没食子酸 100.00
邻苯二酚 19.48
间苯二酚 1.98
对苯二酚 1.98
表1 佛手瓜PPO的底物专一性
Table 1 Substrate specificity of PPO from chayote fruits
图1 pH值对PPO活力的影响
Fig.1 Effect of pH on activity of PPO from chayote fruits
120
90
60
30
0
PP
O
相
对
活
力
/%
pH
2 3 4 5 6 7 8 9 10
163※生物工程 食品科学 2010, Vol. 31, No. 01
从图 1可以看出，PPO 对 pH 值的变化比较敏感，
pH值小于 4.5时 PPO活性非常弱，这是因为在强酸条件
下，酶中的 C u 2 +解离出来，使酶失活；而在 pH 值为
7.5时酶的活性最高，随着 pH 值的增加，酶的活性又
逐渐下降，这是因为在碱性条件下，C u 2 +易转变成不
溶性氢氧化铜而与酶脱离使酶失活[ 1 1 ]。本实验中，佛
手瓜 PPO的最适 pH值为 7.5。由于佛手瓜 PPO在 pH≤
4.5时活性很低，若采用低酸度条件(pH3.0～4.5)处理佛
手瓜原料及其加工制品，可以有效控制该 PPO引起的酶
褐变。因此，为了抑制酶褐变，加工时应在 p H 值为
3.0～4.5的范围内进行。贮藏时应在微酸性(pH4)环境下
进行。pH 值在 6.5～8之间的酶活性较高，pH 值超过
8 之后其活性受到抑制。
2.3 底物浓度与 PPO活力的关系
由图 2 可知，在供试反应体系中，当焦性没食子
酸浓度为 0.02～0.10mol/L时，酶活性呈上升增长趋势，
当浓度为 0.10～0.18mo1/L时，酶活性的变化趋于平缓。
说明该酶促反应存在一个适宜的焦性没食子酸用量，当
底物浓度达到这一适宜值时，再增加底物浓度对酶的活
性作用不大。这是因为底物浓度较低时，有一些酶的
活性部位并没有与底物结合，随着底物浓度增加，越
来越多的酶活性部位与底物相结合，使酶促反应进行，
在达到一定浓度后，所有的酶活性部位都与底物结合，
此时，酶活性部位被底物饱和，进一步提高底物浓度
也不能提高酶活性，酶活性达到最大值。这结论与米 -
曼氏方程的理论是相一致的，即当底物浓度很低时，[S]
远远小于 K m，反应速度与底物浓度呈正比；当底物浓
度很高时，[ S ]远远大于 K m，反应速度达最大速度
(Vma x)，底物浓度再增高也不影响反应速度。
2.4 温度对 PPO活力的影响
用温度调节来控制酶催化反应速度是非常重要的。
一方面，在低温下保藏食品能减少酶对软化、不良风
味的产生和成熟的影响；另一方面，在食品加工中采用
高温处理能破坏酶活，钝化酶的活力[11]。温度对佛手瓜
PPO活性的影响如图 3所示。
由图 4可看出，不同的抑制剂对 PPO的抑制效果不
同，其中抗坏血酸的抑制效果最明显，而柠檬酸的抑
制效果次之。抑制作用大小为：抗坏血酸＞柠檬酸＞四
硼酸钠＞MgCl2＞ EDTA-2Na。由图 4～6可知，VC、
柠檬酸对 PPO有明显的抑制作用，当VC、柠檬酸浓度
上升时，抑制效果也更明显，但当反应速度接近于 0，
也就是反应几乎停止时，VC 的浓度再上升对反应速度
影响不大。
图4 抑制剂对PPO活力的影响
Fig.4 Effect of various inhibitors on activity of PPO from chayote
fruits
120
100
80
60
40
20
0
PP
O
相
对
活
力
/%
抗坏血酸 MgC l 2 柠檬酸 EDTA-2Na 四硼酸钠 CK
图3 温度对PPO活力的影响
Fig.3 Effect of temperature on activity of PPO from chayote fruits
110
90
70
50
30
PP
O
相
对
活
力
/%
温度 /℃
0 10 20 30 40 50 60
由图 3 可看出，佛手瓜 PPO 的最适温度为 30℃，
在 30～50℃间反应速度较大，高于 60℃酶开始钝化，这
说明佛手瓜 PPO在 60℃下反应 15min，其酶的活性受抑
制非常明显。
2.5 抑制剂对 PPO活力的影响
120
100
80
60
40
20
0
PP
O
相
对
活
力
/%
图5 VC对PPO活力的影响
Fig.5 Effect of concentration of vitamin C as an inhibitor on
activity of PPO from chayote fruits
VC浓度 /(mol/L)
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
图2 底物浓度对PPO活力的影响
Fig.2 Effect of substrate (pyrogallic acid) concentration on activity
of PPO from chayote fruits
60
50
40
30
20
10
0
P
P
O
活
力
/U
底物浓度 /(mol/L)
0.02 0.06 0.10 0.14 0.18
2010, Vol. 31, No. 01 食品科学 ※生物工程164
由图 6 可知，随着柠檬酸用量的增加，PPO 活力
呈下降趋势。添加 0.05%柠檬酸的 PPO的活力为对照的
11.69%，抑制效果明显。柠檬酸抑制作用的机理主要
有两个因素：首先，柠檬酸的螯合作用使得 PPO 活性
降低；此外，柠檬酸的酸性对反应体系的 pH 值也有调
节作用，使反应体系的 pH值远离 PPO最适 pH值而降
低 PPO活性[13-14]。
亚硫酸钠被普遍认为是一种非常有效的酶促褐变抑
制剂，但由于亚硫酸盐及其分解产生的二氧化硫对人体
的健康有害，使用上受到限制[7]，在实际采后贮藏加工
中不提倡使用，所以本实验没用其对佛手瓜 PPO进行研
究。本实验中，抗坏血酸对佛手瓜 PPO 的抑制效果非
常明显，且 VC是水果中的成分，因此在生产中可以广
泛地应用。
3 结 论
佛手瓜果实的褐变与佛手瓜果肉的 PPO活性变化密
切相关，PPO活性的抑制是多因素综合作用的结果：佛
手瓜果实中 PPO的最适 pH值为 7.5，在 pH值 6.5～8.0
之间的酶活性是最大的，因此通过控制 pH 值的大小可
以达到减轻褐变的目的；佛手瓜果实中 PPO的最适温度
为 30℃，当温度高于 60℃时，可以快速降低 PPO的活
性，采后对其果实进行热处理在一定程度上可以抑制酶
的活性；底物浓度对佛手瓜 PPO 活性也有影响，当底
物浓度小于 0.10mol/L时，酶的活性随底物浓度增加而增
长，当底物浓度继续增大时，酶活性的增加速度逐渐
变小。
抗坏血酸、柠檬酸、四硼酸钠、MgCl2、EDTA-2Na
等 5种抑制剂对 PPO活性都有一定的抑制作用。在相同
浓度下，各抑制剂对佛手瓜 PP O 的抑制效果依次为：
抗坏血酸＞柠檬酸＞四硼酸钠＞MgCl2＞ EDTA-2Na。
抗坏血酸和柠檬酸对佛手瓜 PPO的抑制效果随着浓度的
增加而增强，抑制率不断升高。在实际生产中较为理想
的抑制剂是抗坏血酸，这是由于 VC 是水果中的成分，
安全性高，因此在工业生产中可以广泛地应用。
参考文献：
[1] 林盛. 瓜类的“特产”: 佛手瓜[N]. 中国特产报, 2007-3-8(3).
[2] 张建华, 陈火英, 庄天明. 佛手瓜种植方式及其栽培技术的研究[J].
上海交通大学学报, 2001, 19(3): 216-219.
[3] 杜先锋. 佛手瓜营养成分的分析研究[J]. 食品科技, 2002, 23(2): 72-
73.
[4] 朱瑛, 刘兴华, 袁德保, 等. 温度对佛手瓜贮藏中呼吸强度及保护酶
的影响[J]. 西北农业学报, 2007, 16(2): 183-186.
[5] YANG C P, FUJITA S, ASHRAFUZZAMAN M D, et al. Purification
and characterization of polyphenol oxidase from banana (Musa sapientum
L.) pulp[J]. J Agric Food Chem, 2000, 48(7): 2732-2735.
[6] 宗亦臣. 冬枣果实中酚类物质及其多酚氧化酶性质的研究[J]. 中国
农学通报, 2004(4): 97-98.
[7] FUJITA S, SAARI N, MAEGAWA M, et al. Purification and properties
of polyphenol oxidase from cabbage(Brassica oleracea L.)[J]. J Agric
Food Chem, 1995, 43(5): 1138-1142.
[8] 杨昌鹏, 杨静, 藤田修二. 番石榴多酚氧化酶的部分纯化及其特性
研究[J]. 食品与发酵工业, 2006, 32(9): 23-27.
[9] YANG C P, FUJITA S, KOHNO K, et al. Partial purification and
characterization of polyphenol oxidase from banana (Musa sapientum L.)
peel[J]. J Agric Food Chem, 2001, 49(3): 1446-1449.
[10] 雷福厚, 杨再环, 石晓红. 高分子络合树脂固定化多酚氧化酶的研
究[J]. 生物化学与生物物理进展, 2000, 27(4): 434-437.
[11] 高梦祥, 杨凤琴. 冬瓜多酚氧化酶的特性及抑制剂研究[J]. 食品科
技, 2008(2): 11-14.
[12] 汤凤霞, 魏好程, 曹禹. 芒果多酚氧化酶的特性及抑制研究[J]. 食品
科学, 2006, 27(12): 156-159.
[13] 赵伶俐, 范崇辉, 葛红, 等. 植物多酚氧化酶及活性特征的研究进展
[J]. 西北林学院学报, 2005, 20(3): 156-159.
[14] 沈金玉, 黄家音, 李晓莉. 果蔬酶促褐变机理及其抑制方法研究进
展[J]. 食品研究与开发, 2005, 25(6): 150-155.
[15] 程建军, 马莺, 杨咏丽, 等. 苹果梨中多酚氧化酶酶学特性的研究[J].
园艺学报, 2002, 29(3): 261-262.
[16] 彭涤非, 钟彩虹, 王仁才. 桃多酚氧化酶的纯化及其特性[J]. 湖南农
业大学学报: 自然科学版, 2004, 30(3): 251-256.
120
90
60
30
0
PP
O
相
对
活
力
/%
图6 柠檬酸浓度对PPO活力的影响
Fig.6 Effect of concentration of citric acid as an inhibitor on
activity of PPO from chayote fruits
浓度 /(mol/L)
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
由图 5可知，抗坏血酸对多酚氧化酶表现出明显的抑
制作用，不同浓度的VC对 PPO的活性有不同的抑制作
用，并且这种抑制作用随着抗坏血酸浓度的提高而加强，
其相对酶活力不断降低。当抗坏血酸浓度为 0.01mol/L
时，P P O 的相对活力为 69.17%；抗坏血酸浓度达到
0.05mo1/L时，PPO相对活力为 3.68%。这可能是由于
抗坏血酸可作为酶分子中铜离子的鳌合剂，抑制酶促褐
变反应的发生，另外过多的抗坏血酸可作为酮的还原
剂，将体系中原有的酮类还原为无色物质，使其具有
抗氧化和抑制褐变的作用[12]。