蜂蜜對蘋果酶促褐變的抑制及有效成分分析

黃欣瑩， 姚衛蓉

（江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122）

隨著中央廚房的發展，鮮切果蔬類初加工產品品種越來越多，但是有些初加工果蔬很容易發生褐變。 切口處天然存在的酚類化合物和多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）直接暴露在空氣中，引發酚氧化為醌，再聚合形成黑色素，使果蔬褐變，繼而導致風味、質地、營養等品質下降，給新興食品工業的發展造成很大困擾[1]。 因此，如何控制該類褐變反應進程就顯得十分重要。

酶促褐變反應速率取決于PPO 活性高低[2]。 目前，業界在探討基于物理、化學以及生物手段的抑制措施，例如采用超高壓處理（5×108Pa，10 min）鮮切馬鈴薯片，能有效降低馬鈴薯中的PPO、過氧化物酶 （peroxidase，POD）、 苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）3 種酶的活性[3]；另外，在馬鈴薯育種中，引入miRNA 調節因子，抑制馬鈴薯中PPO 基因的表達，可降低馬鈴薯中PPO的原始含量[4]；半胱氨酸[5]、曲酸[6]、抗壞血酸[7]等化學抑制劑由于其方便、高效的特點，在抗褐變應用中最為常見。 但 《食品添加劑使用標準》（GB2760—2017）中允許在鮮切水果中使用的抗褐變添加劑種類與添加量有限，例如半胱氨酸等巰基化合物與曲酸等酚酸不允許在鮮切果蔬上使用，抗壞血酸在預切的鮮水果中的最大使用量為0.5 g/kg， 因此需要開發天然、經濟的褐變抑制劑。

蜂蜜富含維生素、多酚、酶等具有防腐保鮮功效的活性物質[8]，極具營養價值，具有解酒、促進創傷愈合等功效，深受消費者喜愛。 研究表明，蜂蜜還能夠緩解鮮切蘋果片的褐變，褐變抑制率達62%[9]。除此之外，蜂蜜的抗褐變作用在鮮切木瓜保鮮[10]、板栗變色[11]中也曾有報道。水楊酸、蜂蜜和乳酸鈣聯合處理可以有效誘導鮮切桃中抗壞血酸和酚類物質的累積，但對果實的軟化沒有明顯改善[12]。有研究證明富含黃酮的蜂蜜提取物對PPO 表現為經典的非競爭性抑制[13]，為蜂蜜的抗褐變機理奠定了基礎。然而，目前的研究缺乏對不同食品配料及不同花源蜂蜜對蘋果抗褐變效果的比較，且蜂蜜抑制酶促褐變反應的活力來源以及其中的抗褐變物質基礎也缺乏全面分析。

因此，作者確認鮮切蘋果片在蜂蜜溶液中浸泡后對其表面褐變程度有明顯改善后，研究了蜂蜜對PPO 活性的影響，分析了蜂蜜的抗氧化活性、成分與PPO 活性抑制作用的相關性，探究蜂蜜中有效抗褐變成分，為蜂蜜在鮮切農產品保鮮方面的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘋果： 江南大學華聯超市； 帶孔聚丙烯（polypropylene，PP）保鮮盒：誠宇包裝旗艦店；椴樹蜂蜜、紫云英蜂蜜、洋槐蜂蜜，棗花蜂蜜、野山花蜂蜜、枸杞蜂蜜：頤壽園蜂產品有限公司；交聯聚乙烯吡咯烷酮（polyvinylpyrrolidone，PVPP）、L-抗壞血酸（99%）：北京伊諾凱科技有限公司；鄰苯二酚、3，5-二硝基水楊酸、福林酚試劑、沒食子酸、牛白蛋白、無水甲醇： 國藥集團化學試劑有限公司；Amberlite XAD?-2 樹脂：默克西格瑪生物公司；DPPH、ABTS：日本TCI 公司。

1.2 儀器與設備

家用多功能切片器： 墅樂旗艦店；UltraScan Pro1166 型高精度分光測色儀： 美國Hunterlab 公司；ST 40R 離心機：美國Thermo Fisher Scientific 公司；P7 紫外分光光度計：上海美譜達儀器有限公司；FE20 型pH 計：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；RVDV-II+P 型黏度計： 美國BROOKFIELD 公司；DR-A1-Plus 阿貝折光儀： 日本ATAGO 公司；Waters e2695 高效液相色譜儀： 美國Waters 公司；HB basic 型旋轉蒸發儀、T25 型均質機：德國IKA 公司；FreeZone 冷凍干燥機：美國LABCONCO 公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 鮮切蘋果保鮮處理 挑選出成熟度一致、無明顯損傷、疾病或感染的蘋果。 將挑選后的蘋果用清水沖洗，去除表面水漬，去核，縱向切割成約0.2 mm 厚的鮮切蘋果片。 將蘋果切片分別浸泡在質量分數為10%椴樹蜂蜜水溶液、10%蔗糖水溶液、1.5%海藻酸鈉與混合溶液（1%檸檬酸混合溶液、1%抗壞血酸與1%氯化鈣混合）中10 min，取出瀝干，裝入帶孔PP 保鮮盒，4 ℃冷藏保存。 鮮切蘋果在去離子水中浸泡作為對照組。

1.3.2 表面褐變程度測定 使用高精度分光測色儀測定各處理組鮮切蘋果的L、a*、b*。鮮切蘋果表面褐變程度用ΔE 表示，見式（1）。

式中：Lt、a*t、b*t為鮮切蘋果貯藏期間的色度值；L0、a*0、b*0為鮮切蘋果第0 天的色度值。

1.3.3 蘋果PPO 粗酶液的制備與酶活測定 參考劉箕箕等的方法[14]，并稍作修改。取一定量的蘋果丁于燒杯中，同時加入質量比1∶20 的PVPP 和2 倍體積的4 ℃去離子水，均質機以8000 r/min 勻漿30 s并始終保持冰浴。40 目濾網過濾后，12000 r/min、4 ℃離心20 min，收集上清液，得到蘋果PPO 粗酶液。

取0.5 mL 粗酶液于試管中30 ℃水浴預熱，加入3 mL 的0.05 mmol/L 鄰苯二酚（0.1 mol/L 乙酸-乙酸鈉緩沖液配制，pH 5.5）充分混合反應2 min，于420 nm 處測定吸光度。 以0 min 為對照，計算酶活，見式（2）。

式中：U 為酶活，U/g；At為2 min 混合液吸光度；A0為0 min 混合液吸光度；V 為粗酶液總體積，mL；Vs為測定時所取粗酶液體積，mL；m 為蘋果質量，g。

1.3.4 酶活抑制率的測定 取0.5 mL 粗酶液與0.5 mL 椴樹蜂蜜溶液進行充分混合，于30 ℃水浴預熱30 min， 再加入3 mL 的0.05 mmol/L 鄰苯二酚溶液，反應2 min，于420 nm 處測定吸光度，計算酶活， 以去離子水代替椴樹蜂蜜溶液作為對照組，見式（3）。

式中：I 為酶活抑制率，%；U1為實驗組酶活，U/g；U0為對照組酶活，U/g。

1.3.5 抑制動力學曲線與抑制常數的測定 0.5 mL蘋果PPO 粗酶液與0.5 mL 椴樹蜂蜜溶液在試管中進行充分混合，置于30 ℃水浴預熱后，再加入3 mL不同濃度的鄰苯二酚，反應2 min，于420 nm 處測定吸光度， 以每分鐘吸光度變化的倒數為縱坐標，鄰苯二酚溶液濃度的倒數為橫坐標， 擬合可得到Lineweaver-Burk 雙倒數直線。改變椴樹蜂蜜溶液的質量分數，重復上述操作，得到多條不同蜂蜜質量分數下的雙倒數直線。 雙倒數曲線的縱坐標截距的倒數為表觀最大反應速率（kmapp），橫坐標截距的負倒數為米氏常數（Km）。

以蜂蜜質量分數[I]為橫坐標，對應表觀最大反應速率的倒數1/kmapp為縱坐標， 擬合所得直線的橫坐標截距相反數即為抑制常數（KI）。

1.3.6 褐變反應不同時間添加蜂蜜后的吸光度測定 取3 mL 0.05 mol/L 鄰苯二酚溶液與0.5 mL 蘋果PPO 粗酶液充分混合并開始計時， 在反應3、5、7 min 后立即加入0.5 mL 椴樹蜂蜜溶液， 每分鐘記錄420 nm 吸光度變化。 由于蜂蜜溶液在420 nm 存在一定吸光度，加入蜂蜜溶液后扣除蜂蜜本身吸光度。

1.3.7 蜂蜜理化性質的測定 黏度使用旋轉黏度計測定， 當2 號轉子以100 r/min 的轉速在液體中旋轉20 圈以上時讀數； 顏色深淺程度參考Karabagias 等的方法[15]，以420 nm 波長下的吸收值代表蜂蜜的顏色深淺程度；

抗氧化能力參考Hatano 等的方法測定蜂蜜對DPPH 自由基的清除能力[16]、參考Re 等的方法測定蜂蜜對ABTS 自由基的清除能力[17]。

1.3.8 蜂蜜物質質量分數的測定 可溶性固形物質量分數使用阿貝折光儀測定；還原糖質量分數采用3，5-二硝基水楊酸比色法[18]測定；總酚質量分數采用Folin-Phenol 法[19]測定；蛋白質質量分數采用考馬斯亮藍法[20]測定；抗壞血酸質量分數參考[21]測定。

1.3.9 蜂蜜蛋白質提取物水溶液的制備 參考Chua 等的方法對椴樹蜂蜜中蛋白質進行分離[20]，并稍作修改。 將蜂蜜溶液置于截留相對分子質量3500 透析袋中4 ℃透析72 h，不斷更換透析液。 將截留液凍干后置于-20 ℃保存備用。 稱取一定量的蜂蜜蛋白質提取物，配制與0.05、0.10、0.20 g/g 蜂蜜溶液中蛋白質質量分數相同的水溶液。 蛋白質提取物水溶液的PPO 活性抑制率測定方法與1.3.3 相同。

1.3.10 蜂蜜酚類提取物水溶液的制備 參考Silva等的方法對椴樹蜂蜜中多酚類化合物進行提取[22]，并稍作修改。 用1 mol/L 的HCl 水溶液將蜂蜜溶液酸化至pH 2.0 后與45 g Amberlite XAD?-2 樹脂攪拌15 min，并裝入玻璃柱（40 cm×2 cm）。 用300 mL 酸化水（pH 2.0）和300 mL 中性去離子水洗滌以去除糖和極性化合物。 吸附在樹脂中的酚類化合物用300 mL 甲醇洗脫。 在50 ℃濃縮該甲醇提取物，凍干后置于-20 ℃保存備用。 稱取一定量的蜂蜜酚類提取物，配制與0.05、0.10、0.20 g/g 蜂蜜溶液中總酚質量分數相同的水溶液。 酚類提取物水溶液的PPO 活性抑制率測定方法同1.3.3。

1.4 數據統計分析

所有實驗均重復3 次， 實驗結果表示為平均值±標準偏差。實驗數據采用Origin 繪圖，采用SPSS統計軟件進行單因素ANOVA 判斷，P＜0.05 表示具有顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 鮮切蘋果片表面抗褐變材料及質量分數的篩選

2.1.1 鮮切蘋果片抗褐變效果材料的篩選 由圖1（a）可知，抗褐變材料浸泡鮮切蘋果片后，貯藏2 d內褐變顏色加深，2～8 d 內逐漸平穩。 蘋果片經質量分數10%蔗糖溶液處理后的色差值與對照組相近，質量分數1.5%海藻酸鈉與質量分數1%檸檬酸、1%抗壞血酸與1%氯化鈣作用于鮮切蘋果片， 表明它們具有較強的抗褐變能力。 與其他食品配料復配組合相比，蜂蜜的抗褐變優勢最大，在長時間貯藏后仍可保持鮮切蘋果片的亮度。 蜂蜜作為一種天然食品，能夠保證其使用的安全性，更為大眾所接受，在水果店、鮮果茶飲店等具有廣泛的應用前景。 因此，作者后續研究將重點針對蜂蜜的抗褐變效果進行展開。

圖1 鮮切蘋果片抗褐變材料的篩選Fig. 1 Screening of anti-browning materials for fresh-cut apple slices

作者以蘋果PPO 活性抑制能力作為指標，篩選不同來源蜂蜜的抗褐變效果，結果見圖1（b）。 由圖可見不同蜂蜜對蘋果PPO 活性都有較好的抑制，抑制率在25.11%～35.39%，不同品種的抑制效果差異較大，其中棗花、枸杞蜂蜜對PPO 酶活抑制率最強。說明蜂蜜的主要成分果糖及葡萄糖并不是其抗褐變能力來源，可能是其他成分。 本研究所用的蜂蜜花蜜來源不同，可能抗褐變能力與蜜蜂所采花蜜的花的品種有關。

2.1.2 不同質量分數的蜂蜜溶液浸泡處理對鮮切蘋果片褐變的影響 使用不同質量濃度的椴樹蜂蜜對鮮切蘋果進行浸泡處理，在4 ℃下貯藏8 d，與在水中浸泡的鮮切蘋果片對比表面顏色的差別。 圖2 顯示， 貯藏8 d 后， 對照鮮切蘋果片表面褐變嚴重，色差ΔE 超過10。0.025、0.05、0.10、0.20 g/g 的蜂蜜溶液浸泡處理對其褐變均具有明顯改善作用，0.10、0.20 g/g 處理可在8 d 后使蘋果片仍維持較亮的顏色。

圖2 不同質量分數的椴樹蜂蜜溶液浸泡處理對鮮切蘋果片褐變的改善Fig. 2 Improvement of browning degree of fresh-cut applesurfacebysoakingindifferent concentrations of tilia tree honey solution

2.2 蜂蜜對酶促褐變反應的抑制

2.2.1 蜂蜜對蘋果PPO 活性的影響 將椴樹蜂蜜溶液作用于蘋果PPO 粗提液，研究蜂蜜的酶活抑制能力。不同質量分數椴樹蜂蜜對蘋果PPO 的抑制情況見圖3。 蜂蜜溶液能夠有效地降低PPO 的活性，質量分數0.20 g/g 的蜂蜜對PPO 的抑制率達25%以上。并且質量分數0.05、0.10、0.20 g/g 蜂蜜溶液的酶活抑制率具有劑量效應關系（r=0.9669），但隨后抑制率的增加呈現逐漸變緩的趨勢。 與亞氯酸鈉抑制多酚氧化酶活性的趨勢一致[22]，抑制率都是先隨著抑制物質量分數的升高而升高，隨后趨于穩定。

圖3 椴樹蜂蜜對蘋果PPO 活性的影響Fig. 3 Effect of tilia tree honey on apple PPO activity

2.2.2 蜂蜜對蘋果PPO 抑制類型與抑制常數 根據Lineweaver-Burk 雙倒數圖中橫縱軸截距的變化趨勢判斷蜂蜜的抑制類型。Lineweaver-Burk 雙倒數作圖后，得到一組橫軸截距不變、縱坐標截距隨蜂蜜質量分數升高而變大的直線，即米氏常數（Km）不變，表觀最大反應速率（kmapp）變小，見圖4（a）。 這說明椴樹蜂蜜對蘋果PPO 抑制類型為非競爭性抑制，鄰苯二酚與蜂蜜中的物質可以同時與PPO 結合，兩者不存在競爭作用。

圖4 椴樹蜂蜜對蘋果PPO 抑制類型與抑制常數Fig. 4 Determination of the inhibitory type and inhibition constant of tilia tree honey on apple PPO

以不同質量分數蜂蜜得到的直線的縱坐標截距（1/kmapp）對蜂蜜質量分數作圖，擬合出的直線的橫坐標截距的倒數即為蜂蜜對蘋果PPO 的抑制常數（KI），見圖4（b）。 椴樹蜂蜜溶液對蘋果PPO 的抑制常數KI為0.66 g/g。KI值反映了抑制劑對PPO 的親和能力，表明50%的多酚氧化酶被蜂蜜結合時對應的蜂蜜質量分數為0.66 g/g。

2.2.3 不同時間添加蜂蜜對褐變程度的影響 還原酶促褐變反應中產生的醌/有色物質或與醌形成無色產物是一種有效的抑制褐變程度的方式[2]。 從圖5 可以看出， 在反應后期在3、5、7 min 時加入蜂蜜能夠一定程度上降低體系的吸光度，即降低反應的褐變程度，這說明蜂蜜能夠還原褐色產物形成醌以及還原醌重新形成底物，與抗壞血酸的實驗結果相似。 用高碘酸鈉氧化酚類底物左旋多巴后，再加入10 mmol/L 和40 mmol/L 的抗壞血酸， 發現混合體系在250～550 nm 的吸光度略微降低， 驗證了抗壞血酸能與鄰醌類物質發生還原反應[24]。

圖5 不同時間添加椴樹蜂蜜對褐變程度的影響Fig. 5 Effect of adding honey at different time on browning degree

2.3 蜂蜜抗褐變能力物質基礎的探討

2.3.1 蜂蜜抗褐變能力與其理化特性、 成分的關系蜂蜜中富含多種活性成分， 其中某些多酚類物質、蛋白質類物質和抗壞血酸都對抑制褐變有明顯作用[2]，糖類物質尤其是還原糖可能對酶活也有影響。因此， 為了尋找蜂蜜PPO 抑制效果的物質基礎，進一步分析了頤壽園6 種蜂蜜的理化指標、成分和自由基清除率， 見表1。 發現不同來源蜂蜜在pH、黏度、色澤、組分質量分數和自由基清除能力上有顯著差異。

表1 蜂蜜的理化特性與成分Table 1 Physicochemical properties and components of honey

蜂蜜中糖類物質占總物質質量分數70%～80%，而還原性單糖（葡萄糖與果糖）占總糖質量的85%～95%[8]。由表1 可知，不同花源蜂蜜的可溶性固形物質量分數無顯著差異，在還原糖質量分數方面存在一定差異。 不同花源蜂蜜的蛋白質、總酚質量分數差異很大。 在以上6 種蜂蜜中， 棗花蜂蜜組2種物質質量分數最高，洋槐花組最低。

作者全面分析了與PPO 活性抑制率的相關性，見圖6。 由圖可知，PPO 活性抑制率與ABTS 自由基清除率、DPPH 自由基清除率密切相關（相關系數r均大于0.6）；蜂蜜PPO 活性抑制率與蛋白質、總酚質量分數呈強正相關（r 值分別為0.79、0.63）。 抗壞血酸的存在可以保護酚類物質不被氧化，并將褐變反應的中間產物醌類物質迅速轉化為酚類物質，避免醌及其衍生物的積累。蜂蜜PPO 活性抑制率與抗壞血酸含量呈中等程度相關性（r=0.45），相關系數低于抑制率與蛋白質、總酚質量分數之間的相關系數。 此外，蜂蜜的顏色深淺程度與PPO 活性抑制率的相關程度較高（r=0.58），與其抗氧化性能也呈現顯著正相關（r>0.6）， 與希臘蜂蜜的研究結果相符（顏色越深的蜂蜜， 抗氧化物物質的質量分數也越高）[15]， 再次說明蜂蜜的抗褐變能力與其抗氧化物質/能力密切相關。 與PPO 活性抑制率呈弱相關的依次為蜂蜜的固形物質量分數、 還原糖質量分數、pH、黏度。 這說明蜂蜜中糖類物質以及pH 并未發揮重要作用，此質量分數下的蜂蜜溶液無法通過增加體系黏度，降低溶液中溶解氧氣擴散速度的方式來抑制變色。

圖6 蜂蜜的PPO 活性抑制率與其理化特性、成分之間的關系Fig. 6 Relationship between PPO activity inhibition rate of honey and its physicochemical properties and components

2.3.2 蜂蜜中蛋白質與多酚抗褐變能力的驗證由于蜂蜜蛋白質、總酚質量分數與蘋果PPO 抑制率相關系數r 最高， 為了驗證強正相關性組分蛋白質與多酚對PPO 的抑制效果， 將提取得到的蛋白質、酚類這2 類物質分別進行凍干、溶解后，再還原得到與0.05、0.10、0.20 g/g 蜂蜜溶液中蛋白質和多酚質量分數相同的提取物，結果見圖7。 蛋白質、總酚提取物溶液對PPO 活性具有較好的抑制效果，且存在劑量效應關系， 線性相關系數分別為0.9953、0.9837。 證明蜂蜜中的蛋白質與多酚是其發揮抗褐變作用的重要物質基礎。

圖7 椴樹蜂蜜蛋白質提取物、酚類提取物的PPO 抑制作用Fig. 7 PPO inhibition of tilia tree honey protein extract and phenolic extract

3 結語

作者通過比對不同食品配料組成的復配成分，發現蜂蜜可以作為涂膜材料有效延緩鮮切蘋果片的褐變。 將鮮切蘋果片浸泡在0. 1 g/g 椴樹蜂蜜溶液中，8 d 后仍能維持新鮮的色澤。 酶的動力學分析說明蜂蜜對蘋果PPO 的抑制是非競爭性的，且酶活抑制率來自蜂蜜的抗氧化、清除自由基能力；蜂蜜中蛋白質與多酚是蜂蜜發揮抗褐變作用的重要物質基礎，確認具體某種蛋白質和多酚物質的抗褐變能力將是后續的研究重點。 總之，蜂蜜作為一種有效的天然抗褐變材料，值得在鮮切果蔬的加工過程中推廣應用。