果蔬叶绿素降解机理研究进展

果蔬叶绿素降解机理研究进展魏珑（新疆阿克苏地区质量与计量检测所，新疆阿克苏市843000）摘要：果蔬的绿色主要来源于叶绿素，叶绿素决定产品的品质特征。由于叶绿素极不稳定的化学性质，使得叶绿素在果蔬贮藏、加工和货架期极易发生降解导致果蔬褪色或变色，影响产品质量。本文对影响叶绿素降解因素、叶绿素降解的可能机制及途径等研究现状进行概述，探讨控制绿色损失的方法，为叶绿素的进一步研究和相关产品开发提供理论依据。关键词：叶绿素；影响因素；控制措施TheDegradationMechanismResearchOfChlorophyllOnFruitsAndVegetablesWEILong(QualityandMeasurementDetectionCenterofAksuPrefectureXinjiangAksu843000)Abstract:Thechlorophyllaremostfromthefruitandvegetable,chlorophylldecidedtoproductqualitycharacteristics.Becauseofthechlorophyllveryunstablechemistry,makingthechlorophyllinvegetableandfruitstorage,processingandshelflifeeasilyhappenedtofadeordiscolorationdegradationfruitandvegetable,affectthequalityofproducts.Inthispaper,thefactorsinfluencingthechlorophylldegradation,thepossiblemechanismandwayofchlorophylldegradationresearchstatusaresummarized,suchasstudymethodtocontrolthelossofgreen,forchlorophyllprovidetheoreticalbasisforthefurtherresearchandrelatedproductdevelopment.Keywords:Chlorophyll;Influencefactors;Controlmeasures1前言果蔬的色泽是构成其产品品质的重要因素，也是检验果蔬成熟衰老的依据。色泽不仅反映果蔬的新鲜度，还可促进人们的食欲，美丽天然的食品颜色是优质果蔬的一个重要特征。果蔬的绿色主要来源于叶绿素，叶绿素决定了产品的品质特征，同时还具有改善便秘、降低胆固醇、抗突变等生理功能。而叶绿素在果蔬贮藏、加工和货架期极易褪色或者变色，严重影响了产品质量，同时也大大降低了商品价值。因此叶绿素稳定性研究对果蔬产业化应用变得越来越重要，同时也是食品科学、医药保健领域的重要研究课题之一。本文根据国内外研究报道，对影响叶绿素降解的因素进行概述，探讨果蔬护绿的方法。2加工贮存过程中影响果蔬叶绿素降解的因素2.1光在活体植物中，叶绿素得到了很好的保护，既可以发挥光合作用，又不会发生降解。但离体叶绿素对光照很敏感，光和氧气作用可导致叶绿素不可逆的分解。相关文献[1]已初步证实了叶绿素的光降解机制，在自然条件或以胶态分子团存在的水溶液中，叶绿素在有氧的条件下，可进行光氧化而产生自由基，因此一些研究人员认为叶绿素的光氧化降解必需有氧分子参与，而且其降解速率随氧分子浓度的升高而加快。单线态氧和羟基自由基是叶绿素光化学反应的活性中间体，可与叶绿素吡咯链作用而进一步产生过氧自由基和其他自由基，最终可导致卟啉环和吡咯链的分解既而造成颜色的褪去。当然影响光氧化的因素有很多，比如体系中的水分、温度、光照时间、光照强度、光的波长范围等，在这些影响因素中主要有光照时间、光照强度、光的波长范围、氧的浓度。目前在此方面的研究主要集中在自然光(复合光)对色素的影响，而且大多数研究不是很深入。对于单色光(不同波段的光)对叶绿素稳定性的影响研究方面的报道却较少。目前既是从单色光的角度对不同色素，尤其是叶绿素稳定性以及降解机理进行深入细致的研究，以期为果蔬贮藏、加工及产品包装等提供理论依据。2.2叶绿素酶已有研究表明，叶绿素酶是一种糖蛋白。叶绿素酶催化叶绿素结构中的植醇键而水解生成脱植叶绿素，是叶绿素降解中的关键酶。叶绿素酶是以叶绿素作为底物的，它是一种酯酶。脱镁叶绿素也是叶绿素酶的底物，酶促反应的产物是脱镁脱植叶绿素。叶绿素酶的最适反应温度在60-80℃范围,实验证明，叶绿素酶在80℃以上其活性下降，100℃时已完全失活。甘志军和王晓云指出，叶绿素酶的活性体系与一般酶有所不同，他们提出,叶绿素酶在有机溶剂及室温下就可以表现其活性；在以水为微环境的反应体系中在60-75℃下表现活性；叶绿素酶在微碱性(pH=7.5-8.0)环境中催化活性高。当然不同原料中和体系中的叶绿素酶的催化特性有一定的差别。2.3温度一些研究表明，叶绿素提取液在不同受热温度下，其降解速率曲线有明显的拐点，叶绿素在80℃以下，降解速度较慢，90℃以上降解速度急剧加快。总体而言，随着温度的升高，叶绿素降解的速率是逐渐加快的，只是较低的温度下降解速率不明显。如苦瓜，温度在70℃以下对叶绿素稳定性影响不大，超过70℃会促进叶绿素的分解。温度对采后果蔬叶绿素降解具有显著影响。在30℃范围内，柑橘果皮叶绿素降解随温度升高而加快，且在30℃时降解速度最快[2]。一般认为温度影响叶绿素降解的机理主要是影响果蔬体内各种酶的活性如叶绿素过氧化物酶，这种酶被认为参与了叶绿素的降解。在青花菜中叶绿素过氧化物酶的活性随温度的升高而升高，青花菜不断黄化，叶绿素迅速降低。香蕉在大于24℃的高温下出现“青皮熟”也同样反映了温度对叶绿素降解的影响。2.4pH体系的pH值是影响叶绿素稳定性的一个重要因子，叶绿素在中性和弱酸弱碱性条件下较稳定，相关研究表明:pH值在6-11之间叶绿素的保存率高达90%。但当体系的pH值下降到4时，叶绿素脱镁反应的速度比较明显，且随着酸性的增强，破坏性越大。2.5金属离子在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可被氢离子取代，生成黄褐色的脱镁叶绿素，脱镁叶绿素分子中的氢离子又可被其他金属离子如：铜、锌、钙离子取代，而生成相应的叶绿素金属离子络合物而恢复为绿色。实验表明，这种络合物对酸、光、氧、热等稳定性大大提高了，这些离子均能使叶绿素保存率提高，使叶绿素能够较长时间的保存，而且铜离子的效果优于锌离子。尽管叶绿素铜络合物的色泽及其稳定性比锌络合物的好，但铜离子属于重金属离子，毒害性较大，所以应该对其含量进行严格控制；而锌是人体必需的微量元素，因此，在绿色果蔬加工过程中，采用锌离子取代叶绿素分子中的镁离子，形成较稳定的叶绿素锌络合物，目前已经得到了产业化应用。2.6植物激素2.6.1乙烯乙烯能促进采后果蔬的成熟衰老，加快果蔬叶绿素的降解。菠菜在25℃下用10mg/kg的乙烯处理，叶绿素迅速降解，在贮藏第2天即出现黄化现象。乙烯的作用效果可能与激活叶绿素酶有关。乙烯处理后的柑橘果皮，叶绿素的降解伴随着叶绿素酶活性的提高[3]。但与柑橘不同的是菠菜经乙烯处理后，叶绿素酶活性并没有增加，这可能是由于菠菜叶片叶绿素降解主要是POD途径[4]。可见，乙烯对不同果蔬的作用存在差异。2.6.2GA3GA3是一种广泛应用于果蔬保鲜上的植物生长调节剂，无论采前喷施或是采后浸泡处理，都能有效地抑制叶绿素降解，延缓衰老[5]。通过GA3对植物衰老的作用机理的研究推测，GA3可以通过延缓膜脂的降解，保护细胞膜结构的完整性，抑制果蔬叶绿素的降解。2.7气体成分贮藏环境中的气体成分十分重要，直接影响采后果蔬的生理活动。如O2和CO2，目前已在多种果蔬上证明，低浓度O2和(或)高浓度CO2都可以抑制叶绿素的降解[6]。活性氧可导致叶绿素四吡咯环碳环双键的裂解，导致卟啉大环裂解，而气调贮藏能提高果蔬SOD的活性，清除活性氧能力提高，另一方面由于降低了氧分压，也减少了活性氧的生成速率[7]。O2和CO2还能通过影响相关酶的活性而调节叶绿素的降解[39]。气体成分的重要性还体现在高CO2能抑制乙烯的作用，而低O2能降低乙烯的合成。3防止果蔬绿色损失的措施3.1控制pH蔬菜加工时中性或微碱性条件下能延迟脱镁叶绿素形成，但如果pH7.0,则会对质地产生令人不愉快的影响。因为较高的pH会导致纤维素水解和植物组织快速腐败，并且烫漂过程中使用碱会导致维生素C的氧化和损失。添加少量碳酸钙或其它钙盐阻止半纤维素降解可防止组织软烂。3.2添加金属离子加工过程中，添加某些金属离子能增加叶绿素的稳定性。目前研究、应用最多的方法是用金属铜、锌、钙盐护色，研究者认为加工中绿色蔬菜失绿的主要原因在于叶绿素中的Mg2+与卟啉环形成的配位化合物不稳定，Mg2+易被H+所取代而形成黄褐色的脱镁叶绿素，如果用Cu2+、Zn2+、Ca2+取代Mg2+，则会形成更加稳定的叶绿素铜、锌、钙配位化合物，绿色就能更好地得到保存。3.3采用新的杀菌技术蔬菜罐藏时，加工的安全性要求较长时间的加热及较高的温度，这使得新鲜蔬菜罐制品中叶绿素不能得以保存，相反，却形成了脱镁叶绿素、脱镁叶绿酸或焦脱镁叶绿素。与传统加工相比，高温短时杀菌(HTST)对叶绿素破坏少，杀菌时采用HTST有利于蔬菜绿色的保存。控制pH及与HTST方法相结合为加工食品的绿色保持提供了可能性。3.4冷冻和冷藏降低温度能使绿色稳定。这是由于冷冻食品中较低水分活度的缘故。贮存在40℃下时，叶绿素b的降解速度比25℃下贮存快3.2-5.2倍，比4℃下贮存快11-21倍。3.5加工中采用叶绿素铜钠盐护色叶绿素铜钠盐经试验对人体无毒害，且对某些疾病有治疗作用。加工中采用适量的叶绿素铜钠护色是可行的，它既符合国家食品卫生法的要求，而且护色效果亦较佳。3.6栽培育种培育适于贮存、加工的绿色蔬菜品种，不失为一个很好的解决途径。如选育含有低叶绿素酶活性的品种；选育含高叶绿素浓度的品种；选育蔬菜“驻绿”突变品种等。4结论与展望研究采后果蔬的叶绿素降解及脱绿或保绿的调节措施，无论在理论上还是商业上都具有十分重要的意义。目前的研究主要集中于各种采后措施对果蔬叶绿素含量、叶绿素酶和过氧化物酶等酶活性的影响。这些研究有助于人们设计适当的采后技术，运用于商业果蔬流通、贮藏和销售等领域，以针对不同果蔬、不同消费者要求和市场的需要进行适当处理。由于采后果蔬是一个完整的有机整体，采后各种措施不仅影响叶绿素的降解，同时还影响如呼吸强度乙烯释放率等生理代谢及其各种营养品质的变化。因此在追求外观品质，力图提高商业价值的同时应考虑到采后果蔬整体品质的变化。随着研究的进一步深化，可以利用生物技术克隆相应的基因，或者采用组织培养技术生产出叶绿素含量高、稳定性强、酶活性低的果蔬产品，这也是我们每一位食品领域工作者的研究方向。分子生物学方法的应用有助于人们更加清楚地了解植物叶绿素的降解机理，在将来的研究中，各种与叶绿素降解直接或间接相关的酶或蛋白的特性、纯化、结晶及cDNA克隆等将成为叶绿素降解研究的重点，这些研究将有助于人们深入了解叶绿素降解机理，从而设计出更加合理而有效的采后措施来调节果蔬的外观品质。参考文献[1]PjonCJ.Effectsofeycloheximideandlightonleafsenescenceinmaizeandhydrangea.PlantCellPhysiot.1981,22:847-864.[2]Jacob-WilkD,HollandD,Goldschmidteta1.IsolationandfunctionalexpressionoftheChlaselgenefromethylene-trcatedCitrusfruitanditsregulationduringdevelopmentPlantJournal.1999,20(60):653-661.[3]张学杰,蔡同一.绿色蔬菜在贮存加工过程中绿