马铃薯是世界上四大粮食作物之一，2017年，全世界马铃薯的总产量达到了3.77亿吨，种植面积已超过1925万公顷，其中，中国是世界上马铃薯总生产量最大的国家，占全世界生总产量的四分之一。2015年，我国农业部启动了马铃薯主粮化战略，开启了中国膳食结构的第三次革命，将推进马铃薯加工产业发展。另外，随着我国新型粮食战略和农业供给侧结构性改革的实施，人们对于马铃薯块茎需求量将会继续增加。但是马铃薯在加工、贮藏、运输等过程中,易受到损伤而发生褐变,导致其产品感官品质下降、营养损失及货架期缩短，极大限制了马铃薯产业发展，是目前迫切需要解决的问题之一。马铃薯的酶促褐变主要是由于多酚氧化酶（酪氨酸酶，PPO: EC 1.14.18.1）催化氧化酚类物质生成醌类化合物，其再进行聚合反应生成黑色素而引起褐变。PPO是一种含铜的金属氧化还原酶，在生物体中广泛分布，拥有单酚酶和二酚酶的活性。PPO分子活性中心由2个含铜离子位点构成，其分子结构中每个亚基含2个铜离子，它与亚基中的组氨酸残基结合，而1个内源桥基将2个铜离子链接在一起（图1）。当酚类化合物与PPO形成过渡络合物时，主要依靠羟基与PPO活性中心上的原子发生键合，从而降低其活性。

图1马铃薯的酶促褐变机制

尽管一些研究报道证明超声波处理有利于降低酶活性和延长鲜切产品的货架期，但酶对超声波处理的抗性很高，单独使用超声波的效果是有限的。因此，超声波处理可以与其方法如化学抗褐变剂或天然提取物相结合，以提鲜切果蔬的抗褐变能力和贮藏品质。近年，大量研究已证明超声波与化学抗褐变剂或天然提取物结合处理，能有效抑制鲜切果蔬的氧化酶活性（PPO、POD等）和酶促褐变现象，从而延长鲜切果蔬的货架期。本研究旨在利用超声波结合L-半胱氨酸，抑制鲜切马铃薯PPO活性，从而控制酶促褐变现象。通过响应面法(RSM)优化不同浓度的L-半胱氨酸、超声处理时间和超声功率对鲜切马铃薯PPO活性的影响，并确定最佳抑制PPO活性的工艺条件。同时，还考察了贮藏期鲜切马铃薯的表观色泽、褐变指数(BI)和PPO活性的变化。

图2超声波结合L-半胱氨酸处理对鲜切马铃薯显微结构的影响

图3不同处理方式对贮藏期鲜切马铃薯外观(A)、BI值(B)和 PPO 活性(C)的影响

研究结果表明，在48h的贮藏过程中，单独使用超声波和 L-半胱氨酸处理或二者联合处理，均能有效抑制鲜切马铃薯的酶促褐变，且超声波结合L-半胱氨酸处理的抗褐变效果最好。可见，超声波与L半胱氨酸结合处理，是一种控制鲜切马铃薯酶促褐变的有效方法。该研究成果以“Optimization of Process Conditions for Ultrasound‑Assisted L‑Cysteine on Inhibition of Polyphenol Oxidase Activity from Fresh‑Cut Potato Using Response Surface Methodology”为题于2022年6月17日在《American Journal of Potato Research》期刊在线发表。该研究得到了国家自然科学基金项目和山西省应用基础研究计划项目的资助。

　　文章链接：https://doi.org/10.1007/s12230-022-09881-4