在抗褐变过程中，还原剂或抗氧化剂的主要作用是通过化学作用，还原酶促反应形成的，或者内源存在的o-醌为无色的二酚类化合物，或者与o-醌发生不可逆的反应，形成稳定的无色产物，这一过程与亚硫酸盐类似。如图4-4所示。还原剂的作用是暂时的，因为这些化合物可以与色素中间体、内源酶和金属（如铜）发生不可逆的氧化反应。因此，还原试剂在一定时间内其作用与其被消耗的速率相关。还原剂的非特异性也导致产品丧失风味或者产生特定色泽。

图4-4　还原剂对酶促褐变的抑制作用

The primary role of reducing agents such as sulfiting agents or ascorbyl compounds in the inhibition of enzymatic browning is to reduce the pigment precursors（quinones）to colorless，less-reactive diphenols（Adapted from Walker，J.R.L.，Food Technol.N.Z.，19，21，1977）.

4.5.1.1　抗坏血酸及其衍生物

4.5.1.1.1　抗坏血酸和异抗坏血酸

抗坏血酸及其异构体异抗坏血酸在食品工业中被频繁使用。它们在食品体系中的作用为：（1）自由基清除剂，并可以阻止氧化过程；（2）改变系统的氧化还原电位；（3）还原氧化产物。抗坏血酸和异抗坏血酸在阻止酶促褐变过程中的主要作用在于其可以还原o-醌为二酚，阻止了o-醌进一步发生二级反应产生黑色素，同时能够降低pH（Guerrero-Beltrán and Swanson et al.，2005）。而酶的最佳反应pH一般在5～7.5之间，酸性环境会抑制酶促褐变。然而这些试剂对于酶的作用，目前有争议，并仍待证实。

早期相关研究表明，抗坏血酸对于PPO的活性没有直接作用，既不能激活也不能钝化酶活。然而，也有学者报道了PPO可以被抗坏血酸激活。相反，一些研究报道了抗坏血酸对PPO的钝化作用。有学者研究了蘑菇PPO在不含酚类化合物的抗坏血酸溶液中孵育后，其活性下降。采用极谱法可以对这一现象作更细致的描述，结果表明酶活的钝化过程是二相性的，在开始阶段是一段缓慢的钝化过程，紧接其后为一段快速钝化过程。这一钝化过程是不可逆的，然而一些同工酶依然在电泳中表现出活性。有学者采用光谱法（颜色形成）和极谱法（氧气摄入）研究抗坏血酸和异抗坏血酸浓度增加对苹果PPO的影响，在两种还原剂存在下，光谱法结果显示出一个初始的迟滞期，紧接着是反应活性的一个缓慢的上升，而极谱法则观察到直接的氧摄入。还原剂含量越高，迟滞期则越长。在迟滞期之后的吸光值上升的速率反映了还原剂浓度对PPO的钝化效果，然而迟滞期则反映了还原剂对o-醌的化学还原作用。采用光谱法，I50值（产生50%的酶活抑制所需的抑制剂浓度）对于抗坏血酸而言为0.24 mmol/L，而通过极谱法测试，低于0.5 mmol/L的抗坏血酸对于氧的消耗没有任何作用。这些结果表明，在这些浓度下抗坏血酸对酶活没有作用，然而，催化的产物则可以被还原为无光吸收的物质。迟滞期之后PPO活性的降低可能是由于反应体系中氧含量的降低。还原剂对PPO的可观测到的效果取决于测试方法，因此许多关于抗坏血酸对于PPO酶活作用的报告会出现矛盾的情况。

虽然抗坏血酸和异抗坏血酸的作用模式是相同的，抗坏血酸在褐变抑制方面比异抗坏血酸更胜一筹。然而，这两种还原剂的推荐使用剂量是相同的。在水相体系和食品中，异抗坏血酸对铜酶催化的氧化过程更加容易。在几乎所有的食品体系中，铜是痕量的，两种还原剂的功效差别在于异抗坏血酸更易被氧化。在对抗坏血酸和异抗坏血酸的比较中，有学者认为两者作用于苹果汁的有效浓度是一样的（0.125% w/v或0.25% w/v抗坏血酸或异抗坏血酸）。然而，在完全相同的处理条件下，抗坏血酸对美国醇露苹果和蛇果作用，显示出的迟滞期比异抗坏血酸更长。抗坏血酸和异抗坏血酸作为褐变抑制剂的效应取决于特定的食品体系，因此，如果没有前期的实验评估，那么化合物之间不能随意替代。

相比半胱氨酸和4-己基间苯二酚，抗坏血酸对芒果酱中PPO的抑制率更高，当然，在试验中，抗坏血酸的添加量也更高（Guerrero-Beltrán and Swanson et al.，2005）。浓度为1.8 mmol/L的抗坏血酸能够抑制苹果汁的褐变，可以观察到抑制效应能够维持4小时（Özo lu and Bayindirli，2002）。

抗坏血酸和异抗坏血酸作为抗褐变剂也存在缺点，其效果被认为是临时的，因为其易于与中间体（如色素）、内源酶等反应而发生不可逆氧化，也容易在铁或铜等金属存在下自动氧化形成脱氢抗坏血酸（Özolu and Bayindirli，2002）。当抗坏血酸被这些反应氧化或在较高浓度下使用时，可能会产生促氧化作用（Mahoney and Graf，1986）。

抗坏血酸和异抗坏血酸对果蔬的细胞基质的渗透作用不足，这也成为限制其应用的方面。有学者采用压力和真空渗透的方法，研究了抗坏血酸和异抗坏血酸对苹果和土豆切面的有效抑制作用。当采用34kPa的压力可以更为有效地提供均一的渗透效果，且水分渗出较少。相比于在大气压下用抑制剂处理5 min，当采用压力渗透方法，红蛇果和醇露苹果切片的储藏期可以提升3～7 d，在抑制剂浓度和应用方法的选择之间有一个权衡：更强的压力渗透技术允许使用比常压方法下更低浓度的抗坏血酸或异抗坏血酸，但采用压力渗透技术后，切片样品会逐渐在储藏期间有水分渗出，因此可能需要通过离心或者部分脱水的方法来解决这一问题。采用103 kPa的压力渗透，溶液组成为4%抗坏血酸、1%柠檬酸和0.2%的氯化钙，相比于仅在常压下处理，土豆块的储藏期能够提升2～4 d。

这些还原剂是相对活泼的化合物，可以和食品中其他组分相互作用，产生有害的作用。有学者报道了虽然抗坏血酸可以抑制鳄梨提取物的褐变，但添加的抗坏血酸提升了鳄梨果肉的褐变。当采用抗坏血酸以抑制PPO催化的虾皮的黑斑时，则发现抗坏血酸处理后的样品有明显的黄色脱除作用。

4.5.1.1.2　抗坏血酸磷酸酯(www.daowen.com)

抗坏血酸能够被迅速氧化成脱氢抗坏血酸，抗坏血酸衍生物则有更好的稳定性。有学者报道了抗坏血酸的磷酸化作用。之后，一系列抗坏血酸的2-磷酸、3-磷酸和亚磷酸酯化物被合成了。抗坏血酸-2-磷酸和抗坏血酸-2-三磷酸作为稳定的抗坏血酸取代物，被用于抑制鲜切果蔬和果蔬汁的褐变。这些酯化物在酸性磷酸酶的作用下水解，并释放出抗坏血酸。有学者发现，抗坏血酸磷酸酯类化合物对鲜切土豆的褐变抑制不如抗坏血酸，但对鲜切红蛇果的褐变抑制，比抗坏血酸更有效。酯化物的有效性在于其氧化稳定性，相比于相同浓度的抗坏血酸，其初始迟滞期更长。

抗坏血酸磷酸酯与柠檬酸（1%的终浓度）的组合并没有期待的那样更为有效，可能是因为在低pH下，酸性磷酸酶的活性被抑制了。同样，酯化物在抑制苹果汁酶促褐变效用的减弱，可能是由于在准备过程中或在果汁较低的pH（3.3）作用下，内源酸性磷酸酶失活。果蔬中酸性磷酸酶活性与酶浓度，在细胞中的位置，pH和多价阳离子浓度有关。因此，在褐变抑制方面，磷酸酯的适用性依然取决于食品体系吸收化合物的能力，体系的酸度和内源酸性磷酸酶的活性。

4.5.1.1.3　抗坏血酸脂肪酸酯

抗坏血酸的另外一种稳定替代物包括抗坏血酸-6-脂肪酸酯（抗坏血酸棕榈酸酯、月桂酸酯和葵酸酯）。浓度为1.14 mmol/L的抗坏血酸-6-脂肪酸酯（约等于0.02%抗坏血酸）加入澳洲青苹汁中，可以在至少6 h内抑制褐变。相比于游离抗坏血酸，酯化物的效果在初期并不佳，但在长期的储藏过程中，酯化物表现出良好的抑制效果。抗坏血酸葵酸酯和抗坏血酸的协同作用比两者单独使用具有更显著的抑制苹果汁褐变的作用，其抑制褐变的效果长达24 h。

作为抗褐变剂，抗坏血酸脂肪酸酯需要先被溶解，比如调整pH至9.0。有学者研究了乳化剂对于1.14 mM酯化物在水相分散系中的稳定性。稳定的分散体可以采用亲水乳化剂，如吐温60（聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯）、沙通8-1-0（聚甘油酯）、吐温80（聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯）或EC-25（丙二醇酯）等，以乳化剂∶酯化物为1∶2或2∶1的比例进行乳化。高度亲脂的乳化剂，如Durlac 100（乙酰化甘油酯）和Dur-Em 114（单甘酯或甘油二脂）可能沉淀酯化物。酯类和乳化剂的组合，如EC-25、沙通8-1-0或吐温60，在抑制苹果汁褐变方面会降低酯化物的有效性。添加了吐温的副作用可能由于其能够溶解相当数量的膜结合态或细胞器结合态的PPO。同时，也有文献报道表面活性剂能够激发PPO的活性。

将抗坏血酸脂肪酸酯和乳化剂结合作为抗褐变剂，抗坏血酸棕榈酸酯与EC-25或Durlac 100在pH为7.0时结合，比相同浓度的抗坏血酸单独使用更为有效。然而，在贮藏期间，抗坏血酸棕榈酸酯倾向于沉淀在食品表面，导致前后矛盾的结果。采用抗坏血酸月桂酸酯或抗坏血酸葵酸酯与EC-25，Durlac 100结合，或结合更亲水的乳化剂如吐温60或80，处理苹果块，会导致苹果块的褐变。添加乳化剂造成的副作用可能是由于乳化剂破坏了果蔬切面的细胞膜，导致PPO及其底物的泄漏，因此增加了褐变反应。本质上，乳化剂能够提高抗坏血酸酯的分散稳定性，但是对其作为抗褐变剂的能力则有负面影响。

4.5.1.1.4　其他抗坏血酸衍生物

二胺草酰脲与有机酸如草酸的反应可以用于准备和使用L-5，6-O-亚异丙基-2-O-甲基碳：甲基抗坏血酸和抗坏血酸连位乙二醇。这些类型的衍生物比抗坏血酸更为稳定，同时在抑制食品褐变方面也更为有效，同时能够保持食品的新鲜程度和风味。

4.5.1.2　巯基化合物

许多含巯基的还原剂，如β-巯基乙醇、二硫苏糖醇和硫脲，不可能作为食品的抗褐变剂使用。虽然这些化合物比抗坏血酸更为有效，另外一些可以接受的含巯基化合物，如还原态的谷胱甘肽则太贵以至于无法作为商业化抗褐变剂替代物。

实用性的替代物被限制为一些含巯基的氨基酸，如L-半胱氨酸、L-胱氨酸和D，L-蛋氨酸。关于L-半胱氨酸和其他硫醇的潜在有效性也被学者关注。在含巯基的化合物中，L-半胱氨酸是抑制褐变反应的一种有效化合物。半胱氨酸与o-醌中间体反应，形成稳定的无色产物（Īyido an and Bayindirli，2004）。有学者报道了半胱氨酸在抑制苹果褐变的过程中不会引起风味的劣变。在相同浓度下，L-半胱氨酸（10mmol/L）比亚硫酸氢钠更为有效地阻止洋姜提取物的褐变。L-半胱氨酸在浓度为0.5～2 mmol/L下，能够阻止浓缩梨汁的褐变。浓度为0.2 mg/g的半胱氨酸能抑制芒果酱中PPO活性（Guerrero-Beltrán and Swanson et al.，2005）。在抑制苹果汁褐变方面，半胱氨酸的浓度有差别，如1.0～1.8 mM（Özo lu and Bayindirli，2002）或4 mM（Īyido an and Bayindirli，2004）。0.32 mmol/L的L-半胱氨酸对于抑制鳄梨和香蕉匀浆的褐变也十分有效。然而，对于半胱氨酸而言，能够达到抑制褐变的有效浓度会对受试食品的味道有负面影响，这限制了半胱氨酸在食品工业中的应用。

巯基化合物抑制褐变的主要作用方式是与o-醌发生反应，并形成稳定的无色加合物。有学者阐明了半胱氨酸与4-甲基儿茶酚、绿原酸、（-）-表儿茶素、（＋）-儿茶素、邻苯二酚和L-多巴形成的加成物的结构。半胱氨酸与4-愈创木酚和绿原酸形成一个单一的加成物，而与表儿茶素和儿茶素则形成两个产物。后两种加成物与半胱氨酸母体的B环的位置不同，2′-和5′-位置以相同的速度与半胱氨酸发生反应。邻位二酚与半胱氨酸和谷胱甘肽的加合物不是PPO的底物，同时也有报道称半胱氨酸儿茶酚加成物对PPO有抑制作用。