4.5.5.1　环状糊精

环状糊精（CD）可以由淀粉衍生而来，是一种天然存在的环状寡聚糖，可能有6个、7个或8个葡萄糖残基（即分别为α-，β-和γ-环糊精）以α-（1-4）-糖苷键相连接。环糊精像一个圆柱形一样，具有一个疏水的内表面和一个亲水的外表面。由于环糊精具有疏水的内核结构，而多酚类的底物也具有疏水的苯环结构，另外，酶的活性中心通常也是疏水结构。根据相似相容原理，高浓度的β-环糊精可以和许多有机的客体分子形成大量的包含物复合体，比如，与底物儿茶酚结合，或与酶的芳香族残基结合，将两者分别包埋于疏水内核中，从而影响酶与底物的相互作用，抑制褐变的发生。

环糊精对酶促褐变的抑制作用可以根据客体分子的不同分为两类：一类是对底物进行包埋；另一类是对酶分子进行包埋。多巴为一类高度亲水的二酚类化合物，因此与CD结合力弱甚至完全无结合力。4-叔丁基-邻苯二酚（tert-butylcatechol，TBC）是一种疏水的邻苯二酚类化合物，因此随着环糊精的浓度的提高，可以观察到酶催化效应的明显降低。其中对酶促褐变反应抑制程度最高的为2-OH-P-β-CD，其Kc比其他环糊精高。根据自由底物浓度随活性变化的曲线图可知，香蕉、苹果和莴苣的PPO只催化自由底物，而不会催化复合物。这与蘑菇PPO不同，蘑菇PPO能够催化环糊精-底物复合物（Sojo and Nuñez-Delicado et al.，1999）。蘑菇PPO一般是市售的酪氨酸酶，因此在商业化制备的过程中，可能被其他的真菌酚氧化酶（漆酶、过氧化物酶等）所污染，因此其动力学反应可能归因于自由底物与这些酶反应的综合效应。β-CD对多酚的包埋作用也具有立体选择性，比如对（＋）-儿茶素的亲和力就比对（-）-表儿茶素的亲和力要高。这主要是因为（＋）-儿茶素的C3与β-CD的C2和C3的外围羟基形成了氢键；而（-）-表儿茶素的羟基的位置则阻碍了氢键的形成（Fayad and Marchal et al.，1997）。在β-CD与底物的络合作用中，提高β-CD的含量会导致氧摄入量的降低；而在同一β-CD浓度中，提高底物浓度则会导致褐变抑制能力的下降。在不同的酚类底物中，最大的抑制作用发生在β-CD与（＋）-儿茶素的络合，其抑制率至少为80%。对于其他酚类物质，即使提高β-CD的浓度，褐变抑制率也低于β-CD作用于（＋）-儿茶素的抑制率。在几种受试的酶作用下，抑制率从低到高，依次为4-愈创木酚＜二氢咖啡酸＜绿原酸＜（-）-表儿茶素＜（＋）-儿茶素。

由于β-CD能够与酚类底物形成复合物，因此观察到的抑制模式可以由不活跃的复合体的形成来解释。当酶与底物结合力更高时，则表现出抑制率降低的现象。因此，β-CD对酶促褐变的抑制对于不同酚类底物和不同来源的酶而言，其效果具有显著差别。对于一些酶，只要提供酚类底物/β-CD的离解常数KD，则可以预测其抑制水平。显然，当底物与β-CD的亲和常数最大时，可以观察到最强的抑制作用。然而，当引入抑制剂时，由于CD的络合作用，在催化反应中，CD与PPO抑制剂结合，引起褐变发生。因此在果蔬中若有天然抑制剂出现，且易于被CD络合时，PPO的催化反应会更快地发生。综上，CD具有双重效应，根据原料的不同，会促进或抑制酶促褐变的发生。

Hicks等学者在使用环状糊精，即环状寡聚糖时，获得了一项专利，用于抑制果蔬汁的酶促褐变。环状糊精能够通过与PPO底物或者产物形成包合物而抑制酶促褐变。这项专利也表明，一些环状糊精的特殊组成，可以与抗褐变剂，如还原剂、酸化剂和螯合剂等发生结合。这一方法可以在溶液中应用可溶性α-、β-或γ-环状糊精或柱状不溶性环状糊精，或作为批次处理。

β-环状糊精（环糊精浓度在5.9～13.6 mmol/L）在澳洲青苹果汁中溶解，可以在1小时内抑制酶促褐变。α-和γ-环状糊精的效用没有β-环糊精强。β-环状糊精的抑制效果可以被抗坏血酸（1.14 mmol/L）或其他抗坏血酸衍生物提升。糖醇-β-环状糊精，二糖醇-β-环状糊精和β-环状糊精的有效浓度为1%～4%，在添加了抗坏血酸磷酸盐、抗坏血酸或柠檬酸后，其抑制效果增加。采用柱状的不溶性环糊精，可以极大地推迟褐变的发生，比如苹果汁在1 h内会发生显著褐变，而受试样品的褐变则被推迟到82 h以后，在这个时间点时微生物生长已经很严重了。(www.daowen.com)

环糊精类型也会影响苹果汁的PPO活性（López-Nicolás and Núñez-Delicado et al.，2007），因此，为了达到足够的PPO抑制效果，食品工业必须考虑产品中的主要酚类化合物以及匹配的环糊精类型（Queiroz and Mendes Lopes et al.，2008）。

虽然环状糊精在一定程度上能够减缓褐变的发生，其应用也有一些潜在的缺点。由于环糊精的包含物缺乏特异性，可能会造成风味和色泽的损失。风味和色泽化合物的吸附损失可以由改性环糊精解决。然而，采用改性衍生物的优势必须同时考虑增加的成本。即使是商业化的环糊精，其浓度在1%～4%，其成本依然是一个巨大的阻碍。而不溶性环糊精若不能在大规模生产中反复循环使用，则这一成本也要被计算在内。

4.5.5.2　壳聚糖

壳聚糖是自然界中大量存在的一种聚合物N-乙酰氨基葡萄糖，可以抑制苹果汁和梨汁的酶促褐变。0.02%的壳聚糖可以抑制苹果汁的酶促褐变，并可以通过硅藻土去除。更高的浓度可以抑制梨汁的褐变。但是对于成熟度较高的梨，壳聚糖处理并不能抑制梨汁的褐变。壳聚糖的作用模式是不太确定的，有可能是能吸附PPO、底物或产物，或是这些过程的一个组合。和环糊精一样，壳聚糖作为抗褐变剂主要应用于液态食品。