在储存Elliot松（Pinus elliottii）油树脂的过程中，多酚氧化酶（PPO）会引发褐变现象：研究了松针中的PPO酶特性以及L-半胱氨酸对抑制褐变的效应

《Food Bioscience》：Polyphenol oxidase-mediated browning during storage of Pinus elliottii oleoresin: characterization of pine-needle PPO and antibrowning action of L-cysteine

松针 oleoresin 储存中酶促褐变机理及抑制研究。通过分离纯化松针多酚氧化酶（PPO），发现其最适pH 7.0、35℃且热敏感。基于表没食子素建立的褐变模型与韦伯尔动力学模型吻合，证实PPO是褐变主因。L-半胱氨酸通过氢键和疏水作用抑制PPO活性，荧光光谱和分子对接验证其抑制机制。研究结果为松香储存期颜色稳定控制提供理论依据。

　　

张思恒|刘汉晓|刘景聪|秦璐|李欣|魏宣柔|陈晓鹏|王琳琳

广西大学化学与化学工程学院，广西石化资源加工与工艺强化技术重点实验室，中国南宁市530004

摘要

Pinus elliottii 油树脂（PEO）是一种可再生原料，用于生产松香和松节油，然而储存过程中引起的酶促褐变会显著影响PEO及其下游产品的颜色质量。松香衍生物被用于食品相关产品中，包括饮料乳液和食品接触包装；因此，保持颜色稳定性对于消费者接受度和商业价值都非常重要。在本研究中，湿储存条件下PEO的酶促褐变与杂质松针中的酚类物质渗入水相有关。从Pinus elliottii松针中提取并表征了多酚氧化酶（PPO）这种酶。该酶在pH 7.0和35 °C时活性最高，并且在pH 6.5–7.5范围内仍保持超过80%的活性。热失活动力学表明该酶对热敏感。该酶对表儿茶素具有高亲和力（Km = 5.93 mM）。基于表儿茶素的PEO褐变模型被建立，Weibull模型准确描述了褐变的发展过程，证实酶促褐变是储存过程中颜色变暗的主要因素。L-半胱氨酸（L-Cys）被评估为一种抗褐变剂，在动力学实验中表现出混合抑制模式；荧光光谱和分子对接分析表明，其与酶的相互作用主要通过氢键和疏水接触实现稳定。总体而言，这项工作阐明了油树脂变色的生化机制，并为减轻储存过程中的松香变暗提供了理论基础。

引言

松科植物包含230个物种，分布于世界温带地区（Gernandt等人，2018年；Lin等人，2010年）。松油树脂由树脂导管内的分泌细胞产生，通过切割树干伤口使其流出并收集。收集到的油树脂随后经过湿法（水保存）储存、熔化、过滤、澄清和蒸馏等步骤，最终得到松香和松节油。

全球近90%的松油树脂产量来自四种松树品种：Pinus elliottii Engelm（中国和巴西）、Pinus yunnanensis Franch（中国）、Pinus merkusii Jungh. & de Vriese（印度尼西亚）和Pinus massoniana Lamb（中国）（López-álvarez等人，2023年）。Pinus elliottii是松属中经济价值较高的物种，以其快速生长、高树脂产量和高韧性著称（Dias等人，2022年）。Pinus elliottii油树脂（PEO）纯度高、结晶倾向低、β-蒎烯含量高，广泛应用于食品、化妆品和制药等多个领域（Procopio等人，2022年；Sharma等人，2025年）。在食品工业中，松香常被用作稳定剂、增塑剂和食品包装材料（Ke等人，2024年；Nayak等人，2024年），松香衍生物也作为受监管的食品添加剂；例如，木松香的甘油酯（酯胶，E445）用于稳定柑橘油饮料乳液（欧洲食品安全局食品添加剂和营养源小组，2018年）。此外，还研究了使用松香改性的纳米纤维素作为食品包装复合薄膜的应用（Niu等人，2018年；Xu等人，2025年）。

松香的颜色是产品分级和定价的关键指标；高等级的松香颜色更浅，市场价值更高（Sukarno，2018年）。特殊等级松香与5级松香的价格差约为每吨2450美元（Kugler等人，2019年）。保持原松油的浅色也有利于下游深度加工产品（如氢化松香、松香酯和 disproportionated松香）。值得注意的是，松香衍生物作为食品添加剂的规格中有明确的质量标准（欧洲食品安全局食品添加剂和营养源小组，2018年），其中颜色是确保产品一致性和可接受性的重要参数，这进一步强调了颜色稳定性是一种功能性质量属性而不仅仅是外观属性。然而，粗油树脂在加工过程中的长时间储存可能导致黄变、变暗甚至红变，这些变化难以逆转，从而导致产品降级。

酶促褐变是食品储存和加工中的主要质量问题，会影响产品的外观、感官特性和市场价值（Wang等人，2025年）。酶催化酶促褐变的发生需要三个条件：酶、底物和氧气。在多酚氧化酶（PPO）的催化作用下，底物酚类化合物被氧化成o-醌，随后醌经过一系列复杂的二级反应（包括氧化、缩合和聚合）形成棕色产物（Tilley等人，2023年）。在食品系统中，L-半胱氨酸（L-Cys）被广泛研究作为抗褐变剂，为不依赖亚硫酸盐类物质控制PPO引起的变色提供了实用方法（Acar & Arslan，2025年）。松油树脂是一种防御性分泌物（主要由单萜、倍半萜和二萜混合物组成），在树皮受到机械损伤时释放。通常会在伤口处涂抹刺激剂浆液以延长和增强油树脂的生物合成和释放。在传统的采脂方法中，中国和美国常用的方法容易在收集袋中混入松针、树皮碎片和其他杂质。在湿储存过程中，酚类物质、还原糖、蛋白质和其他水溶性成分会渗入水相，为酶促褐变创造有利条件（图1）。尽管PPO介导的褐变在食品领域已有大量研究，但其在松油树脂湿储存阶段的作用及其对松香颜色的影响却鲜有关注，尽管这对质量控制和工艺灵活性具有重要意义。

目前大多数研究集中在采脂方法、生产物流和松油树脂的化学性质上（Zas等人，2020年；Rubini等人，2022年；López-álvarez等人，2023年）。以往关于松油树脂的研究主要集中在采脂方法和化学组成上，而对其储存过程作为独立研究课题的关注较少，储存过程中树脂的质量会逐渐下降（例如变暗和等级降低）（Beltran等人，2017年）。

本研究的目的是全面探讨PEO储存过程中的酶促褐变现象。采用缓冲溶液法和硫酸铵分级沉淀法从Pinus elliottii松针中提取PPO，并对其酶学性质进行了表征（最佳pH值和温度、稳定性、热失活动力学及底物特异性）。以表儿茶素为底物建立了PEO的储存褐变模型，并监测了储存过程中的TPC、BI和色度值以分析其相关性。还建立了PEO储存过程中酶促褐变的Weibull动力学模型以探讨其机制。此外，评估了L-Cys作为抗褐变剂的效果，并通过酶动力学、荧光光谱和分子对接模拟评估了其对PPO介导的褐变过程的影响。这些发现为控制酶促褐变和减轻储存过程中的松香变暗提供了依据。

部分内容摘要

原材料和溶剂

新鲜Pinus elliottii松针和Pinus elliottii油树脂来自中国广西壮族自治区的松树林。为确保生物学重复性，样品来自多株独立的树木。新鲜松针在冷藏条件下（4 °C）储存后进行PPO提取，提取在同一天内完成以保持酶活性。油树脂样品在分析前储存在?20 °C。

磷酸二氢钠、二钠

固体（NH₄)₂SO₄分级沉淀条件的优化

通过调整粗PEO PNSPPO溶液中的（NH₄)₂SO₄含量，可以沉淀出不同的蛋白质。图3显示了在不同饱和度下（NH₄)₂SO₄沉淀的结果。通过调节粗PEO PNSPPO酶溶液中的（NH₄)₂SO₄浓度，实现了特定蛋白质的分离。不同饱和度下（NH₄)₂SO₄分级沉淀的实验结果如图所示

结论

本研究阐明了Pinus elliottii油树脂储存过程中的酶促褐变及其对松香颜色变暗的影响——这是一种类似于食品和植物衍生生物质系统中常见的PPO驱动的褐变现象。从油树脂中的杂质松针中提取的PNSPPPO在接近中性条件下（最佳pH 7.0和35 °C）表现出高活性，而热处理会逐渐使酶失活；拟合结果

CRediT作者贡献声明

张思恒：撰写——初稿、验证、方法学、实验设计、数据分析、概念构建。魏宣柔：概念构建。李欣：概念构建。王琳琳：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念构建。陈晓鹏：概念构建。刘汉晓：撰写——初稿、验证、方法学、实验设计、数据分析、概念构建。秦璐：概念构建。刘景聪：概念构建

未引用参考文献

Younes等人，2018年；López-álvarez等人，2023年。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：32160349、22368006）、广西壮族自治区自然科学基金（资助编号：2024GXNSFAA999185）以及广西石化资源加工与工艺强化技术重点实验室（资助编号：2024Z002）的支持。