劉竟運, 林育釗, 范中奇,3, 林藝芬,3, 林河通

(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002；2.亞熱帶特色農(nóng)產(chǎn)品采后生物學(xué)福建省高校重點實驗室，福建 福州 350002;3.福建農(nóng)林大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后技術(shù)研究所，福建 福州 350002)

果蔬采后貯藏期間極易發(fā)生品質(zhì)劣變，降低了果蔬食用品質(zhì)和商品價值，不利于長期貯藏和跨區(qū)域銷售，從而限制果蔬采后保鮮產(chǎn)業(yè)發(fā)展?；钚匝?reactive oxygen species, ROS)、能量虧缺、機(jī)械損傷、冷害、病原菌侵染等因素會導(dǎo)致采后果蔬品質(zhì)劣變，其中ROS代謝失衡被認(rèn)為是影響其劣變發(fā)生的最重要原因之一[1-6]。Lin et al[7]研究表明，隨著貯藏時間的延長，采后龍眼果實果皮ROS水平隨之升高， 果皮組織中的ROS相關(guān)清除酶活性減弱，果皮褐變指數(shù)不斷提高，表明采后龍眼果皮褐變可能與ROS代謝失衡有關(guān)。Zhang et al[8]研究認(rèn)為，外源褪黑素處理能夠有效減少采后荔枝果皮的ROS積累，并提高ROS清除酶活性，從而緩解采后荔枝果皮表面褐變的進(jìn)一步發(fā)生。因此，本文就近年有關(guān)ROS代謝在采后果蔬品質(zhì)劣變中的作用及其控制技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為闡明ROS與采后果蔬品質(zhì)劣變發(fā)生的關(guān)系，減少采后果蔬品質(zhì)劣變、維持其貯藏品質(zhì)提供參考。

1 采后果蔬主要品質(zhì)劣變現(xiàn)象

1.1 褐變

酶促褐變是果蔬采后品質(zhì)劣變的常見現(xiàn)象[1]。正常果蔬組織中，與褐變有關(guān)的多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)和褐變底物(酚類物質(zhì))在細(xì)胞中呈區(qū)室化分布，這一正常分布狀態(tài)一旦被破壞，PPO則與酚類物質(zhì)直接接觸，從而促進(jìn)酶促反應(yīng)，導(dǎo)致果蔬組織中的酚類物質(zhì)被氧化成醌類物質(zhì)，醌類物質(zhì)進(jìn)一步聚合，誘發(fā)采后果蔬組織褐變[1,4,9-10]。褐變的發(fā)生影響果蔬外觀色澤及品質(zhì)，不僅大大降低商品率，還不利于采后果蔬的銷售[1,11]。王亮等[12]研究發(fā)現(xiàn)，聚氯乙烯薄膜(30 μm厚度)包裝的山楂果實在(0±0.5) ℃下貯藏，貯藏后期山楂果實的丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量加速上升，果肉褐變加劇，導(dǎo)致果實品質(zhì)下降。酶促褐變還影響綠豆芽貯藏保鮮，即在PPO催化作用下，綠豆芽的酚類物質(zhì)經(jīng)氧化、聚合等反應(yīng)，形成褐色物質(zhì)，導(dǎo)致采后綠豆芽出現(xiàn)褐變[9]。采后龍眼果實外果皮表面色澤逐漸暗淡、內(nèi)果皮出現(xiàn)褐變斑點等褐變現(xiàn)象，降低其商品價值，嚴(yán)重影響貯藏與銷售[13]。

1.2 軟化

采后果蔬出現(xiàn)質(zhì)地變軟、硬度下降等軟化現(xiàn)象，導(dǎo)致其不耐貯藏、貨架期短、商品價值下降[3]。多數(shù)研究認(rèn)為，隨著果膠脂酶(pectinesterase, PE)、多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase, PG)、β-半乳糖苷酶(β-galactosidase,β-Gal)、纖維素酶(cellulase, Cx)等細(xì)胞壁降解酶活性的增強(qiáng)，果膠物質(zhì)、纖維素、半纖維素等細(xì)胞壁物質(zhì)降解，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞，從而導(dǎo)致采后果蔬軟化[3,14-16]。林河通等[5]報道，采后龍眼果實果肉自溶過程中，果實硬度下降，果肉半纖維素、纖維素、原果膠、細(xì)胞壁蛋白等細(xì)胞壁物質(zhì)含量降低，果肉PE活性下降，是PE、PG、Cx、β-Gal等龍眼果肉細(xì)胞壁降解酶的作用引起細(xì)胞壁物質(zhì)降解所致。Sogvar et al[17]研究發(fā)現(xiàn)，草莓采后貯藏期出現(xiàn)硬度下降、表面腐爛、色澤變暗等現(xiàn)象，利用蘆薈汁與抗壞血酸混合溶液涂抹其果實表面，可有效抑制采后草莓失重率的增加，維持果肉較高的可溶性固形物含量和糖酸比，延緩果實軟化。Du et al[18]采用1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene, 1-MCP)與殺菌劑結(jié)合處理西紅柿，能夠有效延緩采后西紅柿果實軟化，并抑制病原菌的生長繁殖。Gutiérrez et al[19]研究發(fā)現(xiàn)，短波紫外線(波長200～280 nm)結(jié)合臭氧處理芝麻菜，可以有效抑制采后芝麻菜軟化及其表面微生物的生長，較好保持芝麻菜商品價值。

1.3 冷害

冷害是果蔬在冰點(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，0 ℃)以上溫度貯藏時發(fā)生的低溫傷害，易發(fā)生在冷敏性果蔬中[20-22]。冷害會導(dǎo)致果蔬采后品質(zhì)下降、貯藏期縮短。有關(guān)果蔬冷害發(fā)生機(jī)制的研究眾多，大部分認(rèn)為低溫冷害會導(dǎo)致果蔬細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷。果蔬冷害癥狀通常表現(xiàn)為表面凹陷、斑點、褐變，組織局部壞死，無法正常后熟，但不同種類果蔬的冷害癥狀不同。如發(fā)生冷害的香蕉果實表面呈現(xiàn)褐變斑點、鴨梨果肉出現(xiàn)黑心、桃果肉木質(zhì)化、黃瓜軟化、西葫蘆品質(zhì)快速下降[23-25]。范林林等[26]研究發(fā)現(xiàn)，1-MCP處理能有效降低采后西葫蘆乙烯釋放速率和呼吸速率，緩解冷害的發(fā)生。Wang et al[21]研究發(fā)現(xiàn)，通過提高桃果實酚類物質(zhì)和糖代謝，可以緩解冷害發(fā)生，延長貯藏期。

1.4 衰老

采后果蔬衰老是內(nèi)外影響因素直接或間接作用下，導(dǎo)致其組織功能日漸衰退，直至死亡的變化過程[18,27-28]。目前普遍認(rèn)為，ROS自由基是果蔬采后衰老的主要機(jī)制。隨著采后果蔬衰老的加劇，果蔬色、香、味、質(zhì)地、營養(yǎng)等都會發(fā)生一系列不可逆的變化，導(dǎo)致采后果蔬品質(zhì)劣變、商品率降低[27]。劉順枝等[29]報道，不同貯藏溫度對火龍果采后衰老和貯藏品質(zhì)的影響不同，與15 ℃下貯藏的火龍果相比，5 ℃低溫貯藏能有效延緩采后果實衰老，較好保持果肉可溶性總糖、可溶性蛋白質(zhì)及VC含量。Fan et al[30]研究發(fā)現(xiàn)，適宜濃度的茉莉酸甲酯(methyl jasmonate, MeJA)處理茄子果實，可以有效延緩采后茄子果實衰老，減緩果實的果皮花青素降解，減少其果實失重率和褐變，較好維持果實貯藏品質(zhì)。

2 ROS在采后果蔬品質(zhì)劣變中的作用機(jī)理

2.1 ROS產(chǎn)生與清除機(jī)制

2.2 ROS與呼吸代謝的關(guān)系

磷酸己糖異構(gòu)酶(phosphohexose isomerase, PGI)、琥珀酸脫氫酶(succinate dehydrogenase, SDH)是植物糖酵解(meyerhof-parnas pathway, EMP)—三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle, TCA) 呼吸代謝途徑關(guān)鍵酶，細(xì)胞色素C氧化酶(cytochrome C oxidase, CCO)、 抗壞血酸氧化酶(ascorbic acid oxidase, AAO)和PPO是重要的呼吸末端氧化酶，6-磷酸葡萄糖脫氫酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase, G-6-PDH)和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6-phosphogluconate dehydrogenase, 6-PGDH)是呼吸代謝磷酸戊糖途徑(pentose phosphate pathway, PPP)的關(guān)鍵酶[33-35]。植物細(xì)胞中吡啶核苷酸包括煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADP)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD)、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide, NADH)、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)[33]。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸激酶(nicotinamide adenine dinucleotide kinase, NADK)是促進(jìn)NADP生成的唯一酶，在ATP的參與下，NAD在NADK的作用下磷酸化生成NADP[34-35]。植物細(xì)胞中的吡啶核苷酸參與呼吸代謝和電子傳遞等過程[35]。NADP主要參與PPP呼吸代謝途徑，而NAD則主要參與EMP-TCA呼吸代謝途徑[33,35]。因此，可以從G-6-PDH、6-PGDH、PGI、SDH、CCO、AAO、PPO等酶活性以及NAD、NADP含量的變化規(guī)律來推測植物呼吸代謝途徑及其變化規(guī)律。

果蔬通過呼吸代謝產(chǎn)生能量以滿足自身基本生理代謝需求。然而，隨著采后果蔬呼吸作用的持續(xù)進(jìn)行，果蔬體內(nèi)糖類物質(zhì)的大量消耗導(dǎo)致其營養(yǎng)物質(zhì)含量降低、口感變差。ROS引起的采后果蔬衰老、冷害、褐變、果肉軟化及自溶等品質(zhì)劣變與呼吸代謝紊亂、呼吸代謝途徑相關(guān)酶活性及吡啶核苷酸含量的變化關(guān)系密切[27,33]。林毅雄等[36]報道，與對照龍眼果實相比，H2O2處理會提高采后龍眼果實呼吸強(qiáng)度，降低龍眼果肉VC、蔗糖、總糖等營養(yǎng)物質(zhì)含量，促進(jìn)果肉軟化及自溶和果皮褐變發(fā)生，降低龍眼果實貯藏品質(zhì)和商品價值。Lin et al[33]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)H2O2處理的龍眼果實貯藏期間果皮褐變指數(shù)和果肉自溶指數(shù)較高，且果實呼吸速率及PGI、SDH、CCO、AAO和PPO活性均較高，NADK、G-6-PDH+6-PGDH活性以及NADP、NADPH含量較低，而NAD、NADH含量較高。據(jù)此認(rèn)為，H2O2會導(dǎo)致采后龍眼果實品質(zhì)劣變(果肉自溶、果皮褐變)，這與H2O2提高采后龍眼果實呼吸速率，削弱PPP呼吸代謝途徑，增強(qiáng)EMP-TCA呼吸代謝途徑、細(xì)胞色素途徑(cytochrome pathway, CCP)及CCO、AAO、PPO等呼吸末端氧化酶活性有關(guān)。劉佩等[37]研究ROS代謝失調(diào)與采后‘黃冠’梨果皮褐變的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)采后ROS的積累可顯著提高‘黃冠’梨果實呼吸強(qiáng)度，降低果實硬度及果肉總可溶性固形物含量，促進(jìn)果皮褐變進(jìn)程，降低果實貯藏品質(zhì)。

2.3 ROS與生物膜穩(wěn)定性的關(guān)系

生物膜具有一定的流動性和功能性，在維持采后果蔬品質(zhì)上起重要作用。生物膜的穩(wěn)定性取決于膜脂降解酶活性、磷脂組分、膜脂脂肪酸組分及含量等因素。而生物膜結(jié)構(gòu)的破壞則會促進(jìn)細(xì)胞的衰老和死亡。因此，維持生物膜穩(wěn)定性對保持采后果蔬貯藏品質(zhì)具有重要意義[38]。膜脂過氧化作用會降低果蔬細(xì)胞膜脂不飽和脂肪酸含量、脂肪酸不飽和指數(shù)和脂肪酸不飽和度，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，從而影響細(xì)胞膜功能。與此同時，膜脂過氧化反應(yīng)產(chǎn)物，如ROS、MDA、氧自由基等，將進(jìn)一步毒害細(xì)胞，進(jìn)而破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。

2.4 ROS代謝與能量水平的關(guān)系

作為一個有機(jī)體，采后果蔬體內(nèi)仍存在正常生理代謝。研究表明，能量虧缺與采后果蔬衰老[1,27,44-45]、冷害[39-40]、褐變[4,6,8,41,46]、果肉軟化[31-32]、果肉自溶[47]等品質(zhì)劣變密切相關(guān)，較高的ATP含量及能荷水平對維持采后果蔬品質(zhì)、延緩衰老進(jìn)程具有重要意義[1]。Lin et al[47]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組龍眼果實相比，經(jīng)H2O2處理的龍眼果實貯藏期間果肉自溶指數(shù)較高，果肉ATP、ADP含量和能荷值較低，線粒體膜、液泡膜和質(zhì)膜Mg2+-ATPase、Ca2+-ATPase、H+-ATPase活性較低。因此，龍眼果實采后果肉自溶發(fā)生與ATPase活性下降及能量虧缺有關(guān)。此外，朱立保等[48]報道，蕓苔素內(nèi)酯(brassinolide, BR)處理能有效延緩甜瓜衰老，提高甜瓜ROS清除能力，減少ROS積累，保持甜瓜較高的能量水平。

3 ROS清除劑控制采后果蔬品質(zhì)劣變

ROS清除劑通過維持采后果蔬ROS清除系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將ROS代謝維持在一個相對平衡的狀態(tài)，從而減少果蔬采后品質(zhì)劣變，延長貯藏保鮮期。用于采后果蔬保鮮的外源ROS清除劑必須是無毒、無害，且不與果蔬體內(nèi)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生對人體健康有潛在危害的物質(zhì)。目前采后果蔬保鮮常用的外源ROS清除劑有：AsA、GSH、棓酸丙酯、L-半胱氨酸等。通過外源ROS清除劑調(diào)控果蔬體內(nèi)ROS代謝平衡，以降低采后果蔬呼吸作用和膜脂過氧化水平，維持較高的生物膜穩(wěn)定性以及能量水平，從而達(dá)到延緩采后果蔬品質(zhì)劣變的目的。

Song et al[49]研究發(fā)現(xiàn)，外源AsA處理可以及時清除荸薺果肉ROS，延緩果肉表面黃化，保持荸薺貯藏品質(zhì)和商品價值。Martínez-ortiz et al[50]以抗性淀粉為基底，將外源AsA做成微膠囊狀，均勻涂抹在采后番石榴果實表面，發(fā)現(xiàn)該處理可有效降低采后番石榴果實呼吸速率和失重率，保持較高的硬度和果肉TSS含量，較好地維持果實外觀色澤和貯藏品質(zhì)。此外，外源AsA對采后龍眼[5]、草莓[17]、柑橘[51]、香蕉[52]、蘑菇[53]、胡蘿卜[54]等果蔬品質(zhì)劣變也有較好的控制效果。棓酸丙酯在采后果蔬保鮮上的應(yīng)用也較為廣泛[5,55-57]。林藝芬等[56]報道，5 mmol·L-1棓酸丙酯處理能有效控制采后龍眼果實的果皮褐變與果肉自溶，保持較高的果肉Vc、蔗糖等營養(yǎng)物質(zhì)含量，較好維持果實貯藏品質(zhì)。李漢良[57]研究認(rèn)為，棓酸丙酯處理可以有效延緩采后新高梨果實軟化和褐變的發(fā)生。莫億偉等[58]研究表明，外源GSH處理可以提高采后荔枝果實ROS清除酶活性，減少ROS過度積累，維持較高的果肉VC含量，從而達(dá)到延緩果實品質(zhì)劣變、延長保鮮期的目的。Li et al[59]研究報道，L-半胱氨酸處理能有效降低采后龍眼果實的果肉自溶指數(shù)和H2O2含量，降低果肉PLD、LOX等膜脂降解相關(guān)酶活性，從而減緩果肉膜脂氧化反應(yīng)，達(dá)到延緩果實衰老、保持貯藏品質(zhì)的目的。

近年來，國內(nèi)外也開發(fā)了安全且具有ROS清除功能的天然植物提取物(蘋果多酚、茶多酚、原花青素等)，用于控制采后果蔬品質(zhì)劣變，延長保鮮期[60-65]。Tappi et al[60]報道，綠茶多酚提取物處理可以顯著提高鮮切蘋果片的抗氧化性能，有利于保持鮮切蘋果片的營養(yǎng)品質(zhì)。Shao et al[61]通過制備茶多酚—支鏈淀粉—羧甲基纖維素(CMC)納米纖維(Pul-CMC-TP納米纖維)，并應(yīng)用于草莓保鮮試驗，發(fā)現(xiàn)Pul-CMC-TP納米纖維能夠減少采后草莓果實失重，較好維持果實硬度和品質(zhì)，延長貨架期。Lan et al[62]研究表明，抗菌聚乙烯醇/茶多酚(PVA/TP)復(fù)合膜處理能夠有效降低采后草莓果實失重和腐爛，維持較高的果實硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量，較好維持草莓果實外觀顏色，有效延長保鮮期。此外，Su et al[63]、Zhang et al[64]報道，蘋果多酚處理可延緩采后荔枝果實衰老、抑制荔枝果皮褐變、提高荔枝果肉的抗氧化活性，較好保持采后荔枝果實營養(yǎng)品質(zhì)和食用品質(zhì)，認(rèn)為蘋果多酚可能是維持采后荔枝果實風(fēng)味和營養(yǎng)品質(zhì)的一種有效的采后保鮮方式。Chen et al[65]研究認(rèn)為，外源原花青素處理可通過增強(qiáng)采后香蕉果實的抗氧化反應(yīng)、維持較高的體內(nèi)原花青素含量、減少ROS水平，從而延遲香蕉果實的后熟衰老和軟化，較好維持采后香蕉果實的新鮮度。

4 小結(jié)與展望

ROS的過度積累、相關(guān)內(nèi)源抗氧化物質(zhì)含量和ROS清除酶活性下降，會直接導(dǎo)致采后果蔬ROS代謝失衡。而ROS代謝失衡加劇會導(dǎo)致采后果蔬呼吸代謝紊亂、生物膜功能喪失、能量供應(yīng)不足等，進(jìn)而引起采后果蔬品質(zhì)劣變，嚴(yán)重影響其貯藏保鮮和銷售。通過調(diào)控采后果蔬ROS代謝平衡，能提高果蔬清除ROS能力，保持較高的采后果蔬貯藏品質(zhì)，減少因采后品質(zhì)劣變所造成的不必要經(jīng)濟(jì)損失，這對促進(jìn)我國采后果蔬保鮮業(yè)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)于ROS在采后果蔬品質(zhì)劣變中的作用及其調(diào)控研究，目前仍然是國際果蔬采后生物學(xué)的研究熱點。隨著研究技術(shù)和分子生物科學(xué)的發(fā)展，可以從以下方面進(jìn)行更加深入的研究，如通過加大新型ROS清除劑的開發(fā)、利用物理或化學(xué)等技術(shù)手段對已有ROS清除劑進(jìn)行優(yōu)化改良、將單一的ROS清除劑處理與其他保鮮手段相結(jié)合、利用基因工程技術(shù)對ROS代謝相關(guān)基因進(jìn)行修飾等方式，以及基于ROS代謝調(diào)控果蔬采后品質(zhì)劣變機(jī)理等方面，這對果蔬采后貯藏保鮮新技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用具有重要意義。