鮮切果蔬褐變問題研究現狀

沈茹茹　萬冰　張舒蓉　丁若曦　路倩倩　闞娟

【摘 要】鮮切果蔬的生理作用類似于受傷組織。在鮮切果蔬貯藏過程中，最易發生且最常見的生理生化反應就是褐變，而酶促褐變是導致果蔬組織褐變的主要原因。褐變能夠引起產品感官品質和營養品質的改變。本文從酶促褐變的底物多酚類物質合成、酚類物質組成以及活性氧代謝與褐變作用之間的關系綜述了鮮切果蔬褐變的生理機制。

【關鍵詞】鮮切果蔬；褐變；多酚；活性氧

果蔬采后仍是活的生命體，仍進行著高度協調和復雜的生理生化反應，其中果蔬后熟、衰老、褐變、腐敗等生理生化變化對果蔬的品質起著關鍵作用。微加工果蔬的生理作用類似于受傷組織，因為很多形式的處理（如切分等）本質上是對組織的一種傷害。傷害誘導的變化能夠引起產品感官品質和營養品質的改變。在切割果蔬貯藏過程中，最易發生且最常見的生理生化反應就是褐變，而酶促褐變是導致果蔬組織褐變的主要原因。

1 酚類物質與果蔬褐變

果蔬經切割后，切割部位植物細胞產生傷信號，并以一定的速率傳遞給鄰近細胞，在切割后誘導產生無數個生理反應。不同種類和品種的果蔬，其傷信號從受傷部位傳遞到鄰近組織的傳遞速率有所差異。蘋果和香蕉切分后，切分部位通常在一小時內發生褐變。但對一些切分蔬菜如生菜和卷心菜等切分部位的褐變通常需要幾天的時間。這種時間上的滯后性被認為是由于多酚的從頭合成。成熟的蘋果中含有大量的多酚供快速的酶促褐變，但生菜等蔬菜中相對于蘋果多酚含量較低。因此多酚的生物合成被認為是切割蔬菜酶促褐變的限制因子，酚類物質是果蔬組織褐變的重要原因[1]。酚類物質一方面和植物組織的感官品質和風味營養品質關系密切，同時，某些酚類物質又作為果蔬組織褐變的底物參與褐變。膜系統功能對酚類物質在細胞內的區域化分布有重要影響。果蔬在發育過程中由于酚類物質和氧化酶的區域化分布而避免了酚的酶促氧化。而果蔬在切割后可能由于與形成區域化有關的膜系統的破壞而打破了這種區域性分布，使酶和底物相互接觸。采后貯藏中的細胞超微結構及膜結構和透性的變化與果蔬褐變密切相關。進行多酚類物質和多酚氧化酶的細胞區室化定位，有利于證實褐變發生過程中膜損傷發生時間及程度的確定。

2 酚類代謝相關酶與果蔬褐變

酚類物質的合成代謝是一個由許多生化反應組成的網絡，這些網絡又由很多酶來催化。果蔬組織采后貯藏褐變過程中酚類物質代謝過程中主要包括多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）和過氧化物酶（POD）。

PAL是是酚類物質代謝網絡最上游的關鍵限速酶，催化苯丙烷類代謝。酚類物質是由PAL催化生成[2]，其不僅是酶促褐變的底物，同時也是PAL催化反應的產物。在PAL活性高峰前后，酚類底物的含量和種類均增加，證明了PAL與酚類合成有關，通過抑制PAL的活性，可減少酚類物質的積累，利于延緩果蔬的褐變[3]。鮮切果蔬褐變并非組織內的酚類物質被動氧化過程，而要經歷活性誘導的途徑，依賴于多酚類物質的積累以及PAL的合成[4]。產品受到機械傷后在受損傷部位產生信號，誘導PAL的從頭合成以及可溶性酚類化合物在受傷組織以及鄰近受傷的正常組織中合成和積累[5]。當膜受到損傷時，游離在液泡中的酚類物質參與褐變反應。在此生化反應過程中可能包含了其他酶和底物的作用[6]。鮮切土豆中，在傷后的4天內發現褐變和PAL活性呈現顯著相關性[7]，但褐變速率和褐變度與PPO和POD以及總酚和單體酚之間無顯著相關性。芒果果皮的褐變和PAL活性高度相關，但果肉褐變和PAL相關性較低[8]。香蕉中果皮褐變和PAL活性相關。Banerjee等[5]研究切割卷心菜貯藏時發現，γ-射線處理通過下調PAL基因表達和降低PAL活力抑制了切割卷心菜的褐變，但PPO和POD活力、總酚和單體酚含量以及鄰苯醌濃度未受影響，PAL和切割卷心菜褐變密切相關。褐變早期PAL基因表達量的增加刺激了酚的代謝，對褐變的啟動有重要作用[9]。對受傷信號合成和傳播的干擾可有效減少組織對傷口的響應以及隨后的組織褐變，另外也可應用某些化學試劑如羥酸類阻礙傷誘導的酚類化合物的形成。有研究熱激處理通過改變傷誘導的PAL mRNA的轉錄有效降低了酚的積累和組織褐變，進一步蛋白表達研究表明熱激顯著抑制了在傷誘導的生菜組織中PAL蛋白的表達[10]。PAL是由一個多基因家族所編碼的酶，不同組織中有多種PAL同工酶，分別定位于不同的組織細胞中以控制不同的代謝途徑。PAL基因的表達表現出嚴格的組織特異性。

PPO催化酚轉變為高活力的醌，醌再聚合生成褐色物質[11]。現已報道的果蔬幾乎都含有PPO，但不同種類果實的PPO，其性質也不同。研究發現在新鮮茄子中，褐變指數與酚含量和PPO活性密切相關，但在貯藏中隨著褐變指數的增加，8個品種茄子中總酚的含量均增加，但部分品種中PPO活性卻下降[12]。有研究表明PPO活性和褐變沒有顯著的相關性。PPO基因存在多種亞型，在某些脅迫條件下在植物的不同部位表達，不同的PPO基因在褐變過程中的作用有所差異，人造microRNAs可用于抑制高度保守的PPO多基因家族。PPO可能在次生代謝及調節細胞死亡方面具有重要作用，PPO基因沉默的核桃中酚和其衍生物的代謝改變，苯丙烷途徑代謝的相關基因表達發生改變，PPO基因沉默誘導了細胞死亡。

POD在H2O2存在下也能導致褐變，通過作用于H2O2而氧化酚類物質形成醌類化合物，進而形成黑色素，與果蔬組織褐變密切相關。果蔬中H2O2含量較低，一般認為POD在果蔬褐變中的作用次于PPO[13]。但也有研究報道POD活性在貯藏過程中的增加促進了酶促褐變[14]。酚氧化酶PPO和POD作用于酚類底物是否存在一定次序還不清楚，PPO和POD的具體作用機理還有待進一步研究證實。

3 酚類組成與果蔬褐變

植物體中酚類物質的含量和組成與組織褐變相關。酚類物質的水平是不同果蔬褐變過程中的關鍵因子[15]。植物體內含酚種類繁多，不同果蔬組織的酚類物質含量和組成都有很大的差異，究竟是哪些酚類物質參與了百合鱗莖的褐變還有待研究。不同來源的酚氧化酶對底物的特異性有一定的差異。褐變過程中酚類復合物的組成發生變化，這與褐變中PAL的活化誘導相關。酚氧化酶對不同底物的親和力并不相同，甚至表現出先導酚的氧化產物促進后續其他酚類物質氧化的現象。由于不同果蔬組織中酚類物質的種類及含量大為不同，對褐變底物酚類物質進行分析鑒定對于褐變機理的的研究目前還需進一步深入開展。endprint

4 活性氧與果蔬褐變

活性氧代謝與多酚代謝及果蔬褐變存在密切關系。活性氧代謝系統的不平衡會使得活性氧的大量生成，膜脂過氧化會進一步導致膜結構的解體，細胞的分區結構會被破壞，最終使酚類氧化酶與酚類物質接觸。褐變發生中的褐色物質是酚類物質氧化的結果，但酚類物質又能通過消除活性氧而保護組織。酚類物質作為主要物質提供了植物體內的抗氧化活性，因此活性氧代謝和酚類物質之間存在了密切的關系[16]。PAL作為酚類物質合成的關鍵酶，其作用與活性氧代謝存在密切關系。在正常的生長發育和貯藏過程中，果蔬組織內抗氧化系統能有效地清除集體產生的活性氧，但當組織處于脅迫狀態如在鮮切處理時，活性氧清除能力快速下降，加快酶促反應將酚類物質氧化，使褐變加劇。因此有研究采用外用的抗氧化劑來抑制果蔬褐變發生的報道。

5 結語

鮮切果蔬在貯藏期間，其褐變程度與多酚氧化酶、過氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶活性密切相關，并且之間可能存在相互協調作用。采后貯藏過程中可通過抑制褐變度、細胞膜透性和總酚含量， 并降低了PAL、PPO和POD的活性，從而減緩果蔬中酚類物質的氧化，有效抑制褐變。

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