鮮切果蔬酚類物質的產生及其調控研究進展

高紅豆 ，胡文忠 *，管玉格, ，趙曼如 ，張艷慧 ，馮可

1. 大連民族大學生命科學學院（大連 116600）；2. 生物技術與資源利用教育部重點實驗室（大連 116600）；3. 大連理工大學生命科學與技術學院（大連 116024）

鮮切果蔬加工方式主要是去皮、切割、切條或片，相對于完整果蔬的呼吸強度，此類加工明顯增加了果蔬的呼吸強度，隨即引發果蔬發生一系列變化，如褐變、組織分解、產生異味以及果蔬表面微生物生長，但同時也會產生一些酚酸、黃酮類和單寧等有益酚類抗性物質。在對紅心蘿卜的研究中發現切割程度越大，酚類物質含量越高，抗氧化能力也隨之增強[1]。此抗氧化過程主要是外界刺激機體產生相應的抗氧化酶類，相關的抗氧化酶進入一系列的生理代謝循環，促進機體產生相應的抗性物質（酚酸、黃酮類和單寧等），這些抗性物質通過阻礙O2轉化成O2-以及調節O2的總體水平來實現機體抗氧化的效果[2]，從而通過自身調節來盡可能地延長貯藏時間。

酚類物質作為一種果蔬中分布較廣泛的次生代謝產物，其具有提供植物色素、作為信號分子調節生命活動、參與機體結構組成、提高抗性以及提高果蔬免疫能力的功能[3]。目前酚類物質主要應用在醫藥行業，對苜蓿中的黃酮類化合物研究就得到黃酮類化合物可以降低乳腺癌、甲狀腺癌的發病率[4]。通過口服的方法判斷銀杏黃酮對家兔心肌缺血的影響試驗中得到，銀杏黃酮對家兔的心肌組織梗死有明顯的減緩作用，對治療心肌缺血癥狀有明顯效果[5]。但關于酚類物質的產生機制以及調控的研究還不是十分明確，還需做進一步的探索。

1 鮮切果蔬酚類物質

次生代謝是在初生代謝的基礎上產生的，其產物一度被認為是機體的異常代謝產物。通常次生代謝產物是指植物中一些對生命活動非必需的小分子有機化合物。基于生物合成途徑次生代謝產物大致可分為三類，分別是萜類、酚類以及含氮類物質[6]。其中酚類物質作為果蔬中一種重要的次生代謝產物，其主要包括酚酸、黃酮類和單寧[7]，這些酚類物質具有很強的抗氧化活性，能夠有效清除活性氧自由基和抑制膜脂過氧化反應[8]。在某種程度上降低了細胞膜透性變化的發生率，減弱了生物和非生物對果蔬機體的傷害。

1.1 酚酸

酚酸含兩個亞組，即羥基苯甲酸和羥基肉桂酸。羥基苯甲酸包括沒食子酸、對羥基苯甲酸、原兒茶酸、香草酸和丁香酸；羥基肉桂酸中最常見的是咖啡酸、阿魏酸、對香豆酸和芥子酸[9]。這些酚酸類物質已經得到人們的廣泛關注，在探索多種抗褐變劑在萵苣貯藏中的應用時發現萵苣含有兒茶素、羥基肉桂酸衍生物及花青素等多種酚酸類物質，這些酚酸類物質能夠降低萵苣氧化速率，有效地延緩褐變發生[10]。在探索溫度對鮮切胡蘿卜酚類物質的研究中也發現，通過活化對香豆酸、羥基肉桂酸以及苯丙氨酸的直接作用酶4-香豆酸輔酶A連接酶（4CL）、肉桂酸-4-羥化酶（C4H）和苯丙氨酸解氨酶（PAL），能夠提高這些酚酸的產生量，從而提高鮮切胡蘿卜的抗氧化能力[11]。在生物和非生物的脅迫下，植物根系會釋放酚酸類物質，這些物質通過還原、配位和酸化反應，將土壤中難溶性養分活化，進而促進土壤中養分的利用。同時，酚酸也是一類重要的化感物質，植物也會通過釋放化感物質實現與其他植物的競爭作用[12]。在葡萄酒中酚酸類物質對激活蛋白-1（AP-1）的調控試驗中發現，AP-1影響炎癥、細胞分化和增殖的各類基因表達，酚酸在阻礙AP-1轉錄過程中可直接作為細胞信號物質[13]。由此證明酚酸在抗炎、細胞分化和增殖方面效果明顯。

1.2 黃酮類

植物中黃酮類物質有8 000種以上，占酚類化合物一半以上。自然界中的黃酮類物質大多數由苯丙氨酸合成，且主要有六種：黃烷-3-醇、黃酮、黃酮醇、黃烷酮、花青素和異黃酮[14]。它們主要是在顏色及生長發育方面對植物產生影響。研究發現，黃酮類物質具有可塑性，其可塑性是對外界光環境做出的適應性表現，紫外光照射情況下，含黃酮類植物大多會產生較亮的顏色[15-16]。黃酮類物質也通過抑制吲哚乙酸的胞吐作用及誘導基因表達來調節植物生長，同時也能殺死大多數細菌菌株，抑制重要的病毒酶，破壞一些致病生物，但它們對動物細胞的毒性很低[17]。通過多光譜分析和分子對接技術，比較β-乳球蛋白與結構不同的黃酮類化合物結合能力，發現特定的黃酮類化合物結合β-乳球蛋白有促進人體健康的作用[18]。在松針提取物（CDE）對鮮切蘋果片的抗褐變試驗中也發現，CDE含有大量酚類和黃酮類物質，可清除蘋果片中的ABTS和DPPH自由基并且可抑制單酚酶和二苯酚產生[19]。這說明黃酮類物質自身具有很強的自由基清除能力，對機體抵抗外界傷害具有積極作用。

1.3 單寧

單寧是植物中最豐富的次生代謝產物，主要有原花青素和沒食子酸酯類。單寧具有很強的抗氧化能力，具有溶解氧、清除自由基以及螯合Fe2+的作用[19-21]。當分別用0.10%，0.20%和0.30%濃度的沒食子酸丙酯處理鮮切生姜時，生姜的失重率、褐變程度均有延緩效果，能夠抑制褐變的相關酶PPO和POD活性，降低MDA含量，且0.20%沒食子酸丙酯處理效果最佳[22]。將單寧運用在葡萄酒釀造過程中，能夠起到輔色以及穩定的作用[23]。但對含不同濃度單寧的葡萄酒進行品鑒發現，單寧含量高的樣品收斂感強，澀味重，對口腔的刺激性較大[24]。也有研究證實縮合單寧在胃藥中發揮重要作用，因其較強的抗氧化作用，縮合單寧會在胃上形成一個保護層起到治療胃病的效果[25]。

2 鮮切果蔬酚類物質的合成途徑

果蔬鮮切后會產生大量的酚類物質以抵御生物和非生物傷害，但酚類物質產生途徑較復雜，其中苯丙烷代謝途徑是產生酚類物質的關鍵途徑，在整個過程中，首先糖酵解途徑（EMP）和磷酸戊糖途徑（PPP）產生的磷酸烯醇式丙酮酸和赤蘚糖-4-磷酸通過能量代謝途徑提供能量，經莽草酸代謝途徑轉化為苯丙氨酸進入苯丙烷代謝途徑進而產生一系列酚類物質[26]。圖1為苯丙烷代謝途徑[27]，該途徑中的莽草酸和苯丙氨酸是酚類物質重要的前體物，通過苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸羥化酶（C4H）、香豆酸輔酶A連接酶（4CL）等抗性酶作用將莽草酸和苯丙氨酸轉化為綠原酸、阿魏酸以及咖啡酸等酚類物質。中間過程形成的對香酰CoA，會和乙酸-丙二酸酯途徑產生的丙二醛CoA經査爾酮合成酶（CHS）催化形成黃酮類化合物，從而轉化成花青素。除苯丙烷代謝外，酚類生物合成的相關途徑還有呼吸代謝、糖代謝、能量代謝、三羧酸循環以及氧化磷酸化代謝等[27]。這些代謝途徑通過調控苯丙烷代謝過程中所需的原料、能量和代謝酶等實現對苯丙烷代謝的調節，也會對酚類物質產生的種類及含量產生影響。

圖1 苯丙烷代謝途徑

3 鮮切果蔬酚類物質生物合成的調控

果蔬細胞在受到外界壓力或機械損傷時會引發兩類酚類代謝響應。第一類是引起酚類物質的氧化，當細胞膜破裂時，酚類物質與氧化系統酶系結合，最終導致酚類化合物發生氧化，氧化過程中多酚氧化酶（PPO）催化酚類物質發生羥基化，隨后羥基苯酚轉化為醌類物質[28]，表現形式為褐變現象；另一類涉及合成單酚或聚合類酚，主要目的是修復果蔬損傷，由苯丙烷代謝途徑中的關鍵酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）變化引起的[29]。由此可知，通過測定果蔬酚的含量和觀察褐變程度可以判斷果蔬的新鮮程度，若對上述兩類酚類代謝反應進行調控，能夠大大提高果蔬的貯藏期。目前，鮮切果蔬酚類物質的調控主要通過一些非生物的理化因素影響果蔬自身抗氧化能力來抵抗外界微生物生長，最終實現貯藏期的延長。

3.1 物理因素對酚類物質的調控

果蔬保鮮的物理處理法主要有切割方式、射線輻照法、冷藏及氣調貯藏等。果蔬切割程度對果蔬產酚量有很大影響，在對胡蘿卜和洋蔥的研究中均有發現。Surjadinata等[29]通過對不同切割程度胡蘿卜進行可溶性酚、抗氧化能力和PAL測定，發現切割傷害主要是對綠原酸和二咖啡酰奎寧酸影響較大，并且在第4天時隨著切割程度增加，可溶性酚含量明顯增多。將兩種切割程度（邊長為10 mm的立方體塊和3～5 mm厚片）的紫洋蔥貯藏在不同溫度下（0，5，10和15℃），對紫洋蔥的總酚、花青素、槲皮素含量以及呼吸速率等指標進行測定，發現0℃儲存的鮮切厚片紫洋蔥具有最低的呼吸速率和較少的總酚、花青素和槲皮素含量[30]。射線輻照主要是通過抑制果蔬中的微生物來延長果蔬的貯藏期，當分別用1.5，4.5，9.0和15 kJ/m2紫外輻射前處理西蘭花時，發現前兩個低劑量輻射對微生物菌落生長具有抑制作用，能明顯延長西蘭花的貯藏期，并且所有輻射劑量均能促進西蘭花酚類物質的增長[31]。UV-B輻照前處理后貯藏在不同溫度下（9和22℃）的小白菜體內的兩種主要多酚類物質（黃酮和羥基肉桂酸）濃度變化不同。9℃時羥基肉桂酸含量增加明顯，22℃黃酮類含量增長較多，這可能與黃酮類化合物前體，即羥基肉桂酸的含量有關。相比之下，未經UV-B輻射的小白菜在儲存期間多酚濃度變化不明顯[32]。可知，不同劑量的輻照對鮮切果蔬貯藏期具有較積極的調節作用。冷藏貯藏是目前最普遍的果蔬貯藏方法，但冷藏通常結合其他貯藏處理方法一起應用，冷藏結合氣調貯藏是近年來比較熱門的物理貯藏方式，主要是通過調節果蔬的呼吸系統減弱代謝損失，在這個過程中會伴隨著一系列的抗氧化物質（包括酚類及其衍生物）產生，同時抗氧化酶類也得到活化，從而實現貨架期的延長[33]。在鮮切牛蒡進行低溫短時CO2處理時得出，CO2氣調處理后牛蒡的呼吸速率和促進褐變的酶（PPO、PAL）活性明顯降低，抗氧化酶類（CAT、SOD以及POD）活性提升，近而阻礙了酚類物質氧化發生褐變[34]。Harbaum-Piayda等[32]也發現控制氣調貯藏會導致小白菜黃酮類物質含量顯著提高。對果蔬進行切割、輻照、冷藏、氣調等物理處理，能夠對果蔬的抗氧化產生更積極的效果。

3.2 化學因素對酚類物質的調控

化學貯藏方法主要是通過化學試劑和植物生長調節劑對果蔬浸泡、熏蒸或涂膜實現，主要影響其生理代謝體系。浸泡方法應用得較為廣泛，多種化學試劑和植物生長調節劑均采用浸泡方法對果蔬進行前處理。在鹵代鹽浸泡鮮切蘋果片的試驗中發現，鹵代鹽抑制蘋果片褐變發生的順序為：氟化物＞氯化物=溴化物＞碘化物=對照，且鹵代物主要是通過改變PPO活性來降低酚類物質氧化程度以降低褐變發生率[35]。對“砂蜜豆”品種甜櫻桃進行不同濃度的CaCl2（0，10和20 g/L）浸泡處理后發現[36]，不同濃度CaCl2處理均可抑制果實的PPO、POD和LOX的活性，減少MDA的產生，從而降低甜櫻桃果實的褐變發生率。熏蒸方法是一種較為簡單易行的保鮮處理手段。茉莉酸甲酯（MeJA）對火龍果進行鮮切前熏蒸處理，增強了火龍果抵御傷害的應激能力，主要體現在激發活性氧（ROS）、促進參與苯丙烷代謝途徑和ROS清除過程關鍵酶基因表達，從而提高這些酶活性，最終鮮切火龍果酚類物質大量累積并使其抗氧化能力得到明顯提升[37]。涂膜處理主要應用在塊莖類蔬菜和較大的果實類，一般葉菜類應用較少。菠蘿核心提取物結合魔芋葡甘聚糖對鮮切玫瑰蘋果進行涂膜時得出，這種涂膜能夠增強總酚含量以及抑制PPO和POD活性，有效地保持了鮮切玫瑰蘋果的白度，降低了褐變指數[38]。在對6種茄子進行抗氧化能力研究發現酚類物質較多的野生茄子中抗氧化活性較好[39]，這更一步證實了酚類物質與抗氧化能力具有密切關系：一方面浸泡、熏蒸和涂膜處理主要是通過抑制PPO、POD活性，以達到降低鮮切果蔬中引起褐變的酚類物質含量；另一方面也對ROS清除能力有所提高，從而有效地減弱鮮切果蔬的褐變速率。以上研究表明添加外源化學因素可能會影響酚類產生途徑的一系列催化酶類，同時這些外源化學因素也可能是酚類產生途徑的中間產物或中間產物類似物，對酚類產生具有調控作用，從而影響鮮切果蔬內部的酚類物質含量。

這些物理化學因素通過調控鮮切果蔬酚類物質的含量和苯丙烷代謝途徑的催化酶系增強果蔬抵御外界生物和非生物傷害，增強鮮切果蔬的抗氧化能力，產生較多對人體有利的酚類物質。同時盡可能地提升鮮切果蔬的經濟價值，不僅在一定程度上滿足了消費者的需求，還促進了鮮切果蔬的市場發展。

4 結語

對鮮切果蔬中酚類物質的分類、產生途徑以及調控因素進行綜述，發現酚類物質的產生受多重因素影響，生物和非生物因素均會對酚類物質產生較大的影響。調控鮮切果蔬中酚類物質含量能夠明顯改善果蔬的貯藏期，同時也可提高果蔬的營養物質含量。目前，盡管對鮮切果蔬酚類物質進行了多項研究，但酚類物質產生途徑復雜，目前尚未完全明確該途徑產生的各項代謝產物和酶的作用，在該途徑中會產生一系列催化酶類（C4H、4CL、CHS等），這些酶類在對各代謝產物的影響還需要我們做進一步研究，同時代謝產物是否會對機體其他代謝途徑產生促進或者抑制效果也未得到更明確的驗證。此外，酚類物質因其具有很好的抗氧化功效，在醫藥、保健以及美容等更多領域還需繼續開發利用。