食用菌褐變機理及抑制方法研究進展

張 旭，潘先興，田一鳴，李辣梅，夏子茜，嚴 涵，王 瑞

（貴陽學院食品與制藥工程學院，貴州貴陽 550000）

食用菌已有幾千年的栽培歷史。截至目前，全世界已發現2 000 多種真菌，其中野生真菌200 余種[1]。作為一種功能性食品、藥物和營養品，食用菌的潛在價值受到世界范圍的廣泛關注[2]。我國野生食用菌種類豐富，主要有香菇（Basidaiomycetes）、木耳（Auricularia auricula）、黑松露（Tuber melanosporum）、白松露（Tuber magnalum）、羊肚菌（Morchella esculenta）、牛肝菌(Boletusedulis)、松茸（Tricholoma matsutake）、雞油菌（Cantharellaceaespp.）、雞從菌（Collybia albuminosa）、姬松茸（Agaricus blazei）等[3]。食用菌因其較高的營養價值、濃郁的鮮味成分和獨特的口感深受消費者喜愛。

食用菌的品質由顏色、質地和風味所決定，其中顏色是最重要的品質指標之一。但食用菌在采后仍在進行呼吸，易發生褐變、失水、質構變化及自溶等現象，從而降低食用菌鮮品的商品價值。褐變是食用菌鮮品采后品質劣變的主要現象之一，通常是由呼吸作用、機械傷、濕度和致腐菌等因素引起的[4]。食用菌褐變分為酶促褐變和非酶褐變，其中酶促褐變是主要的[5]。影響食用菌褐變的因素主要包括內部因素和外部因素。已見報道的抑制食用菌采后褐變的方法有低溫貯藏、氣調包裝、涂膜處理、褐變酶抑制劑及輻照處理等。目前，關于食用菌褐變的文獻主要集中于食用菌干品褐變機理的研究上，而對食用菌鮮品的褐變機理及其抑制方法鮮有報道。

本文綜述了引起食用菌褐變的主要因素，介紹了食用菌鮮品采后褐變的機理及抑制方法，并對今后抑制食用菌褐變的方法提出了建議，為食用菌的保鮮和應用提供參考。

1 食用菌褐變的內在影響

食用菌組織含水量較高，采后具有較強的呼吸和代謝，導致菌蓋開傘、菌柄伸長、菌體收縮軟化、失重、褐變等，從而縮短貯運壽命，降低商品及食用價值[6]。食用菌鮮品采后褐變的內在原因主要是酶促褐變和美拉德反應。

1.1 酶促褐變

食用菌采摘后，其細胞完整性遭到破壞，使得酶與多酚底物接觸，從而發生酶促褐變。誘發食用菌酶促褐變的主要酶為多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia lyase，PAL）[7]。酶促褐變過程中，PAL 先將底物合成酚類物質，之后PPO 將酚類底物通過不同的途徑氧化生成黑色素物質。一般來說，食用菌在生長發育過程中合成的酚類物質隨貯藏時間的延長而下降。但在采收或采后處理過程中，食用菌受到外界損傷或處于不良環境中，食用菌細胞發生破裂，導致底物與PPO、PAL 接觸，發生氧化褐變，從而使蘑菇顏色變深。并且，PPO 活性隨著貯藏時間的增加不斷升高，食用菌的褐變程度也在不斷增加。

食用菌的酶促褐變受PPO 活力、PAL 活力、酚類底物含量和種類，及底物與酶的結合程度等因素的控制，如雙孢菇，酶促褐變的底物主要是酪氨酸、γ-谷氨酰胺酰-4-羥基苯（γ-L-glutaminyl-4-hydroxybenzene，GHB），以及它們的氧化和水解產物[8]。由于GHB 和酪氨酸是相當穩定的化合物，因此較高的PPO 活性才能使雙孢菇發生酶促褐變。Wu 等[9]研究了紫外線處理后雙孢菇不同部位酚類底物的含量和褐變程度。將雙孢菇經過1.0 kJ/m2的紫外線照射100 s 后，于4 ℃條件下貯藏27 d。結果表明，酚類物質和GHB 在菌褶內的含量最高，分別為6.87g/kg和3.50 g/kg；在雙孢菇內蓋中含量最低，為3.50 g/kg 和0.74 g/kg，因此雙孢菇的菌褶最容易發生褐變。Shekari 等[10]研究了褪黑素處理對雙孢菇褐變及生化特性的影響。將雙孢菇在0（對照）、100 μmol/L 的褪黑素溶液中浸泡5 min，取出瀝干，置于4 ℃、85%RH 條件下保存15 d。結果表明，第15 天時，對照組和處理組的PPO 活力分別為49、93 U/g，顯著高于0 d 時的活力（9 U/g）。這說明PPO活力增加會引起雙孢菇發生褐變。

1.2 美拉德反應

美拉德反應是代謝過程中羰基化合物和氨基化合物發生反應，形成多羰基化合物等棕色物質的過程[11-12]。靳苗苗等[11]研究了乙醇熏蒸對雙孢菇的護色作用。將雙孢菇用95%乙醇熏蒸3 h，4 ℃貯藏12 d。結果表明，經乙醇熏蒸后雙孢菇的還原糖和游離氨基酸含量為0.17%和15 mg/100 g，PPO、PAL 活力為4.2、89 U/g，且整個貯藏期還原糖和游離氨基酸波動較平穩；而對照組則分別為0.23%、27 mg/100 g、6 U/g 和118 U/g，由于對照組持續發生美拉德反應，導致整個貯藏期間還原糖和游離氨基酸數值波動較大。因此，乙醇熏蒸可以有效抑制雙孢菇發生美拉德反應，降低PPO 和PAL 的活力，減少褐變。

2 食用菌褐變的外在影響

食用菌發生褐變是一個復雜的過程，不僅受自身酶促褐變和非酶褐變等內在因素的影響，同時采后的一些因素，如微生物侵染病害、機械損傷、貯運環節（溫度、濕度、氣體環境）等外界因素也會造成食用菌鮮品發生褐變。

2.1 微生物侵染

食用菌在生長過程中極易受病原菌的侵染，發生細菌性褐斑病，使食用菌鮮品表面出現褐斑，顏色變深，最后發生褐變并腐爛。引起食用菌發生細菌性褐斑病的細菌主要為假單胞菌屬細菌，它能夠導致雙孢菇、平菇、杏鮑菇和金針菇發生細菌性褐斑病[13]。Soler 等[14]對雙孢菇褐斑病病原菌進行分離與鑒定。結果表明，托拉斯假單胞桿菌（Pseudomonas tolaasiiPaine）為細菌性褐斑病的主要致病細菌。它能通過產生一種脂多糖類的細胞外毒素tolaasins，破壞食用菌的細胞膜結構，使細胞破裂，受感染的子實體表面發黏腐爛并發生褐變[15]。托拉斯假單胞桿菌能侵染多種栽培食用菌，其傳播介體為空氣、土壤、帶病子實體、昆蟲等，能夠在較短時間內感染子實體、產生病斑并快速蔓延。

此外，除托拉斯假單胞桿菌外，其他種類的細菌也會引起食用菌發生斑點病，導致食用菌發生褐變。Wang等[16]研究了杏鮑菇褐腐病致病菌的分離鑒定。結果表明，引起杏鮑菇褐腐病的致病菌為惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）。趙慧[17]研究了平菇黃斑病病原菌的分離鑒定。結果表明，導致平菇發生黃斑病的病原菌為解淀粉芽孢桿菌（B.amyloliquefaciens）。

2.2 機械損傷

食用菌在采收過程中不可避免地產生機械傷，組織細胞發生破裂，使酪氨酸酶、酚類底物和O2之間發生接觸，食用菌出現褐變現象。機械設備采摘的食用菌在采后1 h 內會立即發生褐變，因此這類食用菌通常被制成罐頭或進一步加工[18]。Gao 等[19]研究了環境因子對雙孢菇損傷敏感性的影響，研究發現，損傷敏感值越低，雙孢菇的機械損傷也越低。將食用菌置于以下不同環境中進行種植并機械采收，覆土的厚度2.5、5 cm，菇房內的相對濕度80%、87%。結果表明，當覆土材料為5 cm 和菇房內相對濕度為87%時，雙孢菇的損傷敏感值最低，為9.82；而覆土材料為2.5 cm，菇房內相對濕度為80%時，雙孢菇的損傷敏感值最高，為18.67。說明適當的覆土厚度和相對濕度可以降低雙孢菇的損傷敏感值，從而減少機械損傷。陳代良等[20]通過振動脅迫模擬了運輸過程中機械損傷對雙孢菇品質的影響，結果表明，3.33 Hz 頻率下震動24 h，雙孢菇中PPO、POD、SOD 和CAT 分別為7.54、0.17、1.73、5.62 U/(g·min)，對照組為5.15、0.28、2.63、7.69 U/(g·min)，此外，處理組的褐變值為對照組的1.57 倍。說明機械損傷后雙孢菇發生了嚴重的氧化損傷，導致其發生氧化褐變，品質下降。

2.3 貯藏溫度

溫度是影響采后褐變的重要因素之一。較高的貯藏溫度會強化食用菌的一系列生理代謝能力，使食用菌內部PPO 活性提高，微生物生長繁殖，加速食用菌的褐變和營養物質的損失，導致食用菌經濟價值降低。Li 等[21]研究了低溫貯藏對杏鮑菇采后品質的影響。結果表明，第18 天時，2 ℃下貯藏的杏鮑菇的總酚含量為65.62 mg/g，褐變度為6.83，而8 ℃下杏鮑菇的總酚含量為52.73 mg/g，褐變度為9.27，此時杏鮑菇已發生嚴重褐變。謝麗源等[22]研究了貯藏溫度對采后杏鮑菇生理特性的影響。將杏鮑菇分別于12 ℃和4 ℃、相對濕度85%的條件下貯藏15 d。12 ℃條件下貯藏杏鮑菇的PPO 活力為27.6 U/g，杏鮑菇已發生嚴重褐變，而4 ℃條件下貯藏杏鮑菇的PPO 活力為14.1 U/g，杏鮑菇只出現了部分褐變。較低的采后貯藏溫度雖會抑制褐變，但會導致食用菌出現冷害，段學武等[23]研究了草菇的冷害及有關生理變化。將草菇分別貯藏于15 ℃、5 ℃的環境中72 h，結果表明，15 ℃下的草菇沒有出現滲水，失重率為6.2%，而5 ℃下的草菇由于發生冷害出現大量滲水。因此，低溫貯藏可以降低食用菌褐變，但也要防止發生冷害。

2.4 相對濕度

食用菌貯藏期間的相對濕度是褐變產生的另一個重要因素。較低的相對濕度會導致食用菌內部水分流失，出現皺縮、細胞破裂等現象；從而增加褐變底物濃度，激活褐變相關酶活性，加速褐變速率。但是，過高的相對濕度（100%RH）會使蘑菇表面的水蒸氣出現凝結，導致微生物生長繁殖，從而誘導褐變發生[24]。Rux 等[24]研究雙孢菇在RH 為76%、86%、96%、100%，7 ℃的條件下內部水分的變化。結果表明，當雙孢菇處于100%相對濕度的條件下，雙孢菇內水分以0.1 mg/(kg·s)蒸騰，但因相對濕度太高，出現了軟爛和褐變現象；當雙孢菇處于86%相對濕度條件下，水分以0.24 mg/(kg·s)蒸騰，此時雙孢菇品質良好。Zan 等[25]研究了相對濕度對草菇能量狀況和線粒體代謝的影響。將采后的草菇分別置于95%和75%的相對濕度下貯藏5 d。結果表明，在第3 天時，95%RH 環境下草菇的三磷酸腺苷（ATP）和一磷酸腺苷（AMP）含量分別為84.96、51.08 μg/g，75%RH 環境下的為49.82、57.43 μg/g。第5 天時，95%RH 和75%RH 環境下草菇的褐變評分為5.5 和4.2，均為輕度褐變。而對照組的褐變評分為2.1，為嚴重褐變。說明適宜的相對濕度可以減緩草菇的能量代謝，降低體內酶的活性，延緩褐變發生。

2.5 氣體環境

食用菌褐變現象的發生與其采后所處的氣體環境有關，氣體環境會直接影響食用菌鮮品的呼吸速率及其他生理代謝。食用菌在進行有氧呼吸時，呼吸伴隨著熱和水的釋放。因此，食用菌較高的呼吸速率會導致食用菌表面出現較多的水氣和較高的表面溫度，從而促進微生物的生長，提高PPO 的活性，加快褐變速率。呼吸速率受溫度、O2和CO2濃度的影響[26]。降低O2濃度、增加CO2濃度被廣泛用于減緩果蔬采后呼吸速率[27]。然而，在實際應用中，CO2濃度應保持在12%以下，可防止食用菌的CO2生理損傷，O2濃度應保持在1%以上，可防止食用菌出現無氧呼吸[28]。

氣調包裝（modified atmosphere packaging，MAP）常用于果蔬采后的保鮮，可以防止其發生褐變。MAP 通過調節袋內氣體組成成分，可以減緩呼吸速率、抑制酶的活性和微生物的生長繁殖，此外，還可提高超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活性，從而抑制褐變。Zalewska 等[29]研究了改良氣調包裝對雙孢菇品質的影響。將雙孢菇裝入厚度為44 μm 的PET 保鮮袋中，充入不同比例的氣體（MAP1：5%O2＋10%CO2＋85%N2；MAP2：10%O2＋5%CO2＋85%N2；MAP3：0%O2＋20%CO2＋80%N2；MAP4：20%O2＋0%CO2＋80%N2），貯藏14 d。結果表明，14 d 時當氣體環境為10%O2＋5%CO2＋85%N2時，雙孢菇的L*為88.49，而對照組的L*為84.22。Fhl 等[30]研究了不同氣調包裝對平菇貯藏品質的影響。將平菇貯藏在不同比例的氣體中，包括100%O2、50%O2＋50%N2、3%O2＋7%CO2＋90%N2及空氣，貯藏27 d。結果表明，在第27 天時，50%O2＋50%N2氣調包裝下平菇的b*為49.13，而對照組的b*為55.13，說明50%O2＋50%N2可以有效抑制褐變的發生。因此，適當的氣調包裝可以減緩雙孢菇L*的下降和b*的上升，延緩其發生褐變，提高貯藏品質。

3 抑制食用菌褐變的方法

3.1 預冷處理

在果蔬的貯藏過程中，預冷后進行低溫貯藏是一種常用的手段[31-35]。食用菌的褐變程度隨溫度的升高而增加，因此對食用菌進行預冷和冷藏是防止其褐變的重要方法。食用菌采摘后，預冷處理（4～5 ℃）可以有效減緩其新陳代謝、變質和褐變的發生，從而有效延長食用菌的貯運品質和貨架期[31]。鼓風預冷、水預冷和真空預冷是水果和蔬菜最常用的預冷方法。劉達玉等[32]將杏鮑菇進行真空預冷，預冷壓力為0.01 MPa 以下，使杏鮑菇中心溫度達到4 ℃時停止預冷。結果表明，預冷后的杏鮑菇失重率為2.1%，顯著低于對照組。Razieh 等[33]研究了預冷處理對雙孢蘑菇品質參數的影響。將采后的雙孢菇置于2、6、10 ℃條件下鼓風預冷3 h 后，于4 ℃、75%相對濕度的條件下貯藏7 d。研究結果表明，經過2 ℃預冷雙孢菇的BI 為18.97，而對照組的BI 為26.37；說明在2 ℃下預冷處理可以有效地延緩雙孢菇的褐變。梁豪等[34]研究了真空預冷壓力對杏鮑菇采后貯藏品質的影響。將杏鮑菇于4 ℃，預冷壓力為800、900、1 000、1 100、1 200、1 500、2 000 Pa 的條件下進行預冷。結果表明，真空預冷壓力為1 000 Pa 時，杏鮑菇的呼吸速率峰值出現在第8 天，為79.5 mL/(kg·h)，而對照組的呼吸速率峰值出現在第6 天，為97.3 mL/(kg·h)；說明真空預冷可以降低杏鮑菇的呼吸峰值并減緩其峰值的出現。

3.2 輻照處理

輻照作為一種新的保鮮技術已廣泛應用于果蔬保鮮領域，其通過破壞蛋白質結構，使蛋白質變性，達到殺滅果蔬表面微生物的效果，有效地控制細菌性褐斑病的發生。常用于食用菌采后保鮮的輻射技術有UV-C 射線、γ射線和電子束輻照等。葉爽等[36]研究了γ 射線輻照對香菇采后貯藏過程中水分特性及理化指標的影響。將香菇用1.0 kGy 劑量60Co 源γ 射線輻照2.5 h，置于4 ℃貯藏21 d。結果表明，在第21 天時，輻照處理組香菇L*值為87.77，而對照組L*值為80.71，說明輻照處理可以延緩褐變的發生。Shi 等[37]研究超聲與輻照對香菇冷藏品質的影響。將香菇分別進行超聲波處理（40 kHz、300 W、10 min）和輻照處理（1.0 kGy 劑量60Co 源γ射線處理1.5 h），于4 ℃、75%相對濕度環境中貯藏20 d。結果表明，第20 天時，超聲波+輻照結合處理組香菇的總酚含量和PAL 分別為647 mg/kg、188 U/mg；對照組為342 mg/kg、203 U/mg。這說明輻照處理可以有效抑制PAL 活性，防止多酚類物質轉化為黑色物質，延緩褐變的發生。

3.3 可食用涂膜處理

半透性可食用涂膜作為一種屏障，可以防止果蔬與環境進行氣體交換，減少水分的蒸發和溶質的流失，降低果蔬的生理代謝和呼吸強度，從而有效抑制果蔬的變色。常見的可食用涂膜材料有殼聚糖、海藻酸鈉、黃芩膠、蘆薈凝膠、高甲氧基果膠、變性淀粉和羧甲基纖維素鈉等。Karimirad 等[38]研究了含有柑橘精油的納米殼聚糖涂膜對雙孢菇的保鮮效果。將柑橘精油與納米殼聚糖按照1∶0.5 混合配置成0.5%的溶液，涂抹到雙孢菇的表面，在4 ℃、90%的相對濕度條件下貯藏20 d。結果表明，涂膜后杏鮑菇褐變指數和PPO 活性分別為21.1、29.4 U/g，對照組的褐變指數和PPO 活性為26.1、69.7 U/g。錢磊等[39]研究了羧甲基殼聚糖對杏鮑菇保鮮的效果。將10 g/L 羧甲基殼聚糖保鮮劑涂抹在杏鮑菇表面，4℃貯藏30 d。結果表明，實驗組杏鮑菇的L*和PPO 活性分別為75.6、27.3U/g，而對照組為55.2、46.7 U/g。說明殼聚糖涂膜處理可以減緩食用菌的褐變。

3.4 多酚氧化酶抑制劑處理

引起食用菌褐變的酶主要是PPO，因此抑制或延緩PPO 的活性可以有效減少酶促褐變現象的發生。多酚氧化酶抑制劑通過與底物酪氨酸、γ-谷氨酰胺酰-4-羥基苯優先結合形成不可催化的中間體，切斷了PPO 催化途徑，從而抑制食用菌鮮品的酶促褐變。目前常見的PPO抑制劑主要分為兩類，一類為化學合成，如間苯二酚、聯芳類化合物、咪唑乙酮和一些雙鏈低聚核苷酸，他們具有較高的PPO 抑制性和低毒性。此外自然界也是PPO 抑制劑的重要來源，PPO 抑制劑可從蘆薈、桑樹和番紅花等藥用植物中提取，但具體成分尚未明確。Li 等[40]研究了L-精氨酸對雙孢菇采后品質的影響。將預冷后的雙孢菇在5 mmol/LL-精氨酸、10 mmol/LL-精氨酸和25 mmol/LL-精氨酸的水溶液中浸泡10 min，樣品在4 ℃、相對濕度為80%～90%的環境中避光貯藏8 d。結果表明，在第6 天時，經過10 mmol/LL-精氨酸浸泡后雙孢菇的色差值（ΔE）和PPO 活性分別為37.71、61.2 U/g，而對照組為55.45、92.7 U/g。

4 結論與展望

本文就食品菌鮮品采后褐變發生的影響因素進行了探討。內部因素主要有酶促褐變和美拉德反應，外部因素有微生物引起的褐斑病、機械損傷、采后貯藏溫度、采后相對濕度和采后氣體環境等。預冷、涂膜、氣調包裝和輻照對食用菌褐變有一定的抑制作用。此外，PPO 抑制劑也可降低PPO 活性，有效抑制食用菌酶促褐變。

低溫貯藏作為食用菌保鮮的常用手段，可以有效延緩褐變，但其效果有限，應將其與涂膜、氣調包裝、輻照等方法結合，達到抑制食用菌褐變的目的，并對其褐變的抑制機理進行深入探討。同時，不同方法的結合可以增加褐變的抑制作用，但成本和經濟效益也應考慮到商業應用。因此，輻照處理和多酚氧化酶抑制劑是否會對食用菌本身造成影響，以及它們的安全性評價，都將需要進一步深入。接下來應將復合保鮮技術廣泛地應用于食用菌保鮮，以延長食用菌采后貯運及貨架壽命，并保持品質。