百合色澤變化機(jī)制及控制的研究進(jìn)展

楊莉萍，郭旭東，姬 捷，胡慧芳，席少陽，黃鈺芳，馬曉輝, 2, 3, 4，晉 玲, 2, 3, 4*

百合色澤變化機(jī)制及控制的研究進(jìn)展

楊莉萍1，郭旭東1，姬 捷1，胡慧芳1，席少陽1，黃鈺芳1，馬曉輝1, 2, 3, 4，晉 玲1, 2, 3, 4*

1. 甘肅中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，甘肅 蘭州 730000 2. 西北中藏藥省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，甘肅 蘭州 730000 3. 隴藥產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院，甘肅 蘭州 730000 4. 甘肅省珍稀中藥資源評價與保護(hù)利用工程研究中心，甘肅 蘭州 730000

百合作為藥食同源之品，因具有較高的藥用、食用和經(jīng)濟(jì)價值而備受關(guān)注。長期以來，褐變、紫紅色變的色澤變化問題影響著百合的貯藏加工以及品質(zhì)。研究百合的色變機(jī)制和防控技術(shù)，對保持百合營養(yǎng)價值和色澤特性、延長貨架貯藏期、保障品質(zhì)、提高消費(fèi)者接受度具有重要意義。因此，通過對百合色變機(jī)制、控制技術(shù)及色變對其造成的影響進(jìn)行綜述，為百合色澤變化控制技術(shù)的研究和應(yīng)用發(fā)展提供參考。

百合；褐變；酶促褐變；非酶促褐變；紫紅色變；色變機(jī)制；控制技術(shù)

百合是百合科（Liliaceae）百合屬L.所有種類的統(tǒng)稱[1]，約有110種，廣泛分布在整個亞熱帶地區(qū)到北半球最冷的地區(qū)[2]。我國百合屬資源豐富，被譽(yù)為百合屬植物的多樣性中心，有55個種，其中特有種36個[3]，其中藥用百合有卷丹Thunb.、百合F. E. Brown var.Baker和細(xì)葉百合DC.[4]，食用百合有蘭州百合Duchartre ex Elwes var.(E. H. Wilson) Raffill、麝香百合Thunb.等[5]，是我國衛(wèi)生部審批通過的首批藥食兩用資源，有止咳、平喘、降血糖、抗腫瘤、改善睡眠、免疫等功能[6-8]，含有多種礦質(zhì)元素、氨基酸、維生素及大量營養(yǎng)素等營養(yǎng)成分[9]，可被加工成百合醋、百合乳酸飲料、百合面條、百合酸奶等產(chǎn)品[10-12]，具有極高的藥用、食用和經(jīng)濟(jì)價值。但長期以來，褐變、紫紅色變問題影響著百合的貯藏加工、品質(zhì)及商業(yè)價值[13-14]，因此研究百合的色變機(jī)制和防控技術(shù)對保持百合營養(yǎng)價值和色澤特性、延長貨架貯藏期、保障品質(zhì)、提高消費(fèi)者接受度具有重要意義。

本文對百合在運(yùn)輸、貯藏期間色澤變化機(jī)制、控制技術(shù)及色變對百合造成的影響等研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，并對現(xiàn)有色變機(jī)制及控制技術(shù)等存在的問題及發(fā)展方向進(jìn)行探討和展望，為百合色變機(jī)制及控制技術(shù)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用發(fā)展提供參考。

1 百合色澤變化機(jī)制

基于產(chǎn)地及市場調(diào)研表明，百合色澤變化主要以褐變和紫紅色變?yōu)橹?，對現(xiàn)階段百合褐變研究進(jìn)展進(jìn)行分析可得其褐變機(jī)制又可分為酶促褐變和非酶促褐變。

1.1 褐變

1.1.1 酶促褐變 酶促褐變是指百合在受到機(jī)械損傷或處于受熱、受凍的異常環(huán)境下，在酶的作用下將酚類物質(zhì)氧化形成醌類物質(zhì)，隨后醌類物質(zhì)與蛋白質(zhì)、脂肪等其他物質(zhì)結(jié)合或自身聚合產(chǎn)生褐色聚合物的生理生化過程[15-16]。發(fā)生酶促褐變必須同時具備酚類底物、酶、氧氣3個必要因素[17]。

（1）酚類底物：酚類底物是百合組織褐變的物質(zhì)基礎(chǔ)及反應(yīng)底物，其共同點(diǎn)是都含有帶羥基的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，羥基的數(shù)目和位置因種類而異[18]。品種、栽培條件、部位等不同，酚類物質(zhì)不同，且在褐變過程中起主要作用的酚類物質(zhì)亦各不相同[19]。靳磊等[20]在研究3種百合鱗莖多酚類物質(zhì)抗氧化活性分析時發(fā)現(xiàn)，渥丹、山丹、蘭州百合鱗莖中單體酚的組分和含量均有差異，卷丹中層鱗片在同一貯藏時間大部分酚類物質(zhì)相對含量較低，而內(nèi)層在中后期酚類物質(zhì)含量顯著高于外層和中層。萬冰[1]研究發(fā)現(xiàn)微加工百合鱗莖儲藏過程中王百合苷F與褐變度相關(guān)系數(shù)最高。而卷丹、百合、宜興百合多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）對4-甲基鄰苯二酚的親和力最高[21]。Zhao等[22]研究表明丙二醛、PPO及次生代謝產(chǎn)物（酚酸）水平的變化與百合褐變的相關(guān)性較高。

（2）酶：酶促褐變與PPO、過氧化物酶（peroxidase，POD）、苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）等酶活力具有相關(guān)性，且百合不同部位酶活性亦不相同。PPO對底物具有專一性，僅作用于鄰苯酚和一元酚，百合鱗莖不同部位PPO活性不同，表現(xiàn)為心部＞中部＞皮部鱗片[23]，貯藏過程中百合褐變度與PPO、PAL、POD活性變化呈正相關(guān)[24-25]，且引起其褐變的關(guān)鍵酶依次為PPO＞PAL＞POD[1]。李彥麗等[26]在研究熱燙方式對褐變內(nèi)源酶的影響過程中發(fā)現(xiàn)龍牙百合PPO活力較POD活力高，其中厚外片PPO活力最高，薄內(nèi)片最低；薄外片POD活力最高。影響酶的活性其他因素與百合褐變程度之間也有一定的關(guān)系，當(dāng)外界環(huán)境達(dá)到最適宜酶活性條件時褐變程度明顯增加，相關(guān)影響因素與酶活性的關(guān)系見表1。

結(jié)合表1可知在不同品種百合中影響酶活性的pH和溫度具有明顯的差異，研究表明酶活性的最適pH值取決于酚類底物[29]。故針對不同品種的百合需要有針對的找出影響酶活性的主要酚類底物以及不同酚類底物最適的pH。

另外，能量代謝與褐變密切相關(guān)，王志華等[30]研究發(fā)現(xiàn)低溫誘導(dǎo)可減少三磷酸腺苷和二磷酸腺苷的含量，導(dǎo)致細(xì)胞供能不足，從而增加果肉褐變，且溫度越低，能量虧損越嚴(yán)重，褐變指數(shù)越高。同時參與能量代謝的琥珀酸脫氫酶、細(xì)胞色素氧化酶、氫-鉀ATP酶、Ca2＋-ATP酶與百合褐變度均有極顯著的關(guān)系[1]。在百合鱗片的貯藏過程中，百合鱗片細(xì)胞因衰老而造成活性氧等自由基積累，少量的活性氧積累不會對組織造成傷害，當(dāng)組織內(nèi)的活性氧等異常積累超出系統(tǒng)的清除能力，導(dǎo)致蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)與功能受損，膜脂中的不飽和脂肪酸因活性氧的攻擊發(fā)生過氧化反應(yīng)，膜的通透性增強(qiáng)，引起褐變加劇、品質(zhì)下降[1,31]。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）是植物自由基清除系統(tǒng)中的重要保護(hù)酶，二者協(xié)同作用可以有效阻止活性氧的積累，防止膜脂過氧化，故SOD和CAT在后期酶活性的下降也加劇褐變[32]。

表1 不同品種百合中酶活性的最適pH和溫度

“—”沒有相關(guān)數(shù)據(jù)

“—” no relevant data

（3）氧氣：由于酚類物質(zhì)分布于液泡中，造成百合褐變的關(guān)鍵酶PPO存在類囊體腔（包括葉綠體、有色體等）中[33]，二者互不接觸，導(dǎo)致外界氧氣無法直接進(jìn)入。研究表明氧氣正常情況下進(jìn)入果蔬內(nèi)部主要通過2種機(jī)制，氧氣的運(yùn)輸主要通過表皮細(xì)胞和蠟沉淀，而空隙空間的傳輸機(jī)制發(fā)生了擴(kuò)散導(dǎo)致氧氣進(jìn)入內(nèi)部，最后在組織膜內(nèi)擴(kuò)散至耗氧點(diǎn)[34]。Aguilera[35]提出細(xì)胞膜是一種半透膜，維持著細(xì)胞內(nèi)外滲透壓平衡。故在正常情況下酚類物質(zhì)、酶及氧氣無法接觸而不能發(fā)生褐變，當(dāng)膜結(jié)構(gòu)遭到破壞或膜的通透性被改變時，液泡中的酚類物質(zhì)泄漏，在氧的參與下被PPO（褐變主要酶）氧化成醌類，隨后醌類物質(zhì)聚合成為褐色物質(zhì)，見圖1。

1.1.2 非酶促褐變 非酶促褐變可分為美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、抗壞血酸氧化褐變，反應(yīng)底物主要是維生素C和酚類物質(zhì)[19]。1912年由法國化學(xué)家Maillard首次提出美拉德反應(yīng)的概念[36-37]，又稱非酶褐變，為反應(yīng)體系中存在的氨基酸及其化合物與具有羰基的化合物之間所發(fā)生的羰氨反應(yīng)，也是食品加工、貯藏、運(yùn)輸中普遍存在的一類非常重要的化學(xué)反應(yīng)。Kanzler等[38]研究發(fā)現(xiàn)美拉德反應(yīng)中類黑素是由糖和氨基酸經(jīng)過一系列反應(yīng)最終形成的色素的聚合物。糖類在沒有氨基化合物存在的情況下，當(dāng)加熱溫度超過其熔點(diǎn)135 ℃時，即發(fā)生脫水或降解，然后進(jìn)一步縮合生成黏稠狀的黑褐色產(chǎn)物，這類反應(yīng)稱為焦糖化反應(yīng)[39]?？箟难嵫趸肿兪强箟难嶙陨硌趸鸬暮肿?，酚類物質(zhì)在一些條件下發(fā)生的自動氧化變色過程[40]。美拉德反應(yīng)較常發(fā)生在百合的運(yùn)輸、貯藏過程中，然焦糖化反應(yīng)即使在百合產(chǎn)品熱加工的過程中也不常見到。目前對于百合非酶褐變的研究相對較少，僅有研究指出還原糖和蛋白質(zhì)發(fā)生羰氨反應(yīng)可能是引起百合的非酶褐變的原因[41]。

圖1 百合的酶促褐變機(jī)制

1.2 紫紅色變

紫紅色變的原因可能與花色苷類物質(zhì)的生成有關(guān)[41]。姜語絲[42]初次定性分析了造成鮮切百合“粉變”的物質(zhì)為花色苷類物質(zhì)，并基于蛋白組學(xué)分析技術(shù)對貯藏期間百合鱗莖“粉變”部位的蛋白信息進(jìn)行分析，初步探討了花色苷合成途徑涉及蛋白的變化情況。Fan等[43]指出在百合鱗莖儲存加工過程中，紫紅色變與酶促褐變是不同的，基于代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析結(jié)果表明，參與類黃酮生物合成的19個差異基因，如查耳酮合成酶、查耳酮異構(gòu)酶、黃烷酮-3-羥化酶、花青素合成酶等在紫紅色百合鱗莖中高表達(dá)，與柚皮素查耳酮、柚皮素、表兒茶素、矢車菊素和矢車菊素3-蕓香糖苷的含量呈現(xiàn)高度正相關(guān)，表明類黃酮生物合成基因表達(dá)的增加導(dǎo)致類黃酮的積累，進(jìn)而導(dǎo)致百合鱗莖的紫紅色變，見圖2。

2 控制技術(shù)

褐變會加速食品的變質(zhì)和腐爛，從而影響品質(zhì)和口感。因此通過抑制褐變的發(fā)生條件達(dá)到控制的褐變的目的[33]。主要分為酶促褐變和非酶促褐變的控制方法。對百合紫紅色變控制措施的研究尚處于初始階段，抑制產(chǎn)生紫紅色變生理成分環(huán)節(jié)中酶活性、基因表達(dá)是目前主要的研究方向。

2.1 酶促褐變的抑制方法

防止百合酶促褐變主要是通過控制酶促褐變過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)而達(dá)到預(yù)防百合褐變的目的。酶促褐變的速率取決于酶的活性，研究表明PPO是百合酶促褐變的關(guān)鍵酶，通過控制PPO的活性抑制酶促褐變的發(fā)生。目前針對抑制PPO活性的方法有很多，常見的有物理方法熱處理[44-45]、去氧或隔離氧[46]、低溫貯藏[47]、降低pH[48]、高壓處理[49]、輻照[50]、超聲處理等[51]；化學(xué)方法涂膜法[52]、酶抑制劑法[53]、抗氧化劑法[54]、酸化劑法[55]等；生物方法有天然提取物抑制法[56]，常見的天然提取物有桑葉提取物[57]、百里香精油[58]、積雪草提取物[59]等，以及以上相互配合使用來防止褐變[60]。

圖2 百合紫紅色變的機(jī)制

2.2 非酶促褐變的控制方法

在褐變過程中并不是酶促褐變單獨(dú)的發(fā)生作用，在酶鈍化失去活性后，非酶促褐變在褐變過程中發(fā)揮極大的效應(yīng)。研究表明果蔬中含有豐富的多酚物質(zhì)和抗壞血酸，由抗壞血酸氧化和多酚引起的非酶促褐變是影響果蔬品質(zhì)的重要因素[61-62]。目前針對非酶褐變的控制措施主要有避光干燥保存、低溫保存法、控制pH等。

2.3 紫紅色變的控制方法

紫紅色變使百合外觀色澤發(fā)生變化，極大地降低了消費(fèi)者的接受度。而針對紫紅色變控制方法的研究報道相對較少。劉燕等[63]研究發(fā)現(xiàn)低溫與包裝之間具有較好的協(xié)同作用，且低溫與塑料薄膜包裝貯藏能有效抑制百合的紫紅色變。Huang等[64]研究發(fā)現(xiàn)NaHS熏蒸能誘導(dǎo)內(nèi)源H2S的產(chǎn)生，H2S通過調(diào)節(jié)花青素合成途徑中關(guān)鍵酶的活性和基因表達(dá)，降低了花青素積累引起的顏色變化，從而改善蘭州百合在儲存過程中鱗片的外觀質(zhì)量，隨著NaHS濃度的增加，顏色變化減小（特別是紫紅色變）。

近年來人們對食品安全的關(guān)注度日益增加，使用安全、有效的方式防止百合的色澤變化逐漸受到廣泛關(guān)注。目前的百合保鮮方式有氣調(diào)保存、低溫儲存、控制貯藏溫度和濕度等。這些技術(shù)均不同程度地延緩百合的褐變進(jìn)而推遲百合的腐爛和變質(zhì)，抑制百合的紫紅色變。現(xiàn)對目前百合防止百合色澤變化的方法進(jìn)行整理，見表2。

3 色澤變化對百合的影響

3.1 褐變對百合的影響

通常外形較好的百合商業(yè)價值更高，然而百合采后加工包裝貯藏環(huán)節(jié)的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)真空包裝的鮮百合會出現(xiàn)腐爛、零售的新鮮百合會因貯藏不當(dāng)產(chǎn)生微生物污染、變味等變質(zhì)現(xiàn)象，其中最常見的變質(zhì)現(xiàn)象是褐變[13]。根據(jù)上文整理可知百合褐變主要是酶促褐變引起的，此過程引起百合鱗片色澤呈褐色、酚類物質(zhì)的含量下降，進(jìn)而影響其抗氧化活性[3]，故酶促褐變不僅影響百合的感官品質(zhì)，其影響百合質(zhì)量的酚類物質(zhì)含量也降低。非酶促過程中的美拉德反應(yīng)較常發(fā)生在百合運(yùn)輸過程中，此反應(yīng)又被稱為羰氨反應(yīng)，體現(xiàn)在百合貯藏運(yùn)輸過程中多糖化合物與氨基酸的反應(yīng)，多糖類成分是百合的主要有效成分，具有免疫調(diào)節(jié)、抗衰老、抗氧化、降血糖、抗腫瘤等生物學(xué)活性[73]，在大健康領(lǐng)域有重要價值，氨基酸作為百合的主要的營養(yǎng)成分是評價百合質(zhì)量的重要標(biāo)志之一，非酶造成的褐變不但使百合色澤失去優(yōu)勢同樣降低了其質(zhì)量。

3.2 紫紅色變對百合的影響

Fan等[43]在研究百合紫紅色變機(jī)制的過程中發(fā)現(xiàn)，相比未紫變的蘭州百合，發(fā)生紫變的蘭州百合氨基酸及其衍生物含量呈現(xiàn)下降趨勢，甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、精氨酸、脯氨酸代謝差異顯著，其中甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、脯氨酸被稱之為甜味氨基酸[74]，故而紫紅色變不僅影響百合外觀形狀的變化，更有可能使百合的甜味下降，對食用百合造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)影響。

表2 百合防色變技術(shù)

4 結(jié)語與展望

由PPO與酚類底物反應(yīng)引起的褐變是百合貯藏、加工過程中色澤加深和品質(zhì)變差的主要原因之一。百合品種豐富，故而與酶反應(yīng)的底物更為復(fù)雜。目前針對酶催化的機(jī)制尚沒有完全明確，百合褐變與底物及活性酶之間的相關(guān)性還需要進(jìn)一步深入研究。同時百合紫紅色變的機(jī)制處于研究的初級階段，抑制紫紅色變能有效延長百合貯藏時間，提高經(jīng)濟(jì)效益。因此貯藏環(huán)境及個體差異與色澤變化之間的關(guān)鍵步驟和關(guān)鍵因素都值得深入研究。只有深入研究和了解其色變機(jī)制，區(qū)分不同色變類型的誘導(dǎo)因素才能更有效地采取控制措施。

防止百合色澤變化控制的技術(shù)很多，有些也取得了良好效果，但多技術(shù)復(fù)合使用后的作用機(jī)制、互作關(guān)系仍有很多盲區(qū)亟待解決。特別是對百合紫紅色變還未深入研究，可進(jìn)一步結(jié)合組學(xué)、基因工程等技術(shù)系統(tǒng)研究色變的外界成因、色澤變化與質(zhì)量之間的相關(guān)性及色變機(jī)制，從而研發(fā)出針對其色變的控制技術(shù)，為百合產(chǎn)品的開發(fā)利用奠定理論基礎(chǔ)。

根據(jù)品種、采前因素和采后因素等研究影響百合色變發(fā)生的機(jī)制，篩選鑒定色變相關(guān)的特定生理成分，研究建立基于生理成分的百合色變發(fā)生的數(shù)學(xué)模型和預(yù)測預(yù)警技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在百合入庫初期即對百合貯藏期間色澤變化發(fā)生情況進(jìn)行預(yù)測，或根據(jù)生理成分檢測結(jié)果，對百合冷藏期間色澤變化發(fā)生的概率進(jìn)行預(yù)測預(yù)警，見圖3，均有利于企業(yè)提前采取有針對性的控制或預(yù)防措施，減少因色澤改變帶來的經(jīng)濟(jì)損失，更有利于開發(fā)能兼顧食品營養(yǎng)物質(zhì)和風(fēng)味保持的環(huán)境友好型控制技術(shù)。

圖3 百合色澤變化的預(yù)測預(yù)警思路

本文旨在對百合褐變與紫紅色變的機(jī)制進(jìn)行綜述，同時整理討論控制色變的技術(shù)類型與結(jié)果，并對未來相關(guān)的研究方向進(jìn)行展望，為百合色澤變化機(jī)制與控制技術(shù)的研究和發(fā)展應(yīng)用提供參考，對進(jìn)一步保持百合品質(zhì)，提高消費(fèi)者接受度，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；哂兄匾囊饬x。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Research progress on mechanism ofcolor change and control

YANG Li-ping1, GUO Xu-dong1, JI Jie1, HU Hui-fang1, XI Shao-yang1, HUANG Yu-fang1, MA Xiao-hui1, 2, 3, 4, JIN Ling1, 2, 3, 4

1. School of Pharmacy, Gansu University of Chinese Medicine, Lanzhou 730000, China 2. Northwest Collaborative Innovation Center for Traditional Chinese Medicine Co-constructed by Gansu Province & Ministration of Education, Lanzhou 730000, China 3. Gansu Pharmaceutical Industry Innovation Research Institute, Lanzhou 730000, China 4. Gansu Research Center for Evaluation, Protection and Utilization of Rare Chinese Medicine Resources, Lanzhou 730000, China

Baihe (), as a homologous product of medicine and food, has attracted much attention because of its high medicinal, edible and economic value. For a long time, the color change of browning and violet-red has affected the storage, processing and quality of. Studying the color change mechanism and prevention and control technology is of great significance to maintain the nutritional value and color characteristics of, prolong the shelf life, ensure the quality and improve consumer acceptance. Therefore, the mechanism of color change, control technology and the effect of color change onwere reviewed in this paper, with view to providing reference for the research and application of color change control technology of.

; browning; enzymatic browning; non-enzymatic browning; violet-red color change; color change mechanism; control technology

R283

A

0253 - 2670(2023)06 - 1978 - 08

10.7501/j.issn.0253-2670.2023.06.030

2022-09-18

道地藥材生態(tài)種植及質(zhì)量保障項目（國中醫(yī)藥科技[2020] 153號）；甘肅道地藥材產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)及其組方的基礎(chǔ)與開發(fā)應(yīng)用研究（GSSYLXM-05）；中央本級重大增減支項目（2060302）；財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助（CARS-21）；蘭州百合綜合質(zhì)量評價體系及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立（2022KCZD-6）

楊莉萍，碩士研究生，研究方向?yàn)橹兴庂Y源評價、保護(hù)與可持續(xù)利用。E-mail: 1694761937@qq.com

晉 玲，教授，從事中藥資源開發(fā)與質(zhì)量綜合評價研究。E-mail: 1131858632@qq.com

[責(zé)任編輯 趙慧亮]