鲜切果蔬褐变问题研究现状

沈茹茹　万冰　张舒蓉　丁若曦　路倩倩　阚娟

【摘 要】鲜切果蔬的生理作用类似于受伤组织。在鲜切果蔬贮藏过程中，最易发生且最常见的生理生化反应就是褐变，而酶促褐变是导致果蔬组织褐变的主要原因。褐变能够引起产品感官品质和营养品质的改变。本文从酶促褐变的底物多酚类物质合成、酚类物质组成以及活性氧代谢与褐变作用之间的关系综述了鲜切果蔬褐变的生理机制。

【关键词】鲜切果蔬；褐变；多酚；活性氧

果蔬采后仍是活的生命体，仍进行着高度协调和复杂的生理生化反应，其中果蔬后熟、衰老、褐变、腐败等生理生化变化对果蔬的品质起着关键作用。微加工果蔬的生理作用类似于受伤组织，因为很多形式的处理（如切分等）本质上是对组织的一种伤害。伤害诱导的变化能够引起产品感官品质和营养品质的改变。在切割果蔬贮藏过程中，最易发生且最常见的生理生化反应就是褐变，而酶促褐变是导致果蔬组织褐变的主要原因。

1 酚类物质与果蔬褐变

果蔬经切割后，切割部位植物细胞产生伤信号，并以一定的速率传递给邻近细胞，在切割后诱导产生无数个生理反应。不同种类和品种的果蔬，其伤信号从受伤部位传递到邻近组织的传递速率有所差异。苹果和香蕉切分后，切分部位通常在一小时内发生褐变。但对一些切分蔬菜如生菜和卷心菜等切分部位的褐变通常需要几天的时间。这种时间上的滞后性被认为是由于多酚的从头合成。成熟的苹果中含有大量的多酚供快速的酶促褐变，但生菜等蔬菜中相对于苹果多酚含量较低。因此多酚的生物合成被认为是切割蔬菜酶促褐变的限制因子，酚类物质是果蔬组织褐变的重要原因[1]。酚类物质一方面和植物组织的感官品质和风味营养品质关系密切，同时，某些酚类物质又作为果蔬组织褐变的底物参与褐变。膜系统功能对酚类物质在细胞内的区域化分布有重要影响。果蔬在发育过程中由于酚类物质和氧化酶的区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与形成区域化有关的膜系统的破坏而打破了这种区域性分布，使酶和底物相互接触。采后贮藏中的细胞超微结构及膜结构和透性的变化与果蔬褐变密切相关。进行多酚类物质和多酚氧化酶的细胞区室化定位，有利于证实褐变发生过程中膜损伤发生时间及程度的确定。

2 酚类代谢相关酶与果蔬褐变

酚类物质的合成代谢是一个由许多生化反应组成的网络，这些网络又由很多酶来催化。果蔬组织采后贮藏褐变过程中酚类物质代谢过程中主要包括多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）和过氧化物酶（POD）。

PAL是是酚类物质代谢网络最上游的关键限速酶，催化苯丙烷类代谢。酚类物质是由PAL催化生成[2]，其不仅是酶促褐变的底物，同时也是PAL催化反应的产物。在PAL活性高峰前后，酚类底物的含量和种类均增加，证明了PAL与酚类合成有关，通过抑制PAL的活性，可减少酚类物质的积累，利于延缓果蔬的褐变[3]。鲜切果蔬褐变并非组织内的酚类物质被动氧化过程，而要经历活性诱导的途径，依赖于多酚类物质的积累以及PAL的合成[4]。产品受到机械伤后在受损伤部位产生信号，诱导PAL的从头合成以及可溶性酚类化合物在受伤组织以及邻近受伤的正常组织中合成和积累[5]。当膜受到损伤时，游离在液泡中的酚类物质参与褐变反应。在此生化反应过程中可能包含了其他酶和底物的作用[6]。鲜切土豆中，在伤后的4天内发现褐变和PAL活性呈现显著相关性[7]，但褐变速率和褐变度与PPO和POD以及总酚和单体酚之间无显著相关性。芒果果皮的褐变和PAL活性高度相关，但果肉褐变和PAL相关性较低[8]。香蕉中果皮褐变和PAL活性相关。Banerjee等[5]研究切割卷心菜贮藏时发现，γ-射线处理通过下调PAL基因表达和降低PAL活力抑制了切割卷心菜的褐变，但PPO和POD活力、总酚和单体酚含量以及邻苯醌浓度未受影响，PAL和切割卷心菜褐变密切相关。褐变早期PAL基因表达量的增加刺激了酚的代谢，对褐变的启动有重要作用[9]。对受伤信号合成和传播的干扰可有效减少组织对伤口的响应以及随后的组织褐变，另外也可应用某些化学试剂如羟酸类阻碍伤诱导的酚类化合物的形成。有研究热激处理通过改变伤诱导的PAL mRNA的转录有效降低了酚的积累和组织褐变，进一步蛋白表达研究表明热激显著抑制了在伤诱导的生菜组织中PAL蛋白的表达[10]。PAL是由一个多基因家族所编码的酶，不同组织中有多种PAL同工酶，分别定位于不同的组织细胞中以控制不同的代谢途径。PAL基因的表达表现出严格的组织特异性。

PPO催化酚转变为高活力的醌，醌再聚合生成褐色物质[11]。现已报道的果蔬几乎都含有PPO，但不同种类果实的PPO，其性质也不同。研究发现在新鲜茄子中，褐变指数与酚含量和PPO活性密切相关，但在贮藏中随着褐变指数的增加，8个品种茄子中总酚的含量均增加，但部分品种中PPO活性却下降[12]。有研究表明PPO活性和褐变没有显著的相关性。PPO基因存在多种亚型，在某些胁迫条件下在植物的不同部位表达，不同的PPO基因在褐变过程中的作用有所差异，人造microRNAs可用于抑制高度保守的PPO多基因家族。PPO可能在次生代谢及调节细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谢改变，苯丙烷途径代谢的相关基因表达发生改变，PPO基因沉默诱导了细胞死亡。

POD在H2O2存在下也能导致褐变，通过作用于H2O2而氧化酚类物质形成醌类化合物，进而形成黑色素，与果蔬组织褐变密切相关。果蔬中H2O2含量较低，一般认为POD在果蔬褐变中的作用次于PPO[13]。但也有研究报道POD活性在贮藏过程中的增加促进了酶促褐变[14]。酚氧化酶PPO和POD作用于酚类底物是否存在一定次序还不清楚，PPO和POD的具体作用机理还有待进一步研究证实。

3 酚类组成与果蔬褐变

植物体中酚类物质的含量和组成与组织褐变相关。酚类物质的水平是不同果蔬褐变过程中的关键因子[15]。植物体内含酚种类繁多，不同果蔬组织的酚类物質含量和组成都有很大的差异，究竟是哪些酚类物质参与了百合鳞茎的褐变还有待研究。不同来源的酚氧化酶对底物的特异性有一定的差异。褐变过程中酚类复合物的组成发生变化，这与褐变中PAL的活化诱导相关。酚氧化酶对不同底物的亲和力并不相同，甚至表现出先导酚的氧化产物促进后续其他酚类物质氧化的现象。由于不同果蔬组织中酚类物质的种类及含量大为不同，对褐变底物酚类物质进行分析鉴定对于褐变机理的的研究目前还需进一步深入开展。endprint

4 活性氧与果蔬褐变

活性氧代谢与多酚代谢及果蔬褐变存在密切关系。活性氧代谢系统的不平衡会使得活性氧的大量生成，膜脂过氧化会进一步导致膜结构的解体，细胞的分区结构会被破坏，最终使酚类氧化酶与酚类物质接触。褐变发生中的褐色物质是酚类物质氧化的结果，但酚类物质又能通过消除活性氧而保护组织。酚类物质作为主要物质提供了植物体内的抗氧化活性，因此活性氧代谢和酚类物质之间存在了密切的关系[16]。PAL作为酚类物质合成的关键酶，其作用与活性氧代谢存在密切关系。在正常的生长发育和贮藏过程中，果蔬组织内抗氧化系统能有效地清除集体产生的活性氧，但当组织处于胁迫状态如在鲜切处理时，活性氧清除能力快速下降，加快酶促反应将酚类物质氧化，使褐变加剧。因此有研究采用外用的抗氧化剂来抑制果蔬褐变发生的报道。

5 结语

鲜切果蔬在贮藏期间，其褐变程度与多酚氧化酶、过氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶活性密切相关，并且之间可能存在相互协调作用。采后贮藏过程中可通过抑制褐变度、细胞膜透性和总酚含量， 并降低了PAL、PPO和POD的活性，从而减缓果蔬中酚类物质的氧化，有效抑制褐变。

【参考文献】

[1]Fujita N，Tanaka E，Murata M.Cinnamaldehyde inhibits phenylalanine ammonia-lyase and enzymatic browning of cut lettuce.Bioscience，Biotechnology，and Biochemistry，2006，70（3）：672-676.

[2]Barmana K，Siddiquib MW，Patela VB，Prasad M.Nitric oxide reduces pericarp browning and preserves bioactiveantioxidants in litchi.Scientia Horticulturae，2014，171：71-77.

[3]Araji S，Grammer AT，Gertzen R，Anderson DS，Mikulic-Petkovsek M，Veberic R，Phu LM， Solar A， Leslie AC，Dandekar MA，Escobar A M.Novel roles for the polyphenol oxidase enzyme in secondary metabolism and the regulation of cell death in walnut.Plant Physiology，2014，164：1191-1203.

[4]寇莉萍，劉兴华，李金龙，等.富士苹果果肉褐变对相关酶活性和膜质过氧化的影响[J].食品科学，2004，25（5）：179-182.

[5]Banerjee A，Penna S，Variyar PS，Sharma A.Gamma irradiation inhibits wound induced browning in shredded Cabbage.Food Chemistry，2015，173：38-44.

[6]Tavarini S，DeglInnocenti E，Pardossi A，Guidi L. Biochemical aspects in two minimally processed lettuces upon storage.International Journal of Food Sciences and Nutrition，2007，42，214-219.

[7]Cantos E，Tudela JA，Gil MI，Espín JC.Phenolic compounds and related enzymes are not rate-limiting in browning development of fresh-cut potatoes.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2002，50（10）：3015-3023.

[8]Chidtragool S，Ketsa S，Bowen J，Ferguson IB，van Doorn WG. Chilling injury in mango fruit peel：Cultivar differences are related to the activity of phenylalanine ammonia lyase.Postharvest Biology and Technology，2011，62：59-63.

[9]Guardo DM，Tadiello A，Farneti B，Lorenz G，Masuero D， Vrhovsek U，Costa G，Velasco R，Costa F.A Multidisciplinary Approach Providing New Insight into Fruit Flesh Browning Physiology in Apple（Malus x domestica Borkh.）.PLoS One， 2013，8：1-15.

[10]Gomesa MH，Vieirab T，Fundoa FJ，Almeida PFD. Polyphenoloxidase activity and browning in fresh-cut ‘Rocha pear asaffected by pH，phenolic substrates，and antibrowning additives. Postharvest Biology and Technology，2014，91：32-38.endprint

[11]Yoruk R and Marshall MR.Physicochemical properties and function of plant polyphenol oxidase：a review.Journal of Food Biochemistry，2003，27：361-422.

[12]Mai F and Glomb MA.Isolation of phenolic compounds from iceberg lettuce and impact on enzymatic browning. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2013，61，2868-2874.

[13]Mayer AM.Polyphenol oxidases in plants and fungi：going places？A review.Phytochemistry，2006，67，2318-2331.

[14]Zhang ZQ，Pang XQ，Duan XW，Jiang YM.Role of peroxidase inanthocyanin degradation in litchi fruit pericarp.Food Chemistry，2005，90，47-52.

[15]Lin YF，Lin HT，Zhang S，Chen YH，Chen MY，Lin YX. The role of active oxygen metabolism in hydrogen peroxide-inducedpericarp browning of harvested longan fruit.Postharvest Biology and Technology，2014，96：42-48.

[16]Amiot MJM，Tacchini SY，and Oleszek W..Inf1uence of cultivar，maturity stageandstorage conditions on phenoliccomposition and enzymatic browning of pear fruits.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1995，43：1132-1137.endprint