苹果采后贮藏褐变研究进展

李永新，王 超，王丽岩，茹 磊，陈敬鑫

（渤海大学 食品科学与工程学院，辽宁 锦州 121013）

0 引言

苹果是蔷薇科（Rosaceae）苹果属（Malus）植物［1］，原产自欧洲、中亚和我国新疆等地.我国是世界上苹果种植面积最大、总产量最高的国家，其中红富士苹果是现今种植面积最大的品种［2］.苹果品种众多，按成熟时间的先后可分为早熟、中熟和晚熟.典型的早熟品种有嘎啦、金红、祝光、丹顶等，中熟品种有金冠、红星、元帅、乔纳金等，而红富士、国光、青香蕉和澳洲青苹等则属于晚熟品种［3］.苹果由于营养价值高，富含有机酸、维生素、膳食纤维、矿物质及生物活性成分等［4］，深受广大消费者的喜爱，已成为人们最常食用的水果之一.然而采后苹果易受多种生理性病害的影响而导致其品质下降，褐变是影响其品质降低的主要因素之一，褐变后的果实不仅外观、风味欠佳，而且营养价值和贮藏货架期也会大大降低.因此，采后苹果贮藏过程中的褐变机制及控制技术一直是苹果贮藏保鲜的主要研究方向.本文主要对苹果褐变类型、褐变因素以及褐变发生机理和控制措施进行了系统综述，以期为苹果产业更好地防治苹果采后贮藏褐变提供理论依据和参考.

1 苹果褐变类型

苹果褐变是一种采后生理性贮藏病害.苹果贮藏中发生的褐变按其表观可分为外部果皮褐变和内部果肉褐变两种.外部果皮褐变初期主要表现为果皮出现褐色斑块，并随着生理失调的加剧，果皮淡褐色加深，从而使皮层组织的5、6层全变褐［5］.虎皮病是最常见的一种果皮褐变病，一般只表现在果实表面而不损害内部果肉，主要发生在苹果采后低温贮藏中后期，严重威胁苹果贮藏安全.苹果采后贮藏中除了易发生果皮褐变病症外，还易出现果肉褐变.果肉褐变也称为内部褐变，特征是果肉组织的扩散褐变，并且通常从外表面是看不到的，而苹果贮藏中CO2伤害导致的果肉褐变是最为严重的.这两种褐变病害的主要表现症状及易感苹果品种见表1.

表1 苹果贮藏中易出现的褐变病害及预防措施

2 影响苹果褐变的因素

苹果褐变时断时续且不可预测，这可能是由于一些采前和采后因素的相互作用，如采前管理和气候条件及采后贮藏等因素，这些因素可能影响果实收获时的生理状态和降低果实对采后胁迫的抗性，从而引起了果实生理失调，造成褐变的发生［16］.影响苹果褐变的因素主要有品种特性、采前因素和采后因素.

2.1 品种特性

不同品种的苹果对褐变的敏感程度不同.乜兰春等［17］研究发现相同贮藏条件下，富士苹果贮藏中褐变度最高，其次为新红星，金冠最低.苹果对虎皮病的抗病性也因品种而异.‘White Angel’、‘Idared’、‘Gala’和‘Empire’等品种对虎皮病都有较强抵抗力，而‘Law Rome’、‘Rome Beauty’、‘Granny Smith’和‘Cortland’等品种对虎皮病较敏感［18−19］.可见，苹果褐变敏感性与其自身的品种特性也有很大关系.

2.2 采前因素

采前因素是导致苹果采后贮藏褐变的一个重要原因.有研究［20］表明影响苹果采后褐变敏感性的采前因素主要包括采前气候条件、采收成熟度和果园管理（施肥、修剪和果园地理位置）等方面.采前反常气候会引起苹果对褐变敏感性的差异.Lau［21］指出，凉爽的生长季节会增加采后苹果对环境中CO2的敏感性，导致贮藏中果肉褐变的发生.采前高温气候以及光照不足均会增加苹果虎皮病的发病率［22−23］.同样采前果实成熟度也明显影响苹果采后对褐变的敏感性.研究表明采收期较晚的苹果贮藏时褐变率较高，如Hwang等［24］研究发现富士苹果采收过晚，成熟度较高，贮藏中易发生果肉褐变.同样，过晚采收的寒富苹果对CO2比较敏感，贮藏时易出现果肉褐变等CO2伤害［25］.而采收过早的苹果，则成熟度低，对虎皮病的敏感性高，贮藏时易发病［26］.果园管理水平也是影响苹果褐变的一个重要因素.采前苹果含钙量较低以及施钾肥过多均会增大其褐变风险，尤其是当钾肥过量时，会与土壤中的钙进行吸收竞争，可能导致苹果更高的褐变发生率［27］.如K/Ca比率高时，‘Braeburn’苹果果肉褐变率增加.Castro等［16］研究表明，作物负荷也与采后苹果果肉褐变的发病率相关，负荷较大的作物采后果肉褐变发病率高于负荷小的.也有报道［28］指出，在新西兰不同地区种植的‘Braeburn’苹果，褐变病的发病率和严重程度也存在较大差异.综上所述，苹果贮藏中褐变病害的发生受到采前多种因素的影响.

2.3 采后因素

除了采前因素外，众多采后因素也对苹果褐变有重要影响.采后因素主要包括采后处理、入库时间与贮藏时间、贮藏期间的温度以及气体组分等方面.某些采后处理会增加苹果的褐变率.如采后1-MCP处理增加了‘Empire’和‘Braeburn’苹果贮藏中的果肉褐变率［29−30］.苹果褐变还与采后入库时间与贮藏时间的长短有关.李江阔等［31］认为苹果采后未及时入库以及贮藏时间过长，会造成内部褐变.Ding等［32］研究发现，‘White Winter Pearmain’苹果虎皮病的发病率随贮藏时间的增加而增加.贮藏温度对苹果褐变病害的影响也较大.Watkins等［33］报道，‘Empire’苹果采后果肉褐变的发生与贮藏低温有关，0.5°C贮藏6个月的苹果出现了果肉褐变，而3°C贮藏下的苹果未发生果肉褐变.同样富士苹果贮藏于2°C或4°C下果肉褐变发生率比0 °C下的更低［34−35］.长期低温贮藏也易诱导苹果虎皮病的发生.王志华等［36］研究发现，澳洲青苹0°C冷藏后期出现了虎皮病，而20°C常温贮藏后期直至果实腐烂也未发生虎皮病.

贮藏环境中的气体组分对苹果褐变的影响更为明显，尤其是低O2和高CO2气体条件可直接导致果实褐变.众所周知，苹果采后气调贮藏可以延长其贮藏期，保持其品质，但也会造成某些品种苹果出现低O2和高CO2伤害，导致果实褐变.例如Castro等［37］报道，气调贮藏中的CO2浓度超过1 KPa时，‘Pink Lady’苹果出现了果肉褐变现象，且褐变程度随着贮藏环境中CO2浓度的增加和O2浓度的降低而增加.石建新等［38］对富士苹果果肉褐变研究时发现，气调贮藏中CO2浓度的升高是果肉褐变的直接原因，而降低O2浓度则加剧了富士苹果对CO2的敏感性.佟伟等［39］指出，寒富苹果对CO2较为敏感，当环境中的CO2浓度大于1%时，即发生褐变，且随着CO2浓度的增大褐变率也增高.由此可知，苹果褐变与贮藏中的低O2和高CO2气体环境密切相关，尤其是高CO2易导致果实褐变，且不同品种苹果对CO2敏感性也存在差异.

3 苹果虎皮病和果肉褐变机理研究

苹果采后贮藏中易发生虎皮病、水心病、苦痘病和CO2伤害等生理性病害，这些均会引起果实褐变，从而缩短贮藏期.其中虎皮病和CO2伤害较为严重，虎皮病属于果皮褐变病症，而CO2伤害则易导致果肉褐变.国内外一直都有关于这两种生理性病害的机理研究.

3.1 苹果虎皮病致病机理

研究认为，果皮中α-法尼烯及其氧化产物的合成和积累是诱导苹果虎皮病发生的直接原因.Huelin等［40］对苹果果皮蜡质层研究中发现了α-法尼烯.随后Huelin等［41］研究发现，多数苹果虎皮病均发生于果皮中α-法尼烯积累至最高后.同样，α-法尼烯的氧化产物共轭三烯也是虎皮病的致病物质，共轭三烯含量的多少影响虎皮病的发病程度.后来Zhao等［42］的研究也证实了共轭三烯与虎皮病有密切关系.Hui等［43］的研究发现，虎皮病与共轭三烯进一步氧化生成的6-甲基-5-庚烯-2-酮（MHO）的积累有关.侯真等［44］对红星苹果进行外源MHO处理时发现，随着MHO处理浓度的增加，苹果虎皮病的发病率明显升高，MHO可能通过降低果皮中抗氧化酶活性，进而参与苹果虎皮病的发病过程.Busatto等［45］通过代谢组学研究发现，α-法尼烯及其氧化产物在虎皮病发生过程中可能充当信号系统.还有学者［46］认为，乙烯通过与受体的结合，促进了α-法尼烯和MHO的合成，诱导了虎皮病的发生.Mditshwa等［47］也研究证明了‘Granny Smith’苹果中乙烯、α-法尼烯和MHO的产生与虎皮病发生率呈正相关.苹果虎皮病属于组织褐变的一种，因此其发病程度与酚类物质和多酚氧化酶相关.Piretti等［48］认为苹果虎皮病的发生与果皮中简单多酚含量呈正相关，而与花青素含量呈负相关.还有学者［49］提出，活性氧代谢失调和自由基积累导致苹果虎皮病的发生.苹果在自身衰老的氧化胁迫下，果皮中的过氧化物酶、超氧化物歧化酶及过氧化氢酶活性降低，清除自由基能力减弱，从而使过氧化氢等活性氧代谢失调、自由基积累，促进了脂质过氧化作用，导致膜系统的损伤，使得酶促褐变加剧MHO持续积累，虎皮病发生［50］.

3.2 苹果果肉褐变机理

近年来，苹果贮藏时多采用冷藏和气调贮藏，能较好地保持果实品质，延长贮藏期.但贮藏中产生的低O2和高CO2气体环境容易导致苹果褐变的发生，尤其是高CO2伤害引起的果肉褐变最为严重.大多研究［51］表明，CO2诱导的苹果果肉褐变被认为是高CO2引起的氧化损伤的结果，而低O2则加剧这种氧化损害.关于CO2诱导苹果果肉褐变的研究很早有，其伤害机理也一直是科学工作者研究的热点，但具体的机理目前还不太清楚.

CO2伤害引发的细胞膜损伤被认为是果肉褐变的主要诱因.正常组织中，酚类物质分布于液泡中，而氧化酶则在质体中.CO2胁迫下，细胞膜结构受到破坏，酚类与氧化酶接触，发生氧化反应，导致褐变发生［37］.研究者对CO2伤害引发的膜损伤及果肉褐变的生理机制进行了长期的研究.国内学者陈昆松［52］和刘野等［53］研究认为CO2在细胞内的过量积累形成CO32−，而CO32−与Ca2+结合生成CaCO3，造成Ca2+含量下降，导致内膜系统紊乱，膜透性加大，从而引发果肉褐变.还有学者［54］提出，CO2抑制了线粒体有氧呼吸，而加剧了无氧呼吸，致使乙醇和乙醛等有害物质过量积累，对细胞膜系统造成不可逆的损伤，诱发苹果CO2伤害.但Argenta［55］和Castro等［16］研究认为发酵产物与苹果CO2伤害并没有直接关系，乙醇与乙醛的积累是CO2伤害的结果，而不是CO2伤害发生的原因.现今，自由基伤害学说对CO2伤害机理的理解得到了广泛认可.CO2胁迫下果肉细胞内自由基及活性氧异常积累，当超过植物抗氧化系统的清除能力时，会导致膜脂中的不饱和脂肪酸受到自由基的攻击而发生氧化作用，使细胞膜结构遭到破坏，最终造成CO2伤害褐变的发生［56−57］.研究者［58］利用代谢组技术也发现氧化还原代谢失调是CO2伤害发生的主要原因，进一步印证了自由基伤害学说.另外，CO2伤害的 “能量亏缺” 理论也得到了众多研究的支持.Mellidou等［59］采用转录组测序对气调贮藏中的‘Braeburn’苹果CO2伤害进行了研究发现，能量代谢（如糖酵解、三羧酸循环、线粒体电子传递等途径）参与了苹果CO2伤害发生过程.Bekele等［60］利用代谢组研究同样发现能量代谢途径参与了苹果CO2伤害的发生过程.综上所述，前人研究表明氧化还原代谢失衡和能量亏缺是苹果CO2伤害发生的主要原因.

4 苹果褐变控制措施

苹果贮藏过程中褐变的发生与采前和采后因素都密切相关.采前采收期掌控不佳和果园管理的不当以及采后不适宜的贮藏环境都会导致苹果发生不同程度的褐变.因此，要想有效地控制苹果褐变，需从采前和采后的各个环节中寻找影响其褐变的因素，进而采取合理的预防措施，达到了防止或减轻苹果褐变的目的.

4.1 品种选择

不同品种的苹果对虎皮病和果肉褐变的敏感性存在很大差异.对虎皮病抵抗力较弱的品种有澳洲青苹、国光、‘Granny Smith’等，而着色较差、采摘未成熟的果实，如富士、金冠等苹果贮藏期间也易发病［61］；秦冠、红玉、‘Gala’、‘Empire’等对虎皮病抵抗力较强［62］.苹果果肉褐变敏感品种有寒富、‘Cripps Pink’等品种［39］；而金冠、红星和青香蕉等耐CO2的苹果品种，贮藏时不易发生果肉褐变［63］.贮藏时，可根据不同品种抗病性的强弱来选择合适的贮藏方式和贮藏时间，如抗性强的适合长期贮藏，而抗性弱的可做短期贮藏，能一定程度上降低苹果贮藏期间虎皮病和果肉褐变引发的经济损失.

4.2 采前控制措施

4.2.1 适时采收

苹果过早采收，果实成熟度低，贮藏中易发生虎皮病［29］；而过晚采收，成熟度高，贮藏过程中果实衰老较快，果肉褐变较严重［28］.因此苹果采收不宜过早或过晚，应根据品种特性和生理状态进行适期采收.苹果采收期可根据果实发育期来确定，一般是以果实盛花后发育的天数作为判断苹果采收成熟度的指标，这对多数品种而言是较为可靠的.表2是成熟时间先后不同的苹果品种的果实发育期，可作为采收期的参考.

表2 不同品种苹果的成熟期与果实发育期[64]

4.2.2 加强果园管理

合理的果园管理主要包括适当施肥、灌溉、修剪和疏花疏果等.钙和钾都是植物生长所需的矿物质营养素，Hatoum等［30］研究发现，采前适当施用钙和钾肥均可降低‘Braeburn’苹果的褐变发生率.采前施氮过多会增加苹果虎皮病的发病率，因此要尽量减少氮肥施用量，增施有机复合肥［31］.由此可见，采前合理施肥有利于控制苹果褐变的发生.采前果园合理灌溉也能降低苹果贮藏中的褐变发生率，提高果实贮藏期.王志华等［65］认为，采前过度干旱或水涝都会导致寒富苹果贮藏中发生苦痘病和组织褐变等生理性病害，提议采前要根据果园的土壤状况适时灌溉，在花期前、追肥后灌水为宜.果树的适当修剪和疏花疏果可以一定程度上减少作物负荷，降低褐变率.同时适当的疏花疏果也可改善光照条件，使果实着色均匀，降低贮藏中苹果虎皮病的发生［6］.因此，为了降低苹果褐变发病率，应加强果园管理.

4.3 采后控制措施

4.3.1 温度调节

温度调节包括采后热处理和贮藏中的温度控制.研究［66］表明，苹果采后入贮前适当的热处理能减少褐变的发生.如红星苹果采收后室温下放置几天，贮藏时可降低果实褐变；而‘Honeycrisp’苹果采收后于10°C～20°C温度下调节7天，放入3°C冷藏时可降低虎皮病的发病率［67］.同时贮藏环境中温度的合理控制也可减少苹果褐变的发生.而不同品种苹果采后适宜的贮藏温度条件也存在一定差异，具体可见表3.

表3 主要苹果品种适宜的气体组分和贮藏期[31,68]

4.3.2 气体调控

众所周知，苹果采后贮藏于低O2和高CO2环境中易发生不同程度的褐变，尤其是对CO2敏感性高的苹果品种，如‘Empire’、富士、寒富等.为了防止这一现象的发生，需要对贮藏环境中的气体进行合理调控，从而营造出适宜果实贮藏的气体环境.而表3列出了主要苹果品种适宜的气体贮藏条件和贮藏期.

4.3.3 延迟气调

延迟气调和快速气调是用于建立气调贮藏的两种方法.研究［69］表明，延迟气调可以有效地减少苹果贮藏中因CO2伤害造成的果肉褐变，从而更好地保持苹果品质.而不同品种的苹果延迟气调的时间也不同.例如［70］，富士苹果在采收后贮藏的第一周对CO2敏感性最高，气调贮藏中易出现果肉褐变，而将其延迟气调4周则能减轻CO2诱导的果肉褐变.‘Empire’苹果在1°C贮藏时，延迟气调1或2个月可以减少果肉褐变的发生率［14］.因此，苹果采后适当延迟气调贮藏可以一定程度上抑制因CO2伤害导致的果肉褐变，而延迟气调的时长可因苹果品种而异.

4.3.4 化学药剂处理

苹果贮藏前使用化学药剂处理也能有效控制贮藏中果实褐变的发生.化学药剂处理主要包括钙处理、抗氧化剂（DPA、乙氧基喹和BHT）、1-MCP等.研究［71］表明，一定浓度的钙处理能够降低苹果细胞膜透性，减少乙烯的产生，保持果实细胞结构的完整性，进而抑制苹果贮藏中褐变的发生.高敏等［72］对红富士苹果进行渗钙处理时发现，常压下6%CaCl2浸泡处理15 min能够明显保持果实硬度，抑制了PPO和LOX活性，从而降低了苹果褐变程度.

抗氧化剂二苯胺（DPA）处理苹果后，能有效地抑制贮藏中CO2诱导的果肉褐变和虎皮病的发生.由于DPA具有抗氧化特性，可通过减少过氧化反应和膜的破坏，从而延缓果实褐变症状的表达.如‘Pink Lady’苹果贮藏前使用DPA处理抑制了果肉褐变的发生［73］.Mattheis等［74］研究表明，DPA处理可以防止‘Braeburn’苹果于低O2或高CO2气调贮藏中引起的内部褐变.同时DPA也常被用于防治苹果虎皮病.苹果采后DPA处理可降低果皮中α-法尼烯的合成和氧化，进而抑制虎皮病［75］.另外乙氧基喹和丁基羟基甲苯（BHT）也都是有效的虎皮病抑制剂，可以用来防治苹果虎皮病的发生，效果与DPA类似［76］.

1-甲基环丙烯（1-MCP）作为一种无毒的乙烯作用抑制剂，常被用于果蔬采后的贮藏保鲜中.研究［77］证明，1-MCP可以通过抑制苹果贮藏中乙烯的产生和降低α-法尼烯的合成及氧化，进而抑制虎皮病的发生.金宏等［78］研究发现，1-MCP、DPA和1-MCP+DPA处理均能有效抑制果实呼吸速率和乙烯产生速率，降低虎皮病的发病率，其中1-MCP+DPA处理的效果最佳.Ding等［32］从分子水平研究发现，1-MCP处理通过降低α-法尼烯相关基因的表达，减少了α-法尼烯的积累，从而抑制苹果虎皮病的发生.也有学者［79］认为，1-MCP处理可以减少或延迟苹果中与衰老相关的病症的发生.如红富士苹果经1-MCP处理后，抑制了乙烯的生成，从而降低了由乙烯催化的与衰老相关的果实褐变.但Jung等［80］报道指出，1-MCP在抑制乙烯产生的同时可能会造成细胞的应激和损伤，提高了PPO的活性，从而导致气调贮藏期间果肉褐变.由此可见，不同品种的苹果对1-MCP处理的响应存在一定差异，1-MCP的使用要因苹果品种而异.

5 结语

苹果采后贮藏过程中易发生果实褐变，而褐变也严重影响了采后苹果贮藏保鲜的效果，制约了苹果产业的快速发展.因此，如何有效地预防或降低苹果贮藏褐变的发生，成为了目前苹果产业需待解决的问题.本文主要综述了近年来国内外学者对于苹果采后贮藏褐变的研究，重点分析了影响苹果褐变的因素，主要包括采前、采后因素及品种特性，同时也对苹果虎皮病和果肉褐变的发生机理及控制措施进行了探讨.然而苹果褐变具体机理至今还尚不明确.对于苹果褐变的控制，目前主要集中于苹果采后处理这一方面，尤其是使用化学药剂处理.化学药剂处理虽然能一定程度上抑制褐变的发生，但部分化学药剂本身的毒性会造成食品安全问题.因此，进一步深入对苹果褐变的发病机理进行研究，找寻更加安全、有效的防治措施仍然是今后苹果采后贮藏褐变研究的主要方向.