壳聚糖处理对采后西番莲果实贮藏期间果皮活性氧代谢的影响

郭欣 林育钊 邓礼艳 唐金艳 林河通

摘  要：西番莲属于热带果实，采后西番莲果实容易腐烂变质，导致其保鲜期很短，限制了其商业价值。为探讨壳聚糖（卡多赞）处理对采后西番莲果实贮藏期间果皮活性氧代谢的影响，采后‘福建百香果1号西番莲果实经卡多赞稀释200倍溶液处理5 min，以蒸馏水处理为对照，在（28±1）℃、相对湿度80%条件下贮藏。每隔3 d，测定西番莲果实果皮超氧阴离子自由基（O2–·）产生速率、过氧化氢（H2O2）含量、丙二醛（MDA）含量、活性氧清除相关酶活性、内源抗氧化物质含量及DPPH自由基清除能力和还原力的变化。结果表明：壳聚糖处理能显著提高西番莲果实果皮超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）等活性氧清除酶活性，保持较高的还原型抗坏血酸（AsA）和还原型谷胱甘肽（GSH）等内源抗氧化物质含量，维持较高的DPPH自由基清除能力和还原力，从而抑制采后西番莲果实果皮O2–·和H2O2等活性氧的产生，减轻果皮膜脂过氧化，稳定果皮细胞膜结构，最终保持采后西番莲果实的贮藏品质、提高其果实耐贮性。因此认为，卡多赞稀释200倍溶液处理能有效提高采后西番莲果实的活性氧清除能力，降低活性氧积累，从而延缓采后西番莲果实衰老进程，延长其果实保鲜期。

关键词：西番莲果实;壳聚糖;卡多赞;活性氧;活性氧代谢

中图分类号：TS255.3;S667.9      文献标识码：A

Abstract： Passion （Passiflora caerulea L.） fruit belongs to tropical fruit， the postharvest passion fruit is easily rotten and spoiled， resulting in a short shelf life， which limits its commercial value. In order to investigate the effects of chitosan （Kadozan） treatment on the reactive oxygen species （ROS） metabolism in pericarp of passion fruit during postharvest storage， the harvested ‘Fujian passion No.1 （Passiflora caerulea L. cv. Fujian passion No.1） passion fruit was treated with Kadozan （chitosan） solution with dilution of 1∶200 （VKadozan ： VKadozan + water） for 5 min， and the passion fruit treated with distilled water was used as the control， then stored at （28±1）℃ and 80% relative humidity. The results showed that， chitosan-treated passion fruit could effectively enhance the activities of ROS scavenging enzymes， such as superoxide dismutase （SOD）， peroxidase （POD）， catalase （CAT） and ascorbate peroxidase （APX）， maintain higher levels of endogenous antioxidant substances such as ascorbic acid （AsA） and glutathione （GSH）， keep high DPPH radical scavenging ability and reducing power. Therefore， chitosan treatment could delay the production of ROS and peroxidation of membrane lipid， which improve the structure of cellular membrane， and thus maintain the quality and increase the storability of harvested passion fruit. From the above results， it could be concluded that the treatment of Kadozan （chitosan） solution with dilution of 1∶200 （VKadozan ： VKadozan + water） could effectively increase ROS scavenging ability and reduce ROS accumulation in harvested passion fruit， and thus delayed the senescence process and prolonged the storage life of harvested passion fruit.

Keywords： passion fruit; chitosan; Kadozan; reactive oxygen species （ROS）; ROS metabolism

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.12.022

西番莲（Passiflora caerulea L.），又名百香果、雞蛋果，系西番莲科（Passifloraceae）西番莲属（Passiflora）的草质藤本植物，因其风味独特、营养及药用价值高而受到消费者青睐[1]。西番莲原产于巴西，是中国南方近年来快速发展的特色热带、亚热带果树，主要在福建、广东、广西、云南、台湾等省（区）栽培。但西番莲属于呼吸跃变型果实，西番莲采后极易发生失水萎蔫、腐败变质等症状，其果实保鲜期短，从而限制采后西番莲贮藏、运输和销售，降低其食用品质和商业价值，进而影响西番莲果业发展[1-3]。因此研究开发西番莲果实保鲜技术，对减少西番莲果实采后损失、提高西番莲经济效益、及促进西番莲果业健康发展意义重大。目前，国内外开展了氯化钙、海藻酸钠、1-甲基环丙烯（1-MCP）、热处理、气调包装材料、低温贮藏、气调贮藏等西番莲果实保鲜技术，也取得一定效果[1-3]。水溶性壳聚糖是一种使用方便、安全的果蔬保鲜技术，但目前未见水溶性壳聚糖应用于西番莲果实保鲜的研究报道，因此，很有必要研究水溶性壳聚糖对采后西番莲果实保鲜效果的影响及其作用机理。

由此说明，壳聚糖处理有效降低了采后西番莲果实贮藏期间果皮O2–·产生速率，使果皮H2O2含量维持在较低水平，避免果皮细胞内ROS大量积累而导致细胞膜氧化损伤。

2.2  果皮MDA含量的变化

MDA是膜脂过氧化作用的主要产物之一，反映了细胞膜膜脂过氧化的程度[27]。如图2所示，贮藏期间西番莲果实的果皮MDA含量呈递增变化。其中，对照组果皮MDA含量在贮藏期间始终保持较快速度增长，贮藏至第15天时，其果皮MDA含量比贮藏第0天时增加了289%。然而壳聚糖处理组的果皮MDA含量在贮藏0～6 d内上升缓慢，9～15 d内上升较快，但均保持较低水平。进一步比较发现，在整个贮藏期间，壳聚糖处理的果皮MDA含量极显著（P<0.01）低于对照组。由此说明，壳聚糖处理可显著延缓采后西番莲果实贮藏期间果皮MDA含量的上升，降低采后西番莲果实的膜脂过氧化作用。

2.3  果皮SOD、CAT、APX活性的变化

SOD、CAT、APX是果蔬體内酶促防御系统的重要保护酶[28]。如图3A所示，对照组及壳聚糖处理组西番莲果实的果皮SOD活性变化趋势类似，在贮藏0～3 d内快速增加，其中壳聚糖处理组增幅更大。随后对照组及壳聚糖处理组的果皮SOD活性呈下降趋势。进一步比较发现，壳聚糖处理组的果皮SOD活性始终高于对照组，并且在贮藏第3天、第6天和第15天时差异极显著（P<0.01）。

如图3B所示，对照组果皮CAT活性在整个贮藏期间持续下降，然而壳聚糖处理组果皮CAT活性在贮藏0～6 d内逐渐上升，贮藏6 d之后则快速下降。显著性分析表明，在贮藏3～12 d期间，壳聚糖处理组的果皮CAT活性极显著高于对照组（P<0.01）。

如图3C所示，对照组及壳聚糖处理组西番莲果皮APX活性均呈先上升后下降的趋势，均在贮藏第9天时达到峰值，贮藏9 d之后则快速下降。整个贮藏期间，壳聚糖处理组的果皮APX活性都高于对照组，并且在贮藏第6天、第9天和第15天时差异极显著（P<0.01）。

以上结果表明，壳聚糖处理可显著增强采后西番莲果实贮藏期间的果皮SOD、CAT、APX等活性氧清除酶活性，从而提高采后西番莲果实的活性氧清除能力。

2.4  果皮AsA和GSH含量的变化

AsA和GSH是植物体内具有还原性的生物活性物质，是非酶促防御系统中的重要抗氧化剂[29]。从图4A可知，对照组和壳聚糖处理组西番莲果实的果皮AsA含量均随贮藏时间的延长而呈不断下降的趋势。其中，对照组果皮AsA含量下降速度较快，贮藏至第15天时，其果皮AsA含量仅为2.58 mg/g，比壳聚糖处理组低56.6%。显著性分析表明，在贮藏9～15 d期间，壳聚糖处理组的果皮AsA含量极显著（P<0.01）高于对照组。

从图4B可知，对照组果皮GSH含量在贮藏0～6 d内快速下降，贮藏至第6天时，其果皮GSH含量仅为采收当天的55.9%;贮藏6 d后则下降较缓慢。壳聚糖处理组果皮GSH含量在贮藏0～3 d内略微上升，而在贮藏3～6 d内略微下降，贮藏6 d后呈快速下降趋势。整个贮藏期间，壳聚糖处理组的果皮GSH含量始终处于较高水平，且在贮藏3～9 d期间，其果皮GSH含量极显著（P<0.01）高于对照组。

以上结果表明，壳聚糖处理能有效维持采后西番莲果实贮藏期间较高的果皮AsA和GSH含量，从而提高采后西番莲果实的活性氧清除能力。

2.5  果皮DPPH自由基清除能力和还原力的变化

由图5A可知，对照组果皮DPPH自由基清除能力随采后贮藏时间的延长而呈快速下降的趋势。然而，壳聚糖处理组的果皮DPPH自由基清除能力在贮藏前期（0～3 d）及贮藏后期（9～15 d）下降较快，但在贮藏中期（6～9 d）降幅较缓慢。进一步比较发现，在整个采后贮藏期间，壳聚糖处理组的果皮DPPH自由基清除能力都高于对照组，且在贮藏6～12 d期间，差异达极显著（P<0.01）水平。

由图5B可知，对照组西番莲果实的果皮还原力随采后贮藏时间的延长而快速下降;而壳聚糖处理组的果皮还原力则下降较为缓慢。进一步比较发现，在整个采后贮藏期间，壳聚糖处理组的果皮还原力都高于对照组，如贮藏到第9天、第12 天和第15天时，其果皮还原力分别比对照组高42.3%、70%和94.1%，差异达极显著（P<0.01）水平。

上述结果表明，壳聚糖处理能有效维持采后西番莲果实贮藏期间较高的果皮DPPH自由基清除能力和还原力，从而增强采后西番莲果实的抗氧化能力。

3  讨论

ROS是一类含氧的、反应性极强的小分子化合物的总称。正常生理情况下，ROS在植物体内的产生和清除是处于平衡状态的。当植物体衰老以及遭遇逆境协迫时，自由基代谢平衡系统被破坏，ROS大量积累，从而引起膜脂过氧化作用[30-31]。另外，MDA作为膜脂过氧化的最终产物，其含量大小直接反映了膜脂被破坏的程度[32]。本研究结果表明，对照组西番莲果实果皮O2–·产生速率在贮藏0～6 d内快速增加，贮藏到第6天时出现高峰，同时果皮H2O2含量不断增多，并始终处于较高水平（图1）。因此，采后西番莲果实贮藏期间，其果皮细胞遭受ROS的氧化胁迫，会导致膜脂过氧化加剧发生、膜脂过氧化产物MDA含量不断增加（图2），进一步毒害西番莲果实的果皮细胞膜并破坏其结构，从而促进采后西番莲果实衰老。然而，与对照果实相比，壳聚糖处理能有效抑制采后西番莲果实贮藏期间果皮O2–·产生速率的上升（图1A），同时维持较低水平的H2O2含量（图1B），推迟ROS爆发进程，进而降低果皮MDA含量的累积（图2），最终减轻ROS对西番莲果皮细胞膜的破坏程度，有利于维持采后西番莲果实品质、延长其果实保鲜期。

SOD、CAT和APX是植物体内主要的ROS清除酶系统。其中，SOD先将细胞内积累的O2–·歧化为H2O2和O2，H2O2再经CAT和APX催化生成无害的H2O和O2。AsA和GSH是非酶促防御系统中的重要抗氧化剂，保障AsA-GSH循环系统的正常运作，加速H2O2分解[33-34]。罗杨等[35]研究表明，浓度为0.3%的壳聚糖处理可诱导鲜银耳体内APX、CAT和SOD活性上升及AsA含量增加，加速银耳体内ROS清除反应，有效延缓采后鲜银耳衰老。Roberta等[36]研究结果表明，壳聚糖处理能有效提高SOD、CAT、APX等ROS清除酶活性，抑制O2–·与H2O2含量的上升，减轻鲜切甜瓜氧化损伤，稳定其品质。千春录等[37]研究表明，猕猴桃果实经1 μL/L 1-MCP处理结合自发气调（MA）贮藏，能有效提高SOD、CAT、APX、过氧化物酶（POD）、脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）等活性，促进AsA和GSH再生，从而延缓猕猴桃果实后熟软化和衰老进程。本试验结果表明，在贮藏期间，对照组西番莲果实的果皮SOD和APX活性分别在贮藏0～3 d内和0～9 d内有所上升（图3A和图3C），这可能是由于ROS清除系统对采后西番莲果实贮藏期间果皮ROS产生、积累而做出的应激反应。然而，随着采后西番莲果实衰老，其果皮SOD和APX活性下降（图3A和图3C），导致ROS清除能力下降、ROS大量积累（图1）。此外，对照组西番莲果实采后贮藏期间，其果皮CAT活性（图3B）和AsA、GSH含量（图4）都随采后贮藏时间的延长而快速下降。上述结果导致采后西番莲果实ROS清除能力下降，致使ROS大量产生而加剧膜脂过氧化反应，从而破坏西番莲果皮细胞膜结构，促进采后西番莲果实衰老、品质下降。然而，与对照果实相比，壳聚糖处理能有效提高西番莲果实贮藏前期的果皮SOD、CAT、APX活性（图3），这可能与壳聚糖处理能诱导采后西番莲果实的ROS清除能力有关;同时，壳聚糖处理能有效维持采后西番莲果实贮藏期间较高的果皮AsA和GSH含量（图4），因此能有效提升采后西番莲果实的ROS清除能力，减缓其膜脂过氧化，较好维持采后西番莲的果皮细胞膜完整性，从而较好保持西番莲果实贮藏品质，提高其果实耐贮性。

植物体内DPPH自由基清除能力和还原力是评估细胞抗氧化能力的重要指标[38]。本研究发现，采后西番莲果实贮藏期间，其果皮DPPH自由基清除能力和还原力持续下降，然而壳聚糖处理保持较高水平（图5）。这说明壳聚糖处理通过诱导采后西番莲果实ROS清除能力，即保持较高的SOD、CAT、APX活性（图3）与AsA、GSH含量（图4），进而能维持较高的果皮DPPH自由基清除能力和还原力（图5），能更有效地降低ROS的产生与累积，减缓膜脂过氧化进程和MDA的累积（图2），从而减缓采后西番莲果实衰老、较好保持采后西番莲果实贮藏品质。

综上所述，壳聚糖处理能有效提高采后西番莲果实贮藏期间的果皮SOD、CAT、APX等ROS清除酶活性，保持较高的AsA、GSH等内源抗氧化物质含量，维持较高的DPPH自由基清除能力和还原力，从而延缓采后西番莲果实果皮ROS（O2–·和H2O2）的产生，降低MDA含量的累积和膜脂过氧化作用，较好维持采后西番莲果实的果皮细胞膜结构完整性，从而有助于保持采后西番莲果实的贮藏品质、提高其果实耐贮性、延长果实保鲜期。

参考文献

滕  峥， 杨翠凤. 西番莲采后品质及其保鲜技术研究进展[J]. 农产品加工， 2019 （22）： 73-76.

帅  良， 廖玲燕， 罗  焘， 等. 1-MCP处理对百香果贮藏品质的影响[J]. 食品工业科技， 2018， 39（15）： 281-284.

陈美花， 熊  拯， 庞庭才. 气调包装对百香果贮藏品质的影响[J]. 食品科学， 2016， 37（20）： 287-292.

Tian S P， Qin G Z， Li B Q. Reactive oxygen species involved in regulating fruit senescence and fungal pathogeni- c ity [J]. Plant Molecular Biology， 2013（82）： 593-602.

Chomkitichai W， Chumyam A， Rachtanapun P， et al. Reduction of reactive oxygen species production and membrane damage during storage of ‘Daw longan fruit by chlorine dioxide[J]. Scientia Horticulturae， 2014（170）： 143-149.

Sun J Z， Lin H T， Zhang S， et al. The roles of ROS production-scavenging system in Lasiodiplodia theobromae （Pat.） Griff. & Maubl.-induced pericarp browning and disease development of harvested longan fruit[J]. Food Chemistry， 2018， 247： 16-22.

林毅雄， 林藝芬， 陈艺晖， 等. 过氧化氢对采后龙眼果实贮藏品质的影响[J]. 食品科学， 2016， 37（22）： 244-248.

郭殿卿， 冯作山， 吴婧婧， 等. 采后过氧化氢处理对伽师瓜贮藏品质的影响[J]. 食品科学， 2012， 33（22）： 324-327.

林艺芬， 林河通， 陈艺晖， 等. 棓酸丙酯处理对采后龙眼果实的保鲜效应[J]. 农业机械学报， 2013， 44（4）： 157-162.

陈亚敏， 陈复生， 杨宏顺. 可食用膜在果蔬保鲜中的研究进展[J]. 农业机械， 2012（30）： 106-109.

Pasquariello M S， Patre D D， Mastrobuoni F， et al. Influence of postharvest chitosan treatment on enzymatic browning and antioxidant enzyme activity in sweet cherry fruit[J]. Postharvest Biology and Technology， 2015（109）： 45-56.

Jongsri P， Wangsomboondee T， Rojsitthisak P， et al. Effect of molecular weights of chitosan coating on postharvest quality and physicochemical characteristics of mango fruit[J]. LWT - Food Science and Technology， 2016（73）： 28-36.

Wang S Y， Gao Y H. Effect of chitosan-based edible coating on antioxidants， antioxidant enzyme system， and postharvest fruit quality of strawberries （Fragaria x aranassa Duch.）[J]. LWT - Food Science and Technology， 2013， 52（2）： 71-79.

Liu K D， Yuan C C， Chen Y， et al. Combined effects of ascorbic acid and chitosan on the quality maintenance and shelf life of plums[J]. Scientia Horticulturae， 2014（176）： 45-53.

Jiang X J， Lin H T， Lin M S， et al. A novel chitosan formulation treatment induces disease resistance of harvested litchi fruit to Peronophythora litchii in association with ROS metabolism[J]. Food Chemistry， 2018（266）： 299-308.

Lin Y Z， Li N， Lin H T， et al. Effects of chitosan treatment on the storability and quality properties of longan fruit during storage[J]. Food Chemistry， 2020（306）： 125627.

呂静祎， 周  影， 葛永红， 等. 1-MCP和乙烯利处理对采后“金冠”苹果常温贮藏过程中生理变化及活性氧代谢的影响[J]. 食品工业科技， 2017， 38（5）： 339-344.

Lin Y F， Lin Y X， Lin H T， et al. Inhibitory effects of propyl gallate on browning and its relationship to active oxygen metabolism in pericarp of harvested longan fruit[J]. LWT - Food Science and Technology， 2015， 60（2）： 1122-1128.

Yi C， Jiang Y M， Shi J， et al. ATP-regulation of antioxidant properties and phenolics in litchi fruit during browning and pathogen infection process[J]. Food Chemistry， 2010， 118（1）： 42-47.

Singh S P， Singh Z. Postharvest oxidative behaviour of 1-methylcyclopropene treated Japanese plums （Prunus salicina Lindell） during storage under controlled and modified atmospheres[J]. Postharvest Biology and Technology， 2012（74）： 26-35.

曹建康， 姜微波， 赵玉梅. 果蔬采后生理生化实验指导[M]. 北京： 中国轻工业出版社， 2013.

陈  莲， 林钟铨， 林河通， 等. 安喜布处理对台湾青枣果实果皮活性氧代谢和细胞膜透性的影响[J]. 热带作物学报， 2013， 34（4）： 704-709.

Qian C L， He Z P， Zhao Y Y， et al. Maturity-dependent chilling tolerance regulated by the antioxidative capacity in postharvest cucumber （Cucumis sativus L.） fruits[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture， 2013，93（3）： 626-633.

Chen C， Hu W， Zhang R D， et al. Levels of phenolic compounds， antioxidant capacity， and microbial counts of fresh-cut onions after treatment with a combination of nisin and citric acid[J]. Horticulture Environment and Biotechnology， 2016， 57（3）： 266-273.

王  馨， 胡文忠， 陈  晨， 等. 活性氧在果蔬采后成熟衰老过程中的作用及几种气体处理对其影响的研究进展[J].食品工业科技， 2017， 38（5）： 375-379.

王  静， 孙广宇， 姬俏俏， 等. 活性氧在果蔬采后衰老过程中的作用及其控制[J]. 包装与食品机械， 2015， 33（5）： 51-54， 58.

Gill S S， Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants[J]. Plant Physiology and Biochemistry， 2010， 48（12）： 909-930.

陈  岗， 詹  永， 杨  勇， 等. 弱酸性电位水结合壳聚糖对银耳活性氧代谢的影响[J]. 天然产物研究与开发， 2017， 29（5）： 747-755.

Mei K O， Ali A， Alderson P G， et al. Effect of different concentrations of ozone on physiological changes associated to gas exchange， fruit ripening， fruit surface quality and defence-related enzymes levels in papaya fruit during ambient storage[J]. Scientia Horticulturae， 2014， 179： 163-169.

王登亮. 熱激处理对椪柑果实采后耐贮性的影响[D]. 杭州： 浙江大学， 2014.

罗淑芬， 孙凤杰， 胡花丽， 等. 6-苄基腺嘌呤对鲜莲子活性氧代谢及能量水平的影响[J]. 核农学报， 2018， 32（5）： 916-923.

邵婷婷， 张  敏， 刘  威， 等. 采后热水处理对青椒果实低温贮藏期间活性氧代谢及抗氧化物质的影响[J]. 食品与发酵工业， 2019， 45（12）： 133-139.

Wang H， Zhi W， Qu H X， et al. Application of α-aminoisobutyric acid and β-aminoisobutyric acid inhibits pericarp browning of harvested longan fruit[J]. Chemistry Central Journal， 2015（9）： 54.

陈艺晖， 张  华， 林河通， 等. 1-甲基环丙烯处理对杨桃果实活性氧代谢和细胞膜透性的影响[J]. 热带作物学报， 2013， 34（12）： 2 403-2 407.

罗  杨， 杨  勇， 吴  振， 等. 壳聚糖对新鲜银耳保鲜及活性氧代谢影响研究[J]. 天然产物研究与开发， 2015， 27（10）： 1753-1758.

Roberta L C， Marilia F C， Thais A G， et al. Chitosan coating with trans-cinnamaldehyde improves structural integrity and antioxidant metabolism of fresh-cut melon[J]. Postharvest Biology and Technology， 2016（113）： 29-39.

千春录， 殷建东， 王利斌， 等. 1-甲基环丙烯和自发气调对猕猴桃品质及活性氧代谢的影响[J]. 食品科学， 2018， 39（11）： 233-240.

范昊安， 薛淑龙， 王高坚， 等. 紫苏叶酵素发酵过程中代谢产物与抗氧化活性研究[J]. 中国酿造， 2019， 38（9）： 148-154.