1-MCP 对3 种鲜食菜豆采后木质纤维化的影响

谢国芳 费 颖 柴裕清 张明生

（1 贵阳学院食品与制药工程学院 贵州省果品加工工程技术研究中心 贵阳 550005 2 贵州大学生命科学学院 贵阳 550025）

菜豆（Phaseolus vulgaris L.）俗名四季豆、芸豆、玉豆、棒豆、架豆等，是人体补充植物蛋白的重要来源之一。鲜食菜豆因其、色、香、味俱全，营养丰富而深受消费者喜爱。然而，由于其组织幼嫩，采后维持较高呼吸，以致极易发生纤维化、黄化等衰老，严重影响其营养品质和食用品质[1]。目前，国内外主要开展了品种、采收成熟度、采收时间、气候、贮前处理（包括热处理、1-MCP 熏蒸、亚精胺、壳聚糖涂膜、精胺渗透、超声波及辐照等）、贮运条件（温度、气体组分）等对贮藏品质的影响研究[1]，仅缪颖等[2]研究发现壳聚糖涂膜处理可以有效延缓纤维素合成相关酶（POD、PPO 及PAL）活性增加，延缓纤维化进程。一方面，豆荚采后失水，代谢消耗碳水化合物导致豆荚变薄[2-5]；另一方面，随着细胞增长和次生壁增厚，大量纤维素合成，形成纤维束，木质素合成，沉积在维管束网络中，发生木质纤维化，组织变得粗糙，总膳食纤维、可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维发生改变[2，6]。

研究显示，酚类是芦笋木质素合成的前体物质[7]，蔗糖合成酶（SuSy）活性增加使得纤维素合成加速，苯丙氨酸裂解酶（PAL）、4-香豆酸：辅酶A连接酶（4CL）、肉桂酸脱氢酶（CAD）、多酚氧化酶（POD）及漆酶（LAC）等活性增加使得木质素合成加速，促进果蔬组织的木质化[8-11]。枇杷低温贮藏中，冷害诱导组织木质化，促进硬度增强，是木质素合成和纤维素降解协调作用的结果[12-13]。Zhang等[14]发现乙烯促进菜薹木质素合成。虽然鲜食菜豆乙烯产生适中，但其对乙烯产生不敏感，因此认为乙烯不是控制菜豆成熟的关键因素[1]。采后1-MCP 处理被广泛应用于降低冷害引起的枇杷[15-17]、猕猴桃[10]、李[18]等果实的木质化，延缓衰老引起的菜薹[14]、竹笋[19-21]等果蔬木质化。Cho 等[22]和Cao等[23]发现1-MCP 可以延缓菜豆衰老和冷害。而且，前期研究发现采后0.5 μL/L 1-MCP 处理能显著抑制青棒豆的木质纤维化。然而，1-MCP 对不同品种鲜食菜豆木质纤维化是否均有较好的抑制效果，尚不清楚。为明确1-MCP 对不同鲜食菜豆品种采后木质纤维化的影响，本文以白棒豆、无筋白棒豆和青棒豆为试材，研究1-MCP 对3 种鲜食菜豆品种采后木质纤维化的影响，为鲜食菜豆的贮藏保鲜提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料及试剂

鲜食菜豆（品种：白棒豆、无筋白棒豆和青棒豆），贵阳市石板农产品物流园，所有豆荚均于前一天下午采收，采后18 h 内运回贵州省果品加工工程技术研究中心贮藏保鲜研究室，选择无病虫害和机械损伤，大小和色泽一致的豆荚进行试验。

1-MCP 为粉剂（0.14%），美国罗门哈斯公司。所用试剂均为分析纯级。

1.2 主要仪器与设备

6600 O2/CO2顶空分析仪，美国ILLINOIS 公司；KQ5200DE 型超声清洗器，昆山市超声仪器有限公司；TAXT plus 质构仪，英国Stable Micro System 公司；UV-2550 型紫外分光光度计，日本岛津公司。

1.3 试验处理

将每个试验的菜豆随机分为2 组，转入220 L 熏蒸帐中，1-MCP 处理组按0.5 μL/L 加入1-MCP，在25 ℃下熏蒸处理18 h；以不加1-MCP 作为对照组。用迷你风扇促进熏蒸帐内空气循环流动。熏蒸结束后将菜豆转入（12±1）℃冷库中贮藏，相对湿度为90%～95%。每个处理做3 个生物学重复，每个重复0.5 kg，每隔5 d 取样，测定相应指标。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 呼吸速率 呼吸速率采用静置法[5]测定。

1.4.2 还原糖和纤维素含量 纤维素含量采用酸洗涤剂法[2]测定，结果用%表示。

1.4.3 总酚和木质素含量 总酚采用福林酚法[24]测定，用没食子酸为标准品作标准曲线，计算总酚含量，单位为g/kg；木质素参照Liu 等[7]的方法，结果以A280/g 表示。

1.4.4 蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶活性 蔗糖磷酸合成酶（SPS）和蔗糖合成酶（SuSy）活性参照Grof 等[25]和Cunha 等[26]的方法测定，结果用mol/（h·kg）表示。

1.4.5 过氧化氢（H2O2）含量和超氧阴离子（）产生速率 H2O2含量参考Lin 等[27]的方法，以H2O2绘制标准曲线，计算样品中H2O2含量，以mol/kg 表示产生速率的测定参考Lin 等[27]的方法，以KNO2为标准品绘制标准曲线，计算样品产生速率，以mol/（min·kg）表示。

1.4.6 木质素合成相关酶 PAL 参照Li 等[10]的方法，结果用U/g 表示，以在290 nm 下每小时吸光值变化0.01 为1 个活力单位；CAD 参照Li 等[10]的方法测定，结果用U/g 表示，以在340 nm 下每小时吸光值变化0.001 为1 个活力单位；4CL 参照Luo 等[9]的方法测定，结果用U/g 表示，以在333 nm 下每分钟吸光值变化0.001 为1 个活力单位；POD 参照Xie 等[28]的方法，结果用U/g 表示，以在470 nm 下每分钟吸光值变化0.1 为1 个活力单位。

1.5 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2016 计算和整理，结果用平均值±标准偏差表示，采用Graphpad prism 7.00 做柱形图，采用IBM SPSS 22 进行Duncan’s 多重比较法分析组间差异显著性（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 1-MCP 对鲜食菜豆贮藏期间呼吸速率的影响

如图1 所示，采收时白棒豆的呼吸速率显著低于无筋白棒豆和青棒豆，1-MCP 处理显著降低贮藏期间白棒豆和青棒豆的呼吸速率（P＜0.05），显著降低青棒豆呼吸速率的峰值（P＜0.05），然而却显著增加无筋白棒豆贮藏10～15 d 时的呼吸速率（P＜0.05），说明1-MCP 处理对不同品种鲜食菜豆呼吸速率的影响，存在显著差异。

2.2 1-MCP 对鲜食菜豆贮藏期间纤维素合成代谢的影响

如图2 所示，3 个品种鲜食菜豆还原糖均呈先增后降的变化趋势，贮藏前5 d，1-MCP 处理显著降低无筋白棒豆和青棒豆还原糖含量（P＜0.05），贮藏10 d 后则抑制其还原糖的降低；贮藏期间3个鲜食菜豆品种的蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶均呈先增后降的趋势，1-MCP 处理显著抑制无筋白棒豆和青棒豆的蔗糖磷酸合成酶活性的升高和峰值（P＜0.05），然而，显著增加白棒豆蔗糖磷酸合成酶的活性（P＜0.05）；贮藏5 d 后，1-MCP 处理显著抑制无筋白棒豆蔗糖合成酶活性的增加，却显著增强白棒豆和青棒豆蔗糖合成酶活性（P＜0.05），使得峰值提前到达，随后持续下降，贮藏15 d 后显著低于对照组（P＜0.05）；3 个品种鲜食菜豆纤维素均呈先增后降的变化趋势，1-MCP 处理显著抑制青棒豆贮藏期间纤维素含量的增加（P＜0.05），贮藏10 d 后显著促进无筋白棒豆纤维素含量的减少（P＜0.05）。

图1 1-MCP 对鲜食菜豆呼吸速率的影响Fig.1 Effects of 1-MCP on respiration rate of fresh common bean

图2 1-MCP 对鲜食菜豆纤维素合成代谢的影响Fig.2 Effects of 1-MCP on cellulose synthesis metabolism of fresh common bean

2.3 1-MCP 对鲜食菜豆贮藏期间木质素合成代谢的影响

如图3 所示，不同品种鲜食菜豆总酚含量呈现不同的变化趋势，白棒豆和青棒豆的总酚含量呈先增后降的趋势，1-MCP 处理均显著增加3 个鲜食菜豆品种贮藏前期总酚含量（P＜0.05），贮藏20 d 时3 个鲜食菜豆品种的总酚含量均显著低于对照组（P＜0.05）；贮藏期间白棒豆的PAL 活性呈先降后增的趋势，而无筋白棒豆和青棒豆则呈先增后降的趋势，贮藏10 d 后1-MCP 处理显著抑制白棒豆和无筋白棒豆的PAL 活性（P＜0.05），显著增强青棒豆整个贮藏期间PAL 活性（P＜0.05）；3个鲜食菜豆品种CAD 活性及变化趋势不同，白棒豆和无筋白棒豆CAD 酶活呈现先增后降的趋势，而青棒豆则呈持续下降的趋势；1-MCP 处理显著抑制了无筋白棒豆和青棒豆CAD 的活性（P＜0.05），却显著增强白棒豆CAD 酶的活性（P＜0.05）；贮藏期间白棒豆和无筋白棒豆POD 活性呈先增后降的趋势，无筋白棒豆则呈先降后增的趋势；1-MCP 处理显著增强白棒豆和青棒豆贮藏5 d时POD 活性（P＜0.05），显著延缓无筋白棒豆贮藏5 d 时POD 活性的急剧下降（P＜0.05）；3 个鲜食菜豆品种采后贮藏期间木质素含量均呈上升趋势，1-MCP 处理显著延缓3 个品种鲜食菜豆木质素含量的上升（P＜0.05）。

图3 1-MCP 对鲜食菜豆木质素合成代谢的影响Fig.3 Effects of 1-MCP on lignin synthesis metabolism of fresh common bean

2.4 1-MCP 对鲜食菜豆贮藏期间过氧化氢含量和超氧阴离子产生速率的影响

如图4 所示，3 个品种鲜食菜豆贮藏期间超氧阴离子产生速率均呈先增后降的趋势，1-MCP对3 个品种的影响存在较大差异。贮藏前10 d，1-MCP 处理显著促进白棒豆超氧阴离子产生速率（P＜0.05），青棒豆的超氧阴离子产生速率则在贮藏5 d 后显著升高（P＜0.05），然而1-MCP 却显著抑制无筋白棒豆超氧阴离子产生速率（P＜0.05）；3个品种鲜食菜豆过氧化氢含量的变化趋势不同，白棒豆在贮藏前10 d 呈下降趋势，随后增加，1-MCP 处理对其影响不显著（P＞0.05）；然而，无筋白棒豆和青棒豆则呈先增后降的趋势，贮藏前10 d无筋白棒豆过氧化氢含量显著增加（P＜0.05）；贮藏5 d 青棒豆过氧化氢含量受到显著抑制（P＜0.05），然而贮藏10 d 后1-MCP 处理组过氧化氢含量显著高于对照组（P＜0.05）。

3 讨论

研究结果表明，3 个鲜食菜豆品种采收时的生理生化存在显著差异（P＜0.05），与前期研究结果基本一致[5]。1-MCP 处理显著降低贮藏期间白棒豆和青棒豆的呼吸速率（P＜0.05），与其在油豆荚和豌豆中应用效果一致[22-23]，然而1-MCP 处理却显著增加无筋白棒豆贮藏10～15 d 时的呼吸速率（P＜0.05），说明1-MCP 处理对不同品种鲜食菜豆呼吸速率的影响存在显著差异。

图4 1-MCP 对鲜食菜豆贮藏期间-产生速率和H2O2 含量的影响Fig.4 Effects of 1-MCP on production rate and H2O2 content of fresh common bean

贮藏期间果蔬组织中的蔗糖在蔗糖合成酶的作用下分解形成葡萄糖二磷酸尿苷，在纤维素合成酶作用下与纤维寡聚糖合成纤维素。研究结果表明，3 个品种鲜食菜豆的还原糖、蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶均呈先增后降的变化趋势，1-MCP 处理显著延缓白棒豆和无筋白棒豆贮藏后期还原糖含量的减少（P＜0.05），显著抑制无筋白棒豆和青棒豆在贮藏期间蔗糖磷酸合成酶活性的升高，降低峰值（P＜0.05），然而，显著增加白棒豆蔗糖磷酸合成酶的活性（P＜0.05）；1-MCP 处理显著抑制无筋白棒豆贮藏期间蔗糖合成酶活性的增加，而显著增加白棒豆和青棒豆贮藏前期蔗糖合成酶活性（P＜0.05），使得峰值提前到达；3 个品种鲜食菜豆纤维素均呈先增后降的变化趋势，1-MCP 处理显著抑制青棒豆贮藏期间纤维素含量的增加（P＜0.05），与其在食荚豌豆和茭白等蔬菜中应用效果相似[29-30]。

贮藏期间豆荚木质素含量增加，豆荚豆筋增长，影响其食用品质。报道显示，酚类是木质素合成的前体物质[7]，通过苯丙烷途径和木质化特异途径合成木质素单体，单体在活性氧催化下聚合，从而促进果蔬组织木质化[8-11]。白棒豆和青棒豆贮藏期间总酚含量呈先增后降的趋势，贮藏前期3 个鲜食菜豆品种1-MCP 处理后的总酚含量均显著高于对照组（P＜0.05），而贮藏后期无筋白棒豆和青棒豆1-MCP 处理组却显著低于对照组（P＜0.05），与1-MCP 对绿芦笋总酚含量的影响相反[7]，说明1-MCP 对不同种类果蔬总酚含量的影响存在差异；贮藏期间白棒豆PAL 活性呈先降后增的趋势，而无筋白棒豆和青棒豆则呈先增后降的趋势，贮藏后期1-MCP 处理显著抑制白棒豆和无筋白棒豆的PAL 活性（P＜0.05），却显著增强青棒豆整个贮藏期间的PAL 活性（P＜0.05）；1-MCP 处理显著降低无筋白棒豆和青棒豆的CAD 活性（P＜0.05），却显著增加白棒豆的CAD 活性（P＜0.05）；1-MCP 处理显著维持POD 活性，延缓鲜食菜豆木质素含量的上升，与其对猕猴桃[10]、枇杷[20]及竹笋[19，21]木质化影响效应一致。贮藏期间3 个品种鲜食菜豆的超氧阴离子产生速率均呈先增后降的趋势，1-MCP 处理一定程度抑制白棒豆和青棒豆超氧阴离子向过氧化氢的转化，然而，对无筋白棒豆却有显著促进作用，与其对枇杷果肉中超氧阴离子生成效应一致[29]。试验结果发现，鲜食菜豆中木质素含量随纤维素含量降低而增加，与枇杷果肉木质化变化一致[12]，1-MCP 处理显著抑制无筋白棒豆和青棒豆贮藏期间纤维素的降低和木质素的上升。

4 结论

3 个品种鲜食菜豆的生理生化虽然存在较大差异，以致1-MCP 对其木质纤维化的影响也存在较大差异。1-MCP 处理主要通过抑制呼吸速率、还原糖含量的降低、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性的增加，从而抑制纤维素含量的增加，通过增加总酚含量、抑制PAL、CAD 和POD 活性，从而抑制木质素单体的合成，通过抑制向H2O2的转化来抑制木质素的聚合，最终抑制鲜食菜豆的木质纤维化。该研究结果将为1-MCP 对食荚蔬菜木质纤维化调控研究以及采后应用提供理论参考。