鲜切果蔬酚类物质的产生及其调控研究进展

高红豆 ，胡文忠 *，管玉格, ，赵曼如 ，张艳慧 ，冯可

1. 大连民族大学生命科学学院（大连 116600）；2. 生物技术与资源利用教育部重点实验室（大连 116600）；3. 大连理工大学生命科学与技术学院（大连 116024）

鲜切果蔬加工方式主要是去皮、切割、切条或片，相对于完整果蔬的呼吸强度，此类加工明显增加了果蔬的呼吸强度，随即引发果蔬发生一系列变化，如褐变、组织分解、产生异味以及果蔬表面微生物生长，但同时也会产生一些酚酸、黄酮类和单宁等有益酚类抗性物质。在对红心萝卜的研究中发现切割程度越大，酚类物质含量越高，抗氧化能力也随之增强[1]。此抗氧化过程主要是外界刺激机体产生相应的抗氧化酶类，相关的抗氧化酶进入一系列的生理代谢循环，促进机体产生相应的抗性物质（酚酸、黄酮类和单宁等），这些抗性物质通过阻碍O2转化成O2-以及调节O2的总体水平来实现机体抗氧化的效果[2]，从而通过自身调节来尽可能地延长贮藏时间。

酚类物质作为一种果蔬中分布较广泛的次生代谢产物，其具有提供植物色素、作为信号分子调节生命活动、参与机体结构组成、提高抗性以及提高果蔬免疫能力的功能[3]。目前酚类物质主要应用在医药行业，对苜蓿中的黄酮类化合物研究就得到黄酮类化合物可以降低乳腺癌、甲状腺癌的发病率[4]。通过口服的方法判断银杏黄酮对家兔心肌缺血的影响试验中得到，银杏黄酮对家兔的心肌组织梗死有明显的减缓作用，对治疗心肌缺血症状有明显效果[5]。但关于酚类物质的产生机制以及调控的研究还不是十分明确，还需做进一步的探索。

1 鲜切果蔬酚类物质

次生代谢是在初生代谢的基础上产生的，其产物一度被认为是机体的异常代谢产物。通常次生代谢产物是指植物中一些对生命活动非必需的小分子有机化合物。基于生物合成途径次生代谢产物大致可分为三类，分别是萜类、酚类以及含氮类物质[6]。其中酚类物质作为果蔬中一种重要的次生代谢产物，其主要包括酚酸、黄酮类和单宁[7]，这些酚类物质具有很强的抗氧化活性，能够有效清除活性氧自由基和抑制膜脂过氧化反应[8]。在某种程度上降低了细胞膜透性变化的发生率，减弱了生物和非生物对果蔬机体的伤害。

1.1 酚酸

酚酸含两个亚组，即羟基苯甲酸和羟基肉桂酸。羟基苯甲酸包括没食子酸、对羟基苯甲酸、原儿茶酸、香草酸和丁香酸；羟基肉桂酸中最常见的是咖啡酸、阿魏酸、对香豆酸和芥子酸[9]。这些酚酸类物质已经得到人们的广泛关注，在探索多种抗褐变剂在莴苣贮藏中的应用时发现莴苣含有儿茶素、羟基肉桂酸衍生物及花青素等多种酚酸类物质，这些酚酸类物质能够降低莴苣氧化速率，有效地延缓褐变发生[10]。在探索温度对鲜切胡萝卜酚类物质的研究中也发现，通过活化对香豆酸、羟基肉桂酸以及苯丙氨酸的直接作用酶4-香豆酸辅酶A连接酶（4CL）、肉桂酸-4-羟化酶（C4H）和苯丙氨酸解氨酶（PAL），能够提高这些酚酸的产生量，从而提高鲜切胡萝卜的抗氧化能力[11]。在生物和非生物的胁迫下，植物根系会释放酚酸类物质，这些物质通过还原、配位和酸化反应，将土壤中难溶性养分活化，进而促进土壤中养分的利用。同时，酚酸也是一类重要的化感物质，植物也会通过释放化感物质实现与其他植物的竞争作用[12]。在葡萄酒中酚酸类物质对激活蛋白-1（AP-1）的调控试验中发现，AP-1影响炎症、细胞分化和增殖的各类基因表达，酚酸在阻碍AP-1转录过程中可直接作为细胞信号物质[13]。由此证明酚酸在抗炎、细胞分化和增殖方面效果明显。

1.2 黄酮类

植物中黄酮类物质有8 000种以上，占酚类化合物一半以上。自然界中的黄酮类物质大多数由苯丙氨酸合成，且主要有六种：黄烷-3-醇、黄酮、黄酮醇、黄烷酮、花青素和异黄酮[14]。它们主要是在颜色及生长发育方面对植物产生影响。研究发现，黄酮类物质具有可塑性，其可塑性是对外界光环境做出的适应性表现，紫外光照射情况下，含黄酮类植物大多会产生较亮的颜色[15-16]。黄酮类物质也通过抑制吲哚乙酸的胞吐作用及诱导基因表达来调节植物生长，同时也能杀死大多数细菌菌株，抑制重要的病毒酶，破坏一些致病生物，但它们对动物细胞的毒性很低[17]。通过多光谱分析和分子对接技术，比较β-乳球蛋白与结构不同的黄酮类化合物结合能力，发现特定的黄酮类化合物结合β-乳球蛋白有促进人体健康的作用[18]。在松针提取物（CDE）对鲜切苹果片的抗褐变试验中也发现，CDE含有大量酚类和黄酮类物质，可清除苹果片中的ABTS和DPPH自由基并且可抑制单酚酶和二苯酚产生[19]。这说明黄酮类物质自身具有很强的自由基清除能力，对机体抵抗外界伤害具有积极作用。

1.3 单宁

单宁是植物中最丰富的次生代谢产物，主要有原花青素和没食子酸酯类。单宁具有很强的抗氧化能力，具有溶解氧、清除自由基以及螯合Fe2+的作用[19-21]。当分别用0.10%，0.20%和0.30%浓度的没食子酸丙酯处理鲜切生姜时，生姜的失重率、褐变程度均有延缓效果，能够抑制褐变的相关酶PPO和POD活性，降低MDA含量，且0.20%没食子酸丙酯处理效果最佳[22]。将单宁运用在葡萄酒酿造过程中，能够起到辅色以及稳定的作用[23]。但对含不同浓度单宁的葡萄酒进行品鉴发现，单宁含量高的样品收敛感强，涩味重，对口腔的刺激性较大[24]。也有研究证实缩合单宁在胃药中发挥重要作用，因其较强的抗氧化作用，缩合单宁会在胃上形成一个保护层起到治疗胃病的效果[25]。

2 鲜切果蔬酚类物质的合成途径

果蔬鲜切后会产生大量的酚类物质以抵御生物和非生物伤害，但酚类物质产生途径较复杂，其中苯丙烷代谢途径是产生酚类物质的关键途径，在整个过程中，首先糖酵解途径（EMP）和磷酸戊糖途径（PPP）产生的磷酸烯醇式丙酮酸和赤藓糖-4-磷酸通过能量代谢途径提供能量，经莽草酸代谢途径转化为苯丙氨酸进入苯丙烷代谢途径进而产生一系列酚类物质[26]。图1为苯丙烷代谢途径[27]，该途径中的莽草酸和苯丙氨酸是酚类物质重要的前体物，通过苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸羟化酶（C4H）、香豆酸辅酶A连接酶（4CL）等抗性酶作用将莽草酸和苯丙氨酸转化为绿原酸、阿魏酸以及咖啡酸等酚类物质。中间过程形成的对香酰CoA，会和乙酸-丙二酸酯途径产生的丙二醛CoA经査尔酮合成酶（CHS）催化形成黄酮类化合物，从而转化成花青素。除苯丙烷代谢外，酚类生物合成的相关途径还有呼吸代谢、糖代谢、能量代谢、三羧酸循环以及氧化磷酸化代谢等[27]。这些代谢途径通过调控苯丙烷代谢过程中所需的原料、能量和代谢酶等实现对苯丙烷代谢的调节，也会对酚类物质产生的种类及含量产生影响。

图1 苯丙烷代谢途径

3 鲜切果蔬酚类物质生物合成的调控

果蔬细胞在受到外界压力或机械损伤时会引发两类酚类代谢响应。第一类是引起酚类物质的氧化，当细胞膜破裂时，酚类物质与氧化系统酶系结合，最终导致酚类化合物发生氧化，氧化过程中多酚氧化酶（PPO）催化酚类物质发生羟基化，随后羟基苯酚转化为醌类物质[28]，表现形式为褐变现象；另一类涉及合成单酚或聚合类酚，主要目的是修复果蔬损伤，由苯丙烷代谢途径中的关键酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）变化引起的[29]。由此可知，通过测定果蔬酚的含量和观察褐变程度可以判断果蔬的新鲜程度，若对上述两类酚类代谢反应进行调控，能够大大提高果蔬的贮藏期。目前，鲜切果蔬酚类物质的调控主要通过一些非生物的理化因素影响果蔬自身抗氧化能力来抵抗外界微生物生长，最终实现贮藏期的延长。

3.1 物理因素对酚类物质的调控

果蔬保鲜的物理处理法主要有切割方式、射线辐照法、冷藏及气调贮藏等。果蔬切割程度对果蔬产酚量有很大影响，在对胡萝卜和洋葱的研究中均有发现。Surjadinata等[29]通过对不同切割程度胡萝卜进行可溶性酚、抗氧化能力和PAL测定，发现切割伤害主要是对绿原酸和二咖啡酰奎宁酸影响较大，并且在第4天时随着切割程度增加，可溶性酚含量明显增多。将两种切割程度（边长为10 mm的立方体块和3～5 mm厚片）的紫洋葱贮藏在不同温度下（0，5，10和15℃），对紫洋葱的总酚、花青素、槲皮素含量以及呼吸速率等指标进行测定，发现0℃储存的鲜切厚片紫洋葱具有最低的呼吸速率和较少的总酚、花青素和槲皮素含量[30]。射线辐照主要是通过抑制果蔬中的微生物来延长果蔬的贮藏期，当分别用1.5，4.5，9.0和15 kJ/m2紫外辐射前处理西兰花时，发现前两个低剂量辐射对微生物菌落生长具有抑制作用，能明显延长西兰花的贮藏期，并且所有辐射剂量均能促进西兰花酚类物质的增长[31]。UV-B辐照前处理后贮藏在不同温度下（9和22℃）的小白菜体内的两种主要多酚类物质（黄酮和羟基肉桂酸）浓度变化不同。9℃时羟基肉桂酸含量增加明显，22℃黄酮类含量增长较多，这可能与黄酮类化合物前体，即羟基肉桂酸的含量有关。相比之下，未经UV-B辐射的小白菜在储存期间多酚浓度变化不明显[32]。可知，不同剂量的辐照对鲜切果蔬贮藏期具有较积极的调节作用。冷藏贮藏是目前最普遍的果蔬贮藏方法，但冷藏通常结合其他贮藏处理方法一起应用，冷藏结合气调贮藏是近年来比较热门的物理贮藏方式，主要是通过调节果蔬的呼吸系统减弱代谢损失，在这个过程中会伴随着一系列的抗氧化物质（包括酚类及其衍生物）产生，同时抗氧化酶类也得到活化，从而实现货架期的延长[33]。在鲜切牛蒡进行低温短时CO2处理时得出，CO2气调处理后牛蒡的呼吸速率和促进褐变的酶（PPO、PAL）活性明显降低，抗氧化酶类（CAT、SOD以及POD）活性提升，近而阻碍了酚类物质氧化发生褐变[34]。Harbaum-Piayda等[32]也发现控制气调贮藏会导致小白菜黄酮类物质含量显著提高。对果蔬进行切割、辐照、冷藏、气调等物理处理，能够对果蔬的抗氧化产生更积极的效果。

3.2 化学因素对酚类物质的调控

化学贮藏方法主要是通过化学试剂和植物生长调节剂对果蔬浸泡、熏蒸或涂膜实现，主要影响其生理代谢体系。浸泡方法应用得较为广泛，多种化学试剂和植物生长调节剂均采用浸泡方法对果蔬进行前处理。在卤代盐浸泡鲜切苹果片的试验中发现，卤代盐抑制苹果片褐变发生的顺序为：氟化物＞氯化物=溴化物＞碘化物=对照，且卤代物主要是通过改变PPO活性来降低酚类物质氧化程度以降低褐变发生率[35]。对“砂蜜豆”品种甜樱桃进行不同浓度的CaCl2（0，10和20 g/L）浸泡处理后发现[36]，不同浓度CaCl2处理均可抑制果实的PPO、POD和LOX的活性，减少MDA的产生，从而降低甜樱桃果实的褐变发生率。熏蒸方法是一种较为简单易行的保鲜处理手段。茉莉酸甲酯（MeJA）对火龙果进行鲜切前熏蒸处理，增强了火龙果抵御伤害的应激能力，主要体现在激发活性氧（ROS）、促进参与苯丙烷代谢途径和ROS清除过程关键酶基因表达，从而提高这些酶活性，最终鲜切火龙果酚类物质大量累积并使其抗氧化能力得到明显提升[37]。涂膜处理主要应用在块茎类蔬菜和较大的果实类，一般叶菜类应用较少。菠萝核心提取物结合魔芋葡甘聚糖对鲜切玫瑰苹果进行涂膜时得出，这种涂膜能够增强总酚含量以及抑制PPO和POD活性，有效地保持了鲜切玫瑰苹果的白度，降低了褐变指数[38]。在对6种茄子进行抗氧化能力研究发现酚类物质较多的野生茄子中抗氧化活性较好[39]，这更一步证实了酚类物质与抗氧化能力具有密切关系：一方面浸泡、熏蒸和涂膜处理主要是通过抑制PPO、POD活性，以达到降低鲜切果蔬中引起褐变的酚类物质含量；另一方面也对ROS清除能力有所提高，从而有效地减弱鲜切果蔬的褐变速率。以上研究表明添加外源化学因素可能会影响酚类产生途径的一系列催化酶类，同时这些外源化学因素也可能是酚类产生途径的中间产物或中间产物类似物，对酚类产生具有调控作用，从而影响鲜切果蔬内部的酚类物质含量。

这些物理化学因素通过调控鲜切果蔬酚类物质的含量和苯丙烷代谢途径的催化酶系增强果蔬抵御外界生物和非生物伤害，增强鲜切果蔬的抗氧化能力，产生较多对人体有利的酚类物质。同时尽可能地提升鲜切果蔬的经济价值，不仅在一定程度上满足了消费者的需求，还促进了鲜切果蔬的市场发展。

4 结语

对鲜切果蔬中酚类物质的分类、产生途径以及调控因素进行综述，发现酚类物质的产生受多重因素影响，生物和非生物因素均会对酚类物质产生较大的影响。调控鲜切果蔬中酚类物质含量能够明显改善果蔬的贮藏期，同时也可提高果蔬的营养物质含量。目前，尽管对鲜切果蔬酚类物质进行了多项研究，但酚类物质产生途径复杂，目前尚未完全明确该途径产生的各项代谢产物和酶的作用，在该途径中会产生一系列催化酶类（C4H、4CL、CHS等），这些酶类在对各代谢产物的影响还需要我们做进一步研究，同时代谢产物是否会对机体其他代谢途径产生促进或者抑制效果也未得到更明确的验证。此外，酚类物质因其具有很好的抗氧化功效，在医药、保健以及美容等更多领域还需继续开发利用。