活性氧在采后果蔬品质劣变中的作用及其控制技术研究进展

刘竟运, 林育钊, 范中奇,3, 林艺芬,3, 林河通

(1.福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350002；2.亚热带特色农产品采后生物学福建省高校重点实验室，福建 福州 350002;3.福建农林大学农产品产后技术研究所，福建 福州 350002)

果蔬采后贮藏期间极易发生品质劣变，降低了果蔬食用品质和商品价值，不利于长期贮藏和跨区域销售，从而限制果蔬采后保鲜产业发展。活性氧(reactive oxygen species, ROS)、能量亏缺、机械损伤、冷害、病原菌侵染等因素会导致采后果蔬品质劣变，其中ROS代谢失衡被认为是影响其劣变发生的最重要原因之一[1-6]。Lin et al[7]研究表明，随着贮藏时间的延长，采后龙眼果实果皮ROS水平随之升高， 果皮组织中的ROS相关清除酶活性减弱，果皮褐变指数不断提高，表明采后龙眼果皮褐变可能与ROS代谢失衡有关。Zhang et al[8]研究认为，外源褪黑素处理能够有效减少采后荔枝果皮的ROS积累，并提高ROS清除酶活性，从而缓解采后荔枝果皮表面褐变的进一步发生。因此，本文就近年有关ROS代谢在采后果蔬品质劣变中的作用及其控制技术的研究进展进行综述，为阐明ROS与采后果蔬品质劣变发生的关系，减少采后果蔬品质劣变、维持其贮藏品质提供参考。

1 采后果蔬主要品质劣变现象

1.1 褐变

酶促褐变是果蔬采后品质劣变的常见现象[1]。正常果蔬组织中，与褐变有关的多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)和褐变底物(酚类物质)在细胞中呈区室化分布，这一正常分布状态一旦被破坏，PPO则与酚类物质直接接触，从而促进酶促反应，导致果蔬组织中的酚类物质被氧化成醌类物质，醌类物质进一步聚合，诱发采后果蔬组织褐变[1,4,9-10]。褐变的发生影响果蔬外观色泽及品质，不仅大大降低商品率，还不利于采后果蔬的销售[1,11]。王亮等[12]研究发现，聚氯乙烯薄膜(30 μm厚度)包装的山楂果实在(0±0.5) ℃下贮藏，贮藏后期山楂果实的丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量加速上升，果肉褐变加剧，导致果实品质下降。酶促褐变还影响绿豆芽贮藏保鲜，即在PPO催化作用下，绿豆芽的酚类物质经氧化、聚合等反应，形成褐色物质，导致采后绿豆芽出现褐变[9]。采后龙眼果实外果皮表面色泽逐渐暗淡、内果皮出现褐变斑点等褐变现象，降低其商品价值，严重影响贮藏与销售[13]。

1.2 软化

采后果蔬出现质地变软、硬度下降等软化现象，导致其不耐贮藏、货架期短、商品价值下降[3]。多数研究认为，随着果胶脂酶(pectinesterase, PE)、多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase, PG)、β-半乳糖苷酶(β-galactosidase,β-Gal)、纤维素酶(cellulase, Cx)等细胞壁降解酶活性的增强，果胶物质、纤维素、半纤维素等细胞壁物质降解，细胞壁结构被破坏，从而导致采后果蔬软化[3,14-16]。林河通等[5]报道，采后龙眼果实果肉自溶过程中，果实硬度下降，果肉半纤维素、纤维素、原果胶、细胞壁蛋白等细胞壁物质含量降低，果肉PE活性下降，是PE、PG、Cx、β-Gal等龙眼果肉细胞壁降解酶的作用引起细胞壁物质降解所致。Sogvar et al[17]研究发现，草莓采后贮藏期出现硬度下降、表面腐烂、色泽变暗等现象，利用芦荟汁与抗坏血酸混合溶液涂抹其果实表面，可有效抑制采后草莓失重率的增加，维持果肉较高的可溶性固形物含量和糖酸比，延缓果实软化。Du et al[18]采用1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene, 1-MCP)与杀菌剂结合处理西红柿，能够有效延缓采后西红柿果实软化，并抑制病原菌的生长繁殖。Gutiérrez et al[19]研究发现，短波紫外线(波长200～280 nm)结合臭氧处理芝麻菜，可以有效抑制采后芝麻菜软化及其表面微生物的生长，较好保持芝麻菜商品价值。

1.3 冷害

冷害是果蔬在冰点(标准大气压下，0 ℃)以上温度贮藏时发生的低温伤害，易发生在冷敏性果蔬中[20-22]。冷害会导致果蔬采后品质下降、贮藏期缩短。有关果蔬冷害发生机制的研究众多，大部分认为低温冷害会导致果蔬细胞膜结构损伤。果蔬冷害症状通常表现为表面凹陷、斑点、褐变，组织局部坏死，无法正常后熟，但不同种类果蔬的冷害症状不同。如发生冷害的香蕉果实表面呈现褐变斑点、鸭梨果肉出现黑心、桃果肉木质化、黄瓜软化、西葫芦品质快速下降[23-25]。范林林等[26]研究发现，1-MCP处理能有效降低采后西葫芦乙烯释放速率和呼吸速率，缓解冷害的发生。Wang et al[21]研究发现，通过提高桃果实酚类物质和糖代谢，可以缓解冷害发生，延长贮藏期。

1.4 衰老

采后果蔬衰老是内外影响因素直接或间接作用下，导致其组织功能日渐衰退，直至死亡的变化过程[18,27-28]。目前普遍认为，ROS自由基是果蔬采后衰老的主要机制。随着采后果蔬衰老的加剧，果蔬色、香、味、质地、营养等都会发生一系列不可逆的变化，导致采后果蔬品质劣变、商品率降低[27]。刘顺枝等[29]报道，不同贮藏温度对火龙果采后衰老和贮藏品质的影响不同，与15 ℃下贮藏的火龙果相比，5 ℃低温贮藏能有效延缓采后果实衰老，较好保持果肉可溶性总糖、可溶性蛋白质及VC含量。Fan et al[30]研究发现，适宜浓度的茉莉酸甲酯(methyl jasmonate, MeJA)处理茄子果实，可以有效延缓采后茄子果实衰老，减缓果实的果皮花青素降解，减少其果实失重率和褐变，较好维持果实贮藏品质。

2 ROS在采后果蔬品质劣变中的作用机理

2.1 ROS产生与清除机制

2.2 ROS与呼吸代谢的关系

磷酸己糖异构酶(phosphohexose isomerase, PGI)、琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase, SDH)是植物糖酵解(meyerhof-parnas pathway, EMP)—三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle, TCA) 呼吸代谢途径关键酶，细胞色素C氧化酶(cytochrome C oxidase, CCO)、 抗坏血酸氧化酶(ascorbic acid oxidase, AAO)和PPO是重要的呼吸末端氧化酶，6-磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase, G-6-PDH)和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6-phosphogluconate dehydrogenase, 6-PGDH)是呼吸代谢磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway, PPP)的关键酶[33-35]。植物细胞中吡啶核苷酸包括烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADP)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD)、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide, NADH)、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)[33]。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸激酶(nicotinamide adenine dinucleotide kinase, NADK)是促进NADP生成的唯一酶，在ATP的参与下，NAD在NADK的作用下磷酸化生成NADP[34-35]。植物细胞中的吡啶核苷酸参与呼吸代谢和电子传递等过程[35]。NADP主要参与PPP呼吸代谢途径，而NAD则主要参与EMP-TCA呼吸代谢途径[33,35]。因此，可以从G-6-PDH、6-PGDH、PGI、SDH、CCO、AAO、PPO等酶活性以及NAD、NADP含量的变化规律来推测植物呼吸代谢途径及其变化规律。

果蔬通过呼吸代谢产生能量以满足自身基本生理代谢需求。然而，随着采后果蔬呼吸作用的持续进行，果蔬体内糖类物质的大量消耗导致其营养物质含量降低、口感变差。ROS引起的采后果蔬衰老、冷害、褐变、果肉软化及自溶等品质劣变与呼吸代谢紊乱、呼吸代谢途径相关酶活性及吡啶核苷酸含量的变化关系密切[27,33]。林毅雄等[36]报道，与对照龙眼果实相比，H2O2处理会提高采后龙眼果实呼吸强度，降低龙眼果肉VC、蔗糖、总糖等营养物质含量，促进果肉软化及自溶和果皮褐变发生，降低龙眼果实贮藏品质和商品价值。Lin et al[33]研究发现，经H2O2处理的龙眼果实贮藏期间果皮褐变指数和果肉自溶指数较高，且果实呼吸速率及PGI、SDH、CCO、AAO和PPO活性均较高，NADK、G-6-PDH+6-PGDH活性以及NADP、NADPH含量较低，而NAD、NADH含量较高。据此认为，H2O2会导致采后龙眼果实品质劣变(果肉自溶、果皮褐变)，这与H2O2提高采后龙眼果实呼吸速率，削弱PPP呼吸代谢途径，增强EMP-TCA呼吸代谢途径、细胞色素途径(cytochrome pathway, CCP)及CCO、AAO、PPO等呼吸末端氧化酶活性有关。刘佩等[37]研究ROS代谢失调与采后‘黄冠’梨果皮褐变的关系，发现采后ROS的积累可显著提高‘黄冠’梨果实呼吸强度，降低果实硬度及果肉总可溶性固形物含量，促进果皮褐变进程，降低果实贮藏品质。

2.3 ROS与生物膜稳定性的关系

生物膜具有一定的流动性和功能性，在维持采后果蔬品质上起重要作用。生物膜的稳定性取决于膜脂降解酶活性、磷脂组分、膜脂脂肪酸组分及含量等因素。而生物膜结构的破坏则会促进细胞的衰老和死亡。因此，维持生物膜稳定性对保持采后果蔬贮藏品质具有重要意义[38]。膜脂过氧化作用会降低果蔬细胞膜脂不饱和脂肪酸含量、脂肪酸不饱和指数和脂肪酸不饱和度，破坏细胞膜结构，从而影响细胞膜功能。与此同时，膜脂过氧化反应产物，如ROS、MDA、氧自由基等，将进一步毒害细胞，进而破坏细胞膜结构。

2.4 ROS代谢与能量水平的关系

作为一个有机体，采后果蔬体内仍存在正常生理代谢。研究表明，能量亏缺与采后果蔬衰老[1,27,44-45]、冷害[39-40]、褐变[4,6,8,41,46]、果肉软化[31-32]、果肉自溶[47]等品质劣变密切相关，较高的ATP含量及能荷水平对维持采后果蔬品质、延缓衰老进程具有重要意义[1]。Lin et al[47]研究发现，与对照组龙眼果实相比，经H2O2处理的龙眼果实贮藏期间果肉自溶指数较高，果肉ATP、ADP含量和能荷值较低，线粒体膜、液泡膜和质膜Mg2+-ATPase、Ca2+-ATPase、H+-ATPase活性较低。因此，龙眼果实采后果肉自溶发生与ATPase活性下降及能量亏缺有关。此外，朱立保等[48]报道，芸苔素内酯(brassinolide, BR)处理能有效延缓甜瓜衰老，提高甜瓜ROS清除能力，减少ROS积累，保持甜瓜较高的能量水平。

3 ROS清除剂控制采后果蔬品质劣变

ROS清除剂通过维持采后果蔬ROS清除系统的稳定性，将ROS代谢维持在一个相对平衡的状态，从而减少果蔬采后品质劣变，延长贮藏保鲜期。用于采后果蔬保鲜的外源ROS清除剂必须是无毒、无害，且不与果蔬体内物质发生反应而产生对人体健康有潜在危害的物质。目前采后果蔬保鲜常用的外源ROS清除剂有：AsA、GSH、棓酸丙酯、L-半胱氨酸等。通过外源ROS清除剂调控果蔬体内ROS代谢平衡，以降低采后果蔬呼吸作用和膜脂过氧化水平，维持较高的生物膜稳定性以及能量水平，从而达到延缓采后果蔬品质劣变的目的。

Song et al[49]研究发现，外源AsA处理可以及时清除荸荠果肉ROS，延缓果肉表面黄化，保持荸荠贮藏品质和商品价值。Martínez-ortiz et al[50]以抗性淀粉为基底，将外源AsA做成微胶囊状，均匀涂抹在采后番石榴果实表面，发现该处理可有效降低采后番石榴果实呼吸速率和失重率，保持较高的硬度和果肉TSS含量，较好地维持果实外观色泽和贮藏品质。此外，外源AsA对采后龙眼[5]、草莓[17]、柑橘[51]、香蕉[52]、蘑菇[53]、胡萝卜[54]等果蔬品质劣变也有较好的控制效果。棓酸丙酯在采后果蔬保鲜上的应用也较为广泛[5,55-57]。林艺芬等[56]报道，5 mmol·L-1棓酸丙酯处理能有效控制采后龙眼果实的果皮褐变与果肉自溶，保持较高的果肉Vc、蔗糖等营养物质含量，较好维持果实贮藏品质。李汉良[57]研究认为，棓酸丙酯处理可以有效延缓采后新高梨果实软化和褐变的发生。莫亿伟等[58]研究表明，外源GSH处理可以提高采后荔枝果实ROS清除酶活性，减少ROS过度积累，维持较高的果肉VC含量，从而达到延缓果实品质劣变、延长保鲜期的目的。Li et al[59]研究报道，L-半胱氨酸处理能有效降低采后龙眼果实的果肉自溶指数和H2O2含量，降低果肉PLD、LOX等膜脂降解相关酶活性，从而减缓果肉膜脂氧化反应，达到延缓果实衰老、保持贮藏品质的目的。

近年来，国内外也开发了安全且具有ROS清除功能的天然植物提取物(苹果多酚、茶多酚、原花青素等)，用于控制采后果蔬品质劣变，延长保鲜期[60-65]。Tappi et al[60]报道，绿茶多酚提取物处理可以显著提高鲜切苹果片的抗氧化性能，有利于保持鲜切苹果片的营养品质。Shao et al[61]通过制备茶多酚—支链淀粉—羧甲基纤维素(CMC)纳米纤维(Pul-CMC-TP纳米纤维)，并应用于草莓保鲜试验，发现Pul-CMC-TP纳米纤维能够减少采后草莓果实失重，较好维持果实硬度和品质，延长货架期。Lan et al[62]研究表明，抗菌聚乙烯醇/茶多酚(PVA/TP)复合膜处理能够有效降低采后草莓果实失重和腐烂，维持较高的果实硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量，较好维持草莓果实外观颜色，有效延长保鲜期。此外，Su et al[63]、Zhang et al[64]报道，苹果多酚处理可延缓采后荔枝果实衰老、抑制荔枝果皮褐变、提高荔枝果肉的抗氧化活性，较好保持采后荔枝果实营养品质和食用品质，认为苹果多酚可能是维持采后荔枝果实风味和营养品质的一种有效的采后保鲜方式。Chen et al[65]研究认为，外源原花青素处理可通过增强采后香蕉果实的抗氧化反应、维持较高的体内原花青素含量、减少ROS水平，从而延迟香蕉果实的后熟衰老和软化，较好维持采后香蕉果实的新鲜度。

4 小结与展望

ROS的过度积累、相关内源抗氧化物质含量和ROS清除酶活性下降，会直接导致采后果蔬ROS代谢失衡。而ROS代谢失衡加剧会导致采后果蔬呼吸代谢紊乱、生物膜功能丧失、能量供应不足等，进而引起采后果蔬品质劣变，严重影响其贮藏保鲜和销售。通过调控采后果蔬ROS代谢平衡，能提高果蔬清除ROS能力，保持较高的采后果蔬贮藏品质，减少因采后品质劣变所造成的不必要经济损失，这对促进我国采后果蔬保鲜业发展具有重要意义。

关于ROS在采后果蔬品质劣变中的作用及其调控研究，目前仍然是国际果蔬采后生物学的研究热点。随着研究技术和分子生物科学的发展，可以从以下方面进行更加深入的研究，如通过加大新型ROS清除剂的开发、利用物理或化学等技术手段对已有ROS清除剂进行优化改良、将单一的ROS清除剂处理与其他保鲜手段相结合、利用基因工程技术对ROS代谢相关基因进行修饰等方式，以及基于ROS代谢调控果蔬采后品质劣变机理等方面，这对果蔬采后贮藏保鲜新技术的开发及应用具有重要意义。