果实采后贮藏过程乙醇代谢的研究进展*

李 娟，魏珊珊，刘贵珊，康宁波，鲁 玲，贾莉莉

（宁夏大学食品与葡萄酒学院，银川 750021）

水果营养丰富，富含人体所需的碳水化合物、有机酸、氨基酸、色素、维生素等营养物质，深受广大消费者青睐，是现代人们饮食结构中必不可少的组成部分[1]。果实在高CO2、低O2的气体环境，低温或长期贮藏过程中，组织内部进行无氧呼吸[2]，丙酮酸无氧发酵被启动，丙酮酸在PDC（丙酮酸脱羧酶）与ADH（乙醇脱氢酶）的作用下，产生乙醛与乙醇[3]，发生乙醇代谢反应。乙醛与乙醇作为乙醇代谢产物，是形成果实风味的前体物质与良好口感的调节剂[4]。但乙醇过多的积累，导致异味产生、衰老加快、品质下降以及商品价值大幅度降低[2]。近年来，国内外学者在果实乙醇代谢方面的研究取得了一定进展，不仅对乙醇代谢产物的生理功能、种类、积累以及相关酶的作用进行了探讨，而且就果实贮藏过程中调控因素对果实乙醇代谢的影响方面也进行了大量研究[5]。Lv 等[3]研究表明，在南果梨果实后熟过程中，脱落酸（ABA）对乙醇代谢反应具有促进作用，主要表现在为ABA 处理的葡萄糖、乙醇、乙醛、丙酮酸和乙酰辅酶A 含量增加，且促进了PDC 和ADH 活性；Huan 等[6]研究发现，浓度为1 μL/L 1-MCP 处理猕猴桃，可有效抑制贮藏过程中乙醇代谢，消除异味并有效延缓果实成熟，降低腐烂率，减缓果实软化进程；黄炳钰[7]研究发现，菠萝果实黑心病的发生与乙醇代谢关系密切；赵亚婷等[8]研究发现，NO 处理冬枣后，抑制了贮藏期间果实乙醇和乙醛含量的积累，能较好地保持果实挥发性物质的含量，延缓异味产生。

以上研究说明，乙醇代谢对于果实贮藏品质影响比较普遍，且可人为调控。因此，综述了果实贮藏过程中乙醇代谢机理、代谢产物对果实贮藏品质的影响以及调控因子与乙醇代谢的关系，以期为果实贮藏风味等品质调控提供有效的理论参考。

1 果实贮藏过程中乙醇代谢机理研究

果实保鲜是利用一定调控措施使果实呼吸速率、后熟和衰老等过程得到延缓，同时防止微生物侵染。贮藏过程中，一系列复杂的酶促反应使果实组织产生大量的次级代谢产物，对果实贮藏效果产生深远影响[9]。尤其在厌氧环境下，丙酮酸发酵被启动，丙酮酸作为底物被PDC 催化生成乙醛，在ADH 催化下生成乙醇[10]。王文泉等[9]研究表明，旱生植物在厌氧状态下，ADH 与PDC 在pH 值达到6.8 时，乙醇发酵被启动，当乙醇代谢启动后，在PDC 与ADH 的催化下，乙醛与乙醇含量明显增加。果实贮藏过程中乙醇代谢原理如图1 所示。

图1 果实贮藏过程中乙醇代谢原理

1.1 乙醇代谢相关酶及作用

PDC 与ADH 作为调控乙醇代谢的关键酶，其活性的大小直接影响乙醇与乙醛的生成量。研究发现，在果实的整个发育过程中PDC 转录本都存在，其表达模式与活性模式密切相关，在其发育过程中，PDC 活性模式相当稳定，但在成熟开始后有短暂的活性增加[11]。有氧条件下，比较PDC 与ADH基因在果实发育过程中的表达模式表明，PDC 转录物在果实的整个发育过程中都存在，但ADH 转录物的表达主要是在成熟开始后诱导的，尤其是在果实成熟后期过程中ADH 的表达量明显增加，并且对风味物质的形成具有重要作用。果实中的ADH是在厌氧以及低温、失水、打蜡等条件下参与介导应激等反应[12-13]。

1.1.1 丙酮酸脱羧酶（PDC）

PDC 以焦磷酸硫胺素为辅酶同时结合Mg2+后在细胞质中组成全酶，作为一种羧基裂解酶发挥作用，是催化丙酮酸生成乙醛的主导酶，在果实贮藏乙醇代谢中起着重要作用。PDC 通过与PDH（丙酮酸脱氢酶）竞争参与植物体内的能量和物质代谢，催化丙酮酸代谢响应缺氧、低温、高盐、机械损伤等多种生物与非生物胁迫，驱动发酵代谢通路，在果实成熟组织发育过程中起着重要作用。有研究表明，香蕉在成熟的整个阶段均可以检测到PDC 基因的表达[14]；在柿成熟过程中，PDC 表达水平增加，活性增加后可以促进乙醛积累，有利于果实脱涩[15]。

1.1.2 乙醇脱氢酶（ADH）

ADH 是一种锌结合酶，作为二聚体发挥作用，在植物的营养和生殖器官中广泛存在，不仅在植物的生长发育和成熟衰老中起着关键作用，而且在应对一系列胁迫中也起着重要作用。如在洪涝水压的胁迫下，ADH 催化乙醛生成乙醇，乙醛浓度减小，减少了乙醛对细胞的毒性。ADH 活性的增加与乙醛向乙醇类为主的转变是平行的。ADH 与果实的不同品种及不同发育阶段有着密切关系，其基因转录水平的变化趋势与其生长发育曲线的变化一致[13]。例如杏果实成熟后期，伴随着乙醛与乙醇含量的增加，果肉中ADH 基因表达显著上调；樱桃成熟过程中，乙醛与乙醇含量增加，其ADH 基因和PDC基因上调表达[16]；柿果在成熟后期乙醛与乙醇含量明显增多，但在未完成脱涩的柿果中其含量较低[15]。

1.2 乙醇代谢产物的变化

乙醇代谢的产物乙醛与乙醇对果实贮藏品质有重要影响。乙醛不仅在厌氧状态下产生，在果实前期成熟的过程中，即使在有氧气条件下也存在乙醛成分；乙醇在果实开始成熟后被诱导产生或ADH基因表达诱导，其可作为乙醇生产的调节剂，以响应成熟相关的提示。酶学研究表明，在橙子和梨成熟过程中，乙醇产量增加与PDC 活性显著增加相关。乙醛与乙醇产生与果实品种有关，品种间的差异明显。Ummarat 等[13]曾对柑橘品种中的乙醛和乙醇含量进行测定，乙醛与乙醇含量最高的与最低的相差较大，这说明不同柑橘品种，其贮藏过程中乙醇代谢能力是不一样的。其次，乙醛和乙醇含量还与果实成熟度有关，在果实成熟的过程中含量不断增加直至失去食用价值；Zsilić等[17]研究发现，橙子成熟的过程中，乙醇浓度急剧增加；在自发气调中贮藏的晚熟果实比早熟果实产生更多的乙醛和乙醇，这可能归因于在树上开始的发酵过程，并导致自发气调贮藏期间的变质。

2 乙醇代谢对果实贮藏品质的影响

果实品质主要包括外部形态、形状、颜色、重量等特征和内部硬度、含水量、香味等，它们是果实营养价值和商品性的综合衡量标准[14]。乙醇代谢产物乙醇与乙醛对果实贮藏过程品质影响效果明显，其中乙醇已被认为是果实的一种重要香气挥发性代谢物，对果实成熟度、风味以及感官品质影响效果明显[15]。

2.1 风味

风味的形成是一个动态过程，随着果实的成熟，风味在含量与性质上都会发生变化。总糖、总酸、糖酸比例、芳香等是影响果实风味的综合因素，属于其内部品质。各类水果中不同挥发成分的混合物，醇、醛、酮和酯类物质主要是经脱羧或脱氢，形成支链醇和酰基-CoA，在醇-酰基转移酶的作用下合成支链酯类物质的代谢反应，其中香味主要由果实的芳香物质所决定[18]。例如桃果实酯类的合成是在醇-酰基转移酶的参与下由醇和酰基-CoA 形成的，果实贮藏过程中，乙醇与乙醛作为香气的前体物质，少量的积累有利于香气的产生；当乙醇与乙醛积累量过多，对果皮的木质素具有分解作用，导致果实变软，不利于贮藏品质。申琳等[19]研究发现，冬枣贮藏过程中乙醛、乙醇过量积累，软化速率加快，导致品质降低；Pesis 等[4]研究也发现，厌氧呼吸果实贮藏过程中乙醇、乙醛过度积累，产生令人不悦的异味。Goldenberg 等[20]研究发现，柑橘果实呼吸速率提高，加快了衰老速度，进一步促进了乙醇和乙醛的积累。由此可见，环境中氧气的量对于乙醇代谢的作用也有一定的效果。具体氧气浓度应该如何控制，才会有效抑制乙醇代谢反应，需要进一步研究。乙醇代谢对于果实异味的产生，影响越来越大，猕猴桃贮藏过程中乙醇代谢引起的酒味是其采后贮藏常见的异味现象，导致感官品质下降，特有的风味消失。

2.2 涩味

果实涩味严重影响其食用价值。而乙醇与乙醛有去除果实中涩味的作用，研究发现，在果实种子中可溶性单宁与乙醛缩和成树脂状物质沉淀而使得柿脱涩。余轩[15]研究发现，适当浓度的乙醇可有效使柿在贮藏4 d 后达到完全脱涩的效果。在厌氧环境中，如果柿果处于发育初期，就可以使柿籽产生大量乙醇，并且发现在不同气体条件下，柿果种子产生的乙醇含量不同。

2.3 成熟度

随着果实成熟度不断提高，果实中乙醇积累不断增加。当果实过度成熟时鲜食品质不断变差，特有风味转淡，营养价值与食用价值下降，失去食用品质[21]。也有研究表明，乙醇具有保持果实品质的作用，例如乙醇对香蕉进行处理后，延缓了香蕉的成熟度，保持了其品质[10]。果实的成熟度与果实风味有密切相关，果实的风味不可避免地与贮藏过程中产生的乙醇和乙醛有关，在其成熟过程中，乙醛与乙醇不断积累，会分解果实表皮的木质素，导致果皮变薄，果实变软，加速果实呼吸与乙烯的产生，促进果实成熟，加快腐烂变质[22]。在冬枣贮藏过程中，乙醇过量积累是其软化的主要原因。

3 物理因子对果实采后乙醇代谢的调控

3.1 热处理

热处理又称热激处理，是一种物理、安全、有效的技术，具体指将采后果实短时间置于热空气、热水浸泡或热水淋刷等非致死高温（介质温度一般为30～50 ℃，有时会达到55 ℃）中，处理时间从几秒到几天不等。并且热处理会钝化果实乙烯合成相关酶活性，同时可产生热激蛋白，热激蛋白可保护和提高果实的耐热性，降低PDC 与ADH 的活性。Ma 等[23]研究表明，热处理可以有效延缓成熟，抑制乙醇代谢反应，但热处理在一定程度上会增强果实厌氧呼吸，促进乙醛和乙醇的积累。近年来，已有大量学者研究不同热处理工艺对果实贮藏期间乙醇代谢相关产物的影响，目的在于控制果实的呼吸作用，调节果实内部活性物质的代谢，并抑制病原菌在一些果实的表面生长，同时热处理可控制采后害虫繁殖等，提高果实的耐贮性，从而达到果实保鲜的目的，降低果实乙烯合成相关酶活性，以减少乙烯的合成。Obenland 等[24]研究表明，甜橙在48.5 ℃热空气中处理至少200 min 后，乙醇浓度显著，散发出明显的异味；Shen 等[25]研究表明，对芒果进行热水处理后，乙醇积累少，果实品质明显提高。热处理对风味的影响因果实的种类、温度和持续时间而异[26]。

3.2 低温

低温对于果实贮藏期间乙醇代谢的影响尤为重要，有效地抑制了不同酶的催化活性，促进了果实贮藏保鲜。在低温胁迫的作用下，乙醇代谢反应易被启动，乙醛和乙醇积累量增多。田世平[27]研究发现，甜橙果皮和果汁中乙醇含量在10 ℃的贮藏条件下是5 ℃的2～3 倍，甜橙果汁在20 ℃条件下乙醇的含量比5 ℃高出10 倍，说明适当提高温度可以促进乙醇代谢反应，从而使乙醇积累量增多；随着贮藏期的延长，其乙醇代谢产物的量也在不断增加，说明贮藏温度和时间对果实异味物质的积累有显著影响。低温使PDC 和ADH 活性及基因表达降低，会减少丙酮酸、乙醛和乙醇等物质的积累速度，而适当地提高温度、延长贮藏时间，乙醇代谢产物积累量会增多，果实异味积累明显，可影响其贮藏品质。

3.3 气调及自发气调包装

气调及自发气调包装技术在果实采后贮藏保鲜中应用广泛，但如果使用不当，形成厌氧环境，乙醇代谢产物积累，会造成果实品质损伤。氧是构成整个植物生命体代谢的核心，驱动ATP（三磷酸腺苷）合成，所以植物活细胞生长代谢需要适当浓度的氧。而厌氧胁迫机理中提出植物无氧呼吸产生的乙醇与乙醛是中间产物，由于不能被完全氧化，积累到一定程度可能对细胞产生毒害。低浓度的O2会引起植物的无氧呼吸代谢，促使乙醛向乙醇转化，并造成乙醇的大量积累。李红卫等[28]研究证明，气调贮藏可推迟冬枣贮藏过程中乙醇、乙醛的积累，抑制PDC 和ADH 活性；姜爱丽[29]研究表明，高CO2处理甜樱桃，其果肉乙醇含量较其他处理组明显减少，利于保鲜；在贮藏初期对照组和自发气调包装中果实中的乙醇含量均显著高于控制气调处理组，但是27 d 后迅速下降；Lalel 等[30]研究气调贮藏对芒果香气挥发性物质产生的影响表明，在含1.5%O2＋6%CO2与1.5%O2＋8%CO2的气调包装中贮藏的芒果果实，乙醛与乙醇总含量显著增加。

高CO2浓度会引起果实的无氧呼吸代谢，并且不同果实对CO2伤害的敏感性不同。张艳艳等[31]研究表明，高CO2处理哈密大枣后，贮藏期间丙酮酸含量先上升后下降，同时乙醛生成乙醇，导致乙醇积累；Pace 等[32]研究表明，贮藏环境中CO2浓度的增加会改变土豆的香气成分。Blanch 等[33]研究表明，在草莓贮存过程中，PDC 和ADH 的上调与乙醇代谢物的增加无关。贮藏在CO2浓度超过20%的环境中，乙醇发酵对维持水果乙醇代谢至关重要，既可减少脂质过氧化，又可减轻细胞水应激。但是CO2浓度增加，产生的过量乙醛和乙醇与束缚水和丙二醛产量的减少密切相关。Ponce-valadezz 等[34]研究表明，CO2处理草莓果实乙醇代谢产物差异与酶活性和基因表达不一致。

3.4 光照

光照通过影响乙醇代谢相关酶活性与产物的前体物质从而对乙醇积累造成影响。研究表明，光照强度的改变可以显著影响果实乙醇含量积累[35]；如在实际生产过程中，避免自然光照损伤果实品质，通过进行套袋处理改变果实的光照强度，套袋后的金世纪苹果果实在贮藏过程中，代谢产物醛类、醇类的相对质量分数高于对照[36]；无纺布白袋与纸质绿袋处理，光照强度不同，阳光玫瑰葡萄醇类物质积累量也不同[37]。

4 化学因子对果实采后乙醇代谢的调控

4.1 NO

NO 对果实乙醇代谢相关酶的活性有一定的调控作用。成熟度越高的果实，NO 的释放量越少，乙烯释放量升高[38]。NO 调控果实乙醇代谢的可能机理是其通过与酶蛋白中的金属离子或巯基的结合和释放反应，作为细胞间的信息递质，调控植物的生长发育和抗病防御等生理过程。研究表明，NO处理猕猴桃果实减缓了丙酮酸脱羧酶催化丙酮酸的作用，有效抑制了猕猴桃贮藏过程中的乙醇与乙醛的积累，从而抑制了猕猴桃变软以及异味产生；且经NO 处理后的冬枣，延缓了丙酮酸含量高峰的出现，ADH 活性被显著抑制，乙醇积累和褐变软化速度均得到有效控制[39]。由NO 延缓冬枣果实内乙醇积累的作用机理可知，乳酸脱氢酶（LDH）和ADH的活性与羟基、氨基和巯基等属于氨基酸残基上的功能基直接相关。ADH 分子是由酶蛋白和辅酶（NAD+）组成的全酶，活性中心含有2 个Cys 的巯基，可与Zn2+共价结合。NO 与ADH 活性中心的巯基发生反应生成RSNO 阻断了巯基与Zn2+的结合，从而抑制了ADH 的活性。

4.2 草酸

草酸广泛存在于生物体中，由生物体内维生素代谢产生，通过同位素示踪实验，草酸是抗坏血酸的代谢产物，也是一种天然的抗氧化剂，其在生物体抗氧化系统的抗病性中发挥作用[40]。草酸对于果实的保鲜处理，会影响到果实内部抗坏血酸的生成和代谢[41]。草酸对猕猴桃进行处理后，能够减弱ADH 的活性，抑制乙醛的转化，较好地抑制异味的产生，但是对PDC 作用并不明显。

4.3 植物生长调节剂

大量研究表明，果实组织内的生物活性受乙烯调控。1-MCP（1-甲基环丙烯）是一种商业乙烯抑制剂，分子式为C4H4，是一种无色、无毒、无味的环丙烯类气体化合物，沸点为10 ℃。在果实贮藏过程中，经1-MCP 处理后的果实，由于1-MCP 能优先与乙烯受体蛋白结合，抑制乙烯与乙烯受体蛋白的信号传导与结合，阻止乙烯引起的果实生理效应，从而达到果实贮藏保鲜以及延缓衰老的作用（图2）；研究表明，香蕉经过1-MCP 处理后，乙醇代谢减缓，醇类物质减少，导致总酯含量降低[42]。

图2 1-MCP 在乙烯合成与信号转导途径中的作用

5 生物技术对果实采后乙醇代谢的影响

生物技术的发展使人们对果实贮藏过程中的乙醇代谢调控认识从宏观现象深入到微观基因调控，其以高通量、高灵敏度的现代分析仪器为硬件基础，研究生命个体在特定时间和条件下作出的所有应答，并对这种应答产生的所有小分子基因物进行定性及定量分析，从而定量描述生物内源性物质的整体及其对内因和外因变化的应答规律[43]。其中转录组测定的目的是对所有转录本进行分类，包括mRNA、非编码RNA 和小RNA；代谢组学是定量分析生物体内所有代谢物，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式[44]。研究发现，从贮藏2 个月的柑橘果实中对16 个柑橘品种果肉中ADH、PDC 基因及其对应的ADH 酶和PDC 酶活性进行了研究比较，不同种类的柑橘果实3 个ADH成员和2 个PDC成员表达模式与表达量都存在着不小的差异。大多数柑橘种类其ADH1 呈上升趋势，ADH2 和ADH3 变化则不太明显，但在柚中有着不同于其他品种的相对表达量，柚果肉中ADH2 低于其他种类，而ADH3 略高于其他种类[45]，这说明不同柑橘果实中乙醇与乙醛积累量也会呈现不同的状态，更进一步说明不同柑橘果实的保质期会有所不同；1-MCP 对仙人掌梨果实进行处理后，从RNA测序分析显示，其缓解了仙人掌梨果实冷藏后RNA和转录、信号转导和细胞类别的转录本的大量下调，延缓了成熟度，从而说明果实贮藏过程中乙醇积累量减少，验证1-MCP 可应用于仙人掌梨果实。

6 结语

随着研究的不断深入，人们对果实贮藏过程中乙醇代谢的认识更加全面。通过各种调控技术的使用，果实贮藏过程中乙醇积累量得到有效改善，使得果实品质有所提高，但目前对各项调控技术的研究多集中在物理因子与化学因子对乙醇代谢产物（乙醛与乙醇）的影响效果，以及各种手段处理后，乙醇代谢相关酶活性和基因表达水平的变化，对生物技术调控以及各种调控机理的关注不多。在今后的研究中，对乙醇代谢调控机理以及生物技术调控的研究应受到较多关注。