食用菌褐变机理及抑制方法研究进展

张 旭，潘先兴，田一鸣，李辣梅，夏子茜，严 涵，王 瑞

（贵阳学院食品与制药工程学院，贵州贵阳 550000）

食用菌已有几千年的栽培历史。截至目前，全世界已发现2 000 多种真菌，其中野生真菌200 余种[1]。作为一种功能性食品、药物和营养品，食用菌的潜在价值受到世界范围的广泛关注[2]。我国野生食用菌种类丰富，主要有香菇（Basidaiomycetes）、木耳（Auricularia auricula）、黑松露（Tuber melanosporum）、白松露（Tuber magnalum）、羊肚菌（Morchella esculenta）、牛肝菌(Boletusedulis)、松茸（Tricholoma matsutake）、鸡油菌（Cantharellaceaespp.）、鸡从菌（Collybia albuminosa）、姬松茸（Agaricus blazei）等[3]。食用菌因其较高的营养价值、浓郁的鲜味成分和独特的口感深受消费者喜爱。

食用菌的品质由颜色、质地和风味所决定，其中颜色是最重要的品质指标之一。但食用菌在采后仍在进行呼吸，易发生褐变、失水、质构变化及自溶等现象，从而降低食用菌鲜品的商品价值。褐变是食用菌鲜品采后品质劣变的主要现象之一，通常是由呼吸作用、机械伤、湿度和致腐菌等因素引起的[4]。食用菌褐变分为酶促褐变和非酶褐变，其中酶促褐变是主要的[5]。影响食用菌褐变的因素主要包括内部因素和外部因素。已见报道的抑制食用菌采后褐变的方法有低温贮藏、气调包装、涂膜处理、褐变酶抑制剂及辐照处理等。目前，关于食用菌褐变的文献主要集中于食用菌干品褐变机理的研究上，而对食用菌鲜品的褐变机理及其抑制方法鲜有报道。

本文综述了引起食用菌褐变的主要因素，介绍了食用菌鲜品采后褐变的机理及抑制方法，并对今后抑制食用菌褐变的方法提出了建议，为食用菌的保鲜和应用提供参考。

1 食用菌褐变的内在影响

食用菌组织含水量较高，采后具有较强的呼吸和代谢，导致菌盖开伞、菌柄伸长、菌体收缩软化、失重、褐变等，从而缩短贮运寿命，降低商品及食用价值[6]。食用菌鲜品采后褐变的内在原因主要是酶促褐变和美拉德反应。

1.1 酶促褐变

食用菌采摘后，其细胞完整性遭到破坏，使得酶与多酚底物接触，从而发生酶促褐变。诱发食用菌酶促褐变的主要酶为多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia lyase，PAL）[7]。酶促褐变过程中，PAL 先将底物合成酚类物质，之后PPO 将酚类底物通过不同的途径氧化生成黑色素物质。一般来说，食用菌在生长发育过程中合成的酚类物质随贮藏时间的延长而下降。但在采收或采后处理过程中，食用菌受到外界损伤或处于不良环境中，食用菌细胞发生破裂，导致底物与PPO、PAL 接触，发生氧化褐变，从而使蘑菇颜色变深。并且，PPO 活性随着贮藏时间的增加不断升高，食用菌的褐变程度也在不断增加。

食用菌的酶促褐变受PPO 活力、PAL 活力、酚类底物含量和种类，及底物与酶的结合程度等因素的控制，如双孢菇，酶促褐变的底物主要是酪氨酸、γ-谷氨酰胺酰-4-羟基苯（γ-L-glutaminyl-4-hydroxybenzene，GHB），以及它们的氧化和水解产物[8]。由于GHB 和酪氨酸是相当稳定的化合物，因此较高的PPO 活性才能使双孢菇发生酶促褐变。Wu 等[9]研究了紫外线处理后双孢菇不同部位酚类底物的含量和褐变程度。将双孢菇经过1.0 kJ/m2的紫外线照射100 s 后，于4 ℃条件下贮藏27 d。结果表明，酚类物质和GHB 在菌褶内的含量最高，分别为6.87g/kg和3.50 g/kg；在双孢菇内盖中含量最低，为3.50 g/kg 和0.74 g/kg，因此双孢菇的菌褶最容易发生褐变。Shekari 等[10]研究了褪黑素处理对双孢菇褐变及生化特性的影响。将双孢菇在0（对照）、100 μmol/L 的褪黑素溶液中浸泡5 min，取出沥干，置于4 ℃、85%RH 条件下保存15 d。结果表明，第15 天时，对照组和处理组的PPO 活力分别为49、93 U/g，显著高于0 d 时的活力（9 U/g）。这说明PPO活力增加会引起双孢菇发生褐变。

1.2 美拉德反应

美拉德反应是代谢过程中羰基化合物和氨基化合物发生反应，形成多羰基化合物等棕色物质的过程[11-12]。靳苗苗等[11]研究了乙醇熏蒸对双孢菇的护色作用。将双孢菇用95%乙醇熏蒸3 h，4 ℃贮藏12 d。结果表明，经乙醇熏蒸后双孢菇的还原糖和游离氨基酸含量为0.17%和15 mg/100 g，PPO、PAL 活力为4.2、89 U/g，且整个贮藏期还原糖和游离氨基酸波动较平稳；而对照组则分别为0.23%、27 mg/100 g、6 U/g 和118 U/g，由于对照组持续发生美拉德反应，导致整个贮藏期间还原糖和游离氨基酸数值波动较大。因此，乙醇熏蒸可以有效抑制双孢菇发生美拉德反应，降低PPO 和PAL 的活力，减少褐变。

2 食用菌褐变的外在影响

食用菌发生褐变是一个复杂的过程，不仅受自身酶促褐变和非酶褐变等内在因素的影响，同时采后的一些因素，如微生物侵染病害、机械损伤、贮运环节（温度、湿度、气体环境）等外界因素也会造成食用菌鲜品发生褐变。

2.1 微生物侵染

食用菌在生长过程中极易受病原菌的侵染，发生细菌性褐斑病，使食用菌鲜品表面出现褐斑，颜色变深，最后发生褐变并腐烂。引起食用菌发生细菌性褐斑病的细菌主要为假单胞菌属细菌，它能够导致双孢菇、平菇、杏鲍菇和金针菇发生细菌性褐斑病[13]。Soler 等[14]对双孢菇褐斑病病原菌进行分离与鉴定。结果表明，托拉斯假单胞杆菌（Pseudomonas tolaasiiPaine）为细菌性褐斑病的主要致病细菌。它能通过产生一种脂多糖类的细胞外毒素tolaasins，破坏食用菌的细胞膜结构，使细胞破裂，受感染的子实体表面发黏腐烂并发生褐变[15]。托拉斯假单胞杆菌能侵染多种栽培食用菌，其传播介体为空气、土壤、带病子实体、昆虫等，能够在较短时间内感染子实体、产生病斑并快速蔓延。

此外，除托拉斯假单胞杆菌外，其他种类的细菌也会引起食用菌发生斑点病，导致食用菌发生褐变。Wang等[16]研究了杏鲍菇褐腐病致病菌的分离鉴定。结果表明，引起杏鲍菇褐腐病的致病菌为恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）。赵慧[17]研究了平菇黄斑病病原菌的分离鉴定。结果表明，导致平菇发生黄斑病的病原菌为解淀粉芽孢杆菌（B.amyloliquefaciens）。

2.2 机械损伤

食用菌在采收过程中不可避免地产生机械伤，组织细胞发生破裂，使酪氨酸酶、酚类底物和O2之间发生接触，食用菌出现褐变现象。机械设备采摘的食用菌在采后1 h 内会立即发生褐变，因此这类食用菌通常被制成罐头或进一步加工[18]。Gao 等[19]研究了环境因子对双孢菇损伤敏感性的影响，研究发现，损伤敏感值越低，双孢菇的机械损伤也越低。将食用菌置于以下不同环境中进行种植并机械采收，覆土的厚度2.5、5 cm，菇房内的相对湿度80%、87%。结果表明，当覆土材料为5 cm 和菇房内相对湿度为87%时，双孢菇的损伤敏感值最低，为9.82；而覆土材料为2.5 cm，菇房内相对湿度为80%时，双孢菇的损伤敏感值最高，为18.67。说明适当的覆土厚度和相对湿度可以降低双孢菇的损伤敏感值，从而减少机械损伤。陈代良等[20]通过振动胁迫模拟了运输过程中机械损伤对双孢菇品质的影响，结果表明，3.33 Hz 频率下震动24 h，双孢菇中PPO、POD、SOD 和CAT 分别为7.54、0.17、1.73、5.62 U/(g·min)，对照组为5.15、0.28、2.63、7.69 U/(g·min)，此外，处理组的褐变值为对照组的1.57 倍。说明机械损伤后双孢菇发生了严重的氧化损伤，导致其发生氧化褐变，品质下降。

2.3 贮藏温度

温度是影响采后褐变的重要因素之一。较高的贮藏温度会强化食用菌的一系列生理代谢能力，使食用菌内部PPO 活性提高，微生物生长繁殖，加速食用菌的褐变和营养物质的损失，导致食用菌经济价值降低。Li 等[21]研究了低温贮藏对杏鲍菇采后品质的影响。结果表明，第18 天时，2 ℃下贮藏的杏鲍菇的总酚含量为65.62 mg/g，褐变度为6.83，而8 ℃下杏鲍菇的总酚含量为52.73 mg/g，褐变度为9.27，此时杏鲍菇已发生严重褐变。谢丽源等[22]研究了贮藏温度对采后杏鲍菇生理特性的影响。将杏鲍菇分别于12 ℃和4 ℃、相对湿度85%的条件下贮藏15 d。12 ℃条件下贮藏杏鲍菇的PPO 活力为27.6 U/g，杏鲍菇已发生严重褐变，而4 ℃条件下贮藏杏鲍菇的PPO 活力为14.1 U/g，杏鲍菇只出现了部分褐变。较低的采后贮藏温度虽会抑制褐变，但会导致食用菌出现冷害，段学武等[23]研究了草菇的冷害及有关生理变化。将草菇分别贮藏于15 ℃、5 ℃的环境中72 h，结果表明，15 ℃下的草菇没有出现渗水，失重率为6.2%，而5 ℃下的草菇由于发生冷害出现大量渗水。因此，低温贮藏可以降低食用菌褐变，但也要防止发生冷害。

2.4 相对湿度

食用菌贮藏期间的相对湿度是褐变产生的另一个重要因素。较低的相对湿度会导致食用菌内部水分流失，出现皱缩、细胞破裂等现象；从而增加褐变底物浓度，激活褐变相关酶活性，加速褐变速率。但是，过高的相对湿度（100%RH）会使蘑菇表面的水蒸气出现凝结，导致微生物生长繁殖，从而诱导褐变发生[24]。Rux 等[24]研究双孢菇在RH 为76%、86%、96%、100%，7 ℃的条件下内部水分的变化。结果表明，当双孢菇处于100%相对湿度的条件下，双孢菇内水分以0.1 mg/(kg·s)蒸腾，但因相对湿度太高，出现了软烂和褐变现象；当双孢菇处于86%相对湿度条件下，水分以0.24 mg/(kg·s)蒸腾，此时双孢菇品质良好。Zan 等[25]研究了相对湿度对草菇能量状况和线粒体代谢的影响。将采后的草菇分别置于95%和75%的相对湿度下贮藏5 d。结果表明，在第3 天时，95%RH 环境下草菇的三磷酸腺苷（ATP）和一磷酸腺苷（AMP）含量分别为84.96、51.08 μg/g，75%RH 环境下的为49.82、57.43 μg/g。第5 天时，95%RH 和75%RH 环境下草菇的褐变评分为5.5 和4.2，均为轻度褐变。而对照组的褐变评分为2.1，为严重褐变。说明适宜的相对湿度可以减缓草菇的能量代谢，降低体内酶的活性，延缓褐变发生。

2.5 气体环境

食用菌褐变现象的发生与其采后所处的气体环境有关，气体环境会直接影响食用菌鲜品的呼吸速率及其他生理代谢。食用菌在进行有氧呼吸时，呼吸伴随着热和水的释放。因此，食用菌较高的呼吸速率会导致食用菌表面出现较多的水气和较高的表面温度，从而促进微生物的生长，提高PPO 的活性，加快褐变速率。呼吸速率受温度、O2和CO2浓度的影响[26]。降低O2浓度、增加CO2浓度被广泛用于减缓果蔬采后呼吸速率[27]。然而，在实际应用中，CO2浓度应保持在12%以下，可防止食用菌的CO2生理损伤，O2浓度应保持在1%以上，可防止食用菌出现无氧呼吸[28]。

气调包装（modified atmosphere packaging，MAP）常用于果蔬采后的保鲜，可以防止其发生褐变。MAP 通过调节袋内气体组成成分，可以减缓呼吸速率、抑制酶的活性和微生物的生长繁殖，此外，还可提高超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性，从而抑制褐变。Zalewska 等[29]研究了改良气调包装对双孢菇品质的影响。将双孢菇装入厚度为44 μm 的PET 保鲜袋中，充入不同比例的气体（MAP1：5%O2＋10%CO2＋85%N2；MAP2：10%O2＋5%CO2＋85%N2；MAP3：0%O2＋20%CO2＋80%N2；MAP4：20%O2＋0%CO2＋80%N2），贮藏14 d。结果表明，14 d 时当气体环境为10%O2＋5%CO2＋85%N2时，双孢菇的L*为88.49，而对照组的L*为84.22。Fhl 等[30]研究了不同气调包装对平菇贮藏品质的影响。将平菇贮藏在不同比例的气体中，包括100%O2、50%O2＋50%N2、3%O2＋7%CO2＋90%N2及空气，贮藏27 d。结果表明，在第27 天时，50%O2＋50%N2气调包装下平菇的b*为49.13，而对照组的b*为55.13，说明50%O2＋50%N2可以有效抑制褐变的发生。因此，适当的气调包装可以减缓双孢菇L*的下降和b*的上升，延缓其发生褐变，提高贮藏品质。

3 抑制食用菌褐变的方法

3.1 预冷处理

在果蔬的贮藏过程中，预冷后进行低温贮藏是一种常用的手段[31-35]。食用菌的褐变程度随温度的升高而增加，因此对食用菌进行预冷和冷藏是防止其褐变的重要方法。食用菌采摘后，预冷处理（4～5 ℃）可以有效减缓其新陈代谢、变质和褐变的发生，从而有效延长食用菌的贮运品质和货架期[31]。鼓风预冷、水预冷和真空预冷是水果和蔬菜最常用的预冷方法。刘达玉等[32]将杏鲍菇进行真空预冷，预冷压力为0.01 MPa 以下，使杏鲍菇中心温度达到4 ℃时停止预冷。结果表明，预冷后的杏鲍菇失重率为2.1%，显著低于对照组。Razieh 等[33]研究了预冷处理对双孢蘑菇品质参数的影响。将采后的双孢菇置于2、6、10 ℃条件下鼓风预冷3 h 后，于4 ℃、75%相对湿度的条件下贮藏7 d。研究结果表明，经过2 ℃预冷双孢菇的BI 为18.97，而对照组的BI 为26.37；说明在2 ℃下预冷处理可以有效地延缓双孢菇的褐变。梁豪等[34]研究了真空预冷压力对杏鲍菇采后贮藏品质的影响。将杏鲍菇于4 ℃，预冷压力为800、900、1 000、1 100、1 200、1 500、2 000 Pa 的条件下进行预冷。结果表明，真空预冷压力为1 000 Pa 时，杏鲍菇的呼吸速率峰值出现在第8 天，为79.5 mL/(kg·h)，而对照组的呼吸速率峰值出现在第6 天，为97.3 mL/(kg·h)；说明真空预冷可以降低杏鲍菇的呼吸峰值并减缓其峰值的出现。

3.2 辐照处理

辐照作为一种新的保鲜技术已广泛应用于果蔬保鲜领域，其通过破坏蛋白质结构，使蛋白质变性，达到杀灭果蔬表面微生物的效果，有效地控制细菌性褐斑病的发生。常用于食用菌采后保鲜的辐射技术有UV-C 射线、γ射线和电子束辐照等。叶爽等[36]研究了γ 射线辐照对香菇采后贮藏过程中水分特性及理化指标的影响。将香菇用1.0 kGy 剂量60Co 源γ 射线辐照2.5 h，置于4 ℃贮藏21 d。结果表明，在第21 天时，辐照处理组香菇L*值为87.77，而对照组L*值为80.71，说明辐照处理可以延缓褐变的发生。Shi 等[37]研究超声与辐照对香菇冷藏品质的影响。将香菇分别进行超声波处理（40 kHz、300 W、10 min）和辐照处理（1.0 kGy 剂量60Co 源γ射线处理1.5 h），于4 ℃、75%相对湿度环境中贮藏20 d。结果表明，第20 天时，超声波+辐照结合处理组香菇的总酚含量和PAL 分别为647 mg/kg、188 U/mg；对照组为342 mg/kg、203 U/mg。这说明辐照处理可以有效抑制PAL 活性，防止多酚类物质转化为黑色物质，延缓褐变的发生。

3.3 可食用涂膜处理

半透性可食用涂膜作为一种屏障，可以防止果蔬与环境进行气体交换，减少水分的蒸发和溶质的流失，降低果蔬的生理代谢和呼吸强度，从而有效抑制果蔬的变色。常见的可食用涂膜材料有壳聚糖、海藻酸钠、黄芩胶、芦荟凝胶、高甲氧基果胶、变性淀粉和羧甲基纤维素钠等。Karimirad 等[38]研究了含有柑橘精油的纳米壳聚糖涂膜对双孢菇的保鲜效果。将柑橘精油与纳米壳聚糖按照1∶0.5 混合配置成0.5%的溶液，涂抹到双孢菇的表面，在4 ℃、90%的相对湿度条件下贮藏20 d。结果表明，涂膜后杏鲍菇褐变指数和PPO 活性分别为21.1、29.4 U/g，对照组的褐变指数和PPO 活性为26.1、69.7 U/g。钱磊等[39]研究了羧甲基壳聚糖对杏鲍菇保鲜的效果。将10 g/L 羧甲基壳聚糖保鲜剂涂抹在杏鲍菇表面，4℃贮藏30 d。结果表明，实验组杏鲍菇的L*和PPO 活性分别为75.6、27.3U/g，而对照组为55.2、46.7 U/g。说明壳聚糖涂膜处理可以减缓食用菌的褐变。

3.4 多酚氧化酶抑制剂处理

引起食用菌褐变的酶主要是PPO，因此抑制或延缓PPO 的活性可以有效减少酶促褐变现象的发生。多酚氧化酶抑制剂通过与底物酪氨酸、γ-谷氨酰胺酰-4-羟基苯优先结合形成不可催化的中间体，切断了PPO 催化途径，从而抑制食用菌鲜品的酶促褐变。目前常见的PPO抑制剂主要分为两类，一类为化学合成，如间苯二酚、联芳类化合物、咪唑乙酮和一些双链低聚核苷酸，他们具有较高的PPO 抑制性和低毒性。此外自然界也是PPO 抑制剂的重要来源，PPO 抑制剂可从芦荟、桑树和番红花等药用植物中提取，但具体成分尚未明确。Li 等[40]研究了L-精氨酸对双孢菇采后品质的影响。将预冷后的双孢菇在5 mmol/LL-精氨酸、10 mmol/LL-精氨酸和25 mmol/LL-精氨酸的水溶液中浸泡10 min，样品在4 ℃、相对湿度为80%～90%的环境中避光贮藏8 d。结果表明，在第6 天时，经过10 mmol/LL-精氨酸浸泡后双孢菇的色差值（ΔE）和PPO 活性分别为37.71、61.2 U/g，而对照组为55.45、92.7 U/g。

4 结论与展望

本文就食品菌鲜品采后褐变发生的影响因素进行了探讨。内部因素主要有酶促褐变和美拉德反应，外部因素有微生物引起的褐斑病、机械损伤、采后贮藏温度、采后相对湿度和采后气体环境等。预冷、涂膜、气调包装和辐照对食用菌褐变有一定的抑制作用。此外，PPO 抑制剂也可降低PPO 活性，有效抑制食用菌酶促褐变。

低温贮藏作为食用菌保鲜的常用手段，可以有效延缓褐变，但其效果有限，应将其与涂膜、气调包装、辐照等方法结合，达到抑制食用菌褐变的目的，并对其褐变的抑制机理进行深入探讨。同时，不同方法的结合可以增加褐变的抑制作用，但成本和经济效益也应考虑到商业应用。因此，辐照处理和多酚氧化酶抑制剂是否会对食用菌本身造成影响，以及它们的安全性评价，都将需要进一步深入。接下来应将复合保鲜技术广泛地应用于食用菌保鲜，以延长食用菌采后贮运及货架寿命，并保持品质。