鮮切果蔬褐變問題研究現(xiàn)狀

沈茹茹　萬冰　張舒蓉　丁若曦　路倩倩　闞娟

【摘 要】鮮切果蔬的生理作用類似于受傷組織。在鮮切果蔬貯藏過程中，最易發(fā)生且最常見的生理生化反應(yīng)就是褐變，而酶促褐變是導(dǎo)致果蔬組織褐變的主要原因。褐變能夠引起產(chǎn)品感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的改變。本文從酶促褐變的底物多酚類物質(zhì)合成、酚類物質(zhì)組成以及活性氧代謝與褐變作用之間的關(guān)系綜述了鮮切果蔬褐變的生理機(jī)制。

【關(guān)鍵詞】鮮切果蔬；褐變；多酚；活性氧

果蔬采后仍是活的生命體，仍進(jìn)行著高度協(xié)調(diào)和復(fù)雜的生理生化反應(yīng)，其中果蔬后熟、衰老、褐變、腐敗等生理生化變化對(duì)果蔬的品質(zhì)起著關(guān)鍵作用。微加工果蔬的生理作用類似于受傷組織，因?yàn)楹芏嘈问降奶幚恚ㄈ缜蟹值龋┍举|(zhì)上是對(duì)組織的一種傷害。傷害誘導(dǎo)的變化能夠引起產(chǎn)品感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的改變。在切割果蔬貯藏過程中，最易發(fā)生且最常見的生理生化反應(yīng)就是褐變，而酶促褐變是導(dǎo)致果蔬組織褐變的主要原因。

1 酚類物質(zhì)與果蔬褐變

果蔬經(jīng)切割后，切割部位植物細(xì)胞產(chǎn)生傷信號(hào)，并以一定的速率傳遞給鄰近細(xì)胞，在切割后誘導(dǎo)產(chǎn)生無數(shù)個(gè)生理反應(yīng)。不同種類和品種的果蔬，其傷信號(hào)從受傷部位傳遞到鄰近組織的傳遞速率有所差異。蘋果和香蕉切分后，切分部位通常在一小時(shí)內(nèi)發(fā)生褐變。但對(duì)一些切分蔬菜如生菜和卷心菜等切分部位的褐變通常需要幾天的時(shí)間。這種時(shí)間上的滯后性被認(rèn)為是由于多酚的從頭合成。成熟的蘋果中含有大量的多酚供快速的酶促褐變，但生菜等蔬菜中相對(duì)于蘋果多酚含量較低。因此多酚的生物合成被認(rèn)為是切割蔬菜酶促褐變的限制因子，酚類物質(zhì)是果蔬組織褐變的重要原因[1]。酚類物質(zhì)一方面和植物組織的感官品質(zhì)和風(fēng)味營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)關(guān)系密切，同時(shí)，某些酚類物質(zhì)又作為果蔬組織褐變的底物參與褐變。膜系統(tǒng)功能對(duì)酚類物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化分布有重要影響。果蔬在發(fā)育過程中由于酚類物質(zhì)和氧化酶的區(qū)域化分布而避免了酚的酶促氧化。而果蔬在切割后可能由于與形成區(qū)域化有關(guān)的膜系統(tǒng)的破壞而打破了這種區(qū)域性分布，使酶和底物相互接觸。采后貯藏中的細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)及膜結(jié)構(gòu)和透性的變化與果蔬褐變密切相關(guān)。進(jìn)行多酚類物質(zhì)和多酚氧化酶的細(xì)胞區(qū)室化定位，有利于證實(shí)褐變發(fā)生過程中膜損傷發(fā)生時(shí)間及程度的確定。

2 酚類代謝相關(guān)酶與果蔬褐變

酚類物質(zhì)的合成代謝是一個(gè)由許多生化反應(yīng)組成的網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)又由很多酶來催化。果蔬組織采后貯藏褐變過程中酚類物質(zhì)代謝過程中主要包括多酚氧化酶（PPO）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）和過氧化物酶（POD）。

PAL是是酚類物質(zhì)代謝網(wǎng)絡(luò)最上游的關(guān)鍵限速酶，催化苯丙烷類代謝。酚類物質(zhì)是由PAL催化生成[2]，其不僅是酶促褐變的底物，同時(shí)也是PAL催化反應(yīng)的產(chǎn)物。在PAL活性高峰前后，酚類底物的含量和種類均增加，證明了PAL與酚類合成有關(guān)，通過抑制PAL的活性，可減少酚類物質(zhì)的積累，利于延緩果蔬的褐變[3]。鮮切果蔬褐變并非組織內(nèi)的酚類物質(zhì)被動(dòng)氧化過程，而要經(jīng)歷活性誘導(dǎo)的途徑，依賴于多酚類物質(zhì)的積累以及PAL的合成[4]。產(chǎn)品受到機(jī)械傷后在受損傷部位產(chǎn)生信號(hào)，誘導(dǎo)PAL的從頭合成以及可溶性酚類化合物在受傷組織以及鄰近受傷的正常組織中合成和積累[5]。當(dāng)膜受到損傷時(shí)，游離在液泡中的酚類物質(zhì)參與褐變反應(yīng)。在此生化反應(yīng)過程中可能包含了其他酶和底物的作用[6]。鮮切土豆中，在傷后的4天內(nèi)發(fā)現(xiàn)褐變和PAL活性呈現(xiàn)顯著相關(guān)性[7]，但褐變速率和褐變度與PPO和POD以及總酚和單體酚之間無顯著相關(guān)性。芒果果皮的褐變和PAL活性高度相關(guān)，但果肉褐變和PAL相關(guān)性較低[8]。香蕉中果皮褐變和PAL活性相關(guān)。Banerjee等[5]研究切割卷心菜貯藏時(shí)發(fā)現(xiàn)，γ-射線處理通過下調(diào)PAL基因表達(dá)和降低PAL活力抑制了切割卷心菜的褐變，但PPO和POD活力、總酚和單體酚含量以及鄰苯醌濃度未受影響，PAL和切割卷心菜褐變密切相關(guān)。褐變?cè)缙赑AL基因表達(dá)量的增加刺激了酚的代謝，對(duì)褐變的啟動(dòng)有重要作用[9]。對(duì)受傷信號(hào)合成和傳播的干擾可有效減少組織對(duì)傷口的響應(yīng)以及隨后的組織褐變，另外也可應(yīng)用某些化學(xué)試劑如羥酸類阻礙傷誘導(dǎo)的酚類化合物的形成。有研究熱激處理通過改變傷誘導(dǎo)的PAL mRNA的轉(zhuǎn)錄有效降低了酚的積累和組織褐變，進(jìn)一步蛋白表達(dá)研究表明熱激顯著抑制了在傷誘導(dǎo)的生菜組織中PAL蛋白的表達(dá)[10]。PAL是由一個(gè)多基因家族所編碼的酶，不同組織中有多種PAL同工酶，分別定位于不同的組織細(xì)胞中以控制不同的代謝途徑。PAL基因的表達(dá)表現(xiàn)出嚴(yán)格的組織特異性。

PPO催化酚轉(zhuǎn)變?yōu)楦呋盍Φ孽倬酆仙珊稚镔|(zhì)[11]?，F(xiàn)已報(bào)道的果蔬幾乎都含有PPO，但不同種類果實(shí)的PPO，其性質(zhì)也不同。研究發(fā)現(xiàn)在新鮮茄子中，褐變指數(shù)與酚含量和PPO活性密切相關(guān)，但在貯藏中隨著褐變指數(shù)的增加，8個(gè)品種茄子中總酚的含量均增加，但部分品種中PPO活性卻下降[12]。有研究表明PPO活性和褐變沒有顯著的相關(guān)性。PPO基因存在多種亞型，在某些脅迫條件下在植物的不同部位表達(dá)，不同的PPO基因在褐變過程中的作用有所差異，人造microRNAs可用于抑制高度保守的PPO多基因家族。PPO可能在次生代謝及調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡方面具有重要作用，PPO基因沉默的核桃中酚和其衍生物的代謝改變，苯丙烷途徑代謝的相關(guān)基因表達(dá)發(fā)生改變，PPO基因沉默誘導(dǎo)了細(xì)胞死亡。

POD在H2O2存在下也能導(dǎo)致褐變，通過作用于H2O2而氧化酚類物質(zhì)形成醌類化合物，進(jìn)而形成黑色素，與果蔬組織褐變密切相關(guān)。果蔬中H2O2含量較低，一般認(rèn)為POD在果蔬褐變中的作用次于PPO[13]。但也有研究報(bào)道POD活性在貯藏過程中的增加促進(jìn)了酶促褐變[14]。酚氧化酶PPO和POD作用于酚類底物是否存在一定次序還不清楚，PPO和POD的具體作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

3 酚類組成與果蔬褐變

植物體中酚類物質(zhì)的含量和組成與組織褐變相關(guān)。酚類物質(zhì)的水平是不同果蔬褐變過程中的關(guān)鍵因子[15]。植物體內(nèi)含酚種類繁多，不同果蔬組織的酚類物質(zhì)含量和組成都有很大的差異，究竟是哪些酚類物質(zhì)參與了百合鱗莖的褐變還有待研究。不同來源的酚氧化酶對(duì)底物的特異性有一定的差異。褐變過程中酚類復(fù)合物的組成發(fā)生變化，這與褐變中PAL的活化誘導(dǎo)相關(guān)。酚氧化酶對(duì)不同底物的親和力并不相同，甚至表現(xiàn)出先導(dǎo)酚的氧化產(chǎn)物促進(jìn)后續(xù)其他酚類物質(zhì)氧化的現(xiàn)象。由于不同果蔬組織中酚類物質(zhì)的種類及含量大為不同，對(duì)褐變底物酚類物質(zhì)進(jìn)行分析鑒定對(duì)于褐變機(jī)理的的研究目前還需進(jìn)一步深入開展。endprint

4 活性氧與果蔬褐變

活性氧代謝與多酚代謝及果蔬褐變存在密切關(guān)系?；钚匝醮x系統(tǒng)的不平衡會(huì)使得活性氧的大量生成，膜脂過氧化會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)的解體，細(xì)胞的分區(qū)結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，最終使酚類氧化酶與酚類物質(zhì)接觸。褐變發(fā)生中的褐色物質(zhì)是酚類物質(zhì)氧化的結(jié)果，但酚類物質(zhì)又能通過消除活性氧而保護(hù)組織。酚類物質(zhì)作為主要物質(zhì)提供了植物體內(nèi)的抗氧化活性，因此活性氧代謝和酚類物質(zhì)之間存在了密切的關(guān)系[16]。PAL作為酚類物質(zhì)合成的關(guān)鍵酶，其作用與活性氧代謝存在密切關(guān)系。在正常的生長(zhǎng)發(fā)育和貯藏過程中，果蔬組織內(nèi)抗氧化系統(tǒng)能有效地清除集體產(chǎn)生的活性氧，但當(dāng)組織處于脅迫狀態(tài)如在鮮切處理時(shí)，活性氧清除能力快速下降，加快酶促反應(yīng)將酚類物質(zhì)氧化，使褐變加劇。因此有研究采用外用的抗氧化劑來抑制果蔬褐變發(fā)生的報(bào)道。

5 結(jié)語

鮮切果蔬在貯藏期間，其褐變程度與多酚氧化酶、過氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶活性密切相關(guān)，并且之間可能存在相互協(xié)調(diào)作用。采后貯藏過程中可通過抑制褐變度、細(xì)胞膜透性和總酚含量， 并降低了PAL、PPO和POD的活性，從而減緩果蔬中酚類物質(zhì)的氧化，有效抑制褐變。

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