蘋果采后貯藏褐變研究進展

李永新，王 超，王麗巖，茹 磊，陳敬鑫

（渤海大學 食品科學與工程學院，遼寧 錦州 121013）

0 引言

蘋果是薔薇科（Rosaceae）蘋果屬（Malus）植物［1］，原產自歐洲、中亞和我國新疆等地.我國是世界上蘋果種植面積最大、總產量最高的國家，其中紅富士蘋果是現(xiàn)今種植面積最大的品種［2］.蘋果品種眾多，按成熟時間的先后可分為早熟、中熟和晚熟.典型的早熟品種有嘎啦、金紅、祝光、丹頂?shù)龋惺炱贩N有金冠、紅星、元帥、喬納金等，而紅富士、國光、青香蕉和澳洲青蘋等則屬于晚熟品種［3］.蘋果由于營養(yǎng)價值高，富含有機酸、維生素、膳食纖維、礦物質及生物活性成分等［4］，深受廣大消費者的喜愛，已成為人們最常食用的水果之一.然而采后蘋果易受多種生理性病害的影響而導致其品質下降，褐變是影響其品質降低的主要因素之一，褐變后的果實不僅外觀、風味欠佳，而且營養(yǎng)價值和貯藏貨架期也會大大降低.因此，采后蘋果貯藏過程中的褐變機制及控制技術一直是蘋果貯藏保鮮的主要研究方向.本文主要對蘋果褐變類型、褐變因素以及褐變發(fā)生機理和控制措施進行了系統(tǒng)綜述，以期為蘋果產業(yè)更好地防治蘋果采后貯藏褐變提供理論依據(jù)和參考.

1 蘋果褐變類型

蘋果褐變是一種采后生理性貯藏病害.蘋果貯藏中發(fā)生的褐變按其表觀可分為外部果皮褐變和內部果肉褐變兩種.外部果皮褐變初期主要表現(xiàn)為果皮出現(xiàn)褐色斑塊，并隨著生理失調的加劇，果皮淡褐色加深，從而使皮層組織的5、6層全變褐［5］.虎皮病是最常見的一種果皮褐變病，一般只表現(xiàn)在果實表面而不損害內部果肉，主要發(fā)生在蘋果采后低溫貯藏中后期，嚴重威脅蘋果貯藏安全.蘋果采后貯藏中除了易發(fā)生果皮褐變病癥外，還易出現(xiàn)果肉褐變.果肉褐變也稱為內部褐變，特征是果肉組織的擴散褐變，并且通常從外表面是看不到的，而蘋果貯藏中CO2傷害導致的果肉褐變是最為嚴重的.這兩種褐變病害的主要表現(xiàn)癥狀及易感蘋果品種見表1.

表1 蘋果貯藏中易出現(xiàn)的褐變病害及預防措施

2 影響蘋果褐變的因素

蘋果褐變時斷時續(xù)且不可預測，這可能是由于一些采前和采后因素的相互作用，如采前管理和氣候條件及采后貯藏等因素，這些因素可能影響果實收獲時的生理狀態(tài)和降低果實對采后脅迫的抗性，從而引起了果實生理失調，造成褐變的發(fā)生［16］.影響蘋果褐變的因素主要有品種特性、采前因素和采后因素.

2.1 品種特性

不同品種的蘋果對褐變的敏感程度不同.乜蘭春等［17］研究發(fā)現(xiàn)相同貯藏條件下，富士蘋果貯藏中褐變度最高，其次為新紅星，金冠最低.蘋果對虎皮病的抗病性也因品種而異.‘White Angel’、‘Idared’、‘Gala’和‘Empire’等品種對虎皮病都有較強抵抗力，而‘Law Rome’、‘Rome Beauty’、‘Granny Smith’和‘Cortland’等品種對虎皮病較敏感［18?19］.可見，蘋果褐變敏感性與其自身的品種特性也有很大關系.

2.2 采前因素

采前因素是導致蘋果采后貯藏褐變的一個重要原因.有研究［20］表明影響蘋果采后褐變敏感性的采前因素主要包括采前氣候條件、采收成熟度和果園管理（施肥、修剪和果園地理位置）等方面.采前反常氣候會引起蘋果對褐變敏感性的差異.Lau［21］指出，涼爽的生長季節(jié)會增加采后蘋果對環(huán)境中CO2的敏感性，導致貯藏中果肉褐變的發(fā)生.采前高溫氣候以及光照不足均會增加蘋果虎皮病的發(fā)病率［22?23］.同樣采前果實成熟度也明顯影響蘋果采后對褐變的敏感性.研究表明采收期較晚的蘋果貯藏時褐變率較高，如Hwang等［24］研究發(fā)現(xiàn)富士蘋果采收過晚，成熟度較高，貯藏中易發(fā)生果肉褐變.同樣，過晚采收的寒富蘋果對CO2比較敏感，貯藏時易出現(xiàn)果肉褐變等CO2傷害［25］.而采收過早的蘋果，則成熟度低，對虎皮病的敏感性高，貯藏時易發(fā)?。?6］.果園管理水平也是影響蘋果褐變的一個重要因素.采前蘋果含鈣量較低以及施鉀肥過多均會增大其褐變風險，尤其是當鉀肥過量時，會與土壤中的鈣進行吸收競爭，可能導致蘋果更高的褐變發(fā)生率［27］.如K/Ca比率高時，‘Braeburn’蘋果果肉褐變率增加.Castro等［16］研究表明，作物負荷也與采后蘋果果肉褐變的發(fā)病率相關，負荷較大的作物采后果肉褐變發(fā)病率高于負荷小的.也有報道［28］指出，在新西蘭不同地區(qū)種植的‘Braeburn’蘋果，褐變病的發(fā)病率和嚴重程度也存在較大差異.綜上所述，蘋果貯藏中褐變病害的發(fā)生受到采前多種因素的影響.

2.3 采后因素

除了采前因素外，眾多采后因素也對蘋果褐變有重要影響.采后因素主要包括采后處理、入庫時間與貯藏時間、貯藏期間的溫度以及氣體組分等方面.某些采后處理會增加蘋果的褐變率.如采后1-MCP處理增加了‘Empire’和‘Braeburn’蘋果貯藏中的果肉褐變率［29?30］.蘋果褐變還與采后入庫時間與貯藏時間的長短有關.李江闊等［31］認為蘋果采后未及時入庫以及貯藏時間過長，會造成內部褐變.Ding等［32］研究發(fā)現(xiàn)，‘White Winter Pearmain’蘋果虎皮病的發(fā)病率隨貯藏時間的增加而增加.貯藏溫度對蘋果褐變病害的影響也較大.Watkins等［33］報道，‘Empire’蘋果采后果肉褐變的發(fā)生與貯藏低溫有關，0.5°C貯藏6個月的蘋果出現(xiàn)了果肉褐變，而3°C貯藏下的蘋果未發(fā)生果肉褐變.同樣富士蘋果貯藏于2°C或4°C下果肉褐變發(fā)生率比0 °C下的更低［34?35］.長期低溫貯藏也易誘導蘋果虎皮病的發(fā)生.王志華等［36］研究發(fā)現(xiàn)，澳洲青蘋0°C冷藏后期出現(xiàn)了虎皮病，而20°C常溫貯藏后期直至果實腐爛也未發(fā)生虎皮病.

貯藏環(huán)境中的氣體組分對蘋果褐變的影響更為明顯，尤其是低O2和高CO2氣體條件可直接導致果實褐變.眾所周知，蘋果采后氣調貯藏可以延長其貯藏期，保持其品質，但也會造成某些品種蘋果出現(xiàn)低O2和高CO2傷害，導致果實褐變.例如Castro等［37］報道，氣調貯藏中的CO2濃度超過1 KPa時，‘Pink Lady’蘋果出現(xiàn)了果肉褐變現(xiàn)象，且褐變程度隨著貯藏環(huán)境中CO2濃度的增加和O2濃度的降低而增加.石建新等［38］對富士蘋果果肉褐變研究時發(fā)現(xiàn)，氣調貯藏中CO2濃度的升高是果肉褐變的直接原因，而降低O2濃度則加劇了富士蘋果對CO2的敏感性.佟偉等［39］指出，寒富蘋果對CO2較為敏感，當環(huán)境中的CO2濃度大于1%時，即發(fā)生褐變，且隨著CO2濃度的增大褐變率也增高.由此可知，蘋果褐變與貯藏中的低O2和高CO2氣體環(huán)境密切相關，尤其是高CO2易導致果實褐變，且不同品種蘋果對CO2敏感性也存在差異.

3 蘋果虎皮病和果肉褐變機理研究

蘋果采后貯藏中易發(fā)生虎皮病、水心病、苦痘病和CO2傷害等生理性病害，這些均會引起果實褐變，從而縮短貯藏期.其中虎皮病和CO2傷害較為嚴重，虎皮病屬于果皮褐變病癥，而CO2傷害則易導致果肉褐變.國內外一直都有關于這兩種生理性病害的機理研究.

3.1 蘋果虎皮病致病機理

研究認為，果皮中α-法尼烯及其氧化產物的合成和積累是誘導蘋果虎皮病發(fā)生的直接原因.Huelin等［40］對蘋果果皮蠟質層研究中發(fā)現(xiàn)了α-法尼烯.隨后Huelin等［41］研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)蘋果虎皮病均發(fā)生于果皮中α-法尼烯積累至最高后.同樣，α-法尼烯的氧化產物共軛三烯也是虎皮病的致病物質，共軛三烯含量的多少影響虎皮病的發(fā)病程度.后來Zhao等［42］的研究也證實了共軛三烯與虎皮病有密切關系.Hui等［43］的研究發(fā)現(xiàn)，虎皮病與共軛三烯進一步氧化生成的6-甲基-5-庚烯-2-酮（MHO）的積累有關.侯真等［44］對紅星蘋果進行外源MHO處理時發(fā)現(xiàn)，隨著MHO處理濃度的增加，蘋果虎皮病的發(fā)病率明顯升高，MHO可能通過降低果皮中抗氧化酶活性，進而參與蘋果虎皮病的發(fā)病過程.Busatto等［45］通過代謝組學研究發(fā)現(xiàn)，α-法尼烯及其氧化產物在虎皮病發(fā)生過程中可能充當信號系統(tǒng).還有學者［46］認為，乙烯通過與受體的結合，促進了α-法尼烯和MHO的合成，誘導了虎皮病的發(fā)生.Mditshwa等［47］也研究證明了‘Granny Smith’蘋果中乙烯、α-法尼烯和MHO的產生與虎皮病發(fā)生率呈正相關.蘋果虎皮病屬于組織褐變的一種，因此其發(fā)病程度與酚類物質和多酚氧化酶相關.Piretti等［48］認為蘋果虎皮病的發(fā)生與果皮中簡單多酚含量呈正相關，而與花青素含量呈負相關.還有學者［49］提出，活性氧代謝失調和自由基積累導致蘋果虎皮病的發(fā)生.蘋果在自身衰老的氧化脅迫下，果皮中的過氧化物酶、超氧化物歧化酶及過氧化氫酶活性降低，清除自由基能力減弱，從而使過氧化氫等活性氧代謝失調、自由基積累，促進了脂質過氧化作用，導致膜系統(tǒng)的損傷，使得酶促褐變加劇MHO持續(xù)積累，虎皮病發(fā)生［50］.

3.2 蘋果果肉褐變機理

近年來，蘋果貯藏時多采用冷藏和氣調貯藏，能較好地保持果實品質，延長貯藏期.但貯藏中產生的低O2和高CO2氣體環(huán)境容易導致蘋果褐變的發(fā)生，尤其是高CO2傷害引起的果肉褐變最為嚴重.大多研究［51］表明，CO2誘導的蘋果果肉褐變被認為是高CO2引起的氧化損傷的結果，而低O2則加劇這種氧化損害.關于CO2誘導蘋果果肉褐變的研究很早有，其傷害機理也一直是科學工作者研究的熱點，但具體的機理目前還不太清楚.

CO2傷害引發(fā)的細胞膜損傷被認為是果肉褐變的主要誘因.正常組織中，酚類物質分布于液泡中，而氧化酶則在質體中.CO2脅迫下，細胞膜結構受到破壞，酚類與氧化酶接觸，發(fā)生氧化反應，導致褐變發(fā)生［37］.研究者對CO2傷害引發(fā)的膜損傷及果肉褐變的生理機制進行了長期的研究.國內學者陳昆松［52］和劉野等［53］研究認為CO2在細胞內的過量積累形成CO32?，而CO32?與Ca2+結合生成CaCO3，造成Ca2+含量下降，導致內膜系統(tǒng)紊亂，膜透性加大，從而引發(fā)果肉褐變.還有學者［54］提出，CO2抑制了線粒體有氧呼吸，而加劇了無氧呼吸，致使乙醇和乙醛等有害物質過量積累，對細胞膜系統(tǒng)造成不可逆的損傷，誘發(fā)蘋果CO2傷害.但Argenta［55］和Castro等［16］研究認為發(fā)酵產物與蘋果CO2傷害并沒有直接關系，乙醇與乙醛的積累是CO2傷害的結果，而不是CO2傷害發(fā)生的原因.現(xiàn)今，自由基傷害學說對CO2傷害機理的理解得到了廣泛認可.CO2脅迫下果肉細胞內自由基及活性氧異常積累，當超過植物抗氧化系統(tǒng)的清除能力時，會導致膜脂中的不飽和脂肪酸受到自由基的攻擊而發(fā)生氧化作用，使細胞膜結構遭到破壞，最終造成CO2傷害褐變的發(fā)生［56?57］.研究者［58］利用代謝組技術也發(fā)現(xiàn)氧化還原代謝失調是CO2傷害發(fā)生的主要原因，進一步印證了自由基傷害學說.另外，CO2傷害的 “能量虧缺” 理論也得到了眾多研究的支持.Mellidou等［59］采用轉錄組測序對氣調貯藏中的‘Braeburn’蘋果CO2傷害進行了研究發(fā)現(xiàn)，能量代謝（如糖酵解、三羧酸循環(huán)、線粒體電子傳遞等途徑）參與了蘋果CO2傷害發(fā)生過程.Bekele等［60］利用代謝組研究同樣發(fā)現(xiàn)能量代謝途徑參與了蘋果CO2傷害的發(fā)生過程.綜上所述，前人研究表明氧化還原代謝失衡和能量虧缺是蘋果CO2傷害發(fā)生的主要原因.

4 蘋果褐變控制措施

蘋果貯藏過程中褐變的發(fā)生與采前和采后因素都密切相關.采前采收期掌控不佳和果園管理的不當以及采后不適宜的貯藏環(huán)境都會導致蘋果發(fā)生不同程度的褐變.因此，要想有效地控制蘋果褐變，需從采前和采后的各個環(huán)節(jié)中尋找影響其褐變的因素，進而采取合理的預防措施，達到了防止或減輕蘋果褐變的目的.

4.1 品種選擇

不同品種的蘋果對虎皮病和果肉褐變的敏感性存在很大差異.對虎皮病抵抗力較弱的品種有澳洲青蘋、國光、‘Granny Smith’等，而著色較差、采摘未成熟的果實，如富士、金冠等蘋果貯藏期間也易發(fā)?。?1］；秦冠、紅玉、‘Gala’、‘Empire’等對虎皮病抵抗力較強［62］.蘋果果肉褐變敏感品種有寒富、‘Cripps Pink’等品種［39］；而金冠、紅星和青香蕉等耐CO2的蘋果品種，貯藏時不易發(fā)生果肉褐變［63］.貯藏時，可根據(jù)不同品種抗病性的強弱來選擇合適的貯藏方式和貯藏時間，如抗性強的適合長期貯藏，而抗性弱的可做短期貯藏，能一定程度上降低蘋果貯藏期間虎皮病和果肉褐變引發(fā)的經濟損失.

4.2 采前控制措施

4.2.1 適時采收

蘋果過早采收，果實成熟度低，貯藏中易發(fā)生虎皮?。?9］；而過晚采收，成熟度高，貯藏過程中果實衰老較快，果肉褐變較嚴重［28］.因此蘋果采收不宜過早或過晚，應根據(jù)品種特性和生理狀態(tài)進行適期采收.蘋果采收期可根據(jù)果實發(fā)育期來確定，一般是以果實盛花后發(fā)育的天數(shù)作為判斷蘋果采收成熟度的指標，這對多數(shù)品種而言是較為可靠的.表2是成熟時間先后不同的蘋果品種的果實發(fā)育期，可作為采收期的參考.

表2 不同品種蘋果的成熟期與果實發(fā)育期[64]

4.2.2 加強果園管理

合理的果園管理主要包括適當施肥、灌溉、修剪和疏花疏果等.鈣和鉀都是植物生長所需的礦物質營養(yǎng)素，Hatoum等［30］研究發(fā)現(xiàn)，采前適當施用鈣和鉀肥均可降低‘Braeburn’蘋果的褐變發(fā)生率.采前施氮過多會增加蘋果虎皮病的發(fā)病率，因此要盡量減少氮肥施用量，增施有機復合肥［31］.由此可見，采前合理施肥有利于控制蘋果褐變的發(fā)生.采前果園合理灌溉也能降低蘋果貯藏中的褐變發(fā)生率，提高果實貯藏期.王志華等［65］認為，采前過度干旱或水澇都會導致寒富蘋果貯藏中發(fā)生苦痘病和組織褐變等生理性病害，提議采前要根據(jù)果園的土壤狀況適時灌溉，在花期前、追肥后灌水為宜.果樹的適當修剪和疏花疏果可以一定程度上減少作物負荷，降低褐變率.同時適當?shù)氖杌ㄊ韫部筛纳乒庹諚l件，使果實著色均勻，降低貯藏中蘋果虎皮病的發(fā)生［6］.因此，為了降低蘋果褐變發(fā)病率，應加強果園管理.

4.3 采后控制措施

4.3.1 溫度調節(jié)

溫度調節(jié)包括采后熱處理和貯藏中的溫度控制.研究［66］表明，蘋果采后入貯前適當?shù)臒崽幚砟軠p少褐變的發(fā)生.如紅星蘋果采收后室溫下放置幾天，貯藏時可降低果實褐變；而‘Honeycrisp’蘋果采收后于10°C～20°C溫度下調節(jié)7天，放入3°C冷藏時可降低虎皮病的發(fā)病率［67］.同時貯藏環(huán)境中溫度的合理控制也可減少蘋果褐變的發(fā)生.而不同品種蘋果采后適宜的貯藏溫度條件也存在一定差異，具體可見表3.

表3 主要蘋果品種適宜的氣體組分和貯藏期[31,68]

4.3.2 氣體調控

眾所周知，蘋果采后貯藏于低O2和高CO2環(huán)境中易發(fā)生不同程度的褐變，尤其是對CO2敏感性高的蘋果品種，如‘Empire’、富士、寒富等.為了防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，需要對貯藏環(huán)境中的氣體進行合理調控，從而營造出適宜果實貯藏的氣體環(huán)境.而表3列出了主要蘋果品種適宜的氣體貯藏條件和貯藏期.

4.3.3 延遲氣調

延遲氣調和快速氣調是用于建立氣調貯藏的兩種方法.研究［69］表明，延遲氣調可以有效地減少蘋果貯藏中因CO2傷害造成的果肉褐變，從而更好地保持蘋果品質.而不同品種的蘋果延遲氣調的時間也不同.例如［70］，富士蘋果在采收后貯藏的第一周對CO2敏感性最高，氣調貯藏中易出現(xiàn)果肉褐變，而將其延遲氣調4周則能減輕CO2誘導的果肉褐變.‘Empire’蘋果在1°C貯藏時，延遲氣調1或2個月可以減少果肉褐變的發(fā)生率［14］.因此，蘋果采后適當延遲氣調貯藏可以一定程度上抑制因CO2傷害導致的果肉褐變，而延遲氣調的時長可因蘋果品種而異.

4.3.4 化學藥劑處理

蘋果貯藏前使用化學藥劑處理也能有效控制貯藏中果實褐變的發(fā)生.化學藥劑處理主要包括鈣處理、抗氧化劑（DPA、乙氧基喹和BHT）、1-MCP等.研究［71］表明，一定濃度的鈣處理能夠降低蘋果細胞膜透性，減少乙烯的產生，保持果實細胞結構的完整性，進而抑制蘋果貯藏中褐變的發(fā)生.高敏等［72］對紅富士蘋果進行滲鈣處理時發(fā)現(xiàn)，常壓下6%CaCl2浸泡處理15 min能夠明顯保持果實硬度，抑制了PPO和LOX活性，從而降低了蘋果褐變程度.

抗氧化劑二苯胺（DPA）處理蘋果后，能有效地抑制貯藏中CO2誘導的果肉褐變和虎皮病的發(fā)生.由于DPA具有抗氧化特性，可通過減少過氧化反應和膜的破壞，從而延緩果實褐變癥狀的表達.如‘Pink Lady’蘋果貯藏前使用DPA處理抑制了果肉褐變的發(fā)生［73］.Mattheis等［74］研究表明，DPA處理可以防止‘Braeburn’蘋果于低O2或高CO2氣調貯藏中引起的內部褐變.同時DPA也常被用于防治蘋果虎皮病.蘋果采后DPA處理可降低果皮中α-法尼烯的合成和氧化，進而抑制虎皮?。?5］.另外乙氧基喹和丁基羥基甲苯（BHT）也都是有效的虎皮病抑制劑，可以用來防治蘋果虎皮病的發(fā)生，效果與DPA類似［76］.

1-甲基環(huán)丙烯（1-MCP）作為一種無毒的乙烯作用抑制劑，常被用于果蔬采后的貯藏保鮮中.研究［77］證明，1-MCP可以通過抑制蘋果貯藏中乙烯的產生和降低α-法尼烯的合成及氧化，進而抑制虎皮病的發(fā)生.金宏等［78］研究發(fā)現(xiàn)，1-MCP、DPA和1-MCP+DPA處理均能有效抑制果實呼吸速率和乙烯產生速率，降低虎皮病的發(fā)病率，其中1-MCP+DPA處理的效果最佳.Ding等［32］從分子水平研究發(fā)現(xiàn)，1-MCP處理通過降低α-法尼烯相關基因的表達，減少了α-法尼烯的積累，從而抑制蘋果虎皮病的發(fā)生.也有學者［79］認為，1-MCP處理可以減少或延遲蘋果中與衰老相關的病癥的發(fā)生.如紅富士蘋果經1-MCP處理后，抑制了乙烯的生成，從而降低了由乙烯催化的與衰老相關的果實褐變.但Jung等［80］報道指出，1-MCP在抑制乙烯產生的同時可能會造成細胞的應激和損傷，提高了PPO的活性，從而導致氣調貯藏期間果肉褐變.由此可見，不同品種的蘋果對1-MCP處理的響應存在一定差異，1-MCP的使用要因蘋果品種而異.

5 結語

蘋果采后貯藏過程中易發(fā)生果實褐變，而褐變也嚴重影響了采后蘋果貯藏保鮮的效果，制約了蘋果產業(yè)的快速發(fā)展.因此，如何有效地預防或降低蘋果貯藏褐變的發(fā)生，成為了目前蘋果產業(yè)需待解決的問題.本文主要綜述了近年來國內外學者對于蘋果采后貯藏褐變的研究，重點分析了影響蘋果褐變的因素，主要包括采前、采后因素及品種特性，同時也對蘋果虎皮病和果肉褐變的發(fā)生機理及控制措施進行了探討.然而蘋果褐變具體機理至今還尚不明確.對于蘋果褐變的控制，目前主要集中于蘋果采后處理這一方面，尤其是使用化學藥劑處理.化學藥劑處理雖然能一定程度上抑制褐變的發(fā)生，但部分化學藥劑本身的毒性會造成食品安全問題.因此，進一步深入對蘋果褐變的發(fā)病機理進行研究，找尋更加安全、有效的防治措施仍然是今后蘋果采后貯藏褐變研究的主要方向.