采后果蔬冷害與膜脂代謝的關(guān)系研究進(jìn)展

匡小勇, 林育釗, 范中奇,3, 陳亞珍, 林河通,

(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002；2.亞熱帶特色農(nóng)產(chǎn)品采后生物學(xué)福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002;3.福建農(nóng)林大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后技術(shù)研究所，福建 福州 350002)

果蔬是人類日常飲食必不可少的食材，其產(chǎn)量和銷量都非常高。在常溫下貯藏，采后果蔬極易失水和腐爛變質(zhì)，導(dǎo)致貨架期縮短、經(jīng)濟(jì)價(jià)值降低。低溫貯藏作為一種能有效延長采后保鮮期的方法，已廣泛用于果蔬采后保鮮。但不適宜的低溫貯藏會(huì)導(dǎo)致熱帶、亞熱帶果蔬冷害的發(fā)生。冷害是指冷敏性果蔬在其冰點(diǎn)以上的不適宜低溫環(huán)境中受到的生理傷害，常表現(xiàn)出果皮或果肉褐變、表面凹陷、水漬狀斑點(diǎn)或不能正常后熟等癥狀[1-2]。冷害的發(fā)生會(huì)降低果蔬的抗病能力及貯藏品質(zhì)，加快果蔬腐爛變質(zhì)，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

對(duì)于冷害的發(fā)生機(jī)制，細(xì)胞膜相變學(xué)說認(rèn)為，細(xì)胞膜是發(fā)生冷害的最初部位，其他生理生化反應(yīng)的變化都是膜相變發(fā)生以后的次生反應(yīng)[3]。完整的細(xì)胞膜不僅可以保護(hù)細(xì)胞免受外界不利環(huán)境的影響，還可以為生物體正常生命活動(dòng)所需的生理代謝活動(dòng)提供穩(wěn)定的場(chǎng)所。正常環(huán)境下，植物細(xì)胞膜呈液晶態(tài)；受到冷脅迫時(shí)，膜脂會(huì)發(fā)生相變，轉(zhuǎn)為流動(dòng)性較差的凝膠態(tài)[4]。膜脂發(fā)生相變以后，一方面會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增加，另一方面會(huì)導(dǎo)致與細(xì)胞膜結(jié)合的抗氧化酶活性降低，致使生理代謝失衡、呼吸作用降低、能量供應(yīng)不足和活性氧大量積累等，造成細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能受到傷害, 最終導(dǎo)致冷害的發(fā)生[5-6]。膜脂組分和含量不同，細(xì)胞膜在低溫下的存在狀態(tài)也不同，高比例的不飽和脂肪酸有助于保持細(xì)胞的正常功能[7]。

本文綜述了國內(nèi)外采后果蔬冷害與膜脂代謝相關(guān)的研究進(jìn)展，旨在進(jìn)一步揭示采后果蔬冷害的發(fā)生機(jī)制，為減輕或防止采后果蔬冷害的發(fā)生提供依據(jù)。

1 采后果蔬冷害與膜脂組分

膜脂是植物細(xì)胞膜的重要組成成分。膜脂的組成成分對(duì)保持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性具有重要作用，其中磷脂組分在膜脂組成中占主導(dǎo)地位[8-9]。膜脂的組成成分及其含量受膜脂降解相關(guān)酶的調(diào)節(jié)。在植物細(xì)胞中，磷脂酶D(phospholipase D, PLD)水解磷脂酰膽堿(phosphatidyl choline, PC)和磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol, PI)生成磷脂酸(phosphatidic acid, PA)和二酰基甘油；脂肪酶催化二?；视王セ尫胖舅幔恢鹾厦?lipoxygenase, LOX)氧化多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids, PUFAs)產(chǎn)生過氧化產(chǎn)物[10-11]。高活性的脂酶(lipase)、PLD、LOX等膜脂降解酶會(huì)加速細(xì)胞膜脂的降解，從而導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能受損，降低果蔬的抗冷害能力。

有研究表明，脂質(zhì)中不飽和脂肪酸所占比例與果蔬的抗冷害能力具有緊密的聯(lián)系[5]；李雙銘等[12]研究表明，與耐寒性差的植物相比，抗寒性較強(qiáng)的植物組織中不飽和脂肪酸所占的比例較高。生長在高緯度的結(jié)縷草比生長在低緯度的結(jié)縷草在低溫下具有更高的抗寒性，主要是由于生長在高緯度的結(jié)縷草含有較高的不飽和脂肪酸含量，同時(shí)具有較高的不飽和脂肪酸指數(shù)，從而使細(xì)胞膜具有更強(qiáng)的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗氧化能力，因而具有更高的抗寒性[12]。與不耐冷的哈密瓜果實(shí)相比，耐冷的哈密瓜果實(shí)中含有更高的不飽和脂肪酸含量[13]。孔祥佳等[14-15]研究發(fā)現(xiàn)，在(2±1) ℃下貯藏，橄欖果實(shí)膜脂不飽和脂肪酸(亞麻酸、亞油酸、棕櫚油酸)含量、膜脂脂肪酸不飽和度隨貯藏時(shí)間的延長而下降，但果實(shí)LOX活性、膜脂飽和脂肪酸(硬脂酸、棕櫚酸、肉豆蔻酸)含量隨采后貯藏時(shí)間的延長而上升，認(rèn)為橄欖果實(shí)采后冷害的發(fā)生與LOX活性增加導(dǎo)致膜脂降解與破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性有關(guān)；而38 ℃熱空氣處理30 min可以減輕橄欖果實(shí)冷害發(fā)生，與熱空氣處理降低采后橄欖果實(shí)LOX活性、減少膜脂不飽和脂肪酸降解、較好維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性有關(guān)[15]。此外，用1-甲基環(huán)丙烯(1-methyl cyclopropene, 1-MCP)處理采后‘香蕉李’果實(shí)，可以有效降低其在低溫貯藏下冷害的發(fā)生，其機(jī)理是通過抑制磷脂組分的降解，保持較高的總磷脂含量，進(jìn)而維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[3]。綜合以上研究可以發(fā)現(xiàn)，膜脂組分的組成及其含量對(duì)于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性具有重要影響。

2 采后果蔬冷害與膜脂相變

膜脂相變發(fā)生后，會(huì)導(dǎo)致膜透性增大、電解質(zhì)外滲、能量代謝失調(diào)、與膜結(jié)合的活性氧清除酶活性降低等一系列的不良反應(yīng)[6]。

2.1 電解質(zhì)外滲

果蔬貯藏在冷脅迫環(huán)境中，細(xì)胞膜會(huì)表現(xiàn)出高度的敏感性，膜脂中無序的脂肪酸會(huì)變?yōu)橛行?，由原來的液晶態(tài)變?yōu)榱鲃?dòng)性差的凝膠態(tài)，膜收縮變形、出現(xiàn)破損，導(dǎo)致細(xì)胞膜透性升高，胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，造成細(xì)胞內(nèi)外離子失去平衡，膜結(jié)合酶活性改變，導(dǎo)致相關(guān)代謝失調(diào)，產(chǎn)生并積累有害物質(zhì)，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能，如線粒體膜脂相變會(huì)破壞線粒體內(nèi)膜的完整性，阻礙能量的產(chǎn)生[4,16]。另外，細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸含量與飽和脂肪酸含量的比值越大，膜脂發(fā)生相轉(zhuǎn)變的溫度越低，有助于保持更強(qiáng)的膜流動(dòng)性，從而阻礙細(xì)胞內(nèi)離子外滲[17-18]。低溫貯藏會(huì)導(dǎo)致香蕉[19]、柑橘[20]和茄子[21]等細(xì)胞膜透性的增大，胞內(nèi)電解質(zhì)不斷外滲，進(jìn)而破壞細(xì)胞膜的完整性。但也有研究報(bào)道了熱處理可以降低低溫脅迫下黃瓜果實(shí)的相對(duì)電導(dǎo)率[22]，1 μmol·L-1油菜素內(nèi)酯處理也能降低采后豇豆在低溫貯藏中的相對(duì)電導(dǎo)率[23]，減緩其電解質(zhì)外滲至胞外。這可能是由于熱處理、油菜素內(nèi)酯處理能夠保持黃瓜、豇豆中較高的不飽和脂肪酸含量和降低其細(xì)胞膜發(fā)生相變的溫度，從而降低細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的受損程度。

2.2 能量代謝失調(diào)

冷害的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致果蔬組織內(nèi)的能量水平降低[24]。線粒體是生物組織進(jìn)行能量合成和呼吸作用的重要場(chǎng)所，為生物體的正常生命活動(dòng)提供必要的能量供給[25]。然而在低溫脅迫下，線粒體細(xì)胞膜會(huì)由液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài)，導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能受到破壞，致使內(nèi)膜上維持呼吸代謝和能量代謝平衡的相關(guān)酶活性發(fā)生改變，從而降低腺苷三磷酸(adenosine triphosphate, ATP)等維持能量代謝平衡的樞紐物質(zhì)的供給能力，影響能量的產(chǎn)生[4,26]。能量是細(xì)胞膜脂進(jìn)行生物合成所必需的物質(zhì)，充足的能量供應(yīng)有助于減輕細(xì)胞在低溫脅迫下的細(xì)胞膜損傷程度，提高果蔬的抗冷害能力，從而延長果蔬保鮮期[27]。有研究報(bào)道，桃果實(shí)發(fā)生冷害時(shí)，線粒體呼吸代謝相關(guān)酶活性降低，造成線粒體結(jié)構(gòu)和功能受損，阻礙能量的產(chǎn)生，導(dǎo)致細(xì)胞出現(xiàn)能量虧缺現(xiàn)象[28]。另外，甜菜堿處理采后番木瓜果實(shí)[29]或NO處理采后枇杷果實(shí)[30]能保持果實(shí)較高的ATP含量和能荷值水平，從而維持其果實(shí)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整，進(jìn)而提高果實(shí)采后抗冷性。

2.3 氧化脅迫

采后果蔬遭受低溫脅迫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生并積累活性氧，引起鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)，從而導(dǎo)致酶失活、細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)降解和DNA損傷，最終導(dǎo)致細(xì)胞膜氧化損傷和細(xì)胞膜功能喪失[35]。楊楊等[36]報(bào)道，低溫脅迫下芒果果皮細(xì)胞的膜脂結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致細(xì)胞膜上包括活性氧清除體系在內(nèi)的蛋白質(zhì)功能減弱，活性氧等氧化傷害物質(zhì)積累，致使膜結(jié)構(gòu)受損和蛋白質(zhì)功能喪失。前人研究表明，水楊酸處理采后黃花梨[37]、油菜素內(nèi)酯處理采后茄子[38]、茉莉酸甲酯與水楊酸處理采后檸檬[39]、熱水浸泡處理采后青椒[40]、冷激處理采后黃瓜[41]等，可以有效減輕貯藏期果蔬冷害的發(fā)生。林學(xué)亮等[37]研究認(rèn)為，水楊酸處理可提高采后黃花梨果實(shí)的活性氧清除酶活性，降低果實(shí)活性氧含量，減輕果實(shí)細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化，從而有效保護(hù)果實(shí)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。Gao et al[38]研究發(fā)現(xiàn)，油菜素內(nèi)酯處理采后茄子可以有效降低貯藏期間冷害的發(fā)生。Siboza et al[39]研究表明，采后檸檬果實(shí)在不適宜低溫下貯藏而發(fā)生冷害是由于活性氧積累所致，然而茉莉酸甲酯與水楊酸復(fù)合處理可以有效抑制活性氧積累，減輕檸檬果實(shí)冷害癥狀。侯建設(shè)等[40]研究報(bào)道，采后青椒經(jīng)熱水浸泡處理能夠提高其抗冷性，其機(jī)制可能是經(jīng)熱處理后的青椒在低溫逆境下可以保持相對(duì)較高的活性氧清除酶活性，保持較好的活性氧代謝平衡，減輕或避免了冷害的發(fā)生。此外，冷激處理減輕采后黃瓜低溫貯藏過程中冷害發(fā)生，與冷激處理保持采后黃瓜較高的活性氧清除酶活性有關(guān)[41]。因此，采后果蔬通過適宜的物理或化學(xué)方法處理，可以保持果蔬冷藏期間較高的活性氧清除酶活性、降低果蔬組織中活性氧的產(chǎn)生和積累，從而減輕活性氧對(duì)果蔬細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的破壞，提高果蔬在低溫脅迫下的抗冷性，減輕貯藏期果蔬冷害的發(fā)生，達(dá)到保持果蔬冷藏品質(zhì)、延長果蔬保鮮期的目的。

3 結(jié)論與展望

低溫貯藏在果蔬采后保鮮中運(yùn)用較廣，而對(duì)于冷敏性果蔬而言，不適宜的低溫貯藏易導(dǎo)致果蔬冷害發(fā)生，加速果蔬貯藏品質(zhì)劣變，縮短果蔬保鮮期并造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，深入研究果蔬冷害發(fā)生機(jī)制，對(duì)尋找避免或減輕果蔬冷害的方法具有重要意義。綜合國內(nèi)外研究表明，冷害溫度下貯藏，果蔬膜脂會(huì)發(fā)生相變，從而導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增大、細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲、能量代謝失調(diào)、細(xì)胞氧化損傷等，這一系列變化則導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能受損，致使抗冷性下降，最終導(dǎo)致冷害發(fā)生；有效保護(hù)果蔬細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)則有利于穩(wěn)定采后貯藏品質(zhì)。目前，已有許多關(guān)于如何減輕采后果蔬貯藏中冷害發(fā)生的實(shí)例報(bào)道，但將減輕冷害發(fā)生與膜脂代謝相結(jié)合的報(bào)道還較少。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、研究手段的不斷深入，可以從脂質(zhì)組學(xué)、膜脂代謝角度，進(jìn)一步深入研究采后果蔬冷害發(fā)生的分子生理機(jī)制，為調(diào)控采后果蔬品質(zhì)劣變、冷害發(fā)生及延長果蔬保鮮期提供理論基礎(chǔ)。另外，還需加強(qiáng)生物技術(shù)、天然提取物等保鮮技術(shù)及冷藏冷鏈配套設(shè)施的開發(fā)與應(yīng)用，為進(jìn)一步控制采后果蔬冷害發(fā)生、延長果蔬保鮮期提供技術(shù)指導(dǎo)。