1-甲基環(huán)丙烯在果實(shí)采后保鮮中應(yīng)用的研究進(jìn)展

李劍峰， 楊月琴，李 婷， 賈小平， 張 博

(河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 河南 洛陽 471023)

果實(shí)中含有豐富的維生素和礦質(zhì)元素，能夠提供營養(yǎng)，預(yù)防疾病，提高機(jī)體免疫力；芳香物質(zhì)和有機(jī)酸能夠促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)并吸收營養(yǎng)，對調(diào)節(jié)口味具有重要意義。因此，市場對果實(shí)的色澤、氣味和新鮮度提出較高的要求，推動(dòng)了果實(shí)采后生理和保鮮技術(shù)研究的快速發(fā)展。在影響果實(shí)采后生理變化的因素中，乙烯促進(jìn)果實(shí)成熟的作用備受關(guān)注，果蔬自身和儲(chǔ)藏環(huán)境中的乙烯均可與細(xì)胞內(nèi)相關(guān)受體結(jié)合，激活與成熟相關(guān)的一系列反應(yīng)，加速細(xì)胞衰老、死亡，導(dǎo)致果蔬過熟腐爛。1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)可以競爭性地與乙烯受體結(jié)合，從而抑制由乙烯引起的生化反應(yīng)[1]，延緩果實(shí)的成熟與衰老，延長保鮮期[2-3]。

1 1-MCP對乙烯的抑制機(jī)理

乙烯作為一種內(nèi)源激素，對果實(shí)采前和采后生理變化有重要影響，在果實(shí)成熟衰老過程中發(fā)揮重要作用，調(diào)控乙烯生物合成和作用途徑是調(diào)控果實(shí)采后成熟、延長儲(chǔ)藏保鮮的2條思路。乙烯與其受體中的金屬原子結(jié)合后引起受體結(jié)構(gòu)改變，之后從受體上脫落下來，乙烯受體被激活而產(chǎn)生催熟作用；而性質(zhì)活潑的小環(huán)烯烴化合物1-MCP在常溫下為氣態(tài)，也可以與乙烯受體蛋白的金屬離子牢固的結(jié)合，并長期占據(jù)該受體從而減少乙烯可作用受體的數(shù)量，對乙烯信號傳導(dǎo)造成占位性阻斷，抑制乙烯生理效應(yīng)的發(fā)揮[4]。1-MCP與乙烯受體的結(jié)合能力來源于1碳位上的一個(gè)氫離子被一個(gè)甲基所取代，使得整個(gè)分子呈平面結(jié)構(gòu)，形成比乙烯更高的雙鍵張力和化合能。因此，1-MCP處理只是抑制乙烯作用的途徑，對果實(shí)的成分及風(fēng)味不會(huì)造成影響[5]，是安全、綠色的果實(shí)保鮮措施。

研究表明，1-MCP處理能顯著增加過氧化物酶、超氧化物歧化酶、碳酸酐酶、核苷二磷酸激酶、甘油醛-3-磷酸脫氫酶、RuBisCO和二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的豐度，并能夠通過增強(qiáng)應(yīng)激反應(yīng)來保護(hù)葉綠體及細(xì)胞[6]，這表明1-MCP可以通過抑制細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量代謝來延緩衰老。1-MCP可以減輕冷藏后仙人掌梨轉(zhuǎn)錄組的整體變化[5]，抑制梨PbPPH、PbRCCR、PbNYC、PbETR1和PbETR2基因的表達(dá)，促進(jìn)PbSGR、PbCLH1基因的表達(dá)[7]；在芒果中發(fā)現(xiàn)1.5 μlL-11-MCP處理能抑制芒果ETR基因的表達(dá)水平[8]。因此1-MCP是通過其與乙烯競爭受體蛋白來阻斷乙烯信號傳導(dǎo)和調(diào)節(jié)乙烯受體蛋白基因的表達(dá)兩條途徑來延緩果實(shí)衰老(圖1)。

2 影響1-MCP作用效果的因素

2.1 溫度和氧氣

環(huán)境溫度影響1-MCP對果實(shí)的保鮮效果，1-MCP氣體在低溫下滲入果實(shí)細(xì)胞組織的能力下降，并且與受體結(jié)合位點(diǎn)的親和力降低，導(dǎo)致低溫下1-MCP的處理效果降低。用1-MCP處理獼猴桃，在0℃下幾乎沒有作用，而在20℃下效果顯著[10]。

除溫度外，氧氣與二氧化碳含量對1-MCP的處理效果也有顯著影響，低氧環(huán)境下1-MCP的處理效果較好，果實(shí)采后的氧化反應(yīng)明顯降低[11]。在室溫下，0.6 kPa O2中儲(chǔ)藏可以最大程度地保持水果的硬度，而高于0.6 kPa O2則會(huì)增加果實(shí)的發(fā)病腐爛率；在1.5或2.5kPa O2中1-MCP處理則會(huì)顯著增加果實(shí)褐變和腐爛率[12]。

2.2 處理濃度和時(shí)間

1-MCP的處理效果與其使用濃度和時(shí)間有關(guān)，處理效果一定的前提下，濃度和時(shí)間成反比。然而不同果實(shí)的最佳處理濃度和時(shí)間均不同(表1)，如早酥梨果實(shí)的最佳濃度是1.5 μlL-1，該濃度可以更好地控制黃化[13]；青脆李的最佳濃度是0.75 μlL-1，該濃度可以抑制青脆李硬度和可溶性固形物含量(Soluble solids contents,SSC)含量的下降，維持糖酸含量[14]；獼猴桃的最佳濃度是1.00 μlL-1，有效處理范圍是0.10～10.00 μlL-1[15]。

表1 1-MCP對部分果實(shí)的最佳處理濃度

2.3 果實(shí)成熟度

果實(shí)成熟度對1-MCP處理效果有較大影響，1-MCP對內(nèi)源乙烯催化的后熟會(huì)失去抑制效果。已經(jīng)有研究表明，1-MCP的作用效果與河套蜜瓜的成熟度之間存在著負(fù)相關(guān)關(guān)系[31]，1-MCP只能對未產(chǎn)生大量乙烯的未完全成熟的蜜瓜發(fā)揮抑制作用。雖然1-MCP處理能對不同成熟度的‘Bartlett’梨的儲(chǔ)藏均有效果，但對成熟前期的梨處理效果更佳[32]。因此，躍變型果實(shí)應(yīng)在躍變前處理，在躍變期處理則失去抑制成熟的作用[33]。而不同成熟度的果實(shí)所使用的1-MCP濃度也不同，成熟度越低則所需要的1-MCP有效濃度越小。如富士蘋果在貯藏前的最佳濃度是1.0 μlL-1，而在貯藏后則需要5.0 μlL-1的濃度處理[33]。因此在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該關(guān)注果實(shí)成熟度，成熟度過高不能發(fā)揮作用，過低則抑制總揮發(fā)性物質(zhì)，抑制正常后熟，影響風(fēng)味。

3 1-MCP在果實(shí)采后貯藏保鮮中的應(yīng)用

3.1 1-MCP結(jié)合低溫處理對果實(shí)貯藏保鮮的影響

果實(shí)的呼吸與環(huán)境溫度相關(guān)，降低溫度可減弱呼吸強(qiáng)度，延長儲(chǔ)藏期，但是水果低溫貯藏會(huì)發(fā)生果肉木質(zhì)化和褐變等冷害現(xiàn)象[34-36]。1-MCP結(jié)合低溫冷藏處理可以延緩脂肪氧化酶(Lipoxygenase,LOX)活性、磷脂酶D(Phospholipase D,PLD)活性、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量增加的時(shí)間和速率，提高冬棗的過氧化物酶(Peroxidase,POD)活性和降低多酚氧化酶(Polyphenol,PPO)活性，保持果實(shí)細(xì)胞膜的完整性，防治褐變和延遲果肉硬度下降，延長貯藏期[30,37-40]。這表明1-MCP與低溫技術(shù)聯(lián)合使用中，1-MCP可以降低低溫對水果造成的冷害作用，能在一定程度上克服單獨(dú)冷藏對果實(shí)產(chǎn)生的不良影響。雖然1-MCP結(jié)合冷藏處理能延緩果實(shí)后熟，但對某些果實(shí)芳香物質(zhì)的釋放具有抑制作用，例如低溫儲(chǔ)藏下，1-MCP能顯著降低花牛蘋果香氣的含量[41]。因此加強(qiáng)1-MCP結(jié)合冷藏處理手段對果實(shí)香氣物質(zhì)釋放的影響方面的研究，可以促使貯藏技術(shù)的改進(jìn)，使果實(shí)貯藏品質(zhì)更佳。

3.2 1-MCP結(jié)合冰溫處理對果實(shí)貯藏保鮮的影響

低溫可以延長果實(shí)貯藏時(shí)間，但溫度更低的冰溫貯藏技術(shù)也越來越多的應(yīng)用于果實(shí)保鮮。冰溫指0℃至未結(jié)冰溫度范圍，在該溫度范圍內(nèi)結(jié)合適宜濃度的1-MCP處理可以更好地維持果蔬貯藏品質(zhì)。例如1 μl·L-11-MCP處理結(jié)合冰溫貯藏較單獨(dú)冰溫貯藏顯著抑制葡萄的乙烯生成速率和MDA、LOX及POD等酶的活性，延緩衰老，提高葡萄采后貯藏品質(zhì)[42]，同樣是保持山楂果實(shí)良好品質(zhì)的有效方法[43]；1-MCP處理結(jié)合冰溫貯藏可以較好地保留柿子的營養(yǎng)成分，抑制乙醇、呼吸作用的細(xì)胞膜透性的增加[44-45]；可以抑制蘋果PPO、LOX的活性，促進(jìn)POD和過氧化氫酶(Catalase,CAT)的活性[46]，同樣也可以改善冰溫單獨(dú)處理對果實(shí)造成的冷害現(xiàn)象[46]。1-MCP處理結(jié)合冰溫貯藏對呼吸躍變型果實(shí)效果較好，研究較多，而對非躍變型果實(shí)的保鮮效果研究較少。

3.3 1-MCP 結(jié)合氣調(diào)處理對果實(shí)貯藏保鮮的影響

自發(fā)氣調(diào)包裝(MAP)是一種高CO2、低O2濃度的微環(huán)境塑料薄膜包裝，該薄膜具有透氣性，由此構(gòu)成的微環(huán)境可抑制果實(shí)的代謝速率，從而延長儲(chǔ)藏期。構(gòu)成這種微環(huán)境的塑料薄膜材料與厚度和透氣度均會(huì)對果實(shí)貯藏期及品質(zhì)造成影響；如PVC薄膜比PE薄膜包裝能更有效地提高CO2和降低O2百分含量，能夠更好的保持果實(shí)的硬度和較高的可溶性固形物含量[47]；厚度為15 μm的高滲CO2保鮮袋對山楂的貯藏效果更好[48]；1-MCP結(jié)合MAP處理能夠降低果實(shí)腐爛率，維持果實(shí)硬度、色澤、可溶性固形物和維生素含量，抑制果心褐變[49-50]。雖然1-MCP和自發(fā)氣調(diào)處理均能抑制獼猴桃果實(shí)的呼吸躍變，降低可溶性固形物含量和抑制色素降解，但1-MCP和自發(fā)氣調(diào)相結(jié)合的處理方式比單獨(dú)處理的效果更好，能更有效的抑制獼猴桃有機(jī)酸的分解和保持獼猴桃的硬度和色澤，延長貨架期[51-52]。因此，MAP結(jié)合1-MCP處理比單一的使用MAP或1-MCP處理果實(shí)的效果更好。

3.4 1-MCP 結(jié)合保鮮劑處理對果實(shí)貯藏保鮮的影響

果實(shí)保鮮劑是一種具有良好經(jīng)濟(jì)效益的化學(xué)物質(zhì)，其操作簡單、成本低廉。強(qiáng)氧化劑二氧化氯(ClO2)是公認(rèn)的性能優(yōu)良、效果最好的食品保鮮劑。在保鮮作用上ClO2結(jié)合1-MCP處理比單獨(dú)使用ClO2處理和1-MCP處理效果顯著[53]。在草莓的研究中發(fā)現(xiàn)，1-MCP與保鮮劑 ClO2復(fù)合處理較單獨(dú)處理能夠顯著減輕草莓失水，防止腐爛，抑制微生物浸染，從而保持草莓品質(zhì)[54]。1-MCP與環(huán)氧乙烷高級脂肪醇(OHAA)復(fù)合處理較單獨(dú)處理能夠顯著保持小白杏果實(shí)硬度和好果率，復(fù)合處理能降低果實(shí)CAT和超氧化物歧化酶(Superoxide dismutasem,SOD)的活性，有效延緩果實(shí)硬度和VC含量的下降，延緩果實(shí)的衰老[55-56]。1-MCP與殼聚糖(Chitosan,CTS)復(fù)合處理可以顯著降低吲哚乙酸(Indoleaceti cacid,IAA)含量，并延緩GA含量的增加[57]；熏蒸1-MCP結(jié)合CT保鮮劑處理木納格葡萄保鮮效果優(yōu)于單一的保鮮劑處理[58]。1.5 μl·L-11-MCP和2.0%CTS處理均能延緩芒果的后熟與衰老，聯(lián)合處理能進(jìn)一步提高芒果的貯藏品質(zhì)[8]。另外，Na2S2O5處理‘紅提’葡萄果穗可以降低多酚氧化酶的活性[59]，3 mg·kg-1的1-MCP與4 g·kg-1的Na2S2O5復(fù)合處理，可有效減緩‘紅提’葡萄軟化、降低呼吸速率，保持可溶性固形物含量、還原糖及可滴定酸，具有良好的保鮮效果[28]。這表明多種保鮮劑處理與1-MCP處理對果實(shí)貯藏保鮮具有協(xié)同作用。

3.5 1-MCP結(jié)合熱處理對果實(shí)貯藏保鮮的影響

熱處理是一種無化學(xué)殘留、安全性高、簡便有效的物理保鮮方法。研究表明，熱空氣處理綠熟期芒果可促進(jìn)芒果的后熟，而熱水結(jié)合1-MCP處理，既可有效控制炭疽病的發(fā)生，又對芒果果實(shí)品質(zhì)無不良影響，還可延緩芒果的后熟進(jìn)程，延長貯藏期。熱水處理再冷卻然后用1-MCP處理可讓果實(shí)延遲成熟[60]。1-MCP結(jié)合熱空氣處理能保持蘋果后熟形成的果實(shí)膜的完整性和較高的含酸量，有效保持蘋果的風(fēng)味和品質(zhì)[61]。這表明熱處理與1-MCP處理對果實(shí)貯藏保鮮具有協(xié)同作用，熱處理能夠促進(jìn)1-MCP滲入果實(shí)細(xì)胞組織。

3.6 1-MCP結(jié)合減壓處理對果實(shí)貯藏保鮮的影響

減壓儲(chǔ)藏是指降低果實(shí)儲(chǔ)藏環(huán)境的氣體分壓，構(gòu)造低壓條件，促進(jìn)果實(shí)內(nèi)揮發(fā)性有害氣體的擴(kuò)散，減少由此引發(fā)的衰老和生理病害，延長儲(chǔ)藏期的方法。1-MCP可以誘導(dǎo)活性氧生成，破壞線粒體，破壞孢子質(zhì)膜完整性，從而直接抑制孢子萌發(fā)和菌絲生長，抑制芒果果實(shí)的炭疽病[62]。減壓貯藏可形成超低氧環(huán)境，能抑制微生物的生長和孢子的形成，進(jìn)而減輕微生物對果實(shí)的侵染。錢驊等[63]在藍(lán)莓的研究中發(fā)現(xiàn)1.5 kPa預(yù)處理12 h對藍(lán)莓的保鮮效果優(yōu)于1-MCP處理，但均好于超低壓保鮮；然而1-MCP結(jié)合減壓處理對果實(shí)的保鮮作用尚不清楚，還有待研究。

3.7 1-MCP與其它技術(shù)聯(lián)用對果實(shí)貯藏保鮮的影響

大多數(shù)1-MCP與其它技術(shù)聯(lián)用的復(fù)合處理能夠更有效的保證果實(shí)的貯藏品質(zhì)和延長貯藏期。1-MCP結(jié)合涂膜保鮮處理能夠抑制果實(shí)的新陳代謝，保持水分，改善貯藏品質(zhì)[64]。紫外光照射是一種殺菌保鮮的有效方法，在低溫下，1-MCP處理結(jié)合UV-C照射藍(lán)莓能夠抑制呼吸速率、乙烯產(chǎn)量和MDA含量，提高總花青素含量，其效果優(yōu)于1-MCP或UV-C單獨(dú)照射處理[65]；用1.5 k Gy60Co-γ輻照結(jié)合1 μl·L-11-MCP處理可顯著延緩藍(lán)莓的硬度和顏色變化；是長期貯藏藍(lán)莓和保持品質(zhì)的有效方法[66]。此外，超聲波加1-MCP處理能有效地提高蘋果的貯藏品質(zhì)，延長蘋果的貯藏期[67-68]。乙烯吸收劑(EA)結(jié)合1-MCP處理對果實(shí)揮發(fā)性成分的保持較單一處理更好[69]。

4 展望

1-MCP在果實(shí)保鮮中占有重要地位。目前1-MCP對果實(shí)保鮮作用的研究在生理水平上已經(jīng)非常透徹，但對果實(shí)感官特征的影響研究不足，對其在蛋白水平和基因分子水平的研究較少，分子機(jī)制還不清楚。加深1-MCP對果實(shí)中相關(guān)基因和蛋白影響的研究，將會(huì)發(fā)現(xiàn)更多與1-MCP起協(xié)同作用的化合物和保鮮處理手段，這也是開發(fā)更多1-MCP聯(lián)用技術(shù)的關(guān)鍵。

1-MCP與其他保鮮技術(shù)聯(lián)用在一定程度上結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，能夠顯著延緩采后果實(shí)的衰老進(jìn)程，延長儲(chǔ)藏期。應(yīng)擴(kuò)大1-MCP與其他保鮮技術(shù)聯(lián)用的理論研究范圍，深入挖掘作用機(jī)理，明確最佳應(yīng)用技術(shù)參數(shù)，才能擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用廣度和深度。在1-MCP聯(lián)合使用貯藏保鮮技術(shù)中，應(yīng)著重考慮保鮮劑或保鮮手段對果實(shí)風(fēng)味的影響，聯(lián)合貯藏技術(shù)對果實(shí)風(fēng)味影響的評價(jià)將是一個(gè)重要的研究方向。