褪黑素在果蔬保鮮中的應用

魏樹偉王紀忠

(1.淮陰工學院，江蘇 淮安 223003；2.山東省果樹研究所，山東 泰安 271000)

褪黑素(N-乙酰-5-甲氧基色胺，melatonin，MT)又稱美拉酮寧、抑黑素、松果腺素，因其能使某些動物皮膚顏色變淺而被命名為“褪黑素”，具有高親脂性和親水性[1]，是一種廣泛存在于動植物體內(nèi)的吲哚類小分子物質(zhì)[2，3]，在從藻類到人類等各種生物中具有多種生物學功能[4]。國內(nèi)外學者對褪黑素在人體內(nèi)生物學功能的研究表明，褪黑素具有調(diào)節(jié)免疫力、改善睡眠、抗衰老、抗腫瘤等多方面作用，同時也可有效調(diào)節(jié)內(nèi)分泌、治療AIDS和保護心血管等[5]。

褪黑素在植物中的生物學功能也引起了廣泛關注。褪黑素被認為是活性氧清除劑，可高效清除活性氧自由基，提高抗氧相關酶(過氧化物酶等)酶活性和抗氧化劑(維生素C等)含量，抑制過氧化反應、延緩植物衰老，具有緩解鹽脅迫、干旱脅迫、重金屬脅迫、低溫脅迫等逆境脅迫的作用[6]。倪知游等[7]研究表明，褪黑素可有效緩解可溶性蛋白的降解，提高脯氨酸和可溶性糖含量，降低鹽脅迫對獼猴桃幼苗的傷害。唐懿等[8]研究結(jié)果顯示，褪黑素處理過的茄子幼苗其細胞內(nèi)的POD、SOD、CAT、APX等多種抗氧化酶的活性均比未施用褪黑素的茄子幼苗高，提高了茄子幼苗葉片對低溫弱光環(huán)境的抵抗力。另外，褪黑素可以促進不定根形成，提高種子萌發(fā)速率，調(diào)節(jié)植物開花，具有和類生長素相似的結(jié)構(gòu)和功能，被認為是一種新的植物生長調(diào)節(jié)劑和生物刺激劑[9、10]。Hernández-Ruiz等[11]研究表明，褪黑素可以促進大麥和小麥胚芽鞘的生長。除此之外，褪黑素在植物保鮮中的應用研究也被廣泛關注，近年來已有相關文獻進行報道[12、13]。本文對褪黑素進行了簡述，分析了其在植物保鮮中的主要作用，旨在為褪黑素在果蔬產(chǎn)品保鮮中的應用提供參考。

1 褪黑素的發(fā)現(xiàn)

1917年，McCord和Allan在牛的松果體中發(fā)現(xiàn)了一種物質(zhì)可以使蛙類皮膚里的黑色素發(fā)生凝結(jié)反應變成白色[14]。1958年，Lerner從牛的松果體中成功提取并鑒定了該物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)，并根據(jù)其能使某些動物皮膚發(fā)亮的特性將它命名為褪黑素[15]。1961年，Kopin等合成了氚標記褪黑素，并用其探究動物器官中3H-MT的分布。在之后很長一段時間內(nèi)，人們都認為褪黑素只存在于人和動物體內(nèi)，作為抗氧化劑和自由基清除劑，保護有機體免受內(nèi)在和周圍環(huán)境的氧化脅迫，直到1995年Hattori等首次在小麥、玉米、香蕉等可食用植物中發(fā)現(xiàn)了褪黑素。后續(xù)研究中，人們陸續(xù)在植物種子、根、葉片、花等各植物器官中檢測到了褪黑素[16]，同時也在部分菊科植物、藥用植物中發(fā)現(xiàn)了褪黑素，其中藥用植物中的褪黑素含量較高。目前，植物已經(jīng)被證實含有比動物更多的褪黑素，并且含有參與其生物合成的酶存在[17]。近年來，褪黑素在果蔬保鮮中的作用被廣泛關注，研究表明，經(jīng)褪黑素處理的獼猴桃[18]果實呼吸強度和乙烯釋放量明顯低于對照的果實，并可降低采摘后貯藏期間桃[19]果實腐爛率，防止冷害的發(fā)生。

2 褪黑素在果蔬保鮮中的作用

2.1 清除活性氧自由基

機體內(nèi)發(fā)生酶促反應和非酶促反應時可能產(chǎn)生自由基，自由基學說是現(xiàn)在被普遍接受的一種衰老機制學說?；钚匝踝杂苫怯呻娮觽鬟f鏈產(chǎn)生的超氧陰離子，可通過與細胞內(nèi)成分發(fā)生反應生成破壞性很強的羥基自由基和過氧亞硝基陰離子自由基，破壞核酸結(jié)構(gòu)和功能，使蛋白質(zhì)失活，從而造成細胞變形、突變和衰老[20]。在自然界中有許多天然活性物質(zhì)可以清除自由基的活性，褪黑素能在植物組織中自由移動，是一種天然的活性氧清除劑。Lei等[21]研究發(fā)現(xiàn)在蘋果成熟過程中，機體內(nèi)的MDA含量和褪黑素含量呈現(xiàn)負相關，推測褪黑素在蘋果成熟過程中的主要作用是清除呼吸躍變產(chǎn)生的活性氧，以維持細胞內(nèi)的氧化還原平衡。Pieri[22]等研究結(jié)果顯示，褪黑素清除自由基的能力比維生素E、抗壞血酸和谷胱甘肽強，是一種高效的氧化還原平衡劑。

2.2 調(diào)控果實的成熟和衰老

褪黑素可以誘導乙烯的合成和信號傳導，抑制自由基的積累和膜脂過氧化反應，以維持機體的氧化還原平衡，促進果實成熟的同時延緩果實的衰老，是一種高效的保鮮劑。果實的成熟和衰老是兩個緊密聯(lián)系的過程，但是褪黑素對一些與成熟相關的參數(shù)，比如乙烯的生成、細胞壁的變化等起到了積極的調(diào)控作用，同時對一些與衰老相關的參數(shù)，比如衰老相關蛋白和抗毒素等則起著抑制的作用。有研究顯示，番茄經(jīng)過褪黑素處理之后可溶性固形物、抗壞血酸、番茄紅素、檸檬酸和磷的含量普遍高于未處理的番茄，同時產(chǎn)量也提高了13%，且風味更佳[23]。Gao等[24]研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素處理可以維持桃果實的重量，降低其呼吸速率和腐爛率，同時保持果實的硬度、可溶性固形物總量和抗壞血酸含量，延緩衰老，保證果實品質(zhì)。辛丹丹等[25]研究結(jié)果顯示，噴施褪黑素可以降低黃瓜貯藏過程中可滴定酸、葉綠素、維生素C和可溶性蛋白含量的下降速度，抑制其呼吸速率，減少乙烯釋放量，降低MDA含量、相對電導率和活性氧含量。

2.3 提高抗逆性

低溫冷害是指高于植物冰點以上的不適宜的溫度環(huán)境，是產(chǎn)品采后貯藏期間常會出現(xiàn)的逆境脅迫。果蔬長期在低溫環(huán)境下貯藏會影響其細胞膜流動性和酶活力，導致其發(fā)生生理代謝障礙和組織傷害[26]，因此如何提高抗冷性成了現(xiàn)在果蔬采后生理及保鮮技術的研究熱點。2000年，Tan等[27]發(fā)現(xiàn)，將在25 ℃下生長的蘆薈轉(zhuǎn)移到4 ℃下培養(yǎng)時，機體內(nèi)的褪黑素含量顯著增加了，所以推測褪黑素對低溫脅迫具有一定的抵御作用。Lei[28]等研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)褪黑素處理的胡蘿卜懸浮細胞系在低溫脅迫環(huán)境下與對照組相比更好的保持了細胞膜功能和完整性。此外，低溫貯藏是一種常見的保鮮手段，通過降低溫度可以抑制果蔬的呼吸強度，從而達到果蔬保鮮的目的。但是長時間的低溫貯藏也會導致果蔬葉片變黃、營養(yǎng)品質(zhì)降低、莖部木質(zhì)化等問題，褪黑素可以提高植物對低溫的抵抗能力，是一種很好的輔助材料。賈志偉等[29]研究結(jié)果顯示，褪黑素可以提高采后低溫貯藏的菜心組織內(nèi)SOD和POD的酶活性，減少MDA的積累，延緩葉綠素降解，高效保持莖和葉組織中可溶性糖和可溶性蛋白含量，同時降低菜心木質(zhì)素含量，防止莖部木質(zhì)化。

除低溫冷害以外，果蔬產(chǎn)品在采摘貯藏期間還易受到擠壓、低氧、高溫、光線不足、缺水等不良環(huán)境影響，導致品質(zhì)降低，影響商品價值。已有研究證實，褪黑素在抵抗鹽堿、干旱、高溫等方面具有很好的效應[30、31]。

果蔬在采摘后由于病原菌的作用而造成的侵染性病害也是影響果蔬品質(zhì)和經(jīng)濟效益的重要因素，通常這些侵染性病害是由真菌引起的。褪黑素能夠提高CAT、SOD、POD等抗氧化酶活性來清除因為真菌侵染造成的活性氧迸發(fā)，提高抗病信號物質(zhì)水楊酸和茉莉酸的含量。Zhao[32]發(fā)現(xiàn)褪黑素能夠上調(diào)細胞壁相關基因表達來提高植株的抗病性。在植株被真菌侵染時，細胞壁最先被破壞，緊接著細胞器降解，最后導致細胞破裂，呈現(xiàn)出果肉腐爛的表型。而褪黑素能夠保護細胞的功能和完整性，推測可能是因為褪黑素對菌絲有抑制作用。除此之外，褪黑素能夠上調(diào)水楊酸合成過程中關鍵基因的表達，增加植株中水楊酸含量來提高植物的抗病性[33]。劉建龍[23]研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素能夠通過激活梨中與擬南芥同源的PbOPR3基因從而促進茉莉酸的合成，增加梨中茉莉酸的含量，進而提高植物抗病性。殷麗華[34]研究發(fā)現(xiàn)，蘋果受褐斑病菌侵害時，外源褪黑素可以有效緩解葉綠素熒光的降低，保持細胞內(nèi)過氧化氫含量的穩(wěn)定性，提高了幾丁質(zhì)酶和β-1,3-葡聚糖酶的基因表達量，從而顯著增強蘋果對褐斑病的抗性。曹晶晶等[35]研究結(jié)果顯示，采后褪黑素處理的蘋果果實中POD、SOD、CAT和PAL的活性均顯著提高，0.2 mmol/L的褪黑素處理可以顯著抑制蘋果病斑擴展。

2.4 使果蔬貯藏品質(zhì)保持穩(wěn)定

品質(zhì)是決定果蔬商業(yè)價值重要的影響因素，失重率、呼吸速率、乙烯含量、色差、硬度、固形物含量等是衡量果實品質(zhì)的重要指標。褪黑素作為高效保鮮劑，可以通過控制果蔬采后貯藏期間的呼吸速率和乙烯釋放量來延緩果蔬品質(zhì)降低。馮雪立等[36]研究表明，采后適宜濃度褪黑素處理李果實可以使果實可溶性固形物、可滴定酸含量保持穩(wěn)定，降低果實呼吸強度和失重率，緩解維生素C的降解，保證果實的風味和品質(zhì)。辛丹丹等[25]研究發(fā)現(xiàn)，100 μmol/L的外源褪黑素處理可以緩解黃瓜采后葉綠素、維生素C、可滴定酸、可溶性蛋白含量的下降，抑制膜脂過氧化反應，最大程度保證細胞膜功能和完整性，在保證黃瓜品質(zhì)的同時延長貨架期。王晶等[37]研究外源褪黑素對柑橘品質(zhì)和乙醇代謝的影響發(fā)現(xiàn)，褪黑素處理‘愛媛38號’柑橘果實可延緩其衰老，減少乙醇、乙醛積累，防止貯藏期間果實產(chǎn)生異味，保證果實的新鮮度，改善果實風味與品質(zhì)。

3 展望

從褪黑素被發(fā)現(xiàn)到之后很長一段時間，人們都認為其只存在于人和動物體內(nèi)，所以對于褪黑素更多的是研究其對人和動物的生物學功能及其作用機制。褪黑素在植物中的研究起步較晚，近年來才開始其在果蔬保鮮中的應用研究，相關報道還比較少。已有研究顯示，褪黑素具有清除活性氧自由基、調(diào)控成熟與衰老、提高抗逆性等生理作用，但是關于褪黑素對果實品質(zhì)的影響及其作用機制還鮮有報道，亟待進一步研究。果蔬作為直接食用的產(chǎn)品，對安全、健康的要求非常高，褪黑素作為天然的保鮮劑，具有良好的保鮮效果，易于被人體吸收，從營養(yǎng)學角度可以將其歸類于一種維生素，且具有調(diào)節(jié)免疫力、改善睡眠、抗衰老、抗腫瘤等多方面作用，有益于人體健康，在果蔬采后貯藏保鮮方面有廣泛的應用前景。