外源褪黑素在果蔬保鮮中的作用研究進(jìn)展

郜梔萍 田云芳 姜淑寧 尚泓奎 王銀宵 楊秋梅

（1 鄭州師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，河南鄭州 450044；2 鄭州市觀賞藥用特色資源植物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450044）

褪黑素（N-乙酰-5-甲氧基色胺，melatonin，MT）是廣泛存在于動(dòng)植物內(nèi)的一種物質(zhì)[1]，1958 年Lerner等人成功提取并確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)[2]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)褪黑素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其有抗炎、抗腫瘤、調(diào)節(jié)并抑制因?yàn)E用藥物導(dǎo)致的成癮現(xiàn)象、治療心血管系統(tǒng)疾病等作用[3]。褪黑素在果蔬保鮮方面的作用也受到眾多學(xué)者關(guān)注。 褪黑素能提高百香果中超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性，抑制丙二醛（MAD）產(chǎn)生，抑制過(guò)氧化物酶（POD）活性[4]；延緩黃瓜抗壞血酸的降解，抑制微生物生長(zhǎng)，增強(qiáng)果實(shí)的抗凍性[5]。褪黑素能降低南果梨果皮內(nèi)葉綠素的降解速率，降低乙烯釋放速率[6]。褪黑素還能減少獼猴桃的呼吸消耗，減緩果實(shí)的膜脂過(guò)氧化，從而發(fā)揮后熟衰老延緩功效[7]。此外，褪黑素也作為生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑使用。聶必林等[8]研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)耐庠赐屎谒厥沟煤诠坭接酌鐐?cè)根數(shù)量明顯增多。

采摘加工后的果蔬，在貯藏過(guò)程中容易受到溫度、水分、病原體等影響，從而影響果蔬的外觀顏色、品質(zhì)口感、貨架期等相關(guān)指標(biāo)。 因此，如何保持果蔬采摘后的優(yōu)良品質(zhì)、延長(zhǎng)果蔬的貨架期成為學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。 本文對(duì)外源褪黑素的作用進(jìn)行概述，探討其在果蔬保鮮中的主要作用，以期為今后褪黑素在果蔬保鮮中的應(yīng)用提供參考。

1 褪黑素概述

褪黑素是廣泛存在于生物體內(nèi)的吲哚類(lèi)色胺。具有親脂性和親水性[9]。 1917 年，McCord 和Allan 在牛的松果體中發(fā)現(xiàn)了可以讓蝌蚪皮膚、內(nèi)臟變透明的物質(zhì)。 1953 年，Lerner 重新試驗(yàn)，找到并且合成了這種物質(zhì)——褪黑素[10]。 褪黑素常存在于哺乳動(dòng)物和植物中，具有調(diào)節(jié)睡眠周期、減少細(xì)胞凋亡、抗氧化及免疫作用等多種生理功能。 在正常生理發(fā)展的狀態(tài)下，褪黑素的濃度呈晝夜節(jié)律波動(dòng)，夜間達(dá)到峰值，白晝降至谷底。 在植物中，褪黑素在結(jié)構(gòu)上與吲哚乙酸（IAA）相似，且二者具有非常相似的生理功能。 褪黑素具有兩重性，可提高種子萌發(fā)率，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起調(diào)節(jié)作用。 褪黑素具有抗氧化和增強(qiáng)植物抗寒能力的作用。

2 褪黑素在果蔬保鮮中的作用

2.1 清除活性氧自由基

活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）是生物體發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生的有害化學(xué)物質(zhì)，能夠引起衰老等。自由基的發(fā)生與新陳代謝有關(guān)，部分物質(zhì)以酶催化電子轉(zhuǎn)移時(shí)產(chǎn)生的自由基中間體發(fā)揮作用?；钚匝醯纳煞绞桨ùx活動(dòng)過(guò)程、過(guò)度運(yùn)動(dòng)等，且植物細(xì)胞中也存在活性氧自由基。褪黑素可以有效清除ROS，維持果實(shí)較高的能量狀態(tài)，可防止果實(shí)衰老及發(fā)揮采摘后的保鮮作用[11]。 ROS 的產(chǎn)生與積累是果蔬產(chǎn)生褐變、腐爛、變質(zhì)等的主要原因之一。為減緩以上情況發(fā)生，需要細(xì)胞中的SOD、POD、CAT等酶類(lèi)[12-13]發(fā)揮清除作用。 植物體內(nèi)有少量的褪黑素，是一種內(nèi)源性褪黑激素，起信號(hào)分子的作用，能調(diào)節(jié)細(xì)胞中活性氧清除系統(tǒng)，提高酶的活性。推斷添加外源褪黑素可提高其活性氧清除能力，用于果實(shí)的貯藏。謝 晶等[14]研究結(jié)果表明，添加外源性褪黑素可以有效減少百香果貯藏中的水分蒸發(fā)，抑制百香果細(xì)胞中POD 活性，提高SOD 和CAT 活性，從而有效延緩采后百香果衰老褐變。 王 鋒等[14]對(duì)甜櫻桃果實(shí)褐變的研究表明，外源褪黑素有效提高了甜櫻桃SOD 和CAT 活性等，從而抑制了褐變指數(shù)上升。 綜合來(lái)看，褪黑素對(duì)清除ROS 有顯著效果。 近年來(lái)，褪黑素也常被用于果蔬或藥材的貯藏保存。

2.2 提高抗逆性

抗逆性指植物對(duì)逆境的抵抗能力和耐受力。 果蔬在采摘后會(huì)進(jìn)行低溫儲(chǔ)存（0~4 ℃），防止變質(zhì)腐爛。長(zhǎng)時(shí)間低溫儲(chǔ)存會(huì)使細(xì)胞膜透性發(fā)生變化，細(xì)胞可溶性物質(zhì)大量外滲，導(dǎo)致植物代謝失調(diào)，從而使植物受害。目前，研究表明，多胺對(duì)植物脅迫較為敏感，特別是在低溫條件下，多胺能保護(hù)細(xì)胞膜的完整性。多胺在植物生長(zhǎng)發(fā)育中起到重要作用，參與各種脅迫響應(yīng)，可提高植物抵抗脅迫能力。 包 宇等[15]研究發(fā)現(xiàn)，外源褪黑素處理的番茄低溫抵抗能力更高，脯氨酸等明顯提高。 2019 年史中飛等[16]發(fā)現(xiàn)，在4 ℃條件下加入褪黑素后再進(jìn)行脅迫處理，油菜抗氧化酶活性提高，葉綠素的含量增加，植物的綠色期延長(zhǎng)。張嘉雯等[17]研究發(fā)現(xiàn)，加入100 μmol/L 褪黑素處理煙草幼苗在低溫狀態(tài)下活性最高。因此，褪黑素在低溫條件下可提高植物抵御寒冷的能力，從而提高植物的生存率。 果蔬長(zhǎng)時(shí)間在低溫條件下會(huì)出現(xiàn)變黃萎縮、品質(zhì)和口感降低、莖部老化等問(wèn)題，褪黑素能改善植物抵御低溫脅迫的能力，從而延緩植物變黃萎縮的進(jìn)程。

目前，土壤鹽堿化日漸嚴(yán)重，土壤鹽堿化會(huì)影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生“燒苗”現(xiàn)象，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生巨大的阻礙。 聶必林等[8]研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)蜐舛韧庠赐屎谒啬茉谝欢ǔ潭壬暇徑恹}脅迫對(duì)黑果枸杞的生長(zhǎng)傷害，高濃度外源褪黑素會(huì)加劇鹽脅迫的傷害。 外源褪黑素對(duì)黑果枸杞有“低促高抑制”的現(xiàn)象。 張婷[18]研究了不同濃度褪黑素對(duì)多種百合耐鹽堿性的影響，得出結(jié)論外源褪黑素可增強(qiáng)抗鹽堿的能力。 劉娜[19]研究發(fā)現(xiàn)，NaHCO3脅迫可使番茄生長(zhǎng)量顯著降低，外源褪黑素能提高番茄的堿脅迫抵抗力。 許秋怡等[20]發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫能顯著降低水稻抗稻瘟病的能力，加入不同濃度的外源褪黑素可顯著增強(qiáng)水稻抗稻瘟病的能力。 生吉萍等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與噴施蒸餾水的對(duì)照組相比，在番茄采收前噴施不同濃度的褪黑素可顯著降低灰葡萄孢菌的發(fā)病率、菌斑面積。 殷麗華[22]研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素能提高蘋(píng)果的抗病性，褪黑素處理的蘋(píng)果活性氧處在穩(wěn)定的水平。

2.3 抑制乙烯合成

近年來(lái)，大量文獻(xiàn)報(bào)道了褪黑素具有延緩果實(shí)衰老的作用，其有望成為一種新型的保鮮劑。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道，抑制乙烯合成是褪黑素延緩果實(shí)衰老的機(jī)制之一[23]。 乙烯不僅能促進(jìn)果實(shí)成熟，還可加速果實(shí)衰老，使果實(shí)品質(zhì)下降。褪黑素可通過(guò)抑制乙烯合成來(lái)延緩果實(shí)衰老。例如，辛丹丹等[5]研究表明，黃瓜在貯藏過(guò)程中噴施褪黑素可在一定程度上減少乙烯的釋放量，從而延緩衰老。果蔬保鮮的時(shí)間取決于貯藏期間乙烯釋放量的多少。已有研究表明，褪黑素可以抑制果蔬中乙烯相關(guān)酶的活性， 減少其在貯藏期間的釋放量，進(jìn)而延緩果蔬衰老[24]。 朱玲玲等[25]對(duì)鮮切青花菜乙烯合成調(diào)控機(jī)理的研究表明，褪黑素處理可通過(guò)抑制ACC 氧化酶和ACC 合成酶基因的表達(dá)來(lái)減少青花菜貯存期乙烯的合成，進(jìn)而延緩衰老。也有研究表明，褪黑素可通過(guò)抑制蘋(píng)果體內(nèi)乙烯的合成來(lái)延緩衰老[26]。 這些研究都為褪黑素抑制果蔬中乙烯的合成而延緩衰老、增加其保鮮效果提供了一定的理論依據(jù)。

2.4 防止抗氧化酶鈍化

抗氧化酶包含谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPX）、超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、硫氧還蛋白過(guò)氧化物酶等，植物內(nèi)生成的過(guò)氧化物在抗氧化酶作用下可降低毒害或者變?yōu)闊o(wú)毒害的物質(zhì)。 為了適應(yīng)環(huán)境脅迫和衰老過(guò)程中活性氫（ROS）導(dǎo)致的氧化損傷，除自身活性氧清除系統(tǒng)外，生物還進(jìn)化出蛋白氧化損傷修復(fù)系統(tǒng)對(duì)ROS 損傷的蛋白質(zhì)進(jìn)行修復(fù)。褪黑素在植物體中誘導(dǎo)蛋白氧化損傷修復(fù)酶，從而激活蛋白氧化損傷修復(fù)系統(tǒng)、增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)、抑制乙烯合成、提高低溫耐受性和抗病性、延緩衰老和提高采后品質(zhì)[11]。 褪黑素對(duì)過(guò)氧化物的活性有提高作用，富含抗氧化劑，可減緩植物衰老。此外，褪黑色素可以減輕重金屬脅迫、鹽脅迫等應(yīng)激反應(yīng)。褪黑素能提高在低溫環(huán)境下存放的植物組織內(nèi)SOD 和過(guò)氧化物酶（POD）活性，減慢葉綠素被降解的速率，降低丙二醛（MDA）的集聚，降低植物木質(zhì)素含量，避免植物莖部木質(zhì)化[1]。 褪黑素可以阻斷PAO 等關(guān)鍵基因發(fā)揮作用，減少過(guò)氧化氫的累積，提升果蔬的抗氧化水平。 褪黑素對(duì)植物體內(nèi)抗壞血酸和谷胱甘肽含量有提升作用，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)ASA-GSH 循環(huán)降低脫氫抗壞血酸和氧化谷胱甘肽的含量[27]。 褪黑素處理能減緩過(guò)氧化物酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶活性的上升，并對(duì)多酚含量有提高作用。外源褪黑素處理可降低膜脂過(guò)氧化程度，保持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性和抑制褐變相關(guān)酶活性[4]。 外源褪黑素對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)有保護(hù)作用，可以使多酚物質(zhì)和褐變酶無(wú)法接觸、多酚氧化酶和過(guò)氧化物酶活性降低、多酚物質(zhì)氧化消耗減少，最終抑制果實(shí)褐變[28]。

2.5 降低褐變指數(shù)

在貯藏過(guò)程中，一些果蔬表面會(huì)出現(xiàn)斑塊，尤其是削皮后的果蔬，如蘋(píng)果、山藥等表面會(huì)變黃變黑產(chǎn)生斑點(diǎn)，極大地影響其觀賞價(jià)值和食用價(jià)值。褐變指果蔬中蛋白質(zhì)、氨基酸、醛類(lèi)和酮類(lèi)在加工過(guò)程中或在濕熱環(huán)境中長(zhǎng)期儲(chǔ)存時(shí)，與還原糖通過(guò)一系列反應(yīng)生成棕色聚合物的現(xiàn)象。 褐變一般分為酶促褐變和非酶促褐變兩大類(lèi)，與褐變有關(guān)的酶有抗壞血酸脫氫酶、過(guò)氧化物酶等。 褐變影響果蔬品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等。2020 年喬 沛等[29]研究了外源褪黑素對(duì)荔枝褐變的影響，得出不同濃度的褪黑素均可降低褐變指數(shù)。王 鋒等[14]研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素可抑制甜櫻桃果實(shí)褐變指數(shù)的上升，降低腐爛率，提高甜櫻桃貯藏時(shí)間，延長(zhǎng)甜櫻桃硬度的保持時(shí)間，提升口感。

3 展望

近年來(lái)，很多研究揭示了褪黑素的作用。在人和動(dòng)物體中，褪黑素具有抗衰老、治療腫瘤、防治老年癡呆、防治糖尿病等作用。褪黑素在植物方面的研究比較晚。在植物中，褪黑素作為天然的保鮮劑成為研究熱點(diǎn)。 已有研究證明，褪黑素可以提高抗逆性、清除活性氧自由基、抑制微生物生長(zhǎng)、提高植物抗寒性等。 含有褪黑素的復(fù)合保鮮劑可能對(duì)果蔬保鮮發(fā)揮更大的作用，但是相關(guān)的研究鮮有報(bào)道。