鲜切果蔬软化机理及其调控的研究进展

宋晓雪，胡文忠，毕 阳，姜爱丽，马 杰

（1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州 730070；2.大连民族学院生命科学学院，辽宁大连116600）

随着现代人们生活水平和生活节奏的提高，鲜切果蔬产品以其新鲜、营养、方便、快捷等特点越来越受到消费者的青睐，其市场发展前景广阔。果蔬中的果胶物质是果实硬度的主要贡献者[1]，通常以原果胶、果胶和果胶酸这三种形式存在于果实中。果蔬受到切割伤害后原果胶在相关酶的作用下发生水解转变成果胶酸，因为果胶酸不具有粘性从而使细胞间失去了粘着力[2]，致使鲜切果蔬迅速软化，严重影响鲜切果蔬的感官品质并且也会大大缩减其货架期。本文主要通过综述果胶酶和纤维素酶等细胞壁降解酶以及主要的细胞膜降解酶—脂氧合酶在鲜切果蔬成熟软化过程中的变化及作用，从而为鲜切果蔬软化的研究提供更多相关理论知识。

1 果蔬切割后的生理变化

由于整理、清洗、去皮和切分等处理对新鲜果蔬造成了机械损伤，果实失去原有的代谢协调性，诱发了一系列生理生化反应[3]。机械损伤产生的伤信号可以在极短的时间内快速传递给邻近细胞，进而诱导鲜切果实组织的乙烯释放量增加，即产生伤乙烯[4]。研究表明，鲜切猕猴桃、番茄、冬瓜、番木瓜以及草莓等果实的乙烯生成量在贮藏过程中不断增加[5]。乙烯的生成可诱发一系列生理效应，例如，促进与成熟有关酶的生物合成，这会导致鲜切果蔬细胞壁组分的水解和细胞膜透性的增加，从而改变了果实的质地[6-7]。研究表明，果蔬的软化与细胞壁水解酶所导致的细胞壁组分的水解呈正相关[8]，所以切割伤害会加速鲜切果实组织的衰老与软化。果蔬的软化表现为硬度下降，质地变软，极易腐烂，这将严重影响鲜切产品的风味并缩减其货架期。

2 鲜切果蔬软化过程中起关键作用的酶

细胞壁是由果胶质、纤维素、半纤维素等组成的质地比较坚硬的组织，果肉细胞间的果胶物质降解，细胞相互分离使果蔬发生软化。由于不同种类的果实细胞壁结构不同，在成熟软化过程中结构的改变不同，所以不同品种的果实质地的改变和软化的方式各不相同，果实的种类不同，催化其成熟软化的酶也不尽相同[9-10]。鲜切果蔬极易软化的主要原因是破损的组织细胞释放了果胶酶，并且这些酶通过组织扩散的速度很快[11]，果胶酶作用于果胶物质导致了果蔬软化。以下分别就多聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonases，PG），果胶甲酯酶（Pectinesterases，PE）和β-半乳糖苷酶（β-Galactosidase，β-Gal）这三种果胶酶及胞壁降解酶—纤维素酶（Cellulase，Cx）和胞膜降解酶（Lipoxygenase，LOX）在不同的鲜切果蔬软化过程中的作用和变化进行讨论。

2.1 鲜切果蔬中果胶酶的变化

果胶酶是指能够降解果胶物质的多种酶的总称，分为果胶水解酶、果胶裂解酶、果胶酯酶和原果胶酶等[12]。国内外对采后果蔬贮藏过程中酶活性的变化研究较多，但新鲜果蔬经过切割处理后其活性的变化却鲜有报道，还有待进一步研究完善，现就果实软化相关酶进行综述，以期为解明鲜切果蔬软化机理与调控提供理论基础。

2.1.1 PG的变化 PG作为一种水解酶，它的主要作用就是将果实细胞壁多糖中的多聚半乳糖醛酸降解为半乳糖醛酸，使果胶降解[13]，进而引起细胞壁解体，加速了果实的软化[14]。杨德兴等[15]研究发现，在猕猴桃果实成熟过程中，随着PG活性逐渐增加，其原果胶逐步降解成可溶性果胶，细胞结构受损，果肉硬度显著下降，最终导致果实的软化。此外，在番木瓜[16]、李子[17]等果实的成熟过程中，也发现随着PG活性逐渐升高，果实硬度明显降低，这表示PG活性与果实的成熟软化密切相关。Hu等[18]的研究表明，采用H2S处理后的草莓果实可以令PG的活性保持在较低的水平，这样可以延长采后草莓果实的货架期，由此可以推断出PG的活性不但与果蔬的种类密切相关，与果蔬的成熟度也存在关系，抑制PG的活性，果实减少软化现象。

2.1.2 PE的变化 PE广泛地存在于高等植物的组织中，也属于水解酶类，它可催化酯化果胶的去甲基作用，使糖醛酸残基生成多聚半乳糖醛酸和甲醇。果胶去甲酯化以后，其上的羧基基团改变了细胞壁的pH和电位，通过Ca桥连接的果胶结构很容易被PG降解，为多聚半乳糖醛酸酶提供了恰当的作用对象[19]。Redgwell等[20]研究发现在猕猴桃果实软化的过程中，细胞壁果胶物质的酯化程度明显降低，这可能是PE参与了细胞壁的降解作用，有利于PE对果胶的降解。另有研究表明，在甜橙果实软化过程中，随着PE和PG活性增加，甜橙果实内果胶物质降解，果实软化程度加深[21]。陆胜民等[22]研究也发现梅果实软化过程中PE含量上升、活性增强，这说明梅果实的软化与PE密切相关。另外，PE可以将酯化的果胶变成果胶酸，由于果胶酸不具有粘性，从而使番茄果实的硬度大大降低，果实软化甚至成为软烂状态[23]。

2.1.3 β-Gal的变化 作为水解酶，β-Gal的活性与细胞壁的降解密切相关，它可以改变细胞壁中某些组分的稳定性，通过降解具有支链的多聚醛酸使果胶聚合体降解，破坏细胞壁结构，从而使果实软化[24-25]。据报道，苹果β-Gal可能通过降解含半乳糖苷支链的细胞壁果胶多糖，引起果实细胞壁多糖结构的变化，从而导致了果实的软化[26]。阚娟等[15]研究发现β-Gal启动桃子果实早期的软化是通过促使细胞壁膨胀实现的，而根据罗自生等[27]的研究表明，柿果果肉硬度与β-半乳糖苷酶的活性相关，β-Gal可以促进果胶的增溶和降解。

2.2 其他酶的变化

2.2.1 Cx的变化 纤维素是细胞壁的重要骨架物质，其含量直接影响果实的硬度，它的降解意味着细胞壁的解体并且最终导致果实的软化[28-29]。早在1986年Gross等[30]就已经发现，果蔬内Cx的活性不断增加导致了纤维素的降解，致使了果蔬成熟软化。另外，茅春林等[31]研究发现Cx与桃子果实软化的启动有着密切的关系，加温处理令果实Cx活性升高，果实软化较快，而冷藏处理降低了Cx的活性，果实不能正常软化。在两个不同的油桃品种中，其Cx含量初期上升较低，后期含量迅速升高，随着Cx量的增加果实的软化程度增大[32]。

2.2.2 LOX的变化 LOX是一种广泛存在于高等植物中对果实软化起作用的胞膜酶，它可以催化细胞膜脂肪酸发生氧化反应，也是启动细胞膜质过氧化作用的主要因子[33]。由于LOX能够破坏生物膜的结构，可以引起组织降解，所以除了PG和Cx，LOX也可能是导致果实软化的原因[34]。罗云波等[35]研究证实了在番茄果实成熟衰老过程中，LOX破坏了细胞膜的结构，进而引起细胞渗漏，这可能是果实软化的原因之一。生吉萍等[36]研究LOX对采后番茄果实软化的影响，发现随着果实成熟，LOX活性逐渐增加，番茄果实的硬度也逐渐下降；另外也研究了用外源LOX处理番茄组织切片，发现可以加速组织细胞的衰老进程，导致细胞膜降解，细胞壁松弛等老化现象。寇晓虹等[37]研究也发现随着枣果实的成熟软化，LOX活性呈现出上升趋势，硬度显著下降，并指出LOX是引起枣果实成熟衰老的关键因素。此外，李军等[38]研究表明，油桃果实成熟过程中LOX的活性持续上升。

3 控制措施

为了防止或减轻鲜切果实贮藏过程中软化的发生，大量研究证明，低温贮藏、自发气调包装（MAP）、可食性涂膜等处理可使酶活性、呼吸速率等得到有效控制，进而可延缓或抑制鲜切果实软化的发生。

3.1 低温贮藏

由于鲜切果蔬具有旺盛生命代谢活动，因此适宜低温贮藏，因为可以有效地降低组织的新陈代谢速率，抑制相关酶的活性。据报道，鲜切茭白在1℃条件下贮藏了12d，其硬度从2.69kg/m2降到1.91kg/m2，呈缓慢下降趋势[39]。同时，研究还表明，低温贮藏是保持鲜切苹果品质的最有效方法。因此，贮藏温度是影响鲜切苹果品质和货架期的一个关键因素，但低温处理只是一般鲜切果蔬保鲜的必要基础条件，需要与其他保鲜措施配合使用才能发挥更大的作用[40]。

3.2 气调包装

自发气调包装（MAP）是根据新鲜果蔬呼吸作用吸收O2释放CO2的原理，选择不同透气率和透湿率的聚乙烯薄膜，自发的调节包装内的不同气体比例，或者采用特定的气体混合物及结合透气性的包装材料主动地产生可调节的气体环境，通过控制果蔬的呼吸速率达到延长货架期目的的同时不会对产品造成不良的影响[41-42]。车东等[43]研究发现2%O2+6%CO2对鲜切莲藕保鲜效果最好，硬度下降最少。气调贮藏可以显著地抑制PG的活性，明显延缓果实的软化进程[44]。另有研究报道显示，相同热水处理后的芒果在50%CO2+50%N2气调包装下显示出最低程度的软化腐烂[45]。3%O2+10%CO2处理可使鲜切莴苣在5℃条件下贮藏12d，品质仍然良好，而对照组没有经过自发气调保鲜包装的处理则失去了食用价值[46]。鲜切洋葱采用80%O2+20%CO2的气调包装结合1.5%的柠檬酸溶液护色处理，其保鲜效果显著，在4℃下贮藏17d，仍能保持较好的品质[47]。

3.3 可食性涂膜

可食性涂膜在鲜切果实鲜度保持上具有较好的保鲜效果，它可以在果蔬表面形成一层对水分和气体具有半透性的屏障[48]。另外在成膜剂中加入抗氧化剂、抗褐变剂、防腐剂，还可以降低鲜切果蔬组织软化衰老与腐败变质，提高鲜切果蔬的质量与稳定性。李桂峰等[49]研究发现，经2.0%壳聚糖+1.5%柠檬酸+0.5%甘油+0.1%苯甲酸钠可食性涂膜处理鲜切红地球葡萄粒可保持其硬度和新鲜度。用4%的柠檬酸溶液溶解2%壳聚糖，再在溶液中加入硬脂酸、山梨酸钾、抗坏血酸，制成的壳聚糖涂膜溶液对鲜切莴苣涂膜后，能够有效抑制鲜切莴苣的褐变和软化腐烂，起到很好的保鲜作用[50]。也有研究发现可食性涂膜剂中添加1%的氯化钙可以增加鲜切苹果的硬度，显著防止鲜切苹果的软化变质[51]。林鸳缘等研究显示，用含有天然防腐剂nisin的莲子淀粉膜液对鲜切菠萝片进行涂膜处理，可以有效延缓鲜切菠萝的软化[52]。

4 展望

鲜切果实软化是影响鲜切果实品质的一个重要因素。鲜切果实的软化是一个复杂的生理生化过程，与果实软化相关的酶在果实软化的不同阶段起着不同的作用，它们的协同作用使果实发生软化[8]。目前研究的目的就是减轻延缓鲜切果实的软化现象，保持鲜切果实的品质并且延长其货架期。综合研究影响鲜切果实软化的关键酶，建立控制软化的方法，这为我们更好的保持鲜切产品的质量提供了强有力的依据。

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