L-半胱氨酸盐酸盐处理延缓香蕉果实采后成熟的初步研究

邓颖怡，方跃凯，黄成将，梁凯淇，吴志铿，吴富旺

（佛山科学技术学院食品科学与工程学院，广东 佛山 528225）

香蕉（Musa acuminata）果实味道甜美、气味芳香、营养价值高，深受人们喜爱。我国香蕉产量居世界第2。但是，香蕉是典型的呼吸跃变型果实，采后极不耐贮运。在采后成熟过程中，由于乙烯释放和呼吸高峰的出现，导致细胞内生理生化代谢反应加剧，果实后熟衰老进程加快。同时，随着贮运时间的延长，还容易遭受病害菌侵染而发生腐烂[1]。此外，香蕉对低温环境非常敏感，当贮藏温度低于11 ℃时，容易发生冷害现象，继而引发果实的腐烂，极大地降低其商品价值[2]。统计数据表明，香蕉因腐烂而造成的损失达总产量的20%以上，从而严重影响香蕉产业的发展[3]。因此，研究香蕉采后成熟机理，发展保鲜关键技术，具有重要的理论和现实意义。

在物理保鲜技术研究中，香蕉在21%O2+20%CO2的贮藏条件下，果皮组织中叶绿素降解减缓，衰老进程推迟[4]；3 ℃冷激处理不仅可以有效保持香蕉果实的后熟品质、延长货架期，而且能显著提高香蕉果实的贮藏耐冷性[5]；150 Gy 辐照处理能保持香蕉果皮颜色与果肉质地，延缓淀粉与可滴定酸的降解，并抑制多酚氧化酶活性，从而有利于延长香蕉货架期[6]。在化学保鲜技术研究中，草酸处理一方面可以抑制香蕉贮藏过程中乙烯释放和呼吸速率，增强抗氧化酶活性[7]，还能抑制多酚氧化酶和过氧化物酶的活性，减少贮藏过程中果皮褐变的发生[8]；采用1%壳聚糖和0.05%茶树油复合保鲜液涂膜处理，能延长香蕉青皮时间，减缓后熟进程[9]。此外，还可应用乙烯受体竞争性结合剂或植物生长调节剂等处理香蕉，延长果实的成熟衰老。研究表明，0.5 μL/L 的1-MCP 处理能够有效抑制香蕉果实的成熟与软化，延长贮藏时间[10]。氨氧乙酸（AAOA）可通过抑制MaGADl和MaACSl基因的表达，延缓香蕉果实的生理跃变，推迟后熟进程[3]。外源H2S 气体信号分子可参与调控乙烯合成和信号转导途径，进而调控果实抗氧化代谢和软化进程，最终延长香蕉贮藏期[11]。张雪莲等[12]发现，利用水杨酸（SA）类似物——2,6-二氯异烟酸（INA）处理香蕉能延缓果实的衰老。

随着人们对食品安全关注度的提高以及物流保鲜技术的发展，传统保鲜技术也逐渐面临新的挑战。开发成本低廉、操作简便、绿色安全的保鲜剂已成为当前农产品贮藏技术开发的迫切要求。半胱氨酸（Cysteine）是一种具有生理功能的氨基酸，也是组成蛋白质的20 种氨基酸中唯一具有还原性基团巯基(-SH)的氨基酸，而自然界存在的具有生理活性的主要是L-半胱氨酸。研究表明，L-半胱氨酸作为一种高效的多酚氧化酶（PPO）抑制剂，可防止马铃薯、苹果、甘薯等果蔬发生褐变[13]。此外，L-半胱氨酸与壳聚糖复配，有助于延长鲜切火龙果果肉货架期[14]。L-半胱氨酸还可与氯化钙复配，减少金针菇在贮藏期间发生褐变和失水[15]。可见，L-半胱氨酸目前主要作为护色剂应用于鲜切果蔬，而在传统果蔬保鲜应用中则鲜有报道。此外，由于L-半胱氨酸在自然状态下容易氧化，而在酸性条件下可长期储存，所以L-半胱氨酸盐酸盐（L-cysteine hydrochloride）也常作为其替代的食品添加剂应用于食品贮藏中。研究表明，L-半胱氨酸盐酸盐不仅能抑制茄子中多酚氧化酶的活性[16]，而且能防止鲜切洋蓟的褐变[17]。在香蕉的研究中，0.5%L-半胱氨酸盐酸盐处理能使鲜切“苹果”香蕉片表面呈现品红色，与1%维生素C 和1%氯化钙复配后，可有效延长其货架期[18]。因此，L-半胱氨酸盐酸盐与L-半胱氨酸一样，具有还原性，有抗氧化和防止褐变的功效。由此推测，L-半胱氨酸盐酸盐可能在提高抗氧化酶系统中发挥重要作用，能够延缓香蕉果实后熟进程。

鉴于目前有关L-半胱氨酸盐酸盐在香蕉贮藏保鲜中的应用研究鲜有报道，本试验以香蕉为材料，研究外源L-半胱氨酸盐酸盐对香蕉果实采后品质和生理指标的影响，初步揭示其作用机制，以期为香蕉保鲜关键技术的发展提供理论基础和参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

供试品种为巴西蕉(Musa acuminatacv.‘Brazil’)，当天上午从种植地广东省湛江市采摘后直接运往佛山市禅城区扶西水果批发市场。挑选无病虫害、无机械损伤、大小均匀且成熟度为7～8 成的香蕉，清水清洗，去除雌花，再用0.05%咪鲜胺浸泡3 min，晾干备用。

咪鲜胺、L-半胱氨酸盐酸盐、40%乙烯利水剂、葡萄糖、蒽酮、98%硫酸溶液、丙酮、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠十二水化合物、30%过氧化氢溶液、聚乙烯叱咯烷酮（PVP）、愈创木酚、邻苯二酚、无水乙醇、冰醋酸、醋酸钠、多聚半乳糖醛酸、3,5-二硝基水杨酸（DNS）、氢氧化钠、浓盐酸、果胶粉、三羟甲基氨基甲烷（Tris）、氯化钠、硫代巴比妥酸、三氯乙酸（TCA）等试剂均购于广州鼎国生物技术有限公司。

1.1.2 仪器与设备

GS-701 型硬度计，CR-10 型色差计，FW-80 型高速万能粉碎机，HH-6 数显恒温水浴锅，722S 型可见光分光光度计，5804R 高速冷冻离心机，UV2350 紫外光可见光分光光度计，BSA323S 型电子分析天平，FE28 型 pH 计，AF103AS 型制冰机，DW-86L828W型-80 ℃超低温冰箱等。

1.2 方法

1.2.1 样品处理

将上述香蕉果实随机分成2 组，每组72 根；其中，以0.05%L-半胱氨酸盐酸盐溶液浸泡10 min 作为处理组，以清水浸泡相同时间作为对照组。各处理完毕后，再分别用100 mg/L 的乙烯利溶液浸泡3 min，沥干后装入0.03 mm 聚乙烯保鲜袋，每袋9 果，然后置于(24±1)℃条件下。在贮藏过程中，每天测定果实硬度和色差，并取果实中部果皮和果肉组织分别用液氮速冻后，存放于-80 ℃超低温冰箱，用于后续生理生化指标测定。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 硬度

随机取9 个香蕉果实，等间距取3 个位置（头、中、尾）测定，记录测定数据，计算平均值和标准偏差，平均值即表示果实硬度值（单位：N）。

1.2.2.2 色差

颜色变化由L、C、H值表示。测定部位同硬度测定一致，记录色差值，计算平均值和标准偏差，平均值即表示果实色差值。

1.2.2.3 可溶性糖含量

果肉可溶性糖含量测定参照蒽酮硫酸法[19]，每个处理重复3 次，取平均值，单位为mg/g。

1.2.2.4 多酚氧化酶（PPO）活性

果皮PPO 活性测定参照邻苯二酚比色法[19]，以每分钟OD398增加 0.01 为1 个酶活性单位（U），酶活性以U·g-1FW 表示。测定重复3 次，结果取平均值。

1.2.2.5 过氧化物酶（POD）活性

果皮POD 活性测定参照愈创木酚法[19]，以每分钟OD470增加 0.01 为1 个酶活性单位（U），酶活性以U·g-1FW 表示。测定重复3 次，结果取平均值。

1.2.2.6 果胶裂解酶（PL）活性

果肉PL 活性测定参照紫外吸收法[19]，以每分钟分解果胶使OD235增加1.0 为1 个酶活性单位（U），酶活性以U·g-1FW 表示。测定重复3 次，结果取平均值。

1.2.3 数据处理

分别应用Excel 2016 进行数据统计，SigmaPlot 14.0 进行图表绘制，SPSS 25.0 进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 L-半胱氨酸盐酸盐处理对香蕉果实硬度的影响

在果实后熟过程中，硬度的变化能够反映成熟程度。由图1 可知，香蕉果实经过催熟后，果实硬度迅速下降；而0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理后的香蕉果实，其硬度的下降趋势较为平缓，并且硬度明显大于对照组。由此说明，0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理能够抑制香蕉果实在常温贮藏过程中硬度的下降。

2.2 L-半胱氨酸盐酸盐处理对香蕉果实色差的影响

色差是评价果蔬外观品质的关键指标之一。其中，亮度L表示色彩明暗程度，饱和度C表示色彩纯粹度，色度H则表示色调的变化（鲜艳程度）。由图2可知，在常温贮藏过程中，香蕉果实催熟后L值和C值总体呈上升趋势，在4～5 d 时达到最大值，而经过0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理后的香蕉果实L值与C值总体低于对照组。此外，香蕉果实H值总体则呈现下降趋势，并在5～6 d 时急剧下降，而0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理后的香蕉果实H值总体则高于对照组。由此可知，香蕉经过催熟后，0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理可延缓果实L值与C值的上升，并减缓H值的下降。

2.3 L-半胱氨酸盐酸盐处理对香蕉果实可溶性糖含量的影响

果实成熟过程中，组织中的淀粉逐渐转化成可溶性糖，从而改变果实的风味。如图3 所示，香蕉果实催熟以后，随着贮藏时间的延长，果肉组织中的可溶性糖含量逐渐增加，说明香蕉淀粉发生降解，转变为可溶性糖。而经过0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理的香蕉果实，保持相对较低的上升趋势，并且贮藏后期显著低于对照组。由此说明，0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理能够抑制香蕉果实淀粉转化为可溶性糖的进程。

2.4 L-半胱氨酸盐酸盐处理对香蕉果实多酚氧化酶活性的影响

组织褐变严重损害果蔬的感官品质、营养价值和商品价值。其中，酶促褐变主要是在有氧条件下PPO将酚类物质氧化成醌，最终形成褐色物质。由图4 可知，在常温贮藏过程中，对照组和0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理组香蕉果实的PPO 活性均呈上升趋势，并且在贮藏后期保持较高的活性，与果皮表面黑褐色斑点的出现密切相关。其中，处理组PPO 活性总体低于对照组，说明0.05%L-半胱氨酸盐酸盐可抑制PPO 的活性，减轻香蕉果皮褐变。

2.5 L-半胱氨酸盐酸盐处理对香蕉果实过氧化物酶活性的影响

过氧化物酶不仅参与果蔬抗氧化过程，而且与果蔬组织褐变密切相关。如图5 所示，在贮藏期间，香蕉果实POD 活性总体呈上升趋势。在贮藏初期，对照组香蕉果实POD 活性由121 U·g-1FW 升至419 U·g-1FW，酶活性增强71%，随后POD 活性缓慢增加。而经过0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理的香蕉果实POD 活性在贮藏初期由120 U·g-1FW 上升至243 U·g-1FW，只增加了50%；并且在随后的贮藏时间里，酶活性总体低于对照组。由此说明，0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理可以在一定程度上使POD 活性下降。

2.6 L-半胱氨酸盐酸盐处理对香蕉果实果胶裂解酶活性的影响

果胶裂解酶是细胞壁降解过程中一个关键酶，通过裂解细胞壁果胶成分，最终导致果实软化。如图6所示，香蕉果实催熟后，在常温贮藏前3 天，香蕉PL活性逐渐下降，而第4 天后酶活性急剧增加，与果实硬度的下降正相关。0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理组香蕉的PL 活性虽然在贮藏前期比对照组高，但是在贮藏后期（4～6 d）显著低于对照组（P＜0.05），避免酶活性峰值的出现。由此说明，0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理能够降低香蕉PL 活性，延缓果胶物质的降解，从而推迟果实软化进程。

3 讨论

香蕉是典型的呼吸跃变型果实，果实硬度随着贮藏时间的延长而逐渐降低；乙烯利处理可加速果实成熟与品质劣变，而 0.5 μL/L 的 1-甲基环丙烯（1-MCP）处理则抑制成熟与软化，延长贮藏时间[10]。Zhu 等[20]研究表明，虽然1-MCP 处理能够显著地抑制香蕉果实的成熟进程，但是乙烯结合1-MCP 处理更能保证香蕉果实的正常成熟与外观品质。因此，在香蕉实际保鲜应用中，需要将抑制成熟与后熟过程进行精准调控。本研究中，香蕉果实催熟后，0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理能延缓果实常温贮藏过程中硬度的下降（图1），使果皮保持较低的L值、C值和较高的H值，并抑制果皮转黄和褐色斑点的形成，保持香蕉果实的外观品质（图2）。此外，由于采后仍然进行旺盛的呼吸作用，香蕉组织中的淀粉在酶的作用下会大量转化为可溶性糖，并随贮藏时间的延长而逐渐累积[21]。可溶性糖含量可作为评判果实营养品质的重要指标之一。0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理能够延缓贮藏后期香蕉果肉可溶性糖的积累（图3），说明其在减缓香蕉采后品质劣变过程中发挥作用。由此可知，0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理能抑制香蕉果实软化和褪绿转黄，并延缓果肉中可溶性糖积累，从而推迟香蕉果实在常温贮藏过程中的成熟进程。

PPO 和POD 等抗氧化酶与果蔬生命代谢过程密切关系。果蔬组织中的酚类物质在PPO 和POD 的协同催化作用下形成醌类物质，并聚合成黑色物质，从而导致褐变[22]。研究表明，壳聚糖处理可抑制甜樱桃PPO 和POD 活性，防止组织褐变[23]；结合草酸处理后，能减少香蕉果实膜脂过氧化和细胞膜泄漏，抑制PPO 活性，保持果皮总酚含量，避免在货架期出现褐变[24]。此外，NO 处理亦可抑制香蕉PPO 活性，进而推迟果皮叶绿素的降解[25]。因此，抑制PPO 和POD 活性对防止果蔬褐变起关键作用。L-半胱氨酸和L-半胱氨酸盐酸盐作为有效的褐变抑制剂，已广泛应用于食品加工行业中。L-半胱氨酸可与壳聚糖复配，有助于抑制鲜切火龙果果肉的褐变[14]。在荔枝中，半胱氨酸处理可保持果皮中pH 和花色苷含量，抑制PPO 和POD 活性，保持果皮总酚含量，保证贮藏外观[26-27]。此外，0.5%L-半胱氨酸盐酸盐处理能使鲜切“苹果”香蕉片表面呈现品红色，与1%维生素C 和1%氯化钙复配后，可有效延长其货架期[18]。在本研究中，0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理在常温贮藏过程中也能抑制香蕉果实PPO（图4）和POD（图5）活性的上升，与其外观品质变化保持相一致。Rezapour 等[28]研究发现，PPO 的活性位点是His-Leu-Phe-His 肽段，并且pH下降有利于抑制其进行褐变反应。由此推测，L-半胱氨酸盐酸盐可能作为一种酸性调节物质，影响PPO或POD 活性中心，进而抑制酶活性，延缓香蕉果皮发生褐变。

在香蕉成熟过程中，果实质地会发生软化。其中，果胶作为细胞壁和胞间层的主要成分，其降解过程直接导致果实软化。研究表明，L-半胱氨酸盐酸盐能增强龙眼中抗氧化酶的活性，调控氧化还原状态，减少氧化损伤，从而延缓果肉细胞壁发生降解而自溶[29]。果胶裂解酶能够催化细胞中果胶物质的降解，与香蕉果实成熟软化密切相关[30]。在香蕉常温贮藏过程中，0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理组香蕉果实中PL 活性低于对照组（图6）；而体外试验结果表明，L-半胱氨酸盐酸盐对PL 活性具有一定的抑制作用[31]。由此可见，L-半胱氨酸盐酸盐可通过抑制香蕉PL 活性，从而推迟果实软化进程。

4 结论

0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理能够延缓香蕉果实硬度和果皮H值的下降，减缓果皮L值和C值的增加，抑制果实软化和褪绿转黄，并降低果肉中可溶性糖积累，从而保持贮藏品质。同时，通过抑制PPO、POD 和PL 活性，减缓贮藏后期发生褐变及软化。综上所述，0.05%L-半胱氨酸盐酸盐处理可延缓香蕉果实常温贮藏的成熟进程，延长贮藏时间，具有一定的应用前景。