1-甲基环丙烯在果实采后保鲜中应用的研究进展

李剑峰， 杨月琴，李 婷， 贾小平， 张 博

(河南科技大学 农学院， 河南 洛阳 471023)

果实中含有丰富的维生素和矿质元素，能够提供营养，预防疾病，提高机体免疫力；芳香物质和有机酸能够促进肠胃蠕动并吸收营养，对调节口味具有重要意义。因此，市场对果实的色泽、气味和新鲜度提出较高的要求，推动了果实采后生理和保鲜技术研究的快速发展。在影响果实采后生理变化的因素中，乙烯促进果实成熟的作用备受关注，果蔬自身和储藏环境中的乙烯均可与细胞内相关受体结合，激活与成熟相关的一系列反应，加速细胞衰老、死亡，导致果蔬过熟腐烂。1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)可以竞争性地与乙烯受体结合，从而抑制由乙烯引起的生化反应[1]，延缓果实的成熟与衰老，延长保鲜期[2-3]。

1 1-MCP对乙烯的抑制机理

乙烯作为一种内源激素，对果实采前和采后生理变化有重要影响，在果实成熟衰老过程中发挥重要作用，调控乙烯生物合成和作用途径是调控果实采后成熟、延长储藏保鲜的2条思路。乙烯与其受体中的金属原子结合后引起受体结构改变，之后从受体上脱落下来，乙烯受体被激活而产生催熟作用；而性质活泼的小环烯烃化合物1-MCP在常温下为气态，也可以与乙烯受体蛋白的金属离子牢固的结合，并长期占据该受体从而减少乙烯可作用受体的数量，对乙烯信号传导造成占位性阻断，抑制乙烯生理效应的发挥[4]。1-MCP与乙烯受体的结合能力来源于1碳位上的一个氢离子被一个甲基所取代，使得整个分子呈平面结构，形成比乙烯更高的双键张力和化合能。因此，1-MCP处理只是抑制乙烯作用的途径，对果实的成分及风味不会造成影响[5]，是安全、绿色的果实保鲜措施。

研究表明，1-MCP处理能显著增加过氧化物酶、超氧化物歧化酶、碳酸酐酶、核苷二磷酸激酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶、RuBisCO和二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的丰度，并能够通过增强应激反应来保护叶绿体及细胞[6]，这表明1-MCP可以通过抑制细胞内物质和能量代谢来延缓衰老。1-MCP可以减轻冷藏后仙人掌梨转录组的整体变化[5]，抑制梨PbPPH、PbRCCR、PbNYC、PbETR1和PbETR2基因的表达，促进PbSGR、PbCLH1基因的表达[7]；在芒果中发现1.5 μlL-11-MCP处理能抑制芒果ETR基因的表达水平[8]。因此1-MCP是通过其与乙烯竞争受体蛋白来阻断乙烯信号传导和调节乙烯受体蛋白基因的表达两条途径来延缓果实衰老(图1)。

2 影响1-MCP作用效果的因素

2.1 温度和氧气

环境温度影响1-MCP对果实的保鲜效果，1-MCP气体在低温下渗入果实细胞组织的能力下降，并且与受体结合位点的亲和力降低，导致低温下1-MCP的处理效果降低。用1-MCP处理猕猴桃，在0℃下几乎没有作用，而在20℃下效果显著[10]。

除温度外，氧气与二氧化碳含量对1-MCP的处理效果也有显著影响，低氧环境下1-MCP的处理效果较好，果实采后的氧化反应明显降低[11]。在室温下，0.6 kPa O2中储藏可以最大程度地保持水果的硬度，而高于0.6 kPa O2则会增加果实的发病腐烂率；在1.5或2.5kPa O2中1-MCP处理则会显著增加果实褐变和腐烂率[12]。

2.2 处理浓度和时间

1-MCP的处理效果与其使用浓度和时间有关，处理效果一定的前提下，浓度和时间成反比。然而不同果实的最佳处理浓度和时间均不同(表1)，如早酥梨果实的最佳浓度是1.5 μlL-1，该浓度可以更好地控制黄化[13]；青脆李的最佳浓度是0.75 μlL-1，该浓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，维持糖酸含量[14]；猕猴桃的最佳浓度是1.00 μlL-1，有效处理范围是0.10～10.00 μlL-1[15]。

表1 1-MCP对部分果实的最佳处理浓度

2.3 果实成熟度

果实成熟度对1-MCP处理效果有较大影响，1-MCP对内源乙烯催化的后熟会失去抑制效果。已经有研究表明，1-MCP的作用效果与河套蜜瓜的成熟度之间存在着负相关关系[31]，1-MCP只能对未产生大量乙烯的未完全成熟的蜜瓜发挥抑制作用。虽然1-MCP处理能对不同成熟度的‘Bartlett’梨的储藏均有效果，但对成熟前期的梨处理效果更佳[32]。因此，跃变型果实应在跃变前处理，在跃变期处理则失去抑制成熟的作用[33]。而不同成熟度的果实所使用的1-MCP浓度也不同，成熟度越低则所需要的1-MCP有效浓度越小。如富士苹果在贮藏前的最佳浓度是1.0 μlL-1，而在贮藏后则需要5.0 μlL-1的浓度处理[33]。因此在实际应用中应该关注果实成熟度，成熟度过高不能发挥作用，过低则抑制总挥发性物质，抑制正常后熟，影响风味。

3 1-MCP在果实采后贮藏保鲜中的应用

3.1 1-MCP结合低温处理对果实贮藏保鲜的影响

果实的呼吸与环境温度相关，降低温度可减弱呼吸强度，延长储藏期，但是水果低温贮藏会发生果肉木质化和褐变等冷害现象[34-36]。1-MCP结合低温冷藏处理可以延缓脂肪氧化酶(Lipoxygenase,LOX)活性、磷脂酶D(Phospholipase D,PLD)活性、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量增加的时间和速率，提高冬枣的过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性和降低多酚氧化酶(Polyphenol,PPO)活性，保持果实细胞膜的完整性，防治褐变和延迟果肉硬度下降，延长贮藏期[30,37-40]。这表明1-MCP与低温技术联合使用中，1-MCP可以降低低温对水果造成的冷害作用，能在一定程度上克服单独冷藏对果实产生的不良影响。虽然1-MCP结合冷藏处理能延缓果实后熟，但对某些果实芳香物质的释放具有抑制作用，例如低温储藏下，1-MCP能显著降低花牛苹果香气的含量[41]。因此加强1-MCP结合冷藏处理手段对果实香气物质释放的影响方面的研究，可以促使贮藏技术的改进，使果实贮藏品质更佳。

3.2 1-MCP结合冰温处理对果实贮藏保鲜的影响

低温可以延长果实贮藏时间，但温度更低的冰温贮藏技术也越来越多的应用于果实保鲜。冰温指0℃至未结冰温度范围，在该温度范围内结合适宜浓度的1-MCP处理可以更好地维持果蔬贮藏品质。例如1 μl·L-11-MCP处理结合冰温贮藏较单独冰温贮藏显著抑制葡萄的乙烯生成速率和MDA、LOX及POD等酶的活性，延缓衰老，提高葡萄采后贮藏品质[42]，同样是保持山楂果实良好品质的有效方法[43]；1-MCP处理结合冰温贮藏可以较好地保留柿子的营养成分，抑制乙醇、呼吸作用的细胞膜透性的增加[44-45]；可以抑制苹果PPO、LOX的活性，促进POD和过氧化氢酶(Catalase,CAT)的活性[46]，同样也可以改善冰温单独处理对果实造成的冷害现象[46]。1-MCP处理结合冰温贮藏对呼吸跃变型果实效果较好，研究较多，而对非跃变型果实的保鲜效果研究较少。

3.3 1-MCP 结合气调处理对果实贮藏保鲜的影响

自发气调包装(MAP)是一种高CO2、低O2浓度的微环境塑料薄膜包装，该薄膜具有透气性，由此构成的微环境可抑制果实的代谢速率，从而延长储藏期。构成这种微环境的塑料薄膜材料与厚度和透气度均会对果实贮藏期及品质造成影响；如PVC薄膜比PE薄膜包装能更有效地提高CO2和降低O2百分含量，能够更好的保持果实的硬度和较高的可溶性固形物含量[47]；厚度为15 μm的高渗CO2保鲜袋对山楂的贮藏效果更好[48]；1-MCP结合MAP处理能够降低果实腐烂率，维持果实硬度、色泽、可溶性固形物和维生素含量，抑制果心褐变[49-50]。虽然1-MCP和自发气调处理均能抑制猕猴桃果实的呼吸跃变，降低可溶性固形物含量和抑制色素降解，但1-MCP和自发气调相结合的处理方式比单独处理的效果更好，能更有效的抑制猕猴桃有机酸的分解和保持猕猴桃的硬度和色泽，延长货架期[51-52]。因此，MAP结合1-MCP处理比单一的使用MAP或1-MCP处理果实的效果更好。

3.4 1-MCP 结合保鲜剂处理对果实贮藏保鲜的影响

果实保鲜剂是一种具有良好经济效益的化学物质，其操作简单、成本低廉。强氧化剂二氧化氯(ClO2)是公认的性能优良、效果最好的食品保鲜剂。在保鲜作用上ClO2结合1-MCP处理比单独使用ClO2处理和1-MCP处理效果显著[53]。在草莓的研究中发现，1-MCP与保鲜剂 ClO2复合处理较单独处理能够显著减轻草莓失水，防止腐烂，抑制微生物浸染，从而保持草莓品质[54]。1-MCP与环氧乙烷高级脂肪醇(OHAA)复合处理较单独处理能够显著保持小白杏果实硬度和好果率，复合处理能降低果实CAT和超氧化物歧化酶(Superoxide dismutasem,SOD)的活性，有效延缓果实硬度和VC含量的下降，延缓果实的衰老[55-56]。1-MCP与壳聚糖(Chitosan,CTS)复合处理可以显著降低吲哚乙酸(Indoleaceti cacid,IAA)含量，并延缓GA含量的增加[57]；熏蒸1-MCP结合CT保鲜剂处理木纳格葡萄保鲜效果优于单一的保鲜剂处理[58]。1.5 μl·L-11-MCP和2.0%CTS处理均能延缓芒果的后熟与衰老，联合处理能进一步提高芒果的贮藏品质[8]。另外，Na2S2O5处理‘红提’葡萄果穗可以降低多酚氧化酶的活性[59]，3 mg·kg-1的1-MCP与4 g·kg-1的Na2S2O5复合处理，可有效减缓‘红提’葡萄软化、降低呼吸速率，保持可溶性固形物含量、还原糖及可滴定酸，具有良好的保鲜效果[28]。这表明多种保鲜剂处理与1-MCP处理对果实贮藏保鲜具有协同作用。

3.5 1-MCP结合热处理对果实贮藏保鲜的影响

热处理是一种无化学残留、安全性高、简便有效的物理保鲜方法。研究表明，热空气处理绿熟期芒果可促进芒果的后熟，而热水结合1-MCP处理，既可有效控制炭疽病的发生，又对芒果果实品质无不良影响，还可延缓芒果的后熟进程，延长贮藏期。热水处理再冷却然后用1-MCP处理可让果实延迟成熟[60]。1-MCP结合热空气处理能保持苹果后熟形成的果实膜的完整性和较高的含酸量，有效保持苹果的风味和品质[61]。这表明热处理与1-MCP处理对果实贮藏保鲜具有协同作用，热处理能够促进1-MCP渗入果实细胞组织。

3.6 1-MCP结合减压处理对果实贮藏保鲜的影响

减压储藏是指降低果实储藏环境的气体分压，构造低压条件，促进果实内挥发性有害气体的扩散，减少由此引发的衰老和生理病害，延长储藏期的方法。1-MCP可以诱导活性氧生成，破坏线粒体，破坏孢子质膜完整性，从而直接抑制孢子萌发和菌丝生长，抑制芒果果实的炭疽病[62]。减压贮藏可形成超低氧环境，能抑制微生物的生长和孢子的形成，进而减轻微生物对果实的侵染。钱骅等[63]在蓝莓的研究中发现1.5 kPa预处理12 h对蓝莓的保鲜效果优于1-MCP处理，但均好于超低压保鲜；然而1-MCP结合减压处理对果实的保鲜作用尚不清楚，还有待研究。

3.7 1-MCP与其它技术联用对果实贮藏保鲜的影响

大多数1-MCP与其它技术联用的复合处理能够更有效的保证果实的贮藏品质和延长贮藏期。1-MCP结合涂膜保鲜处理能够抑制果实的新陈代谢，保持水分，改善贮藏品质[64]。紫外光照射是一种杀菌保鲜的有效方法，在低温下，1-MCP处理结合UV-C照射蓝莓能够抑制呼吸速率、乙烯产量和MDA含量，提高总花青素含量，其效果优于1-MCP或UV-C单独照射处理[65]；用1.5 k Gy60Co-γ辐照结合1 μl·L-11-MCP处理可显著延缓蓝莓的硬度和颜色变化；是长期贮藏蓝莓和保持品质的有效方法[66]。此外，超声波加1-MCP处理能有效地提高苹果的贮藏品质，延长苹果的贮藏期[67-68]。乙烯吸收剂(EA)结合1-MCP处理对果实挥发性成分的保持较单一处理更好[69]。

4 展望

1-MCP在果实保鲜中占有重要地位。目前1-MCP对果实保鲜作用的研究在生理水平上已经非常透彻，但对果实感官特征的影响研究不足，对其在蛋白水平和基因分子水平的研究较少，分子机制还不清楚。加深1-MCP对果实中相关基因和蛋白影响的研究，将会发现更多与1-MCP起协同作用的化合物和保鲜处理手段，这也是开发更多1-MCP联用技术的关键。

1-MCP与其他保鲜技术联用在一定程度上结合了二者的优点，能够显著延缓采后果实的衰老进程，延长储藏期。应扩大1-MCP与其他保鲜技术联用的理论研究范围，深入挖掘作用机理，明确最佳应用技术参数，才能扩大该技术的应用广度和深度。在1-MCP联合使用贮藏保鲜技术中，应着重考虑保鲜剂或保鲜手段对果实风味的影响，联合贮藏技术对果实风味影响的评价将是一个重要的研究方向。