鲜切茄子褐变研究进展

周亚茹 肖凯 张爱冬 谭枫 吴雪霞

摘要  鲜切茄子作为一种新型食品工业产品而深受消费者喜爱，但茄子切片处理很快就会褐变，这会对其口感、营养和商业价值产生负面影响。酶促褐变是茄子果实在收获、运输、储存和加工过程中褐变发生的主要形式，这一过程主要是由多酚氧化酶引起的。综述了鲜切茄子褐变的影响因素、褐变分子机制以及褐变控制措施，以期为解决茄子果实褐变研究提供参考。

关键词  茄子；鲜切；褐变

中图分类号  TS255.5  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）01-0014-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.003

開放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Progress on Browning of Fresh-cut Eggplant

ZHOU Ya-ru1，2，XIAO Kai1，ZHANG Ai-dong1 et al

（1.Horticultural Research Institute， Shanghai Academy of Agricultural Sciences， Shanghai 201403;2.Shanghai Ocean University，Shanghai 201306）

Abstract  As a new food industry product， fresh-cut eggplant is popular among consumers. However， eggplant slices will soon turn brown， which will have a negative impact on taste， smell， nutrition and commercial value. Enzymatic browning is the main form of browning of eggplant fruit during harvest， transportation， storage and processing， and this process is mainly caused by polyphenol oxidase.In this review， we summarized the influencing factors， molecular mechanisms and control measures of browning in fresh-cut eggplant.In this paper， the influencing factors， molecular mechanism and control measures of browning of fresh-cut eggplant were reviewed， in order to provide reference for the study of eggplant fruit browning.

Key words  Eggplant;Fresh cut;Browning

基金项目  国家大宗蔬菜产业技术体系项目（CARS-25）。

作者简介  周亚茹（1998—），女，安徽合肥人，硕士研究生，研究方向：分子植物育种。

*通信作者，研究员，博士，从事茄子分子遗传育种研究。

收稿日期  2022-11-17

茄子（Solanum melongena L.）是世界上重要的大宗蔬菜，种植面积大，营养价值丰富，年供应量稳定［1］。鲜切果蔬是新鲜果蔬经一系列工序制成的不影响其自然品质的一种成品，作为一种新兴的轻度加工产品，以食用方便而备受消费者欢迎。鲜切果蔬既保持了果蔬原有的新鲜状态，又经过加工使产品清洁卫生，逐渐成为果蔬消费的主流，被认为是今后果蔬业发展的方向之一［2］。鲜切茄子由于受到人为鲜切加工造成的机械损伤，诱导果蔬组织发生加速代谢、酶促褐变以及品质劣变等变化。

1  褐变

食品在加工过程中或长期贮存于湿热环境下，其所含的氨基化合物如蛋白质、氨基酸及醛、酮等与还原糖相遇，经过一系列反应生成褐色聚合物的现象称为褐变反应，简称褐变。

褐变是食品中一种常见的变色反应，这可能会对食品质量产生积极或消极的影响［3］。根据褐变机理的不同，食品中的褐变反应一般分为酶促褐变和非酶促褐变。非酶褐变反应通过涉及食品中单一化合物或多种成分的化学反应产生棕色物质，而不涉及任何酶。非酶褐变反应包括美拉德反应、焦糖化和抗坏血酸氧化［4］，并且由于食物复杂的组成成分，这些反应大多是以组合反应而不是单独反应发生的。与非酶促褐变不同，酶促褐变反应涉及食品中存在的多酚氧化酶（PPO）的作用，主要发生在果蔬产品的收获、运输、储存和加工过程中［5］，在食品加工过程中，机械和物理刺激包括剥落、切割、切片、切粒和撕碎，以及储存期间的剧烈温度变化，可导致果蔬产品的物理组织损伤。当组织受损时，叶绿体破裂释放多酚氧化酶（PPO）与液泡破裂释放的酚类化合物接触［6］，PPO的活性中心由2个铜原子组成，在分子氧存在下，该酶催化2种不同的反应：单酚的羟基化（单酚酶活性）和邻二酚的氧化成邻苯二酚（二酚酶活性）。在这个反应之后，对苯二酚进行非酶聚合，形成一种相对不溶性的棕色色素，称为黑素［7］。

2  鲜切茄子褐变影响因素

果蔬褐变研究历史悠久，鲜切果蔬的品质变化主要集中在呼吸速率加快、乙烯合成增加、水分流失增大、微生物侵染和酶促褐变五个方面［8］。

2.1  非酶促褐变

由于加工机械损伤引起组织细胞中线粒体结构改变以及数量增加，导致线粒体有氧呼吸增强。另外果蔬阻滞在遭受去皮切分等机械损伤后，会引起乙烯合成增加，乙烯合成增加会产生许多不良的生理效应（如伤呼吸、酶促褐变和次生代谢等），加速鲜切果蔬器官组织的老化。机械损伤也会增大果蔬水分流失，使营养成分流失，并且因为汁水的流出极易滋生细菌。

2.2  酶促褐变

酶促褐变是果蔬加工中普遍存在的一种现象，目前较为大众所接受的理论是酚-酚酶区域化分布学说［3］。在苹果［9］、南果梨［10］、丝瓜［11］和马铃薯［12］等水果和蔬菜中，影响褐变的因素已经得到了广泛的研究。鲜切产品的酶促褐变通常被认为是一个多因素的过程［2-3］。在植物体中参与酶促褐变反应的酶类主要是由多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）多基因家族编码的多酚氧化酶［4］，当果蔬受到机械破坏或处于不利环境中时，果蔬内部的多酚会在多酚氧化酶（PPO）的催化作用下发生氧化，变成褐色［5］，这需要氧气、酶和底物的参与。许多其他酶，包括过氧化物酶（POD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）也参与了诱导或抑制鲜切食品酶促褐变的复杂过程［13-15］。当细胞遭受逆境时，活性氧清除酶如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性降低，从而降低了水果清除自由基的能力，导致活性氧（ROS）的积累［16］。过氧化物酶（POD）和脂氧合酶（LOX）也是导致水果和蔬菜褐变的关键酶。健康水果中的酚类酶和酚类物质在细胞中呈区域性分布，当细胞完整时，它们不能接触，也不会发生褐变反应［17］。

3  鲜切茄子褐变分子机制

3.1  酚类底物和多酚氧化酶（PPO）的释放

酚类物质是果蔬褐变的底物，水果和蔬菜在切割时细胞的结构会被破坏，导致PPO及其酚类底物的释放［18］，PPO在水果和蔬菜切面上的氧气存在下氧化酚类物质，产生苯二酚，再自动聚合形成棕色的色素［19］。酚类物质主要通过苯丙氨酸代谢途径合成，苯丙氨酸解氨酶（PAL）是苯丙烷代谢途径的起始酶［20］。此外，酶促褐变主要是在多酚氧化酶（PPO）的催化下将酚转化为邻苯二酚的结果［21］。有研究结果表明，增加茄子果肉中酚酸的含量，特别是绿原酸的含量，会增加茄子果肉对褐变的敏感性［22］。在新鲜茄子中，褐变也归因于酚类含量和PPO比活性的影响，而总酚含量在贮藏水果的褐变中起着显著的作用［23］。Liu等［24］研究发现，随着褐变程度的增加，果实的丙二醛含量和O2-的产生速率逐渐增加，而抗氧化能力逐渐降低并且切伤显著激活苯丙氨酸解氨酶（PAL）的表达，从而诱导酚酸的积累，PPO基因显著上调，激活了多酚氧化酶的活性，這些结果都表明，绿原酸氧化为绿原酚导致了茄子褐变的发生，说明绿原酸是鲜切茄子褐变的主要底物。

有研究发现，茄子在鲜切后，SOD、APX和CAT 3种酶在鲜切前期有明显升高，鲜切后PPO、POD、LOX活性随时间增加而增加；与0 min相比，120 min时分别增加了31.7%、68.7%和70.5%［25］。因此，明确褐变相关酶的功能和作用方式是研究鲜切褐变分子机制的关键。

3.2  转录因子调控褐变

近年来，随着测序技术的兴起和发展，研究者们挖掘出了许多与鲜切果蔬褐变相关的基因。Liu等［26］研究发现，在易褐变和不易褐变品种鲜切材料中转录组中有62个显著差异表达基因和231个显著差异表达的转录因子。转录因子（TF）已被证明在各种系统中增加基因表达。转录因子代表一组特定的蛋白质，它们调节植物的逆境和信号传递，并与下游基因启动子中的顺式作用元件结合，以调节基因的表达［27-28］。Yang等［29］通过全基因组分析，在茄子中鉴定出58个WRKY转录因子。Shetty等［30］已在茄子的PPO1基因中检测到与MYB转录因子相互作用的顺式作用元件。多酚氧化酶和过氧化物酶是红茶发酵过程中产生色素的关键酶，PPO催化茶叶中儿茶素氧化成橙色茶黄素和红棕色茶黄素，并催化香气前体的酶偶联氧化，CsMYB59激活了CsPPO1启动子的转录，并可能通过激活CsPPO1来调节茶树中PPO的活性［31］。

4  鲜切茄子褐变控制措施

由于PPO活性是控制酶促褐变的关键，因此所有降低PPO活性的因素，包括减少内源酚类化合物的种类和数量、降低氧气的含量和pH，都是为了防止酶促褐变。常用的防止酶褐变的方法有物理方法、化学方法和基因工程改良方法［32］。

4.1  物理方法

控制酶促褐变的物理方法包括热处理、防止氧气暴露、使用低温和辐射。热处理很容易抑制酶的活性，因为酶是由蛋白质组成的很容易变性［33-34］。葡萄酒酿造过程中，通常在酿造之前60 ℃下加热3 min来抑制酶褐变［35］。赵云峰等［36］发现，通过热处理的物理方法可有效降低茄子果实PAL、PPO和POD的活性，抑制酚类物质积累的下降，控制细胞膜透性的升高，维持细胞膜结构的完整性，限制胞内物质的外渗，减少酚类物质与其氧化酶的接触机会，从而减轻褐变的发生。吕运萍等［37］通过比较不同褐变抑制剂对鲜切茄子褐变的保鲜效果，发现用0.5%食用盐抑制鲜切茄子褐变具有良好的效果。吴志霜等［38］研究发现，加压氩气（150 MPa）降低了鲜切苹果的呼吸速率和乙烯产量，但其对颜色和硬度产生了一些负面影响，当加压氩气与抗坏血酸等多种抗氧化剂联合处理后，有效抑制了鲜切苹果的褐变和软化，在4 ℃下将感官品质保持了12 d。鲜切菠萝在4 ℃保存情况下，经过加压氩（18 MPa）处理货架期为6 d，通过高压氙气或氮气（10 MPa）处理后，货架期可延长至20 d［39］。

4.2  化學方法

抑制PPO活性的化学方法包括酸化或使用抗氧化剂、螯合剂或天然提取物进行还原。PPO的最适pH为5～7，当pH在3以下对PPO表现出抑制作用［40］。柠檬酸、抗坏血酸和谷胱甘肽等酸化剂可通过降低pH使PPO失活。还原剂硫酸盐及其衍生物是PPO的不可逆抑制剂［41］。抗氧化剂包括抗坏血酸、L-半胱氨酸和4-己基间苯二酚，能够通过与中间体结合来防止黑色素的形成［42］。铜络合剂，如柠檬酸和草酸，能够通过与PPO酶结构中的金属辅因子结合来抑制PPO活性［43］。王肽等［44］研究了臭氧水处理对鲜切茄子10 ℃贮藏条件下品质和生理的影响，结果发现臭氧水处理相比于对照组可以显著杀灭鲜切茄子表面微生物，臭氧水作用时间越长，杀菌越有效，在臭氧水处理5 min对鲜切茄子保鲜效果最佳。此外臭氧水处理可以有效维持鲜切茄子的L*值，抑制多酚氧化酶的活性［45］。1-甲基环丙烯（1-MCP）是一种有效的乙烯效应抑制剂，1-MCP处理能有效抑制鲜切茄子呼吸强度的上升，维持产品硬度、可滴定酸含量，降低产品失重率及褐变指数，延长鲜切茄子保鲜期［46］。外源钙通过调节苯酚代谢和增强氧化酶系统来延缓茄子果实褐变［47］。

4.3  基因编辑

Maioli等［48］采用基于CRISPR/Cas9的诱变方法，敲除了茄子果实鲜切后高转录水平的3个目标PPO基因（SmelPPO4、SmelPPO5和SmelPPO6），采用优化的茄子子叶转化方法，结果经过编辑的T1和T2代茄子果实表现出典型的棕色，这是酚氧化作用的结果。

5  展望

茄子除了具有很高的经济价值之外，还具有较高的营养价值和药用价值。目前，茄子的加工产品较少，仅有茄子干和茄子酱两类，主要用途为烹饪。在此背景下，具有新鲜、营养、方便和无公害等优点的鲜切茄子成为一个新的研究方向，鲜切茄子的应用不仅可以进一步拓展茄子的加工产品种类，而且可为中央厨房提供茄子菜肴的统一配菜。目前鲜有关于鲜切茄子的褐变机理的研究，仅限于基因表达以及生理水平的分析，其内部的分子机制还没有深入的研究报道。阐明茄子褐变机理，探索抑制褐变发生的调控机制，选育抗褐变的茄子新品种从根本上解决茄子果实褐变的问题具有重要意义。

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