果蔬采后冷害及调控技术的研究进展_烟小霞.pdf

综述与专题评论 年第 卷第 期（总第 期）：引用格式：烟小霞，康宁波，鲁玲，等 果蔬采后冷害及调控技术的研究进展 食品与发酵工业，（）：，（）：果蔬采后冷害及调控技术的研究进展烟小霞，康宁波，鲁玲，何小玲，鱼灏（宁夏大学 食品与葡萄酒学院，宁夏回族自治区 银川，）摘 要 冷敏型果蔬在低温贮藏和冷链运输过程中容易发生冷害，严重影响果蔬品质和贮藏期，而研究果蔬冷害发生机理和调控技术，对于采后果蔬保鲜贮藏及冷链运输的发展具有重要的理论指导和技术支撑作用。该文综述了国内外学者关于果蔬冷害的发生及调控技术的研究进展，包括细胞膜损伤、抗氧化系统清除活性氧自由基能力下降、线粒体结构和细胞壁伤害等果蔬冷害发生机制，从物理、化学及生物方面介绍了冷害调控的最新技术；总结了不同调控技术主要通过保护细胞膜结构、增强抗氧化系统、维持能量供应平衡、调节细胞壁物质代谢、激活 重复结合因子基因等潜在生化机制减轻冷害的发生。最后对冷害复合调控技术及研究方向进行了展望，以期为减轻果蔬冷害的发生提供更多的理论参考依据。关键词 低温贮藏；果蔬；冷害；机制；调控技术第一作者：硕士研究生（康宁波副教授为通信作者，：）基金项目：宁夏自然科学基金项目（）；年自治区重点研发计划项目（引才专项）（）收稿日期：，改回日期：果蔬在采后运输、零售、贮藏过程中进行着以呼吸作用为主导的生理代谢活动，导致自身营养物质消耗，果蔬抗病能力下降，外观品质下降，造成经济损失。低温贮藏是当前最常用的果蔬采后保鲜和贮藏方法，可有效降低采后果蔬的呼吸作用，延缓衰老，提高果蔬贮藏品质。然而，冷敏型果蔬对低温极其敏感，若温度控制不当，很容易出现冷害症状，冷害指暴露于冰点以上不适宜温度下对低温敏感的植物器官的生理损伤，如组织损伤、质量劣变及营养物质流失，是低温胁迫下冷敏型果蔬的一种不良反应。我国果蔬种类繁多，冷敏型果蔬约占，每年采后经济损失达上千亿元，其中冷害造成的损失约 以上。因此，低温贮藏中冷害问题仍是制约我国果蔬产业发展的关键问题，亟需阐明采后果蔬冷害发生的机制及开发有效的冷害调控技术。近年来，为了减少果蔬采后损失，提高果蔬贮藏品质，国内外学者借助分子生物学技术从分子领域深入研究冷害发生机制，并相应地开发了一系列冷害调控新技术。本文概括了果蔬冷害发生的主要机制，详细阐述了冷害调控技术的前沿进展，包括物理（高湿贮藏、低温预贮、热处理、间歇升温、近冰温贮藏、气调贮藏）、化学（乙烯和 甲基环丙稀、茉莉酸甲酯和水杨酸、褪黑素、一氧化氮）和生物技术（诱导抗冷基因表达及调节植物激素生物合成来增强低温耐受性），揭示了不同采后调控技术主要通过保护细胞膜结构、增强抗氧化系统、维持能量供给平衡、调节细胞壁物质代谢及激活 基因表达等增强果蔬抗冷性，最后从研究方向和调控技术方面进行了展望，可为低温贮藏中减轻采后果蔬冷害的发生及调控提供理论参考。果蔬采后冷害发生机制 冷害的发生冷敏型果蔬在低温贮藏中容易发生冷害，冷害的临界温度及症状因种类而异（表）。冷害发生在植物生长发育的所有阶段，主要取决于温度、暴露阶段、成熟度和贮藏时间等。冷害症状因种类、品种、栽培条件（土壤、气候、水分等）及贮藏温度等而异。在微观层面下，果蔬冷害的症状一般表现为叶绿体解体、线粒体膜受到破坏、淀粉粒和核糖体的数量减少，使得脂滴在叶绿体中积累。在宏观的层面下，冷害的症状表现为表皮凹陷、颜色不均一及点状蚀斑、内部出现明显的果肉褐变等，另外，受到冷害的果实不能正常后熟且衰老进程加快。低温贮藏中果蔬冷害发生受内在因素（种类、品种及采收成熟度等）和外在因素（贮藏温度、相对湿度及持续时间等）影响。内在因素中最重要的一点是原产地，产于热带的果蔬，因生长环境温度及湿度较大，当处于不适宜低温时极易表现出冷害症状。成熟度对冷害发生的影响也非常重要。孔祥佳等研究了低温贮藏期食品与发酵工业 （）间不同成熟度的橄榄果实，发现成熟度高的果实往往可以保持较低的细胞壁酶活力和冷害指数，延缓后期水溶性果胶和半纤维素的降低，维持果实细胞壁的完整，减轻冷害发生。外界因素中温度和贮藏时间是最重要的调控条件，刘同业等在低温贮藏中发现贮藏温度越低、时间越长，冷害症状越明显。解越等通过降温曲线法证实 下贮藏的黄瓜，贮藏时间越长，冷害越明显。此外，相对湿度也是影响冷害发生的重要外在因素，它能直接影响果蔬贮藏期间的水分变化情况。等将西葫芦果实贮藏在不同相对湿度（，）（近饱和 ，）下进行研究，发现 处理组的果实抗氧化酶活性和自由基清除能力更高，不饱和脂肪酸的下降过程明显延迟，有效抑制了冷害发生。曹婷婷等研究了干雾控湿贮藏对茄子冷藏期品质的影响，发现控湿贮藏抑制了活性氧（，）的产生，提高了茄子抗氧化酶活性，显著降低茄子冷害指数。近年大量研究发现高湿冷库贮藏可有效保持叶菜类蔬菜的外观及营养品质，显著抑制贮藏期间冷害的发生，说明湿度是果蔬贮藏保鲜中的关键因素，相应地，控湿技术具有良好的应用潜力。表 常见采后果蔬的冷害临界温度和明显症状，果蔬种类冷害临界温度冷害明显症状鳄梨（牛油果）果皮有不规则的棕色，深棕色斑块。柑橘表面点状斑，组织出现水渍状。桃和油桃内部果肉褐变，出现粉状口感及汁液减少。菠萝（凤梨）剥皮变色，果肉水浸状及果心逐步变褐。火龙果不均匀的棕色斑点，果皮出现枯萎。甜椒浅表凹陷，水渍以及种子变黄。甘薯表面凹陷，内部褐变及颜色变暗。西葫芦表面点蚀，脱水软化和果皮褐变。茄子表皮凹陷和烫伤，果肉变黄，种子变暗果柄脱落。梅表面凹陷。香蕉果皮表面为褐色，不能正常后熟，丧失部分香气。番茄（成熟）颜色不均匀有斑点，表面点蚀及过度软化。猕猴桃出现棕色和黑色皮，表皮凹陷，水浸及皮下组织褐化。番石榴不能正常后熟，表面和肉体变色。李果肉褐变和透明，风味淡化。芒果外果皮有明显的棕色斑点和凹陷，中果皮成熟和颜色变化不均匀。哈密瓜表皮变色，棕色斑点，出现凹坑和表面浸水。番木瓜表皮的凹坑，肉体浸泡，异常成熟和丧失部分香味。杏果皮水渍斑，果肉褐变及絮败。秋葵出现褐色和凹陷，斑点状腐蚀。竹笋肉棕色和水渍状。黄瓜 表面的凹陷和深色的水样斑块，失水萎薦。枇杷果皮与果肉粘住，果肉内部褐变。红毛丹果皮褐变，荆棘变成棕色。冷害对细胞膜的影响提出“膜脂相变假说”，认为细胞膜构象和结构改变是果蔬冷害的最初反应，低温胁迫首先导致细胞膜上的磷脂分子发生变化，膜脂不饱和脂肪酸含量下降，随后膜透性增大，膜结构和功能紊乱，如电解质泄露，进而引发一系列次级反应（图）。细胞膜上的脂类是由不同含量及饱和度的脂肪酸构成，果蔬通过调节膜脂不饱和脂肪酸 饱和脂肪酸维持膜的流动性，来适应低温环境。研究表明，增加不饱和脂肪酸的含量可降低细胞膜脂类发生相变反应，从而避免果蔬遭受低温损伤。脂肪酸去饱和酶是增加膜不饱和度的酶，酶活性通过增加构成细胞膜的脂质双分子层脂肪酸的不饱和程度，使果蔬不饱和脂肪酸 饱和脂 肪 酸 增 加，降 低 冷 害 发 生 率。等认为，磷脂酶（，）和脂氧合酶（，）活性的增加是导致不饱和脂肪酸降解和细胞膜完整性降低的主要原因。此外，研究还表明膜脂质成分通常与膜结构和稳定性相关，膜脂质中固醇和磷脂的比例增加，细胞膜的流动性下降，导致酶代谢等生理过程受到抑制，出现冷害症状。综上所述，通过降低 和 酶活性，诱导脂肪酸去饱和酶活性，增加不饱和脂肪酸含量，对于保持细胞膜的流动性和正常功能，降低果蔬冷害的发生具有重要的意义。图 低温胁迫下细胞膜的完整性和构象变化的机制 冷害对 的影响当冷敏型果蔬遭受低温胁迫后，导致植物体内大量 积累，这类物质活性很强，以超氧阴离子（）、过氧化氢（）等主要形式存在。如果不及时清除，会加速细胞膜脂质过氧化，产生有毒的丙二醛（，）；同时，引起核酸、蛋白质和脂质的损伤，细胞膜失去原有的功能，使机体处于氧化应激状态，最终导致果蔬发生冷害。而超氧化物歧化酶（，）、过氧化氢酶综述与专题评论 年第 卷第 期（总第 期）（，）、过氧化物酶（，）以及抗坏血酸谷胱甘肽循环（循环）等是果蔬体内 代谢的主要系统。在、和 共同作用下被降解成 和，保持了细胞膜结构的稳定性。谷胱甘肽（，）是细胞内最重要的抗氧化物，其巯基可以接受自由基的电子，在 循环中协助 消除，防御脂质过氧化，避免 对、和膜系统的损伤，有效增强了低温下果蔬对氧化应激的抵抗作用，维持了细胞膜的正常功能。值得注意的是，和 不仅能直接与 进行还原反应，清除；同时又可与抗氧化酶共同发挥作用，帮助清除。可见，植物处于低温状态时，抗氧化系统的协调作用对于维持 代谢平衡，保护膜正常功能及防止细胞膜的伤害起到关键的作用。赵昱瑄等利用短时热处理对黄瓜进行处理，显著提高了贮藏期、和 等抗氧化酶的活性及 清除能力，减轻贮藏期黄瓜冷害。由此表明，保持抗氧化酶的活性及维持 等含量，可以清除过量，减轻 的积累，有助于缓解采后冷藏期间果蔬的冷害。冷害对线粒体的影响冷胁迫下果蔬组织会消耗更多的能量抵御外界环境，线粒体是细胞能量代谢的基础，采后果蔬的生命主要靠能量维持，当果蔬受低温伤害时会引起线粒体结构受损，使内膜上维持呼吸和能量代谢平衡的相关酶活性下降，抑制 合成，而 不足诱导膜脂过氧化，产生过多的自由基，加速细胞膜的损伤，导致果蔬冷害现象越严重。、琥珀酸脱氢酶（，）和细胞色素氧化酶（，）是线粒体中与呼吸及能量代谢紧密相关的酶，在能量的合成中起重要作用，其活性的下降导致线粒体结构和功能破坏，显著抑制了采后果蔬 的生成，降低能荷水平，促使果蔬冷害发生。其中 和 酶活性受到抑制时，引起线粒体不能正常发挥其功能，和 位于线粒体内膜中，在维持膜内外离子平衡起关键作用，是线粒体结构和功能变化的指标。等用不同形式的 甲基环丙烯（，）处理油桃，发现保持了、和 酶的活性及更高的 和 含量，有效缓解了冷害的发生，提高了桃果实的品质。综上，通过对线粒体代谢相关酶活性的调节，维持果蔬较高的，有助于降低低温环境对果蔬造成的冷害损伤，从而提高果蔬抗冷害能力，减轻果蔬冷害症状。冷害对细胞壁的影响在低温胁迫下细胞壁物质代谢出现异常，无法正常后熟而汁液减少。细胞壁的主要成分是果胶和纤维素等，果胶在促进细胞间黏附方面发挥重要作用，纤维素对细胞有保护作用，细胞壁物质的含量决定采后果实的质地。解越等在降温曲线法对黄瓜冷害的研究中发现，在低温胁迫下黄瓜细胞组织胞间层增大，细胞壁变薄，次生壁降解并最终消失，引起细胞组织遭到破坏，最终导致果实软化。这主要是低温环境中细胞壁的 半乳糖苷酶（，）、果胶甲酯酶（，）、多聚半乳糖醛酸酶（，）和纤维素酶（，）活力变化异常，加速细胞壁物质降解，造成细胞胞间层结构改变，细胞壁结构被破坏，果蔬出现冷害症状。其中，水解细胞壁半乳糖苷键，降解果胶和半纤维素，和 一起协同水解原果胶，使纤维素降解，导致细胞壁解体。沈丽雯等认为热处理能抑制黄瓜细胞壁降解酶的活性，从而使细胞壁的组分降解速度变慢，维持细胞壁结构完整性，减轻果实软化及冷害症状。由此可见，调控采后果蔬细胞壁代谢酶活性及维持组成细胞壁物质的含量，有利于细胞壁结构和功能的稳定，减轻采后果蔬的冷害。果蔬冷害调控技术果蔬冷害的机制和调控技术在采后果蔬贮藏中变得越来越重要。研究人员已经探索了调控冷害的物理方法、化学方法及生物技术，以延长低温下冷敏型果蔬的保质期，提高贮藏期采后果蔬良好的品质（表）。物理方法 高湿贮藏高湿贮藏是将采后果蔬置于相对湿度为 的高湿环境中，在菠菜、韭菜、草莓、脐橙、番茄、奶白菜、番石榴、黄瓜等果蔬的保鲜中已得到广泛应用，可以明显降低贮藏期质量损失率，维持较高的营养物质，从而减轻采后果蔬冷害发生，高湿贮藏在果蔬低温保鲜中前景广阔。曹婷婷等认为高湿贮藏能提高抗氧化酶活性，抑制 和的积累，保持较高的 清除能力，减轻贮藏期茄子的冷害指数。张萌等研究发现高湿贮藏可提高青椒抗氧化食品与发酵工业 （）活性，抑制相对电导率的上升，降低冷害的发生，保持青椒在贮藏期较高的营养成分。贾雯茹等利用高湿贮藏黄瓜，结果表明，高湿贮藏显著降低了贮藏期黄瓜 含量，提高、等抗氧化酶活性，维持了 代谢平衡，从而减轻冷害发生。上述结果表明，高湿贮藏通过维持 代谢平衡，减轻低温贮藏期冷害的发生。表 不