L-半胱氨酸鹽酸鹽處理延緩香蕉果實(shí)采后成熟的初步研究

鄧穎怡，方躍凱，黃成將，梁凱淇，吳志鏗，吳富旺

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 佛山 528225）

香蕉（Musa acuminata）果實(shí)味道甜美、氣味芳香、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，深受人們喜愛。我國(guó)香蕉產(chǎn)量居世界第2。但是，香蕉是典型的呼吸躍變型果實(shí)，采后極不耐貯運(yùn)。在采后成熟過程中，由于乙烯釋放和呼吸高峰的出現(xiàn)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)生理生化代謝反應(yīng)加劇，果實(shí)后熟衰老進(jìn)程加快。同時(shí)，隨著貯運(yùn)時(shí)間的延長(zhǎng)，還容易遭受病害菌侵染而發(fā)生腐爛[1]。此外，香蕉對(duì)低溫環(huán)境非常敏感，當(dāng)貯藏溫度低于11 ℃時(shí)，容易發(fā)生冷害現(xiàn)象，繼而引發(fā)果實(shí)的腐爛，極大地降低其商品價(jià)值[2]。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，香蕉因腐爛而造成的損失達(dá)總產(chǎn)量的20%以上，從而嚴(yán)重影響香蕉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3]。因此，研究香蕉采后成熟機(jī)理，發(fā)展保鮮關(guān)鍵技術(shù)，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

在物理保鮮技術(shù)研究中，香蕉在21%O2+20%CO2的貯藏條件下，果皮組織中葉綠素降解減緩，衰老進(jìn)程推遲[4]；3 ℃冷激處理不僅可以有效保持香蕉果實(shí)的后熟品質(zhì)、延長(zhǎng)貨架期，而且能顯著提高香蕉果實(shí)的貯藏耐冷性[5]；150 Gy 輻照處理能保持香蕉果皮顏色與果肉質(zhì)地，延緩淀粉與可滴定酸的降解，并抑制多酚氧化酶活性，從而有利于延長(zhǎng)香蕉貨架期[6]。在化學(xué)保鮮技術(shù)研究中，草酸處理一方面可以抑制香蕉貯藏過程中乙烯釋放和呼吸速率，增強(qiáng)抗氧化酶活性[7]，還能抑制多酚氧化酶和過氧化物酶的活性，減少貯藏過程中果皮褐變的發(fā)生[8]；采用1%殼聚糖和0.05%茶樹油復(fù)合保鮮液涂膜處理，能延長(zhǎng)香蕉青皮時(shí)間，減緩后熟進(jìn)程[9]。此外，還可應(yīng)用乙烯受體競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合劑或植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等處理香蕉，延長(zhǎng)果實(shí)的成熟衰老。研究表明，0.5 μL/L 的1-MCP 處理能夠有效抑制香蕉果實(shí)的成熟與軟化，延長(zhǎng)貯藏時(shí)間[10]。氨氧乙酸（AAOA）可通過抑制MaGADl和MaACSl基因的表達(dá)，延緩香蕉果實(shí)的生理躍變，推遲后熟進(jìn)程[3]。外源H2S 氣體信號(hào)分子可參與調(diào)控乙烯合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，進(jìn)而調(diào)控果實(shí)抗氧化代謝和軟化進(jìn)程，最終延長(zhǎng)香蕉貯藏期[11]。張雪蓮等[12]發(fā)現(xiàn)，利用水楊酸（SA）類似物——2,6-二氯異煙酸（INA）處理香蕉能延緩果實(shí)的衰老。

隨著人們對(duì)食品安全關(guān)注度的提高以及物流保鮮技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)保鮮技術(shù)也逐漸面臨新的挑戰(zhàn)。開發(fā)成本低廉、操作簡(jiǎn)便、綠色安全的保鮮劑已成為當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品貯藏技術(shù)開發(fā)的迫切要求。半胱氨酸（Cysteine）是一種具有生理功能的氨基酸，也是組成蛋白質(zhì)的20 種氨基酸中唯一具有還原性基團(tuán)巰基(-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-半胱氨酸作為一種高效的多酚氧化酶（PPO）抑制劑，可防止馬鈴薯、蘋果、甘薯等果蔬發(fā)生褐變[13]。此外，L-半胱氨酸與殼聚糖復(fù)配，有助于延長(zhǎng)鮮切火龍果果肉貨架期[14]。L-半胱氨酸還可與氯化鈣復(fù)配，減少金針菇在貯藏期間發(fā)生褐變和失水[15]?？梢?，L-半胱氨酸目前主要作為護(hù)色劑應(yīng)用于鮮切果蔬，而在傳統(tǒng)果蔬保鮮應(yīng)用中則鮮有報(bào)道。此外，由于L-半胱氨酸在自然狀態(tài)下容易氧化，而在酸性條件下可長(zhǎng)期儲(chǔ)存，所以L-半胱氨酸鹽酸鹽（L-cysteine hydrochloride）也常作為其替代的食品添加劑應(yīng)用于食品貯藏中。研究表明，L-半胱氨酸鹽酸鹽不僅能抑制茄子中多酚氧化酶的活性[16]，而且能防止鮮切洋薊的褐變[17]。在香蕉的研究中，0.5%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能使鮮切“蘋果”香蕉片表面呈現(xiàn)品紅色，與1%維生素C 和1%氯化鈣復(fù)配后，可有效延長(zhǎng)其貨架期[18]。因此，L-半胱氨酸鹽酸鹽與L-半胱氨酸一樣，具有還原性，有抗氧化和防止褐變的功效。由此推測(cè)，L-半胱氨酸鹽酸鹽可能在提高抗氧化酶系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，能夠延緩香蕉果實(shí)后熟進(jìn)程。

鑒于目前有關(guān)L-半胱氨酸鹽酸鹽在香蕉貯藏保鮮中的應(yīng)用研究鮮有報(bào)道，本試驗(yàn)以香蕉為材料，研究外源L-半胱氨酸鹽酸鹽對(duì)香蕉果實(shí)采后品質(zhì)和生理指標(biāo)的影響，初步揭示其作用機(jī)制，以期為香蕉保鮮關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

供試品種為巴西蕉(Musa acuminatacv.‘Brazil’)，當(dāng)天上午從種植地廣東省湛江市采摘后直接運(yùn)往佛山市禪城區(qū)扶西水果批發(fā)市場(chǎng)。挑選無病蟲害、無機(jī)械損傷、大小均勻且成熟度為7～8 成的香蕉，清水清洗，去除雌花，再用0.05%咪鮮胺浸泡3 min，晾干備用。

咪鮮胺、L-半胱氨酸鹽酸鹽、40%乙烯利水劑、葡萄糖、蒽酮、98%硫酸溶液、丙酮、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉十二水化合物、30%過氧化氫溶液、聚乙烯叱咯烷酮（PVP）、愈創(chuàng)木酚、鄰苯二酚、無水乙醇、冰醋酸、醋酸鈉、多聚半乳糖醛酸、3,5-二硝基水楊酸（DNS）、氫氧化鈉、濃鹽酸、果膠粉、三羥甲基氨基甲烷（Tris）、氯化鈉、硫代巴比妥酸、三氯乙酸（TCA）等試劑均購(gòu)于廣州鼎國(guó)生物技術(shù)有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

GS-701 型硬度計(jì)，CR-10 型色差計(jì)，F(xiàn)W-80 型高速萬能粉碎機(jī)，HH-6 數(shù)顯恒溫水浴鍋，722S 型可見光分光光度計(jì)，5804R 高速冷凍離心機(jī)，UV2350 紫外光可見光分光光度計(jì)，BSA323S 型電子分析天平，F(xiàn)E28 型 pH 計(jì)，AF103AS 型制冰機(jī)，DW-86L828W型-80 ℃超低溫冰箱等。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理

將上述香蕉果實(shí)隨機(jī)分成2 組，每組72 根；其中，以0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽溶液浸泡10 min 作為處理組，以清水浸泡相同時(shí)間作為對(duì)照組。各處理完畢后，再分別用100 mg/L 的乙烯利溶液浸泡3 min，瀝干后裝入0.03 mm 聚乙烯保鮮袋，每袋9 果，然后置于(24±1)℃條件下。在貯藏過程中，每天測(cè)定果實(shí)硬度和色差，并取果實(shí)中部果皮和果肉組織分別用液氮速凍后，存放于-80 ℃超低溫冰箱，用于后續(xù)生理生化指標(biāo)測(cè)定。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.2.1 硬度

隨機(jī)取9 個(gè)香蕉果實(shí)，等間距取3 個(gè)位置（頭、中、尾）測(cè)定，記錄測(cè)定數(shù)據(jù)，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，平均值即表示果實(shí)硬度值（單位：N）。

1.2.2.2 色差

顏色變化由L、C、H值表示。測(cè)定部位同硬度測(cè)定一致，記錄色差值，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，平均值即表示果實(shí)色差值。

1.2.2.3 可溶性糖含量

果肉可溶性糖含量測(cè)定參照蒽酮硫酸法[19]，每個(gè)處理重復(fù)3 次，取平均值，單位為mg/g。

1.2.2.4 多酚氧化酶（PPO）活性

果皮PPO 活性測(cè)定參照鄰苯二酚比色法[19]，以每分鐘OD398增加 0.01 為1 個(gè)酶活性單位（U），酶活性以U·g-1FW 表示。測(cè)定重復(fù)3 次，結(jié)果取平均值。

1.2.2.5 過氧化物酶（POD）活性

果皮POD 活性測(cè)定參照愈創(chuàng)木酚法[19]，以每分鐘OD470增加 0.01 為1 個(gè)酶活性單位（U），酶活性以U·g-1FW 表示。測(cè)定重復(fù)3 次，結(jié)果取平均值。

1.2.2.6 果膠裂解酶（PL）活性

果肉PL 活性測(cè)定參照紫外吸收法[19]，以每分鐘分解果膠使OD235增加1.0 為1 個(gè)酶活性單位（U），酶活性以U·g-1FW 表示。測(cè)定重復(fù)3 次，結(jié)果取平均值。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

分別應(yīng)用Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，SigmaPlot 14.0 進(jìn)行圖表繪制，SPSS 25.0 進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 L-半胱氨酸鹽酸鹽處理對(duì)香蕉果實(shí)硬度的影響

在果實(shí)后熟過程中，硬度的變化能夠反映成熟程度。由圖1 可知，香蕉果實(shí)經(jīng)過催熟后，果實(shí)硬度迅速下降；而0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理后的香蕉果實(shí)，其硬度的下降趨勢(shì)較為平緩，并且硬度明顯大于對(duì)照組。由此說明，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能夠抑制香蕉果實(shí)在常溫貯藏過程中硬度的下降。

2.2 L-半胱氨酸鹽酸鹽處理對(duì)香蕉果實(shí)色差的影響

色差是評(píng)價(jià)果蔬外觀品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。其中，亮度L表示色彩明暗程度，飽和度C表示色彩純粹度，色度H則表示色調(diào)的變化（鮮艷程度）。由圖2可知，在常溫貯藏過程中，香蕉果實(shí)催熟后L值和C值總體呈上升趨勢(shì)，在4～5 d 時(shí)達(dá)到最大值，而經(jīng)過0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理后的香蕉果實(shí)L值與C值總體低于對(duì)照組。此外，香蕉果實(shí)H值總體則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并在5～6 d 時(shí)急劇下降，而0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理后的香蕉果實(shí)H值總體則高于對(duì)照組。由此可知，香蕉經(jīng)過催熟后，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理可延緩果實(shí)L值與C值的上升，并減緩H值的下降。

2.3 L-半胱氨酸鹽酸鹽處理對(duì)香蕉果實(shí)可溶性糖含量的影響

果實(shí)成熟過程中，組織中的淀粉逐漸轉(zhuǎn)化成可溶性糖，從而改變果實(shí)的風(fēng)味。如圖3 所示，香蕉果實(shí)催熟以后，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，果肉組織中的可溶性糖含量逐漸增加，說明香蕉淀粉發(fā)生降解，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄蕴?。而?jīng)過0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理的香蕉果實(shí)，保持相對(duì)較低的上升趨勢(shì)，并且貯藏后期顯著低于對(duì)照組。由此說明，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能夠抑制香蕉果實(shí)淀粉轉(zhuǎn)化為可溶性糖的進(jìn)程。

2.4 L-半胱氨酸鹽酸鹽處理對(duì)香蕉果實(shí)多酚氧化酶活性的影響

組織褐變嚴(yán)重?fù)p害果蔬的感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和商品價(jià)值。其中，酶促褐變主要是在有氧條件下PPO將酚類物質(zhì)氧化成醌，最終形成褐色物質(zhì)。由圖4 可知，在常溫貯藏過程中，對(duì)照組和0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理組香蕉果實(shí)的PPO 活性均呈上升趨勢(shì)，并且在貯藏后期保持較高的活性，與果皮表面黑褐色斑點(diǎn)的出現(xiàn)密切相關(guān)。其中，處理組PPO 活性總體低于對(duì)照組，說明0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽可抑制PPO 的活性，減輕香蕉果皮褐變。

2.5 L-半胱氨酸鹽酸鹽處理對(duì)香蕉果實(shí)過氧化物酶活性的影響

過氧化物酶不僅參與果蔬抗氧化過程，而且與果蔬組織褐變密切相關(guān)。如圖5 所示，在貯藏期間，香蕉果實(shí)POD 活性總體呈上升趨勢(shì)。在貯藏初期，對(duì)照組香蕉果實(shí)POD 活性由121 U·g-1FW 升至419 U·g-1FW，酶活性增強(qiáng)71%，隨后POD 活性緩慢增加。而經(jīng)過0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理的香蕉果實(shí)POD 活性在貯藏初期由120 U·g-1FW 上升至243 U·g-1FW，只增加了50%；并且在隨后的貯藏時(shí)間里，酶活性總體低于對(duì)照組。由此說明，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理可以在一定程度上使POD 活性下降。

2.6 L-半胱氨酸鹽酸鹽處理對(duì)香蕉果實(shí)果膠裂解酶活性的影響

果膠裂解酶是細(xì)胞壁降解過程中一個(gè)關(guān)鍵酶，通過裂解細(xì)胞壁果膠成分，最終導(dǎo)致果實(shí)軟化。如圖6所示，香蕉果實(shí)催熟后，在常溫貯藏前3 天，香蕉PL活性逐漸下降，而第4 天后酶活性急劇增加，與果實(shí)硬度的下降正相關(guān)。0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理組香蕉的PL 活性雖然在貯藏前期比對(duì)照組高，但是在貯藏后期（4～6 d）顯著低于對(duì)照組（P＜0.05），避免酶活性峰值的出現(xiàn)。由此說明，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能夠降低香蕉PL 活性，延緩果膠物質(zhì)的降解，從而推遲果實(shí)軟化進(jìn)程。

3 討論

香蕉是典型的呼吸躍變型果實(shí)，果實(shí)硬度隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低；乙烯利處理可加速果實(shí)成熟與品質(zhì)劣變，而 0.5 μL/L 的 1-甲基環(huán)丙烯（1-MCP）處理則抑制成熟與軟化，延長(zhǎng)貯藏時(shí)間[10]。Zhu 等[20]研究表明，雖然1-MCP 處理能夠顯著地抑制香蕉果實(shí)的成熟進(jìn)程，但是乙烯結(jié)合1-MCP 處理更能保證香蕉果實(shí)的正常成熟與外觀品質(zhì)。因此，在香蕉實(shí)際保鮮應(yīng)用中，需要將抑制成熟與后熟過程進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。本研究中，香蕉果實(shí)催熟后，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能延緩果實(shí)常溫貯藏過程中硬度的下降（圖1），使果皮保持較低的L值、C值和較高的H值，并抑制果皮轉(zhuǎn)黃和褐色斑點(diǎn)的形成，保持香蕉果實(shí)的外觀品質(zhì)（圖2）。此外，由于采后仍然進(jìn)行旺盛的呼吸作用，香蕉組織中的淀粉在酶的作用下會(huì)大量轉(zhuǎn)化為可溶性糖，并隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸累積[21]。可溶性糖含量可作為評(píng)判果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能夠延緩貯藏后期香蕉果肉可溶性糖的積累（圖3），說明其在減緩香蕉采后品質(zhì)劣變過程中發(fā)揮作用。由此可知，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能抑制香蕉果實(shí)軟化和褪綠轉(zhuǎn)黃，并延緩果肉中可溶性糖積累，從而推遲香蕉果實(shí)在常溫貯藏過程中的成熟進(jìn)程。

PPO 和POD 等抗氧化酶與果蔬生命代謝過程密切關(guān)系。果蔬組織中的酚類物質(zhì)在PPO 和POD 的協(xié)同催化作用下形成醌類物質(zhì)，并聚合成黑色物質(zhì)，從而導(dǎo)致褐變[22]。研究表明，殼聚糖處理可抑制甜櫻桃PPO 和POD 活性，防止組織褐變[23]；結(jié)合草酸處理后，能減少香蕉果實(shí)膜脂過氧化和細(xì)胞膜泄漏，抑制PPO 活性，保持果皮總酚含量，避免在貨架期出現(xiàn)褐變[24]。此外，NO 處理亦可抑制香蕉PPO 活性，進(jìn)而推遲果皮葉綠素的降解[25]。因此，抑制PPO 和POD 活性對(duì)防止果蔬褐變起關(guān)鍵作用。L-半胱氨酸和L-半胱氨酸鹽酸鹽作為有效的褐變抑制劑，已廣泛應(yīng)用于食品加工行業(yè)中。L-半胱氨酸可與殼聚糖復(fù)配，有助于抑制鮮切火龍果果肉的褐變[14]。在荔枝中，半胱氨酸處理可保持果皮中pH 和花色苷含量，抑制PPO 和POD 活性，保持果皮總酚含量，保證貯藏外觀[26-27]。此外，0.5%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能使鮮切“蘋果”香蕉片表面呈現(xiàn)品紅色，與1%維生素C 和1%氯化鈣復(fù)配后，可有效延長(zhǎng)其貨架期[18]。在本研究中，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理在常溫貯藏過程中也能抑制香蕉果實(shí)PPO（圖4）和POD（圖5）活性的上升，與其外觀品質(zhì)變化保持相一致。Rezapour 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，PPO 的活性位點(diǎn)是His-Leu-Phe-His 肽段，并且pH下降有利于抑制其進(jìn)行褐變反應(yīng)。由此推測(cè)，L-半胱氨酸鹽酸鹽可能作為一種酸性調(diào)節(jié)物質(zhì)，影響PPO或POD 活性中心，進(jìn)而抑制酶活性，延緩香蕉果皮發(fā)生褐變。

在香蕉成熟過程中，果實(shí)質(zhì)地會(huì)發(fā)生軟化。其中，果膠作為細(xì)胞壁和胞間層的主要成分，其降解過程直接導(dǎo)致果實(shí)軟化。研究表明，L-半胱氨酸鹽酸鹽能增強(qiáng)龍眼中抗氧化酶的活性，調(diào)控氧化還原狀態(tài)，減少氧化損傷，從而延緩果肉細(xì)胞壁發(fā)生降解而自溶[29]。果膠裂解酶能夠催化細(xì)胞中果膠物質(zhì)的降解，與香蕉果實(shí)成熟軟化密切相關(guān)[30]。在香蕉常溫貯藏過程中，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理組香蕉果實(shí)中PL 活性低于對(duì)照組（圖6）；而體外試驗(yàn)結(jié)果表明，L-半胱氨酸鹽酸鹽對(duì)PL 活性具有一定的抑制作用[31]。由此可見，L-半胱氨酸鹽酸鹽可通過抑制香蕉PL 活性，從而推遲果實(shí)軟化進(jìn)程。

4 結(jié)論

0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能夠延緩香蕉果實(shí)硬度和果皮H值的下降，減緩果皮L值和C值的增加，抑制果實(shí)軟化和褪綠轉(zhuǎn)黃，并降低果肉中可溶性糖積累，從而保持貯藏品質(zhì)。同時(shí)，通過抑制PPO、POD 和PL 活性，減緩貯藏后期發(fā)生褐變及軟化。綜上所述，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理可延緩香蕉果實(shí)常溫貯藏的成熟進(jìn)程，延長(zhǎng)貯藏時(shí)間，具有一定的應(yīng)用前景。