龍眼果肉自溶研究進展

薛鵬宇，殷菲朧，劉云芬，廖玲燕*，劉純友，帥良*

1(賀州學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院/廣西康養(yǎng)食品科學(xué)與技術(shù)重點實驗室，廣西 賀州，542899)2(廣西科技大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 柳州，545006)

龍眼(DimocarpuslonganLour.)又稱桂圓，無患子科龍眼屬植物，是原產(chǎn)于我國南部的一種特色亞熱帶水果，其性溫味甘，具有豐富的營養(yǎng)價值和保健功效，素有“南方小人參”之美譽[1]。我國是世界上龍眼產(chǎn)量最高和栽培面積最廣的國家，在我國廣東、廣西、福建和海南等省(區(qū))均有廣泛種植。

每年的盛夏時節(jié)是龍眼的成熟期，采摘后的龍眼在常溫28 ℃條件下貯藏一周左右時間，其果實就會全部腐敗變質(zhì)[2]，這極大影響了龍眼果實的食用品質(zhì)以及經(jīng)濟效益。采后龍眼果實發(fā)生品質(zhì)劣變的主要表現(xiàn)形式就是果肉自溶，果肉自溶縮減了采后龍眼的貨架期，降低了采后龍眼的商業(yè)利用率。

龍眼果實在貯藏中后期開始果肉自溶，其主要表現(xiàn)形式為果肉硬度明顯降低，開始溶解流汁，龍眼果肉自溶一般都是從果實內(nèi)部開始的，高糖高水分含量的果汁開始流出，為微生物的滋生創(chuàng)造了有利的環(huán)境，進而加速了龍眼果肉的敗解[3]，果肉自溶導(dǎo)致龍眼果實品質(zhì)劣變，嚴重影響龍眼的食用品質(zhì)及經(jīng)濟效益。延緩龍眼果實品質(zhì)劣變、抑制龍眼采后果肉自溶是當(dāng)前龍眼產(chǎn)業(yè)亟需實現(xiàn)的目標，這樣不僅可以實現(xiàn)龍眼的長期貯藏，也可以使得龍眼的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟效益最大化。本文綜述了國內(nèi)外近年來有關(guān)龍眼果肉自溶和自溶控制方法及其分子生物學(xué)的研究進展，旨在為進一步闡明龍眼果肉自溶發(fā)生機制提供參考，也為延長采后龍眼果實貯藏期提供理論支持。

1 龍眼果肉自溶的生理生化變化

1.1 營養(yǎng)成分的變化

成熟后的龍眼果實所含營養(yǎng)豐富，總糖、還原糖含量高，富含視黃醇、核黃素以及尼克酸等多種維生素，此外還含有膳食纖維、無機鹽等人體必需營養(yǎng)物質(zhì)[4]。趙云峰等[5]研究發(fā)現(xiàn)，常溫貯藏條件下，在整個龍眼果肉自溶過程中，果實可溶性還原糖含量、可溶性固形物、可滴定酸和維生素C含量等與品質(zhì)相關(guān)的指標，都出現(xiàn)了不同程度的下降，低溫可以有效抑制果肉自溶進程，從而維持果實貯藏品質(zhì)。

1.2 細胞膜的變化

果實成熟勢必會造成細胞膜透性變化[6]。龍眼果實正常細胞膜為雙層結(jié)構(gòu)，呈液晶相，細胞衰老開始后，膜結(jié)構(gòu)由雙層逐漸變?yōu)閱螌由踔磷優(yōu)闊o明顯的層結(jié)構(gòu)，細胞膜發(fā)生膜脂相變，由液晶相向凝膠相轉(zhuǎn)變，隨之帶來的就是黏度增加，流動性下降，細胞膜透性增大，細胞膜選擇透過性喪失，從而加速了果實組織的品質(zhì)劣變。細胞膜透性增大導(dǎo)致水解酶得以釋放，使得底物和水解酶反應(yīng)速度加快，促進細胞壁物質(zhì)降解，呼吸加劇，代謝加快，果實軟化[7]，而龍眼果肉自溶往往伴隨著細胞膜透性的增大。膜脂是細胞膜的重要組成成分，在植物細胞膜中起著屏障作用，保護細胞膜結(jié)構(gòu)不受外界脅迫的影響，保持細胞膜功能正常運行[8]。膜脂成分含量變化影響細胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，脂酶、磷脂酶D(phospholipase D,PLD)、脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)等膜脂降解酶活性升高加速了膜脂降解，含量下降，進而導(dǎo)致細胞膜結(jié)構(gòu)遭到破壞、功能受損。LOX在植物組織早期膜脂過氧化中發(fā)揮了重要作用，活性氧是LOX的代謝產(chǎn)物，活性氧的積累加速了細胞的衰老[6]。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(aseorbateperoxidase,APX)共同構(gòu)成了植物體內(nèi)的活性氧清除系統(tǒng)，使植物機體活性氧代謝維持正常的平衡狀態(tài)，一旦植物細胞開始衰老，活性氧清除酶活性隨之下降，逐漸積累的活性氧對細胞造成氧損傷，進而引發(fā)鏈式氧化反應(yīng)，加速膜脂過氧化，最終造成細胞膜氧損傷和功能喪失[9]。陳子健等[10]研究發(fā)現(xiàn)，APX、CAT等部分氧化還原同工酶在龍眼果肉自溶中發(fā)揮了重要作用，在貯藏后期自溶和未自溶果肉之間酶活性存在顯著差異。林瑜[11]發(fā)現(xiàn)焦腐病菌的侵染會破壞龍眼果實的活性氧清除系統(tǒng)，果肉中活性氧清除酶代謝紊亂，加速了膜脂過氧化進程，使龍眼果肉自溶現(xiàn)象加劇。

1.3 細胞壁組分及其降解酶變化

纖維素、半纖維素、果膠、蛋白質(zhì)以及脂類等大分子物質(zhì)共同構(gòu)成了植物細胞的細胞壁，而這些大分子細胞壁物質(zhì)的含量決定了果實質(zhì)地。細胞壁組分發(fā)生變化所引起的細胞壁降解和細胞壁結(jié)構(gòu)改變可能導(dǎo)致了龍眼果肉自溶。林河通等[12]的研究表明，10 ℃下貯藏的“福眼”龍眼自溶指數(shù)和貯藏時間存在正相關(guān)關(guān)系，纖維素、半纖維素、細胞壁蛋白等細胞壁物質(zhì)含量明顯降低。這表明細胞壁物質(zhì)含量的變化可以影響采后龍眼果肉自溶進程。

谷李桃等[6]的研究認為，龍眼果肉自溶可能是由于細胞膜透性增大、膜層結(jié)構(gòu)改變、細胞壁物質(zhì)降解等引起的細胞壁結(jié)構(gòu)變化。也有研究認為，果實貯藏過程中果膠酯酶(pectinesterase,PE)、多聚半乳糖醛酸酶(ploygalacturonase,PG)、β-半乳糖苷酶(β-galactosidase,β-Gal)、纖維素酶(cellulase,CX)和木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶 (xyloglucan endotransglycosylase,XET) 共同作用于細胞壁，造成細胞壁降解，從而促進采后龍眼果肉自溶[11,13]。趙云峰等[14]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)熱處理過的龍眼果實中果膠甲酯酶(pectin methylesterase,PME)、PG、β-gal 和 CX酶活性與對照組相比明顯降低，且龍眼果實果肉自溶指數(shù)低于對照組，差異顯著。鄭俊峰[15]發(fā)現(xiàn)擬莖點霉菌的侵染使得果肉細胞壁降解酶活性升高，加速了龍眼果肉細胞壁物質(zhì)降解，導(dǎo)致龍眼果肉組織敗壞，加速龍眼果肉自溶發(fā)生。林瑜[11]發(fā)現(xiàn)焦腐病菌同樣可以促使細胞壁降解酶活性升高，導(dǎo)致細胞組織結(jié)構(gòu)破壞，最終使得采后龍眼果肉自溶衰老進程進一步加快。由此可見，細胞壁變化與龍眼果肉自溶之間存在緊密的聯(lián)系，細胞壁降解酶活性增加導(dǎo)致的細胞壁降解加劇了龍眼果肉自溶。

1.4 活性氧的變化

2 龍眼采后果肉自溶控制方法

2.1 熱處理

熱處理主要是指用適宜溫度(35～50 ℃)的熱水或熱蒸汽處理龍眼果實，鈍化酶活性，抑制或殺死病原菌，延緩龍眼果實品質(zhì)劣變，延長貯藏期[26-27]。趙云峰等[28-29]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，經(jīng)50 ℃熱水處理10 min后的龍眼果實呼吸作用減弱，果實失重率下降，細胞膜透性的增速變緩，果實所含營養(yǎng)物質(zhì)含量較高，抗氧化能力和抗逆性強，龍眼果皮褐變指數(shù)和果肉自溶指數(shù)降低。趙云峰等[30]研究發(fā)現(xiàn)，熱處理后龍眼果實細胞壁物質(zhì)降解酶活性降低，減少了細胞壁物質(zhì)的降解，從而通過維持細胞結(jié)構(gòu)的完整性抑制了龍眼果肉自溶。由此可知，熱處理可有效延緩果實衰老，抑制采后龍眼果實的褐變，減少果肉自溶的發(fā)生，延長采后龍眼貯藏期。

2.2 低溫處理

低溫環(huán)境下病原微生物繁殖緩慢、采后果實呼吸強度降低、酶活性受到抑制，從而延緩采后果實的自溶，延長貯藏期[31]。陳錦等[32]研究發(fā)現(xiàn)，低溫(3±0.5) ℃下貯藏的龍眼果實采后呼吸強度明顯低于對照組的室溫(25±0.5) ℃貯藏，且低溫貯藏的龍眼果實所含葉綠素、類黃酮等色素含量和營養(yǎng)物質(zhì)含量均高于對照組，此外，低溫還能有效抑制采后龍眼果肉自溶和果皮褐變。孔祥佳等[33]研究發(fā)現(xiàn)，3 ℃低溫貯藏可使龍眼果實呼吸強度顯著降低，抑制果皮細胞膜透性增加，有效延緩果皮褐變，抑制果肉自溶，延長采后果實貯藏期。

2.3 氣調(diào)貯藏

氣調(diào)貯藏的實現(xiàn)一般通過降低低溫貯藏環(huán)境中O2和CO2的比例，來實現(xiàn)新鮮采后果蔬的長期貯藏[34]。王則金等[35]研究發(fā)現(xiàn)，和普通冷藏相比，氣調(diào)冷藏可以有效抑制采后龍眼果實呼吸作用，使龍眼果實保持較高的營養(yǎng)物質(zhì)含量，抑制細胞膜透性以及丙二醛含量的上升，抑制多酚氧化酶、過氧化物酶活性，使超氧化物歧化酶、過氧化氫酶能保持較高活性，果皮褐變和果實衰老受到抑制，貯藏期延長。熊彬等[36]研究表明，氣調(diào)冷藏保鮮的“石峽”龍眼果皮褐變受到抑制，果實失重率和腐爛率下降，好果率上升，營養(yǎng)成分保持較好，保鮮期顯著延長。以上結(jié)果說明，氣調(diào)貯藏能夠有效抑制龍眼果肉自溶的發(fā)生，使果實品質(zhì)得到維持，延長貯藏保鮮期。

2.4 涂膜保鮮

涂膜保鮮就是利用高分子物質(zhì)在采后果蔬表面形成一層液態(tài)膜，這層膜干燥后可以有效抑制采后果蔬的呼吸，減少營養(yǎng)物質(zhì)的損耗，還能減少果實水分的流失，保持果實的硬度和新鮮度，抑制病原菌的侵染，延長采后果實的貯藏期。方冬梅[37]研究表明，采前噴布殼聚糖卡多贊可以有效抑制采后龍眼呼吸作用，延緩細胞膜透性的增加，保持較高的可溶性固形物、總糖和維生素C的含量，抑制采后龍眼果皮褐變和果肉自溶，提高采后龍眼的耐貯性。LIN等[38]研究發(fā)現(xiàn)利用殼聚糖Kadozan涂膜可以有效抑制龍眼果實細胞壁降解酶的活性，延緩細胞壁多糖的分解，從而延緩采后龍眼果肉自溶。孫傳芝等[39]研究也表明殼聚糖涂膜處理可以提高龍眼的好果率，保持較高的營養(yǎng)物質(zhì)含量，提高果實耐貯性。

2.5 其他保鮮處理

杜云霞[40]研究發(fā)現(xiàn)，采前噴施胺鮮酯可以提高龍眼果實的活性氧清除能力，減少膜脂氧化降解，較好地保持細胞以及細胞膜的完整性，延緩龍眼果肉自溶。陳燁[41]研究發(fā)現(xiàn)，采前噴施水楊酸可以降低采后龍眼果實活性氧的積累，減緩活性氧損傷，減緩膜脂過氧化作用，較好地保留細胞壁組分，降低采后龍眼果肉自溶指數(shù)，抑制采后龍眼果實果肉自溶的發(fā)生。王則金等[42]研究發(fā)現(xiàn)，用1%L-半胱氨酸水溶液處理低溫貯藏的龍眼果實，其呼吸強度顯著降低，丙二醛含量、細胞膜透性上升緩慢，過氧化物酶活性下降，過氧化氫酶活性顯著上升，果皮褐變指數(shù)降低，好果率升高，龍眼果實衰老進程延緩，貯藏期延長。

3 自溶相關(guān)分子生物學(xué)研究

細胞凋亡酶(Caspase)屬于半胱氨酸蛋白酶類，其通過裂解底物促使細胞結(jié)構(gòu)和生化的改變，進而導(dǎo)致細胞凋亡[6]。谷李桃[43]研究了4個品種龍眼采后果肉自溶過程中 Caspase-3、Caspase-4 的活性和果肉自溶之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Caspase-3 和 Caspase-4 的活性隨著貯藏時間的延長和果肉自溶程度的加劇逐漸升高；此外,谷李桃等[43-44]發(fā)現(xiàn)從類 Caspase 序列中克隆出龍眼自溶相關(guān)基因 cDNA 序列(DlMCⅡ-1、DlMC-1、DlMC4)的表達量均在龍眼果肉自溶過程中上調(diào)，這說明龍眼果肉自溶可能是一種細胞程序性死亡。

PME是細胞壁代謝的關(guān)鍵酶，PME可催化植物細胞壁組分中多聚半乳糖醛酸發(fā)生特異的去甲基化反應(yīng)，改變果膠的甲基酯化程度，促進果膠物質(zhì)的降解，導(dǎo)致果實軟化[45]。趙明磊等[46]分析了從龍眼果實中分離得到的3個PME基因片段(DlPME1、DlPME2、DlPME3)的表達特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DlPME3的表達在常溫和低溫條件都出現(xiàn)增強的趨勢，而DlPME1和DlPME2表達增強分別出現(xiàn)在低溫和常溫條件下。近年來，關(guān)于木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶(xyloglucan endotransglycosylase,XET)、擴展蛋白(expansins,EXP)以及內(nèi)切葡聚糖酶(endoglucanase,EG)的相關(guān)基因研究開始出現(xiàn)。ZHONG等[47]研究了不同溫度條件下與龍眼果肉自溶相關(guān)的3個XET基因和EXP基因的表達模式；結(jié)果表明，25 ℃貯藏時Dl-XET3與早期龍眼果肉自溶密切相關(guān)，而DL-EXP3、Dl-XET1和Dl-XET2共同參與后期龍眼果肉自溶；而Dl-XET1和Dl-XET2的表達則與4 ℃貯藏條件下龍眼果肉自溶相關(guān)。

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonlalyase，PAL)廣泛存在于植物中，參與植物抗逆中間產(chǎn)物的合成和積累，也和植物的生長發(fā)育、生理代謝密不可分[48]。OU 等[49]從“石峽”龍眼中分離出PAL的一個cDNA(DlPAL1),研究不同溫度下龍眼果實DlPAL1的表達和PAL活性與龍眼果肉自溶的關(guān)系。結(jié)果表明，在25 ℃和10 ℃下，PAL活性和DlPAL1mRNA的積累均上升，這與龍眼果肉自溶指數(shù)的增大相一致；4 ℃下龍眼果肉中DlPAL1的表達受到抑制，但PAL活性不受影響，而貯藏20 d和40 d后，再轉(zhuǎn)移到25 ℃貯藏2 d時，隨著果肉自溶發(fā)生，PAL活性升高，DlPAL1的表達也隨之增強。這些結(jié)果表明PAL活性變化及DlPAL1的表達在龍眼果肉自溶中發(fā)揮了重要的作用。王曉艷[50]運用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究了不同貯藏時間段下“東壁”和“福眼”龍眼中蛋白表達量的變化，結(jié)果鑒定出共43個與龍眼果肉自溶相關(guān)的蛋白質(zhì)，而這些主要參與活性氧清除酶系統(tǒng)、果實衰老以及能量代謝等方面的蛋白質(zhì)與采后龍眼生命活動存在著緊密的聯(lián)系。

4 展望

自溶現(xiàn)象與植物體自身衰老緊密相關(guān)，密不可分。自溶作為植物生命體衰老過程中的一種表現(xiàn)形式，主要發(fā)生在衰老細胞中，其主要表現(xiàn)為果實采后果皮以及果肉降解、軟化現(xiàn)象。目前在龍眼、葡萄、桑葚、草菇、茶樹菇、杏鮑菇等果蔬中均有自溶現(xiàn)象發(fā)生。龍眼果肉自溶是龍眼果實特有的采后生理失調(diào)現(xiàn)象。伴隨著采后龍眼果實逐漸衰老，龍眼組織破壞，細胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，細胞壁被降解，活性氧快速積累，膜脂過氧化加劇，造成龍眼果肉自溶。龍眼果實衰老，尤其是活性氧造成的果實衰老，可能是造成龍眼果肉自溶的原因。龍眼果肉自溶從龍眼果實內(nèi)部開始，果肉逐漸軟化溶解，汁液滲出，果肉開始腐爛，顏色逐漸加深，這些龍眼衰老表現(xiàn)是龍眼果肉自溶顯著的特點，也是區(qū)別于其他果蔬自溶的現(xiàn)象。目前控制龍眼果肉自溶的手段主要有：采前噴施化學(xué)試劑、采后冷藏、熱處理、氣調(diào)貯藏以及化學(xué)處理等，這些調(diào)控措施均可通過延緩龍眼果實的衰老，實現(xiàn)對龍眼果肉自溶的控制，提高龍眼果實貯藏品質(zhì)，但這些貯藏手段或多或少存在著比如像處理繁瑣、周期過長、化學(xué)殘留等不足。目前在分子生物學(xué)層面上對龍眼果肉自溶機理及抑制自溶的研究還比較少，但隨著分子生物學(xué)日漸成熟，因此可以結(jié)合蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，對果肉自溶關(guān)鍵酶、活性氧清除酶相關(guān)基因表達進行調(diào)控，抑制或增強相關(guān)酶活性，增加果實抗衰老能力，延緩果肉自溶，提高龍眼采后耐貯性，延長其貯藏保鮮期，推動龍眼產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展，這也將是果蔬保鮮工作者將來一段時間的研究方向及重點。