外源褪黑素在果蔬保鮮中的作用研究進展

郜梔萍 田云芳 姜淑寧 尚泓奎 王銀宵 楊秋梅

（1 鄭州師范學院生命科學學院，河南鄭州 450044；2 鄭州市觀賞藥用特色資源植物重點實驗室，河南鄭州 450044）

褪黑素（N-乙酰-5-甲氧基色胺，melatonin，MT）是廣泛存在于動植物內的一種物質[1]，1958 年Lerner等人成功提取并確定其化學結構[2]。國內外學者對褪黑素進行研究，發現其有抗炎、抗腫瘤、調節并抑制因濫用藥物導致的成癮現象、治療心血管系統疾病等作用[3]。褪黑素在果蔬保鮮方面的作用也受到眾多學者關注。 褪黑素能提高百香果中超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性，抑制丙二醛（MAD）產生，抑制過氧化物酶（POD）活性[4]；延緩黃瓜抗壞血酸的降解，抑制微生物生長，增強果實的抗凍性[5]。褪黑素能降低南果梨果皮內葉綠素的降解速率，降低乙烯釋放速率[6]。褪黑素還能減少獼猴桃的呼吸消耗，減緩果實的膜脂過氧化，從而發揮后熟衰老延緩功效[7]。此外，褪黑素也作為生長調節劑使用。聶必林等[8]研究發現，適當的外源褪黑素使得黑果枸杞幼苗側根數量明顯增多。

采摘加工后的果蔬，在貯藏過程中容易受到溫度、水分、病原體等影響，從而影響果蔬的外觀顏色、品質口感、貨架期等相關指標。 因此，如何保持果蔬采摘后的優良品質、延長果蔬的貨架期成為學術研究的熱點。 本文對外源褪黑素的作用進行概述，探討其在果蔬保鮮中的主要作用，以期為今后褪黑素在果蔬保鮮中的應用提供參考。

1 褪黑素概述

褪黑素是廣泛存在于生物體內的吲哚類色胺。具有親脂性和親水性[9]。 1917 年，McCord 和Allan 在牛的松果體中發現了可以讓蝌蚪皮膚、內臟變透明的物質。 1953 年，Lerner 重新試驗，找到并且合成了這種物質——褪黑素[10]。 褪黑素常存在于哺乳動物和植物中，具有調節睡眠周期、減少細胞凋亡、抗氧化及免疫作用等多種生理功能。 在正常生理發展的狀態下，褪黑素的濃度呈晝夜節律波動，夜間達到峰值，白晝降至谷底。 在植物中，褪黑素在結構上與吲哚乙酸（IAA）相似，且二者具有非常相似的生理功能。 褪黑素具有兩重性，可提高種子萌發率，對植物生長發育起調節作用。 褪黑素具有抗氧化和增強植物抗寒能力的作用。

2 褪黑素在果蔬保鮮中的作用

2.1 清除活性氧自由基

活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）是生物體發生氧化反應產生的有害化學物質，能夠引起衰老等。自由基的發生與新陳代謝有關，部分物質以酶催化電子轉移時產生的自由基中間體發揮作用。活性氧的生成方式包括代謝活動過程、過度運動等，且植物細胞中也存在活性氧自由基。褪黑素可以有效清除ROS，維持果實較高的能量狀態，可防止果實衰老及發揮采摘后的保鮮作用[11]。 ROS 的產生與積累是果蔬產生褐變、腐爛、變質等的主要原因之一。為減緩以上情況發生，需要細胞中的SOD、POD、CAT等酶類[12-13]發揮清除作用。 植物體內有少量的褪黑素，是一種內源性褪黑激素，起信號分子的作用，能調節細胞中活性氧清除系統，提高酶的活性。推斷添加外源褪黑素可提高其活性氧清除能力，用于果實的貯藏。謝 晶等[14]研究結果表明，添加外源性褪黑素可以有效減少百香果貯藏中的水分蒸發，抑制百香果細胞中POD 活性，提高SOD 和CAT 活性，從而有效延緩采后百香果衰老褐變。 王 鋒等[14]對甜櫻桃果實褐變的研究表明，外源褪黑素有效提高了甜櫻桃SOD 和CAT 活性等，從而抑制了褐變指數上升。 綜合來看，褪黑素對清除ROS 有顯著效果。 近年來，褪黑素也常被用于果蔬或藥材的貯藏保存。

2.2 提高抗逆性

抗逆性指植物對逆境的抵抗能力和耐受力。 果蔬在采摘后會進行低溫儲存（0~4 ℃），防止變質腐爛。長時間低溫儲存會使細胞膜透性發生變化，細胞可溶性物質大量外滲，導致植物代謝失調，從而使植物受害。目前，研究表明，多胺對植物脅迫較為敏感，特別是在低溫條件下，多胺能保護細胞膜的完整性。多胺在植物生長發育中起到重要作用，參與各種脅迫響應，可提高植物抵抗脅迫能力。 包 宇等[15]研究發現，外源褪黑素處理的番茄低溫抵抗能力更高，脯氨酸等明顯提高。 2019 年史中飛等[16]發現，在4 ℃條件下加入褪黑素后再進行脅迫處理，油菜抗氧化酶活性提高，葉綠素的含量增加，植物的綠色期延長。張嘉雯等[17]研究發現，加入100 μmol/L 褪黑素處理煙草幼苗在低溫狀態下活性最高。因此，褪黑素在低溫條件下可提高植物抵御寒冷的能力，從而提高植物的生存率。 果蔬長時間在低溫條件下會出現變黃萎縮、品質和口感降低、莖部老化等問題，褪黑素能改善植物抵御低溫脅迫的能力，從而延緩植物變黃萎縮的進程。

目前，土壤鹽堿化日漸嚴重，土壤鹽堿化會影響植物正常生長發育，嚴重時會產生“燒苗”現象，對農業發展產生巨大的阻礙。 聶必林等[8]研究發現，適當低濃度外源褪黑素能在一定程度上緩解鹽脅迫對黑果枸杞的生長傷害，高濃度外源褪黑素會加劇鹽脅迫的傷害。 外源褪黑素對黑果枸杞有“低促高抑制”的現象。 張婷[18]研究了不同濃度褪黑素對多種百合耐鹽堿性的影響，得出結論外源褪黑素可增強抗鹽堿的能力。 劉娜[19]研究發現，NaHCO3脅迫可使番茄生長量顯著降低，外源褪黑素能提高番茄的堿脅迫抵抗力。 許秋怡等[20]發現，鹽脅迫能顯著降低水稻抗稻瘟病的能力，加入不同濃度的外源褪黑素可顯著增強水稻抗稻瘟病的能力。 生吉萍等[21]研究發現，與噴施蒸餾水的對照組相比，在番茄采收前噴施不同濃度的褪黑素可顯著降低灰葡萄孢菌的發病率、菌斑面積。 殷麗華[22]研究發現，褪黑素能提高蘋果的抗病性，褪黑素處理的蘋果活性氧處在穩定的水平。

2.3 抑制乙烯合成

近年來，大量文獻報道了褪黑素具有延緩果實衰老的作用，其有望成為一種新型的保鮮劑。根據現有文獻報道，抑制乙烯合成是褪黑素延緩果實衰老的機制之一[23]。 乙烯不僅能促進果實成熟，還可加速果實衰老，使果實品質下降。褪黑素可通過抑制乙烯合成來延緩果實衰老。例如，辛丹丹等[5]研究表明，黃瓜在貯藏過程中噴施褪黑素可在一定程度上減少乙烯的釋放量，從而延緩衰老。果蔬保鮮的時間取決于貯藏期間乙烯釋放量的多少。已有研究表明，褪黑素可以抑制果蔬中乙烯相關酶的活性， 減少其在貯藏期間的釋放量，進而延緩果蔬衰老[24]。 朱玲玲等[25]對鮮切青花菜乙烯合成調控機理的研究表明，褪黑素處理可通過抑制ACC 氧化酶和ACC 合成酶基因的表達來減少青花菜貯存期乙烯的合成，進而延緩衰老。也有研究表明，褪黑素可通過抑制蘋果體內乙烯的合成來延緩衰老[26]。 這些研究都為褪黑素抑制果蔬中乙烯的合成而延緩衰老、增加其保鮮效果提供了一定的理論依據。

2.4 防止抗氧化酶鈍化

抗氧化酶包含谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、硫氧還蛋白過氧化物酶等，植物內生成的過氧化物在抗氧化酶作用下可降低毒害或者變為無毒害的物質。 為了適應環境脅迫和衰老過程中活性氫（ROS）導致的氧化損傷，除自身活性氧清除系統外，生物還進化出蛋白氧化損傷修復系統對ROS 損傷的蛋白質進行修復。褪黑素在植物體中誘導蛋白氧化損傷修復酶，從而激活蛋白氧化損傷修復系統、增強抗氧化系統、抑制乙烯合成、提高低溫耐受性和抗病性、延緩衰老和提高采后品質[11]。 褪黑素對過氧化物的活性有提高作用，富含抗氧化劑，可減緩植物衰老。此外，褪黑色素可以減輕重金屬脅迫、鹽脅迫等應激反應。褪黑素能提高在低溫環境下存放的植物組織內SOD 和過氧化物酶（POD）活性，減慢葉綠素被降解的速率，降低丙二醛（MDA）的集聚，降低植物木質素含量，避免植物莖部木質化[1]。 褪黑素可以阻斷PAO 等關鍵基因發揮作用，減少過氧化氫的累積，提升果蔬的抗氧化水平。 褪黑素對植物體內抗壞血酸和谷胱甘肽含量有提升作用，還可以通過調節ASA-GSH 循環降低脫氫抗壞血酸和氧化谷胱甘肽的含量[27]。 褪黑素處理能減緩過氧化物酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶活性的上升，并對多酚含量有提高作用。外源褪黑素處理可降低膜脂過氧化程度，保持細胞膜結構完整性和抑制褐變相關酶活性[4]。 外源褪黑素對細胞膜結構有保護作用，可以使多酚物質和褐變酶無法接觸、多酚氧化酶和過氧化物酶活性降低、多酚物質氧化消耗減少，最終抑制果實褐變[28]。

2.5 降低褐變指數

在貯藏過程中，一些果蔬表面會出現斑塊，尤其是削皮后的果蔬，如蘋果、山藥等表面會變黃變黑產生斑點，極大地影響其觀賞價值和食用價值。褐變指果蔬中蛋白質、氨基酸、醛類和酮類在加工過程中或在濕熱環境中長期儲存時，與還原糖通過一系列反應生成棕色聚合物的現象。 褐變一般分為酶促褐變和非酶促褐變兩大類，與褐變有關的酶有抗壞血酸脫氫酶、過氧化物酶等。 褐變影響果蔬品質和營養價值等。2020 年喬 沛等[29]研究了外源褪黑素對荔枝褐變的影響，得出不同濃度的褪黑素均可降低褐變指數。王 鋒等[14]研究發現，褪黑素可抑制甜櫻桃果實褐變指數的上升，降低腐爛率，提高甜櫻桃貯藏時間，延長甜櫻桃硬度的保持時間，提升口感。

3 展望

近年來，很多研究揭示了褪黑素的作用。在人和動物體中，褪黑素具有抗衰老、治療腫瘤、防治老年癡呆、防治糖尿病等作用。褪黑素在植物方面的研究比較晚。在植物中，褪黑素作為天然的保鮮劑成為研究熱點。 已有研究證明，褪黑素可以提高抗逆性、清除活性氧自由基、抑制微生物生長、提高植物抗寒性等。 含有褪黑素的復合保鮮劑可能對果蔬保鮮發揮更大的作用，但是相關的研究鮮有報道。