L-半胱氨酸鹽酸鹽處理延緩香蕉果實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

（佛山科學技術學院食品科學與工程學院，廣東 佛山 528225）

香蕉（Musa acuminata）果實味道甜美、氣味芳香、營養價值高，深受人們喜愛。我國香蕉產量居世界第2。但是，香蕉是典型的呼吸躍變型果實，采后極不耐貯運。在采后成熟過程中，由于乙烯釋放和呼吸高峰的出現，導致細胞內生理生化代謝反應加劇，果實后熟衰老進程加快。同時，隨著貯運時間的延長，還容易遭受病害菌侵染而發生腐爛[1]。此外，香蕉對低溫環境非常敏感，當貯藏溫度低于11 ℃時，容易發生冷害現象，繼而引發果實的腐爛，極大地降低其商品價值[2]。統計數據表明，香蕉因腐爛而造成的損失達總產量的20%以上，從而嚴重影響香蕉產業的發展[3]。因此，研究香蕉采后成熟機理，發展保鮮關鍵技術，具有重要的理論和現實意義。

在物理保鮮技術研究中，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，衰老進程推遲[4]；3 ℃冷激處理不僅可以有效保持香蕉果實的后熟品質、延長貨架期，而且能顯著提高香蕉果實的貯藏耐冷性[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，從而有利于延長香蕉貨架期[6]。在化學保鮮技術研究中，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生[8]；采用1%殼聚糖和0.05%茶樹油復合保鮮液涂膜處理，能延長香蕉青皮時間，減緩后熟進程[9]。此外，還可應用乙烯受體競爭性結合劑或植物生長調節劑等處理香蕉，延長果實的成熟衰老。研究表明，0.5 μL/L 的1-MCP 處理能夠有效抑制香蕉果實的成熟與軟化，延長貯藏時間[10]。氨氧乙酸（AAOA）可通過抑制MaGADl和MaACSl基因的表達，延緩香蕉果實的生理躍變，推遲后熟進程[3]。外源H2S 氣體信號分子可參與調控乙烯合成和信號轉導途徑，進而調控果實抗氧化代謝和軟化進程，最終延長香蕉貯藏期[11]。張雪蓮等[12]發現，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的衰老。

隨著人們對食品安全關注度的提高以及物流保鮮技術的發展，傳統保鮮技術也逐漸面臨新的挑戰。開發成本低廉、操作簡便、綠色安全的保鮮劑已成為當前農產品貯藏技術開發的迫切要求。半胱氨酸（Cysteine）是一種具有生理功能的氨基酸，也是組成蛋白質的20 種氨基酸中唯一具有還原性基團巰基(-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、甘薯等果蔬發生褐變[13]。此外，L-半胱氨酸與殼聚糖復配，有助于延長鮮切火龍果果肉貨架期[14]。L-半胱氨酸還可與氯化鈣復配，減少金針菇在貯藏期間發生褐變和失水[15]?？梢?，L-半胱氨酸目前主要作為護色劑應用于鮮切果蔬，而在傳統果蔬保鮮應用中則鮮有報道。此外，由于L-半胱氨酸在自然狀態下容易氧化，而在酸性條件下可長期儲存，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”香蕉片表面呈現品紅色，與1%維生素C 和1%氯化鈣復配后，可有效延長其貨架期[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，L-半胱氨酸鹽酸鹽可能在提高抗氧化酶系統中發揮重要作用，能夠延緩香蕉果實后熟進程。

鑒于目前有關L-半胱氨酸鹽酸鹽在香蕉貯藏保鮮中的應用研究鮮有報道，本試驗以香蕉為材料，研究外源L-半胱氨酸鹽酸鹽對香蕉果實采后品質和生理指標的影響，初步揭示其作用機制，以期為香蕉保鮮關鍵技術的發展提供理論基礎和參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

供試品種為巴西蕉(Musa acuminatacv.‘Brazil’)，當天上午從種植地廣東省湛江市采摘后直接運往佛山市禪城區扶西水果批發市場。挑選無病蟲害、無機械損傷、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）等試劑均購于廣州鼎國生物技術有限公司。

1.1.2 儀器與設備

GS-701 型硬度計，CR-10 型色差計，FW-80 型高速萬能粉碎機，HH-6 數顯恒溫水浴鍋，722S 型可見光分光光度計，5804R 高速冷凍離心機，UV2350 紫外光可見光分光光度計，BSA323S 型電子分析天平，FE28 型 pH 計，AF103AS 型制冰機，DW-86L828W型-80 ℃超低溫冰箱等。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理

將上述香蕉果實隨機分成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，以清水浸泡相同時間作為對照組。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，每天測定果實硬度和色差，并取果實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，用于后續生理生化指標測定。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 硬度

隨機取9 個香蕉果實，等間距取3 個位置（頭、中、尾）測定，記錄測定數據，計算平均值和標準偏差，平均值即表示果實硬度值（單位：N）。

1.2.2.2 色差

顏色變化由L、C、H值表示。測定部位同硬度測定一致，記錄色差值，計算平均值和標準偏差，平均值即表示果實色差值。

1.2.2.3 可溶性糖含量

果肉可溶性糖含量測定參照蒽酮硫酸法[19]，每個處理重復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 活性測定參照鄰苯二酚比色法[19]，以每分鐘OD398增加 0.01 為1 個酶活性單位（U），酶活性以U·g-1FW 表示。測定重復3 次，結果取平均值。

1.2.2.5 過氧化物酶（POD）活性

果皮POD 活性測定參照愈創木酚法[19]，以每分鐘OD470增加 0.01 為1 個酶活性單位（U），酶活性以U·g-1FW 表示。測定重復3 次，結果取平均值。

1.2.2.6 果膠裂解酶（PL）活性

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

1.2.3 數據處理

分別應用Excel 2016 進行數據統計，SigmaPlot 14.0 進行圖表繪制，SPSS 25.0 進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 L-半胱氨酸鹽酸鹽處理對香蕉果實硬度的影響

在果實后熟過程中，硬度的變化能夠反映成熟程度。由圖1 可知，香蕉果實經過催熟后，果實硬度迅速下降；而0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理后的香蕉果實，其硬度的下降趨勢較為平緩，并且硬度明顯大于對照組。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香蕉果實色差的影響

色差是評價果蔬外觀品質的關鍵指標之一。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則表示色調的變化（鮮艷程度）。由圖2可知，在常溫貯藏過程中，香蕉果實催熟后L值和C值總體呈上升趨勢，在4～5 d 時達到最大值，而經過0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理后的香蕉果實L值與C值總體低于對照組。此外，香蕉果實H值總體則呈現下降趨勢，并在5～6 d 時急劇下降，而0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理后的香蕉果實H值總體則高于對照組。由此可知，香蕉經過催熟后，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理可延緩果實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香蕉果實可溶性糖含量的影響

果實成熟過程中，組織中的淀粉逐漸轉化成可溶性糖，從而改變果實的風味。如圖3 所示，香蕉果實催熟以后，隨著貯藏時間的延長，果肉組織中的可溶性糖含量逐漸增加，說明香蕉淀粉發生降解，轉變為可溶性糖。而經過0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理的香蕉果實，保持相對較低的上升趨勢，并且貯藏后期顯著低于對照組。由此說明，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能夠抑制香蕉果實淀粉轉化為可溶性糖的進程。

2.4 L-半胱氨酸鹽酸鹽處理對香蕉果實多酚氧化酶活性的影響

組織褐變嚴重損害果蔬的感官品質、營養價值和商品價值。其中，酶促褐變主要是在有氧條件下PPO將酚類物質氧化成醌，最終形成褐色物質。由圖4 可知，在常溫貯藏過程中，對照組和0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理組香蕉果實的PPO 活性均呈上升趨勢，并且在貯藏后期保持較高的活性，與果皮表面黑褐色斑點的出現密切相關。其中，處理組PPO 活性總體低于對照組，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香蕉果實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。如圖5 所示，在貯藏期間，香蕉果實POD 活性總體呈上升趨勢。在貯藏初期，對照組香蕉果實POD 活性由121 U·g-1FW 升至419 U·g-1FW，酶活性增強71%，隨后POD 活性緩慢增加。而經過0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理的香蕉果實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間里，酶活性總體低于對照組。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香蕉果實果膠裂解酶活性的影響

果膠裂解酶是細胞壁降解過程中一個關鍵酶，通過裂解細胞壁果膠成分，最終導致果實軟化。如圖6所示，香蕉果實催熟后，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，與果實硬度的下降正相關。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照組高，但是在貯藏后期（4～6 d）顯著低于對照組（P＜0.05），避免酶活性峰值的出現。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，延緩果膠物質的降解，從而推遲果實軟化進程。

3 討論

香蕉是典型的呼吸躍變型果實，果實硬度隨著貯藏時間的延長而逐漸降低；乙烯利處理可加速果實成熟與品質劣變，而 0.5 μL/L 的 1-甲基環丙烯（1-MCP）處理則抑制成熟與軟化，延長貯藏時間[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的成熟進程，但是乙烯結合1-MCP 處理更能保證香蕉果實的正常成熟與外觀品質。因此，在香蕉實際保鮮應用中，需要將抑制成熟與后熟過程進行精準調控。本研究中，香蕉果實催熟后，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能延緩果實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，并抑制果皮轉黃和褐色斑點的形成，保持香蕉果實的外觀品質（圖2）。此外，由于采后仍然進行旺盛的呼吸作用，香蕉組織中的淀粉在酶的作用下會大量轉化為可溶性糖，并隨貯藏時間的延長而逐漸累積[21]?？扇苄蕴呛靠勺鳛樵u判果實營養品質的重要指標之一。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劣變過程中發揮作用。由此可知，0.05%L-半胱氨酸鹽酸鹽處理能抑制香蕉果實軟化和褪綠轉黃，并延緩果肉中可溶性糖積累，從而推遲香蕉果實在常溫貯藏過程中的成熟進程。

PPO 和POD 等抗氧化酶與果蔬生命代謝過程密切關系。果蔬組織中的酚類物質在PPO 和POD 的協同催化作用下形成醌類物質，并聚合成黑色物質，從而導致褐變[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]；結合草酸處理后，能減少香蕉果實膜脂過氧化和細胞膜泄漏，抑制PPO 活性，保持果皮總酚含量，避免在貨架期出現褐變[24]。此外，NO 處理亦可抑制香蕉PPO 活性，進而推遲果皮葉綠素的降解[25]。因此，抑制PPO 和POD 活性對防止果蔬褐變起關鍵作用。L-半胱氨酸和L-半胱氨酸鹽酸鹽作為有效的褐變抑制劑，已廣泛應用于食品加工行業中。L-半胱氨酸可與殼聚糖復配，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”香蕉片表面呈現品紅色，與1%維生素C 和1%氯化鈣復配后，可有效延長其貨架期[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PPO（圖4）和POD（圖5）活性的上升，與其外觀品質變化保持相一致。Rezapour 等[28]研究發現，PPO 的活性位點是His-Leu-Phe-His 肽段，并且pH下降有利于抑制其進行褐變反應。由此推測，L-半胱氨酸鹽酸鹽可能作為一種酸性調節物質，影響PPO或POD 活性中心，進而抑制酶活性，延緩香蕉果皮發生褐變。

在香蕉成熟過程中，果實質地會發生軟化。其中，果膠作為細胞壁和胞間層的主要成分，其降解過程直接導致果實軟化。研究表明，L-半胱氨酸鹽酸鹽能增強龍眼中抗氧化酶的活性，調控氧化還原狀態，減少氧化損傷，從而延緩果肉細胞壁發生降解而自溶[29]。果膠裂解酶能夠催化細胞中果膠物質的降解，與香蕉果實成熟軟化密切相關[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中PL 活性低于對照組（圖6）；而體外試驗結果表明，L-半胱氨酸鹽酸鹽對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，從而推遲果實軟化進程。

4 結論

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