李佩艷，尹飛，蘇嬌，肖鑫鑫，羅登林,2,3，李兆周,2,3

1(河南科技大學 食品與生物工程學院，河南 洛陽，471023)2(食品加工與安全國家級實驗教學示范中心，河南 洛陽，471023) 3(食品原料河南省工程技術研究中心，河南 洛陽，471023)4(河南科技大學 農(nóng)學院，河南 洛陽，471023)

采后果蔬在貯藏過程中由于生理代謝活動會消耗自身營養(yǎng)物質，導致其抗病能力和品質不斷下降，造成極大的損失和浪費。低溫貯藏可以降低采后果蔬的呼吸作用，削弱病原微生物的繁殖，延長采后果蔬貯藏期，提高果蔬貯藏保鮮效果，然而，冷敏型果蔬在低溫貯藏時易發(fā)生冷害，影響采后果蔬的食用價值和商品價值，這使得低溫貯藏在采后冷敏型果蔬中的應用受到了一定的局限[1]。因此，亟需開發(fā)安全、有效的貯藏保鮮技術減輕采后果蔬冷害的發(fā)生。

草酸(oxalic acid)是一種廣泛分布在植物體內的有機酸，在莧科、天南星科、藜科、番杏科、馬齒莧科等植物中含量較高[2]。草酸處理具有高效、低廉、無毒、方便等優(yōu)點，可作為一種保鮮劑應用到采后果蔬貯藏保鮮，提高其貯藏品質，例如草酸可提高番茄果實番茄紅素含量[3]，降低獼猴桃貯藏后期乙醛和乙醇含量的積累[4]、抑制荔枝果皮褐變的發(fā)生[5]、降低冬筍木質化程度[6]，提高獼猴桃的抗病性等[7]。近些年還發(fā)現(xiàn)，草酸處理還能減輕采后芒果[8]、獼猴桃[9]、番茄[3]、哈密瓜[10]、茄子[11]、杏[12]等果蔬的冷害，但目前關于草酸處理減輕采后果蔬冷害的機理還不夠明確，因此本文著重從細胞膜、抗氧化系統(tǒng)、能量代謝、滲透調節(jié)物積累、糖代謝和細胞壁物質代謝等方面對草酸處理減輕采后果蔬冷害機制進行了詳細綜述，以期為草酸在采后果蔬低溫貯藏保鮮中的應用提供依據(jù)和實踐參考。

1 草酸處理對采后果蔬冷害癥狀及貯藏品質的影響

冷敏型果蔬在低溫下易發(fā)生冷害，這是冷敏型果蔬對低溫逆境脅迫的一種不良反應，是一種低溫生理傷害，嚴重影響采后果蔬的貯藏品質[13]。不同種類和品種果蔬的冷害癥狀不同，主要表現(xiàn)為(1)果皮或果肉發(fā)生褐變，例如芒果、香蕉、桃等；(2)表面出現(xiàn)水漬狀斑點、表皮出現(xiàn)凹陷斑，例如芒果、西葫蘆、青椒等；(3)果實硬度不正常增加、果實不能正常后熟軟化，例如芒果、番茄、番木瓜等；(4)果實失去光澤、果實不能正常著色，例如番茄等；(5)果蔬抗病性減弱，易遭病原菌侵害，果實易腐爛、產(chǎn)生異味，例如獼猴桃等。

外源草酸處理能影響采后果蔬生理代謝活動，提高果蔬對低溫的抗冷性，減輕采后果蔬冷害癥狀，提高采后果蔬貯藏品質。LI等[8]用5 mmol/L草酸處理芒果能減輕芒果果肉褐變程度以及果皮凹陷斑程度，顯著抑制了芒果硬度和可滴定酸含量的下降，顯著抑制了可溶性固形物含量的上升，延緩了芒果衰老進程；采用10 mmol/L草酸處理番茄能減輕低溫貯藏下番茄表面凹陷斑的面積，減輕冷害發(fā)生[3]，顯著提高了常溫后熟過程番茄的番茄紅素含量和貯藏品質。王靜等[10]采用15 mmol/L草酸處理哈密瓜，能降低低溫貯藏期間哈密瓜果皮出現(xiàn)的褐色失水斑塊，減輕冷害癥狀，抑制了整個貯藏期果實硬度和維生素C含量下降，提高貯藏前期果實可溶性固形物含量，維持了哈密瓜較好貯藏品質。郭雨萱等[11]采用6 mmol/L草酸處理能降低茄子表面出現(xiàn)的褐變斑，降低冷害指數(shù)，顯著提高了抗氧化酶活性，抑制了細胞膜透性，延緩了細胞膜膜脂過氧化反應，提高了茄子冷藏品質。WANG等[12]采用5 mmol/L草酸處理能顯著降低杏果肉褐變、表皮凹陷的冷害癥狀，顯著提高總糖含量，顯著抑制杏果實丙二醛含量上升和相對電導率增加，保持杏較好的冷藏品質。梁春強等[9]采用5 mmol/L草酸處理能減輕獼猴桃果皮凹陷、皮下果肉組織木質化、果肉褐化及水漬化等冷害癥狀，可使獼猴桃冷害出現(xiàn)的時間推遲10 d，明顯降低了呼吸速率和乙烯釋放速率，推遲了呼吸躍變和乙烯釋放高峰，維持了獼猴桃冷藏期間較高好果率和較低質量損失率。由此可見，草酸處理不僅能有效減輕采后果蔬冷害的發(fā)生，還能維持采后果蔬低溫貯藏期間較好品質。

2 草酸處理減輕采后果蔬冷害的機理

2.1 維持細胞膜正常結構和功能

采后果蔬冷害的發(fā)生與細胞膜的結構和功能密切相關。果蔬受到冷害后會破壞細胞膜結構，導致細胞膜受損，影響細胞膜正常的結構和功能[14]。草酸處理對果蔬細胞膜的影響及其與冷害的關系如表1所示,草酸處理減輕采后果蔬冷害的發(fā)生與其維持果蔬細胞膜結構和功能的完整有關。草酸處理能降低脂氧合酶活性，提高抗氧化酶活性，減輕細胞膜膜脂過氧化反應，減少丙二醛的積累，抑制細胞膜透性升高，保持細胞膜正常的結構和功能，降低果蔬冷害的發(fā)生[9,11,15-17]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，采后果蔬細胞膜中不飽和脂肪酸含量越高，膜脂不飽和程度越高，越有利于維持細胞膜的流動性和正常的功能，減輕冷害的發(fā)生[18-19]。采用草酸處理果蔬后，果蔬細胞膜中飽和脂肪酸含量較低，不飽和脂肪酸含量較高，維持細胞膜較高膜脂不飽和度，保持細胞膜有較好的流動性，從而增強果蔬抗冷性，減輕冷害發(fā)生[20]。

表1 草酸處理對果蔬細胞膜的影響及其與冷害關系Table 1 Effect of oxalic acid treatment on cell membrane of fruits and vegetables and its relationship with chilling injury

2.2 提高抗氧化系統(tǒng)作用

采后果蔬活性氧積累是引發(fā)冷害的一個主要原因。逆境脅迫下，活性氧在采后果蔬體內積累，打破了活性氧代謝平衡，引發(fā)了膜脂過氧化反應，積累的活性氧又加重了果蔬膜脂過氧化，最終導致果蔬冷害發(fā)生[1,19]。采后果蔬具有酶促和非酶促抗氧化防御系統(tǒng)清除活性氧，酶促清除系統(tǒng)主要包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化物酶(peroxidase，POD)、過氧化氫酶(catalase，CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)、谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase，GR)等，非酶促清除系統(tǒng)主要包括抗壞血酸(維生素C)、谷胱甘肽(glutathione，GSH)等。研究表明，采后果蔬抗氧化相關酶活性影響其抗冷性，抗氧化酶活性較高會降低果蔬對低溫的敏感性，降低冷害發(fā)生[21]。邵婷婷等[22]采用44 ℃熱處理青椒果實12 min，顯著提高了青椒果實CAT和GR活性，維持較高GSH含量，提高了青椒的抗氧化能力和活性氧清除能力，提高了青椒的抗冷性，減輕了冷害發(fā)生。趙昱瑄等[23]采用短時熱處理能顯著延緩黃瓜冷藏期間CAT、POD、APX和SOD活性的下降，減少了丙二醛的積累，減輕了黃瓜果實冷害。代慧等[24]研究表明逐步降溫可增強黃瓜體內CAT、POD和SOD等活性，減弱膜脂氧化傷害，維持黃瓜更高的抗氧化活性，減輕冷害發(fā)生。姚文思等[25]采用甘氨酸甜菜堿處理西葫蘆能抑制POD活性，促進CAT和APX活性，減少活性氧產(chǎn)生和積累，維持西葫蘆較高的抗氧化活性，減輕冷害發(fā)生。很多文獻研究報道表明草酸處理延緩采后果蔬衰老及減輕冷害的作用與提高果蔬抗氧化系統(tǒng)作用有關。GARCA-PASTOR等[26]認為草酸處理會顯著提高果蔬抗氧化酶活性，增強果蔬抗氧化系統(tǒng)，延緩果蔬衰老作用。表2列出了草酸處理對不同果蔬低溫冷藏中抗氧化系統(tǒng)的影響及其與冷害的關系，草酸處理主要是通過提高采后果蔬中SOD、CAT、APX、GR等抗氧化酶活性，提高GSH等抗氧化物質含量，從而提高活性氧清除能力，減輕冷害的發(fā)生。

表2 草酸處理對果蔬抗氧化系統(tǒng)的影響及其與冷害的關系Table 2 Effect of oxalic acid treatment on antioxidant system of fruits and vegetables and its relationship with chilling injury

2.3 維持能量代謝平衡

低溫脅迫下采后果蔬為維持正常生命活動需要足夠的能量，果蔬衰老過程與ATP含量、能荷水平密切相關。當果蔬受低溫傷害時會引起線粒體結構和功能破壞，導致能量虧缺，果蔬代謝發(fā)生紊亂，最終引發(fā)細胞凋亡甚至死亡。果蔬中ATP水平下降會引起細胞膜損傷加重，導致采后果蔬冷害發(fā)生，其冷害程度與果蔬能量水平呈負相關，能量虧缺越多，果蔬冷害越嚴重[32]。WANG等[21]研究表明紅陽獼猴桃Ⅱ期和Ⅲ期抗冷性較高可能與其能量代謝如酶活性、ATP水平和能量電荷較高有關。PAN等[33]研究了16、11、6、1 ℃貯藏條件下番木瓜果實冷害與能量代謝的關系，發(fā)現(xiàn)冷藏過程中木瓜果實處于較高的能量狀態(tài)，有助于緩解冷害的發(fā)生。祝美云等[34]認為采后桃果實5 ℃貯藏冷害程度比0 ℃貯藏冷害程度嚴重的主要原因是貯藏于5 ℃下的桃果實ATP含量較低，能量虧缺嚴重，采用冷鍛煉處理、低溫預貯等方法能維持采后桃果實體內較高ATP含量和能荷水平，延緩膜脂質過氧化反應，從而減輕桃果實冷害發(fā)生。曹繼璇等[35]采用減壓結合1-MCP處理能維持較高的ATP和ADP含量，保證了桃果實能量生成速率，減輕了桃果實冷害。先前很多文獻研究表明，草酸處理可以加強低溫貯藏果蔬的氧化磷酸化，提高能量代謝相關酶的活性，保持較高的ATP產(chǎn)生效率，保持細胞膜的完整性，減少活性氧的積累，緩解果蔬冷害發(fā)生[3,36]。草酸處理對果蔬能量代謝的影響及其與冷害關系見表3，草酸處理能提高采后果蔬中ATP等能量物質含量、維持較高能荷水平，這是草酸減輕采后果蔬冷害的重要原因之一。琥珀酸脫氫酶、細胞色素C氧化酶、H+-ATPase和Ca2+-ATPase是線粒體膜上的關鍵呼吸酶，直接影響采后果蔬ATP的生成及能荷水平，這些酶活性下降會引起果蔬線粒體生成ATP受到阻礙，導致果蔬能荷下降，引起果蔬冷害發(fā)生，而草酸處理能顯著提高采后果蔬琥珀酸脫氫酶、細胞色素C氧化酶、H+-ATPase和Ca2+-ATPase活性，提高果蔬三羧酸循環(huán)以及電子傳遞鏈的效率，生成更多的ATP等能量物質，維持采后果蔬較高的能荷水平，減輕采后果蔬冷害發(fā)生。

表3 草酸處理對果蔬能量代謝的影響及其與冷害關系Table 3 Effects of oxalic acid treatment on energy metabolism of fruits and vegetables and its relationship with chilling injury

2.4 調節(jié)脯氨酸代謝

采后果蔬中脯氨酸含量水平與其對低溫的耐受力密切相關。低溫脅迫下采后果蔬會積累脯氨酸，調節(jié)細胞滲透平衡，緩解低溫脅迫對采后果蔬造成的傷害，減輕冷害發(fā)生。張愛琳等[38]認為脯氨酸含量增加是果蔬對低溫的應急反應和對細胞損傷的結果，鴨梨采用早采收緩慢降溫處理可減緩脯氨酸積累，使果肉和果心抗冷性提高，抑制低溫傷害。劉芳等[39]認為冷害溫度下采后白蘭瓜果實脯氨酸含量要高于非冷害溫度，說明低溫脅迫會引起采后果實脯氨酸積累。姜玉等[40]研究表明冷激、水楊酸以及二者結合處理均能促進黃瓜果實脯氨酸的積累而降低采后黃瓜冷害的發(fā)生。脯氨酸在果蔬體內的積累主要受到合成代謝和分解代謝的調控，1-吡咯琳-5-羧酸合成酶和鳥氨酸轉移酶是脯氨酸合成代謝過程中關鍵酶，脯氨酸脫氫酶是脯氨酸分解代謝過程中關鍵酶，低溫脅迫下采后果蔬中1-吡咯琳-5-羧酸合成酶、鳥氨酸轉移酶、脯氨酸脫氫酶活性影響脯氨酸積累以及果蔬的冷害[31]。HUANG等[41]研究表明外源精氨酸處理后木瓜果實中脯氨酸積累量較高，這可能與鳥氨酸轉移酶和1吡咯琳-5-羧酸合成酶活性升高和脯氨酸脫氫酶活性被抑制有關，減輕了冷害發(fā)生。CAO等[42]采用10 μmol/L茉莉酸甲酯處理枇杷果實,黃琦輝等[43]采用25 μL/L丁香酚熏蒸青茄果實,均能提高1-吡咯琳-5-羧酸合成酶和鳥氨酸轉移酶活性，降低脯氨酸脫氫酶活性，維持果蔬較高脯氨酸含量，提高果蔬的低溫耐受性，降低冷害發(fā)生。先前很多研究也表明草酸處理降低采后果蔬冷害的發(fā)生與調控低溫貯藏下果蔬脯氨酸代謝有關，表4列出了草酸處理對采后果蔬脯氨酸代謝的影響及其與冷害的關系。采后果蔬經(jīng)草酸處理后能調控脯氨酸代謝，提高1-吡咯琳-5-羧酸合成酶和鳥氨酸轉移酶活性，降低脯氨酸脫氫酶活性，引起低溫脅迫下果蔬脯氨酸物質積累，提高果蔬抗冷性，減輕冷害發(fā)生。

表4 草酸處理對果蔬脯氨酸代謝的影響及其與冷害關系Table 4 Effects of oxalic acid treatment on proline metabolism of fruits and vegetables and its relationship with chilling injury

2.5 調節(jié)糖代謝

低溫脅迫下果蔬積累可溶性糖，通過參與調節(jié)滲透壓、穩(wěn)定細胞膜、抗氧化等提高果蔬對逆境脅迫的抵抗力。采后果蔬的糖代謝參與了抗冷性的誘導，采后果蔬能通過調節(jié)自身物質代謝增加可溶性糖質量濃度，減輕低溫的傷害，因此采后果蔬的抗冷性及冷害發(fā)生與糖代謝密切相關。ZHAO等[44]研究發(fā)現(xiàn)近冰溫貯藏能顯著降低油桃果實蔗糖代謝相關酶的活性，使蔗糖含量升高，并維持較高的己糖激酶和果糖激酶活性，減輕油桃果實冷害發(fā)生。CAI等[45]研究表明低溫鍛煉能增加枇杷果實貯藏過程中可溶性糖含量而減少冷害發(fā)生。ZHAO等[46]采用茉莉酸處理能調節(jié)桃果實糖代謝增強桃果實耐冷性，增加可溶性糖含量。陳克明等[47]認為水蜜桃果實采后0 ℃低溫貯藏期間果糖損失可能是加劇果實冷害發(fā)生的重要原因。草酸處理對采后果蔬糖代謝的影響及其與冷害的關系見表5，草酸處理能調控采后果蔬糖代謝過程，提高果蔬可溶性糖含量，尤其是葡萄糖和果糖的含量，從而減輕冷害發(fā)生。通過轉錄組分析表明，草酸處理對低溫脅迫下采后果蔬碳水化合物代謝通路有較大影響，能顯著影響糖代謝而減輕采后果蔬冷害。

表5 草酸處理對果蔬糖代謝的影響及其與冷害關系Table 5 Effects of oxalic acid treatment on sugar metabolism of fruits and vegetables and its relationship with chilling injury

2.6 調節(jié)細胞壁代謝

果蔬細胞壁主要由纖維素、半纖維素、木質素和果膠質等物質組成，正常情況下細胞壁組分在果膠甲酯酶(pectin methyl esterase，PME)、β-半乳糖苷酶(β-galactosidase，β-Gal)、多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase，PG)、纖維素酶(cellulase，Cx)等作用下會發(fā)生降解，引起果蔬細胞壁結構解體，果蔬正常后熟軟化[50]，然而低溫脅迫會造成果蔬細胞壁纖維素和果膠質等降解過程受阻，導致果蔬細胞壁代謝異常，引起果蔬冷害的發(fā)生。陳克明等[47]認為果膠類物質代謝異常是引起水蜜桃果實冷害的重要原因，桃果實受冷害嚴重時果實不能正常軟化，無法完成正常的后熟過程，低溫抑制了可溶性果膠的降解，減少了水溶性果膠的積累，果實軟化能力降低，正常后熟進程被阻斷。沈麗雯等[51]認為調控細胞壁代謝能提高采后果蔬抗冷性、減輕冷害程度，這主要是由于熱激處理能有效推遲黃瓜果肉多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶活性上升，降低β-葡萄糖苷酶活性高峰，抑制果膠甲酯酶活性，延緩細胞壁組分降解，維持細胞壁結構完整性，減輕冷害癥狀。ZHAO等[52]研究表明硝普鈉處理可通過調節(jié)半乳糖醛酸酶、木葡聚糖內轉糖基酶、纖維素酶和β-半乳糖苷酶等細胞壁代謝相關酶活性來減輕桃果實冷害。由此可見，冷害的發(fā)生與果蔬細胞壁代謝相關。草酸處理對采后果蔬細胞壁物質代謝的影響及其與冷害的關系見表6，草酸處理能提高低溫脅迫下采后果蔬抗冷性，維持果蔬細胞壁物質的正常降解，調節(jié)低溫貯藏下采后果蔬細胞壁代謝，減輕果蔬冷害發(fā)生。低溫脅迫下采后果蔬細胞壁代謝異常會引起細胞壁物質降解受阻，表現(xiàn)為果蔬硬度不正常增加，而草酸處理能調控采后果蔬細胞壁代謝酶活性，維持果蔬正常的細胞壁代謝過程，減輕果蔬冷害癥狀。

表6 草酸處理對果蔬細胞壁代謝的影響及其與冷害關系Table 6 Effect of oxalic acid treatment on cell wall metabolism of fruits and vegetables and its relationship with chilling injury

3 結論與展望

冷害的發(fā)生導致采后果蔬貯藏品質下降，嚴重影響其商品價值和貯藏期。草酸作為一種安全、低廉、方便、高效的果蔬保鮮劑，可以通過維持細胞膜結構和功能、提高抗氧化系統(tǒng)作用、提高滲透調節(jié)物積累、調控能量代謝、糖代謝、細胞壁物質代謝等作用而減輕冷害發(fā)生，延長采后果蔬貯藏期，降低采后果蔬貯藏損失，在采后果蔬的貯藏保鮮中有廣闊的應用前景。雖然對于草酸減輕采后果蔬冷害的發(fā)生已有一定的研究，但尚不深入，今后應進一步從生理生化和分子水平上深入研究草酸處理對采后果蔬冷害的調控機制，特別是果蔬對低溫環(huán)境的應答機制及信號傳導途徑，深入揭示草酸減輕果蔬冷害發(fā)生的機制，為草酸調控采后果蔬冷害的發(fā)生提供一定的理論參考。