柿果实采后果实软化机理研究进展

柿果实采后果实软化机理研究进展
李莹;臧永琪
【摘要】柿是我国北方主栽果树之一,脱涩后果实极易软化,不利于果实的运输和贮藏.当前主要从乙烯发生、细胞壁结构的改变以及其他非酶因素等方面对果实软化的生理过程进行研究.该文综述了当前在该方面的研究进展,以期为今后的研究提供依据.
【期刊名称】《河北林业科技》
【年(卷),期】2016(000)001
【总页数】4页(P69-71,77)
【关键词】柿果实;软化;细胞壁结构;活性氧
【作者】李莹;臧永琪
【作者单位】河北省林木良种工程技术研究中心,河北石家庄 050061;河北省林业科学研究院,河北石家庄 050061;河北省林木良种工程技术研究中心,河北石家庄050061;河北省林业科学研究院,河北石家庄 050061
【正文语种】中文
【中图分类】S665.2
柿（Diospy ros kaki L.）是我国北方主栽果树之一。

绝大多数柿品种都属于完全涩柿，果肉的任何部分均不能在树上自然脱涩，如磨盘柿、镜面柿、新安牛心柿、高脚方柿、恭城水柿等。

我国的绝大多数柿品种都属于完全涩柿，如磨盘柿、镜面柿、新安牛心柿、高脚方柿、恭城水柿等，食用前需经过脱涩处理，但脱涩后柿果
实极易软化，不利于果实的运输和贮藏。

因此，对于柿果实采收后软化生理生化过程的研究有较高的产业和商业价值。

一般情况下，采收7～8成熟的果实在自然条件下放置，1个月左右则完全软化。

有研究显示，“富平”尖柿在采收后28d其硬度已经从采摘时的15kg/cm2下降到2kg/cm2，平均日下降3.1%，其中第7天至第16天下降最快，平均日下降6.9%[1]。

火柿在采收时果肉硬度较高（14.7kg/cm2），此后逐渐降低，采后
25d后硬度下降迅速，4d之内由10.4kg/cm2降至5.2kg/cm2；水柿硬度下降和细胞膜透性增加的速率均较火柿快。

采收后14d硬度由14.6kg/cm2迅速降至
9.1kg/cm2；果实已接近软化（5.6kg/cm2），此时的硬度仅采收时的38%[2]。

磨盘柿采收时硬度约为10kg/cm2，随贮存时间延长，果实硬度不断下降，第28
天硬度为2.0kg/cm2左右。

2.1 乙烯与果实软化的关系
乙烯是在植物生长和发育中自然产生的植物生长调节物质，具有重要且必需的作用，对包括果实成熟在内的多种植物生长和发育过程具有调控作用。

依据成熟过程中呼吸作用和乙烯生成的特点，果实分为跃变型和非跃变型两种类型。

跃变型果实的成熟启动伴随着呼吸和乙烯生成量急剧升高，跃变增加的乙烯通过诱导多个与成熟有关的基因表达来调节果实成熟，如自催化乙烯的生成、细胞壁代谢、叶绿素降解、类胡萝卜素和挥发性成分合成以及淀粉到糖的转化等；非跃变型果实没有呼吸速率的剧增，且乙烯生成量维持在非常低的水平[3]。

柿果实为跃变型果实，成熟过程中乙烯产生量小但作用明显，且对外施乙烯敏感。

利用乙烯抑制剂1-MCP对采后柿果实进行处理可推迟柿果实呼吸高峰和乙烯高峰的出现，而且还推迟了柿果实PG和PME酶活性的增加，从而延缓原果胶降解以
及水溶性果胶含量增加，减缓果实软化速度[4-5]。

2.2 细胞壁结构与果实软化
2.2.1 细胞壁结构
果实细胞壁是由初生壁、次生壁和胞间层组成。

初生壁主要是多种多糖、结构蛋白和酚类物质组成的复杂的网络结构。

不同于次生壁，初生壁含有大量的水合物（65%水）和分解的溶质和水溶性蛋白以及酶类的水溶液。

次生壁中除与初生壁相同的物质外，还含有大量的木质素；胞间层基本上是由果胶质组成[6]。

2.2.2 细胞壁物质在果实成熟软化过程中的变化
在果实的成熟过程中，最主要的是细胞壁结构的分解、组成细胞壁多糖的水解、高分子物质连接方式的改变。

这些变化导致了细胞壁的解体，不同程度的膨胀和细胞间附着力的减少。

通常，细胞壁的变化主要是因为细胞间连接的减少和细胞间间隔空间的增大[7-8]。

细胞壁变得疏松且大量水解，从而导致果实变软。

通过超微结构观察，发现在果实软化期间发现胞壁电子密度降低以及微纤丝解聚[9]。

利用细胞壁物质不溶于乙醇的特性可将细胞壁物质从果肉组织中分离出来。

根据提取溶剂的不同，可将果胶分为水溶性果胶、离子结合型果胶和共价型溶性果胶。

用4%和24%KOH分别提取出易溶性半纤维素和难溶性半纤维素[10]。

许多研究表明：在果实成熟软化的过程中，原果胶含量（主要为碱溶性果胶）逐渐减少，水溶性果胶逐渐增加。

在硬溶质型桃果实成熟过程中细胞壁物质的变化研究显示，CDTA果胶含量上升，Na2CO3溶性果胶含量下降。

KOH半纤维素含量下降。

多糖的降解可能促进硬溶质型桃果实成熟软化进程，富含半乳糖醛酸的果胶多糖主链的断裂以及果胶、半纤维素、纤维素中阿拉伯糖、半乳糖等中性糖的降解都可能是果肉软化的重要因素[11]。

程青等在研究脱涩后磨盘柿软化过程中细胞壁物质的变化发现，水溶性果胶含量增加和共价性果胶含量下降半纤维素和纤维素含量下降[12]。

2.2.3 细胞壁降解酶与果实软化
研究认为果实的软化主要是由于细胞壁酶作用引起中胶层和细胞壁物质的水解。

影
响这些物质降解的酶很多，在不同果实中起主导作用的水解酶有所不同，且在果实的不同发育阶段也有差异[13-14]。

使细胞壁降解的主要水解酶有多聚半乳糖醛酸酶、果胶甲酯酶、β-半乳糖苷酶（β-Gal）、α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶（α-L-Af）、β-1，4-内切葡聚糖酶等。

（1）多聚半乳糖醛酸酶（PG）。

多聚半乳糖醛酸酶（PG）作用于多聚半乳糖醛
酸中的α-1，4-D-半乳糖苷键，将果胶分子分解成小分子物质，从而导致细胞壁
的降解。

在木瓜果实的成熟过程中，在呼吸跃变前没有检测到PG酶存在，呼吸跃变期间酶活性迅速增长，呼吸跃变后逐渐下降到酶活性最高点时的1/4[15]。

许多研究表明PG酶在果实成熟软化过程起着重要作用。

在扁花柿采后软化过程中PG酶酶活性
缓慢增加，后期多聚半乳糖醛酸酶活性又迅速下降[4]。

但是也有试验表明，PG酶并不是果实成熟软化的关键酶[16]。

有研究发现原果胶
的变化可在没有酶参与的情况发生，即存在非酶介导的果胶降解[17]。

罗自生对柿果实的采后研究也表明，PG酶与果实软化关系不大。

（2）果胶甲酯酶（PME）。

果胶甲酯酶催化果胶分子C6位置羧基的脱甲基化，
增加果胶分子在水中的溶解度，为PG酶水解果胶提供前提物质，利于PG酶作用，同时也具有其他方面的生理作用。

许多实验结果表明，在果实成熟前期，PME酶活性有较高的表达，后期逐渐下降，通常PME酶活性高峰要先于PG酶。

田建文的研究发现柿子在九月初（转黄期）PME活性达到最高，生理成熟期PME活性下降，认为前期柿的软化可能是PME
作用的结果[18]。

（3）β-半乳糖苷酶（β-Gal）。

有研究表明，在番茄成熟过程中α-半乳糖苷酶活性有小幅度下降，但是β-半乳糖苷酶活性有所升高。

转β-半乳糖苷酶反义基因果实酶活性没有明显差异，只是在绿熟番茄中有所下降[19]。

在芒果、猕猴桃、日本
梨、苹果等果实成熟软化中均发现果实硬度下降与β-半乳糖苷酶活性的增加以及
细胞壁多糖中半乳糖组分的减少有密切联系[20-22]。

（4）α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶（α-L-Af）。

在番茄果实发育早期，检测到高水平的α-L-阿拉伯呋南糖苷酶活性，但在果实成熟过程中该酶活性并未增加[23]。

在砂梨（Pyrus serotina Rehd.）[24]和苹果[25]的软化研究中发现，α-L-阿拉伯糖苷酶
活性在果实成熟过程中急剧增加，表明在某些树种中该酶在果实软化方面起到了一定的作用。

2.3非酶因素对果实软化的影响
非酶因素也能影响细胞成分如果胶和木聚糖，导致果实的成熟和软化。

发生在成熟早期膜渗透过程，导致抗坏血酸释放进入质外体，这可能引发质外体通过Fenton 反应产生羟基，而这些自由基可能参与植物细胞壁多糖的非酶促裂解。

番茄成熟过程中，切除活番茄块，番茄释放内源性抗坏血酸增多。

此外，逐步提高铜和抗坏血酸水平在果实质外体中的量，会导致高的羟基含量的产生，从而导致多糖的非酶促裂解，果实自然软化[26]。

在监测羟基攻击成熟梨细胞壁时，发现在软化过程中，羟基自由基对多糖进行了攻击。

在梨中，溶解似乎是抗坏血酸产生羟基自由基造成的，羟基自由基可引起多糖的非酶促裂解[26-27]。

在磨盘柿果实的软化过程中，
发现活性氧（ROS）的大量积累，并且其相关代谢酶活性也随之发生变化[28]。

柿果实采后软化是一系列生理生化过程相互影响的结果，了解果实采后的发育过程，研究脱涩后果实软化过程的相关机理，有助于为果实贮藏保鲜的方法改进提供依据。

【相关文献】
［1］赵博，饶景萍.柿果实采后胞壁多糖代谢及其降解酶活性的变化［J］.西北植物学报，2005，25（6）：1199-1202.
［2］童斌，饶景萍.柿子成熟过程中几种生理代谢及细胞膜透性的变化［J］.西北植物学报，1999，
19（3）：482-486.
［3］Alexander L and Grierson D.Ethylene biosynthesis and action in tomato：a model for climacteric fruit ripening［J］.Journal of Experimental Botany，2002，53：2039-2055. ［4］罗自生.柿果实采后软化过程中细胞壁组分代谢和超微结构的变化［J］.植物生理与分子生物
学学报，2005，31（6）：651-656.
［5］田长河，饶景萍，冯炜.1-MCP处理对柿果实采后生理效应的影响［J］.干旱地区农业研究，2005，23（5）：123-125.
［6］Brummell D A.Cell wall disassembly in ripening fruit［J］. Functional Plant Biology，2006，33：103-119.
［7］Hallett I C，MacRae E A，Wegrzyn T F.Changes in kiwifruit cell wall ultrastructure and cell packing during postharvest ripening［J］.International Journal of Plant Sciences，1992，153，49-60.
［8］Harker F R，Sutherland P W.Physiological changes associated with fruit ripening and the development of mealy texture during storage of nectarines［J］.Postharvest Biology and Technology，1993，2，269-277.
［9］饶景萍，任小林.果实成熟过程中组织超微结构变化［J］.西北植物学报，1997，17（1）：128-134.
［10］Rose J K C，Hadfield K A，Labavitch J M，et al.Temporal sequence of cell wall disassembly in rapidly ripening melon fruit［J］.Plant Physiol，1998，117：345-361. ［11］阚娟，刘涛，金昌海.硬溶质型桃果实成熟过程中细胞壁多糖降解特性及其相关酶研究［J］.食品科学，2011，32（4）：268-274.
［12］程青，梁平卓，李莹，等.1-甲基环丙烯和CO2组合处理抑制柿果实脱涩软化的效应及其细胞壁成分的变化［J］.中国农业大学学报，2015（4）.
［13］Huber D J.The role of cell wall hydrolases in fruit softening［J］.Horticultural Reviews，1983，5：169-219.
［14］Hinton D M Pressey.Cellulase activity in peaches during ripening［J］.J Food Sci，1974，39：783-785.
［15］Paull R E，Chen N J.Postharvest Variation in Cell Wall-Degrading Enzymes of Papaya（Carica papaya L.）during Fruit Ripeniing［J］.Plant Physiol，1983，72，382-385. ［16］Matsoi T，Kitag awa H.Effect of ethylene absorbent on polygalacturanase activity
of persimmon fruit［J］.Journal oftheJapaneseSocietyforHorticulturalScience，1989，57（4）：697-700.
［17］Fishman M L，Gross K C，Gillespie D T，et al.Macromolecular components of tomato fruit pectin［J］.Arch Biochem Biophys，1989，274：179-191.
［18］田建文，贺普超，许明宪.火柿后熟中各理化指标的关系研究［J］.园艺学报，1994，21（1）：41-46.
［19］Carrington，C M Sean，L.Carl Greve，John bavitch. Cell wall metabolism in
ripening fruit（VI.Effect of the antisense polygalacturonase gene on cell wall changes accompanying ripening in transgenic tomatoes）［J］.Plant Physiology，1993，103，（2）：429-434.
［20］Ali Z M，Armugam S，Lazan H.β-galactosidase and its sigificance in ripening mango fruit［J］.Phytochem，1995，38：1109-1114.
［21］JinCH，KashiwagiT，MizunoM，etal.Structural changes in the cell wall pectic polysaccharides accompanied by softening of apple（Malus pumila Mill.）cultivars Fuji and Kinsei［J］.Food Preservation Science，1999，25（6）：293-300.
［22］Kitagawa Y，Kanayama Y，Yamaki S.Isolation of βgalactosidase fractions from Japanese pear：Activity against native cell wall polysaccharides［J］.Physiologia Plantarum，1995，93：545-550.
［23］Itai A，Ighihara K，Bewley J D.Character ization of expression and cloning of β-D-xylosidase and α-L-arabi－nofuranosidase in developing and ripening tomato （Lycopersicon esculentum Mill.）fruit［J］.Journal of Experimental Botany，2003，54（393）：2615-2622.
［24］Tateishi A，Inoue H.Purification and charact erization of α-Larabinofuranosidase from Japanese pear fruit［J］.Acta Horticulturae，2000，517：397-403.
［25］Goulao L F，Santos J，D E Sousai，et al.Patterns of enzymatic activity of cell wall-modifying enzymes during growth and ripening of apples［J］.Postharvest Biology and Technology，2007，43（3）：307-318.
［26］Dumville J C，Fry S C.Solubilisation of tomato fruit pectins by ascorbate：a possible non-enzymic mechanism of fruit softening［J］.Planta，2003，217：951-961. ［27］FrySC，DumvilleJC，MillerJG.Fingerprintingof polysaccharides attacked by hydroxyl radicals in vitro and in the cell walls of ripening pear fruit［J］.Biochemical Journal，2001，357：729-737.
［28］李莹，程青，李冉，等.1-MCP对CO2处理‘磨盘柿’果实活性氧含量及清除酶活性的影
响［J］.果树学报，2015（3）.。