陈敬鑫，张德梅，李永新，吕静祎，朱丹实，励建荣，米红波,*，葛永红,*

（1.渤海大学食品科学与工程学院，生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 锦州 121013；2.浙江农林大学农业与食品科学学院，浙江 杭州 311300）

作为当前较为先进的果实贮藏手段，气调贮藏技术可以有效抑制果实生理代谢、延缓衰老、保持品质、延长贮藏期和防治病虫害，被广泛地用于果实采后的商业贮藏[1]。传统的气调贮藏方式一般可分为自发气调和非自发气调（controlled atmosphere，CA）[2]（表1）。对于传统气调贮藏来说，贮藏环境中较低的氧气水平有助于减少乙烯生成，降低有氧呼吸和酶促氧化作用，延缓色泽变化和叶绿素降解；维持果实的硬度，糖分、有机酸和维生素含量；预防或减少苹果和梨虎皮病等生理病害[2-6]。然而，如果环境中氧气水平过低，果实就有可能会出现低氧胁迫症状，如组织水浸、内部褐变、产生异味以及因低细胞能量而产生的其他生理紊乱[7-8]。

表1 气调贮藏方式及其气体组成[2]Table 1 Commonly used modified atmosphere storage methods and their gas compositions[2]

果实风味是由味感和嗅感构成，前者以甜酸味为主体，与糖、酸的种类和含量有关，后者取决于挥发性芳香物的种类和含量[9]。一般来讲，糖酸比决定了果实的风味基础，而挥发性化合物的复杂性及其相互间的特定组合赋予了各类果实风味（或香气）的独特性[10]。水果的风味品质对消费者的选择具有重要影响，因此气调贮藏过程中因低氧而造成的果实风味品质劣变值得关注。本文综述了气调贮藏过程中低氧对采后果实风味品质的影响及其机理的研究进展，以为采后研究工作者提供理论参考。

1 低氧对采后果实糖分和有机酸的影响

果实的甜味物质主要是可溶性糖，如蔗糖、葡萄糖、果糖等；而酸味物质主要是有机酸，如苹果酸、柠檬酸、酒石酸等。一般情况下，在果实成熟过程中，其糖分和可溶性固形物含量（soluble solid content，SSC）均会显著增长，而淀粉含量、酸度则降低。在贮藏过程中，果实后熟进程仍在继续，并在一定程度上受到贮藏条件与时间的影响[11]。

1.1 低氧对采后果实糖分的影响

对于果实来说，SSC是衡量水果品质的一个重要参数，可溶性固形物组成成分中可溶性糖所占比例最大。果实收获后，组织细胞质和液泡中蔗糖的降解和合成是糖代谢和积累的主要途径。细胞质中的蔗糖通过中性转化酶转化为果糖和葡萄糖，或通过蔗糖合酶转化为果糖和脲苷二磷酸-葡萄糖；而果糖和葡萄糖通过果糖激酶和己糖激酶磷酸化为果糖-6-磷酸和葡萄-6-磷酸。果糖-6-磷酸进入糖酵解和三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循环中，为其他代谢过程产生能量和中间体[12]。一般来说，由于淀粉的分解，成熟果实的SSC会增加，这也与总糖和还原糖含量的增加有关[13]。

与常氧条件相比，长期低氧贮藏对于果实的糖代谢具有较为显著的影响。Thewes等[14]研究发现‘Nicoter’苹果能在基于呼吸熵的动态气调（dynamic controlled atmosphere storage based on respiratory quotient，DCA-RQ）下贮藏9 个月，DCA-RQ 1.3（0.40 kPa O2＋1.0 kPa CO2）条件下果实的果糖和葡萄糖含量显著高于DCA-RQ 1.5（0.38 kPa O2＋1.0 kPa CO2）。同样，对于呼吸代谢较为旺盛的浆果类果实，较短时间的低氧贮藏也会使其糖分发生类似的变化。‘赛娃’草莓在CA（0.5 kPa O2和2.0 kPa O2）条件下于5 ℃贮藏10 d后，其葡萄糖和果糖含量显著高于常氧贮藏，而蔗糖含量明显降低[15]。在CA（2.0～5.0 kPa或5.0～8.0 kPa O2）和常氧下低温（0 ℃）贮藏30 d后，无花果的还原糖质量分数分别为12.45%、11.67%、10.34%；且低氧下果实SSC保持较高水平，说明低氧能有效减缓其生理代谢，减少有机物的消耗[16]。由此可见，在一定程度上，低氧环境促进了果实中蔗糖的代谢，以及果糖和葡萄糖的积累。

果实的衰老意味着其糖分将会被消耗，而低氧贮藏技术减缓了采后衰老进程，使果实的糖含量保持在较高水平[10]。资料显示，低氧也可通过抑制淀粉酶、麦芽糖酶以及淀粉磷酸化酶的活性降低果实将淀粉转化为葡萄糖的能力[13,17]。此外，在低氧环境下，有氧糖酵解速率也会减慢，这一反应有利于减少氧的消耗，也有利于果实糖分的积累；然而，当环境接近缺氧状态时，无氧糖酵解速率将会加快，以补充因缺氧而导致的能量供给不足，但其产能效率较低[3,18]。在大多数生物缺氧条件下，磷酸果糖激酶是糖酵解途径的关键酶之一。同时，作为一个不能进行光合作用的器官，果实需要水解淀粉以提供足够的蔗糖来支持较高的糖酵解通量[19]。在低氧胁迫下，果实中编码磷酸果糖激酶、淀粉水解酶和β-淀粉酶的基因表达水平迅速上调，以提高糖酵解通量[20]。

对于短期的低氧贮藏来说，低氧分压对果实糖含量影响不显著。研究发现‘早生新水’梨在CA（3.0、5.0、8.0 kPa O2＋1.0 kPa CO2）下贮藏60 d后，不同氧浓度贮藏的果实糖（蔗糖、果糖、葡萄糖）含量无显著差异[21]。Bekele等[22]研究发现‘乔纳金’苹果经CA（1.0 kPa O2＋3.0 kPa CO2、3.0 kPa O2＋3.0 kPa CO2）低温（1 ℃）贮藏35 d后，两组之间的果糖、葡萄糖及蔗糖含量均无显著差异。对于‘澳洲青苹’，经极低氧（0.4 kPa O2＋0.9～1.0 kPa CO2或0.8 kPa O2＋0.9～1.0 kPa CO2）低温（1 ℃）贮藏60 d，两组间的蔗糖、果糖和α-葡萄糖含量也均无显著差异；编码蔗糖合酶和β-淀粉酶的基因表达水平在极低氧贮藏过程中被上调，但经贮藏60 d后其基因表达在两种极低氧条件下差异不显著[20]。‘Shelly’芒果的SSC和蔗糖、果糖、葡萄糖含量在低氧（1.0 kPa或5.0 kPa O2）条件下贮藏21 d后均有所增加，但低氧处理对单糖含量影响不显著[23]。在果实贮藏期间，细胞呼吸首先消耗有机酸，其次为糖类；只有当有机酸被过度消耗后，呼吸作用才开始利用糖类。对于短期低氧贮藏的果实，其有机酸尚未消耗殆尽，呼吸作用还没有开始大量消耗糖类，因此糖类含量变化不显著[24]。

1.2 低氧对采后果实有机酸的影响

通常，有机酸在果实发育初期积累，而在其成熟期消耗。在果实贮藏过程中，果实的酸度随着后熟而降低；期间葡萄糖异生作用可将部分有机酸转化为糖，而柠檬酸和苹果酸等有机酸可被呼吸作用消耗[25]。有机酸盐（酯）被认为是TCA循环的中间产物，其合成和降解与TCA循环密切相关[26]。可滴定酸（titratable acid，TA）包括果实组织中游离酸或与阳离子结合的酸，是影响果实风味品质的重要因素之一。果实中大部分有机酸以有机酸盐的形式存在，其含量与TA直接相关[26]。

一般而言，低氧贮藏能够较好地维持果实有机酸含量。‘Delta R2E2’芒果在CA（1.5、2.0 kPa或3.0 kPa O2＋6.0 kPa CO2）下贮藏24 d后，其果实酸度分别为0.31%、0.29%、0.21%[27]。有学者将‘Gola’荔枝于CA（1.0、2.0 kPa或3.0 kPa O2＋5.0 kPa CO2）低温（5 ℃）贮藏35 d，结果发现1.0 kPa O2＋5.0 kPa CO2条件下贮藏果实的TA含量约为其他处理组的1.25 倍[28]。可见，低氧贮藏显著减缓了TA含量的下降。有学者提出，这是因为低氧可降低果实的呼吸速率，导致作为TCA循环底物的有机酸消耗较少，从而使其有机酸含量维持在较高的水平[29-30]。此外，缺氧条件下还会诱导果实发生厌氧呼吸从而影响TCA循环特定的酶活性，进一步影响TCA循环[31]。

‘赛娃’草莓在CA（0.5 kPa O2）条件下于5 ℃贮藏10 d后草莓内部组织柠檬酸、苹果酸含量较常氧贮藏低，而琥珀酸含量明显较高[15]。在线粒体电子传递链琥珀酸脱氢酶的催化反应中，若O2受到限制，TCA循环受阻，将会导致琥珀酸盐的积累[19]。可见，琥珀酸盐是缺氧反应中的关键代谢物之一，这也许可以解释低氧气调贮藏过程中果实琥珀酸含量较高的原因[32]。

2 低氧对采后果实挥发性化合物的影响

果实香气成分是由多种挥发性化合物组成的复杂混合物，主要包括醇类、醛类和酯类等，是果实风味形成的基本要素之一[33]。香气化合物生物合成途径中的一个重要步骤是获得主要前体底物，主要指脂肪酸和氨基酸，其数量和组成在果实发育过程中受到高度调控[34]。果实的挥发性成分是不断变化的，影响其挥发性成分的因素有遗传特性、成熟度、生长环境条件、采后预处理和贮藏条件等[33]。贮藏环境中氧气（O2）浓度的变化会导致一系列的代谢生理变化，如挥发性化合物的生物合成，而这些挥发性化合物中既包括决定果实风味的香气成分，也包括一些异味物质[35-37]。

研究发现，CA贮藏对某些果实产生的挥发性化合物有一定的影响，并使其具有独特的风味和香气；同时，低氧也已经被证明会导致某些果实发酵并产生异味。果实在低氧贮藏过程中呼吸作用减弱、乙烯产生量减少、前体物质可利用性降低、酶活性减弱等，这都会影响挥发性化合物的合成。长时间的低氧贮藏后，果实呼吸速率的降低会显著地降低腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）的合成，从而降低脂肪酸的合成。脂肪酸是大多数水果香气挥发物的主要前体，它衍生的直链醇、醛、酮、酸、酯类和内酯（C1～C20）都是影响香气化合物特性的重要组分，其浓度的降低会影响香气物质的生物合成[38]。

乙烯是香气成分的重要调节因子，且挥发性香气组分特别是酯类化合物的生物合成高度依赖于乙烯，这种“依赖效应”只有在乙烯浓度较高的情况下才能观察到[39-40]。呼吸作用的减弱及其对挥发性香气产生的影响与跃变期前果实中自催化乙烯的缺乏有关。对短期低氧处理的果实，这种缺陷可以通过高浓度的外源乙烯处理来克服；而对于在低氧条件下贮藏超过5 个月的果实，外源性乙烯不起作用[34-38]。资料显示，将环境的氧分压降至0.5 kPa能够显著降低果实乙烯生成量[35,41-44]。1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶（1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase，ACO）作为乙烯生产途径中的关键酶，在果实成熟和香气化合物合成中起着重要作用[45]。低氧条件会对1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶和ACO转录产物的积累产生负面影响[20]。长时间的极低氧贮藏可引起少量厌氧代谢，产生大量乙醇，使得ACO活性减弱，进而影响香气成分的生物合成[44]。此外，低氧水平还会直接影响植物乙烯响应因子（ethylene response factors，ERFs）基因家族成员的稳定性，进而影响ERF第VII亚族（RAP2.2、RAP2.12、RAP2.3、HRE1、HRE2）的活性[19,45-46]。由此可见，低氧可对香气成分的释放具有一定的负面影响，这种效应可能与低氧水平下能量代谢直接相关，也可能是低氧对乙烯合成的间接影响。

2.1 低氧对采后果实醇类化合物的影响

醇类对果实香味形成起着重要作用，尤其是乙醇。较低浓度的乙醇有利于果实品质的保持并促进风味的形成，而高浓度则会产生异味[47]。如表2所示，一般情况下，低氧条件下果实的醇类化合物总量有所下降，且随着氧分压的降低而降低，但乙醇积累量却有所增加。相反，低氧条件下苹果直链醇（如己醇、丁醇、戊醇）含量显著减少，相应的酯类含量也减少。然而，极低氧条件下‘皇家嘎啦’苹果的乙醇含量并未显著增加，说明其低氧耐受性较好[40]。

表2 低氧对采后果实醇类化合物含量的影响Table 2 Effect of low oxygen on alcohol contents in fruits

在缺氧条件下，乙醛和乙醇基本上由丙酮酸脱羧酶（pyruvate decarboxylase，PDC）和乙醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase，ADH）控制（图1）[51-53]。ADH是生物体内短链醇代谢的关键酶，催化乙醇与乙醛可逆转换，在很多生理过程中起着重要作用[54]。在低氧胁迫环境中，丙酮酸在PDC的脱羧作用下生成乙醛，再被还原型辅酶的ADH转化为乙醇[41]。对于个体较大的果实（如苹果和梨），外界的低氧环境从果实表皮蔓延至内部组织，导致其细胞发生厌氧代谢和乙醇的积累[35]。研究发现，低氧会使ADH基因表达上调[20,49]。此外，低氧环境造成的乙醇积累和/或较高的ADH活性可能会在货架期期间果实后熟过程中产生后续效应，进而导致其品质变差[48]。

图1 低氧对采后果实醇、醛、酯类化合物合成的影响[52-53]Fig. 1 Effect of low oxygen on the biosynthesis of alcohols, aldehydes and esters in fruits[52-53]

果实香气成分中直链脂肪族醇、醛和酯类物质主要来源于脂肪酸氧化，主要合成途径是果实中的脂肪酸经β-氧化产生酮酸和酰基辅酶A，进一步被还原为醛和醇，或者脂肪酸直接被脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）氧化，形成C6醛和相应的醇类[9]。通常，在低氧条件下，果实直链脂肪族醇和醛的含量会减少，这是由于贮藏期间较低的氧分压抑制了脂肪酸的β-氧化或LOX氧化途径，阻碍了果实中直链醇和醛的合成。它们生成的直链醇和醛是直链酯的重要前体，因此极低氧分压也可抑制直链酯的合成[35]。乙烯的生成速率和醇的生成量之间有一定的相关性，而醇含量的减少也与其前体物（脂肪酸和醛）的产生受到抑制有关，因此乙烯和挥发物前体的产量减少也是低氧导致果实醇类化合物产量减少的重要原因[46]。

2.2 低氧对采后果实醛类化合物的影响

醛类物质是产生一类类似绿草的香气物质。对于跃变型果实来说，跃变前果实中存在的醛类物质是绿色/未成熟果香味的重要来源；当成熟发生时，挥发性的醛类转变为酯类，以形成果实特有的果香味[55]。乙醛是几乎所有果实的天然香气成分，其在果实成熟过程中，甚至在有氧条件下也会积累[47]。

如表3所示，经低氧气调贮藏后，果实中醛类化合物总量有所下降，而‘红蛇果’苹果和樱桃在极低氧条件下乙醛含量明显增加。其中，己醛和(E)-2-己烯醛是一类带有青苹果味的化合物[40]。在低氧条件下，己醛和(E)-2-己烯醛的生成量相对减少，但其在极低氧条件下反而升高。学者指出，在CA贮藏过程中，带有青苹果味的醛类等挥发性物质含量的增加可能意味着‘皇家嘎啦’苹果风味品质的下降[40]。也有学者提到，极低氧条件下果实醛类化合物含量保持较高水平可能是由于果实新陈代谢的减慢和成熟的延迟[48]。

表3 低氧对采后果实醛类化合物含量的影响Table 3 Effect of low oxygen on aldehyde contents in fruits

果实中的乙醛是糖酵解过程中丙酮酸经PDC的脱羧作用下形成的（图1）。在ADH和乙醛脱氢酶（acetaldehyde dehydrogenase，ALDH）作用下，乙醛可直接转化为乙醇[58-59]。如果极低氧条件下果实的乙醛生成量未增加，说明其没有产生厌氧代谢，表明该果实对极低氧的耐受性好；反之，果实乙醛含量增加，说明该条件下诱导了果实的厌氧代谢。研究表明，一些醛类（如2-甲基丙醛、糠醛、庚醛和癸醛）生成量的下降可能与呼吸代谢有关[59]。

低氧也可能通过抑制电子传递链，使还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide hydride，NADH）无法被氧化成NAD＋，进而使糖酵解途径继续进行以生成丙酮酸，并进一步转化为乙醛[47,59]。也有研究表明，低氧贮藏的果实乙烯生成量较低，导致了PDC的表达和活性较低，从而影响果实乙醛的生成[36]。这说明，低氧影响乙醛生成的途径不是单一的。

2.3 低氧对采后果实酯类化合物的影响

酯类物质是形成果实香气的主要成分，而低氧气调贮藏会显著降低果实酯类化合物的合成量。如表4所示，低氧贮藏后果实的直链酯含量均显著下降，特别是乙酸酯类，并且会随氧分压的降低而降低。然而，低氧条件下苹果果实的支链酯含量未受影响。

表4 低氧对采后果实酯类化合物含量的影响Table 4 Effect of low oxygen on ester contents in fruits

在低氧贮藏过程中，生成酯类物质的脂肪酸反应受到严重抑制（表4、图1）。成熟果实所产生的酯类可大致分为直链型和支链型。在气调贮藏过程中，降低氧水平可显著降低果实中以脂肪酸为前体的丙基、丁基、己基直链酯类的生成量，而对以支链氨基酸为前体的支链酯类的生成量影响较小[61]。直链酯类是由脂肪酸通过LOX途径和β-氧化途径所产生，而支链酯是由氨基酸的代谢所产生[62]。重要的是，LOX途径和β-氧化都需要氧气，会受到CA贮藏期间使用的氧浓度的影响。LOX作为脂类挥发物形成过程中的关键酶，其在果实香气形成过程中起到重要作用[62-65]。LOX是一种需氧酶，在缺氧条件下，LOX的活性受到一定程度的抑制，这可能是低氧贮藏果实直链酯类生成量减少的主要原因之一[65]。HPL也是一种通过LOX途径合成挥发性酯的重要酶，能处理LOX途径产生的脂肪酸氢过氧化物，并为随后ADH催化生成相应的醇提供必要的醛底物[61]。研究发现，极低氧条件反而会使苹果中HPL和ADH的活性增强，这可能与果实中丁醛、丁醇和丁酯含量的增加有关[63]。

此外，低氧会降低乙烯的生物合成，而酯类合成相关酶（如AAT）受到乙烯的调控作用[63]。AAT是多功能蛋白，主要负责催化生物体内各种酰基化和去酰基化反应，在基因表达、代谢和信号传导中具有重要作用[54]。据报道，AAT活性随着果实的成熟而提高，但其在贮藏过程中可被低氧环境所抑制，进而减少乙酸酯的生成量[60]。值得注意的是，低氧条件下会诱导产生高浓度的乙醛和乙醇，从而使得乙酸乙酯含量较高。乙酸乙酯水平的提高也可能是造成其他乙酸酯类合成量减少的原因之一，因为乙酸乙酯的合成需要消耗乙酰辅酶A，而乙酰辅酶A是所有乙酸酯类共用底物之一[47]。

低氧贮藏下果实的香气减弱也与脂肪酸的从头合成和较低的ATP浓度有关[40]。有学者认为，果实香气相关挥发物的主要来源于脂肪酸的从头合成，而不是储存于细胞膜或细胞内的挥发物的释放[34]。因此，在低氧贮藏过程中果实酯类化合物含量减少，也可能是低氧抑制了其重要底物的合成所导致的。

2.4 低氧对采后果实萜类化合物的影响

萜类化合物是植物次生代谢产物中种类最多的一类物质。在正常大气压条件下，只要具有足够高的蒸汽压力，大多数的半萜（C5）、单萜（C10）、倍半萜（C15），甚至一些二萜（C20）均可大量释放到空气中[33]。‘Packham’s Triumph’梨在低氧（3.0 kPa O2）条件下贮藏2 个月后，α-法尼烯(E,Z)和十一碳萜烯的含量均显著降低[60]。在1.0～3.0 kPa O2条件下，经CA贮藏21 d和35 d的‘Kensington Pride’芒果果肉中单萜类化合物（如月桂烯、柠檬烯、β-松油烯、γ-异松油烯）和倍半萜类化合物（如α-胡椒烯、α-草烯）的含量均显著降低[57]。与常氧贮藏相比，2.0 kPa O2水平贮藏可抑制黑醋栗果实合成萜烯的能力，特别是在贮藏6 周后[64]。由此可见，较低的氧浓度会显著降低单萜类化合物和倍半萜类化合物的生成量。

在长期低氧气调贮藏过程中，前体物质可用性的降低可能也是低氧抑制单萜和倍半萜化合物的生物合成的原因之一。研究表明，低氧条件下，果实中单萜和倍半萜化合物前体物质的合成速率显著低于其被消耗的速率[64]。

与大多数单萜类化合物不同的是，对于低氧气调贮藏的果实，其成熟果实果肉中的含氧单萜类化合物（如芳樟醇、4-松油醇和α-松油醇）含量较高，这可能是由于其与糖基结合形成了糖苷。据报道，在成熟或贮藏过程中，果实中此类与糖基结合形成糖苷的香气组分可通过酶或化学作用释放出来，进而参与形成果实的香气[64]。

2.5 低氧对采后果实其他香气组分的影响

在低氧贮藏条件下，除了醇、醛、酯和萜类化合物外，参与形成果实香气的其他类化合物如酮类、酸类、内酯类等也受到低氧环境的调控作用。研究表明，在极低氧条件下贮藏的‘皇家嘎啦’苹果中，2-丙酮和3-辛酮的生成量随着氧水平下降而降低[35,40]。1-甲氧基-4-(2-丙烯基)苯是在一些苹果品种（如‘嘎啦’苹果、‘皮诺瓦’苹果）中发现的一种挥发性苯丙烷类物质可使苹果带有辛辣的味道，其含量在低氧条件下也显著降低[65]。与常氧条件相比，在2.0 kPa O2条件下贮藏的‘Kensington Pride’芒果γ-辛内酯含量显著降低[66]。可见，由于果实香气组分的多样性，低氧胁迫对果实香气形成的影响作用也千差万别，这也给园艺采后方向科研人员的相关研究工作带来了巨大的挑战。

3 结 语

风味品质是衡量果实品质的重要指标之一，其中以糖酸比作为风味的基础，而香气赋予了其风味的独特性。相对于冷藏，传统的气调贮藏较好地维持了果实品质，但长时间的气调贮藏仍会对果实的风味品质造成很大的影响。无论是果实的糖分和有机酸，还是挥发性香气组分，均在一定程度上受到气调贮藏过程中低氧环境的影响。采后科学工作者们对气调贮藏过程中果实糖分、有机酸以及香气组分变化进行了大量研究，基本上完成了低氧环境影响风味品质的量化研究，但关于低氧胁迫对果实风味物质生物合成的分子调控机制尚缺乏深入研究。随着现代生物学技术的发展，植物基因组学、转录组学、代谢组学等技术的日益成熟，从分子生物学层面揭示低氧对果实风味的分子调控机制已成为一个重要的研究课题，这一研究领域将有助于更有针对性地改进现代气调贮藏技术，以最终实现园艺果蔬产品的精准气调贮藏。