果蔬的化学组成及其在采后贮藏中的变化
出处：按学科分类—农业科学 中国轻工业出版社《果蔬保鲜手册》第20页（8795字）
果蔬中含有许多化学物质，这些化学物质是人们生活所不可缺少的。采收以后的果蔬化学物质将发生很多变化。由此引起果蔬耐贮性和抗病性以及果蔬品质、营养价值的变化。因此，了解果蔬中的化学成分及其变化对于搞好果蔬贮藏以及运输具有非常重要的作用。
果蔬所含的化学成分可分为两部分，水分和干物质。水包括游离水和束缚水，干物质包括可溶性固形物和非可溶性固形物，可溶性固形物主要有糖、有机酸、果胶、单宁和一部分含氮化合物、色素和维生素。非可溶性固形物主要有淀粉、原果胶、纤维素、脂肪和部分的色素、维生素。这些物质具有各种各样的特性，这些特性是决定果蔬本身品质的重要因素。
(一)水分
水分是果蔬的主要成分，束缚水是指与胶粒结合的水，这部分水即使在果蔬被烘干的条件下也不易被排除，不是可溶性固形物的溶剂，不能被微生物利用。游离水是果蔬中溶解可溶性固形物的水分，一般植物体中游离水／束缚水的比例小果蔬抗寒性强。果蔬中水的含量依果蔬种类和品种而异，大多数的果蔬组成中水分占80%～90%。西瓜、草莓、番茄、黄瓜可为90%以上。含水分较低的如山楂也占65%左右(表1－10)。水分的存在是植物完成生命活动过程的必要条件。水分是影响果蔬嫩度、鲜度和味道的重要成分，与果蔬的风味品质有密切关系。但是果蔬含水量高，又是它贮存性能差、容易变质和腐烂的重要原因之一。果蔬采收后，水分得不到补充，在贮运过程中容易因蒸腾失水而引起萎蔫、失重和失鲜；其失水程度与果蔬种类、品种及贮运条件有密切关系。
表1－10 不同果实中含水量以及干物质含量 单位：%
(二)干物质
1．碳水化合物
碳水化合物包括：糖、淀粉、纤维素、半纤维素、果胶质。
(1)糖。大多数果蔬都含有糖，糖是决定果蔬营养和风味的重要成分，是果蔬甜味的主要来源，也是果蔬重要的贮藏物质之一。果蔬中的糖主要包括果糖、葡萄糖、蔗糖和某些戊糖等可溶性糖。水果含糖量一般大于蔬菜。但是不同果蔬含糖的种类不同。例如苹果、梨中主要以果糖为主；桃、樱桃、杏、番茄主要含葡萄糖，果糖次之(表1－11)；甜瓜、胡萝卜主要为蔗糖；西瓜为果糖；甘蓝主要为葡萄糖。不同种类的果蔬，含糖量差异很大。柑橘中的莱檬含糖量极低，而海枣的含糖量可达鲜重的61%；胡萝卜含糖量为3．3%～12%，洋葱为3．5%～12%，南瓜2．5%～9%，番茄、辣椒、黄瓜为1．5%～4．5%。而且果蔬在成熟和衰老过程中，含糖量和含糖种类也在不断变化。一般来讲，果蔬中的含糖量随着成熟而增加，但是块茎、块根等蔬菜与前者相反，成熟度越高含糖量越低。例如：杏、桃和芒果等果品成熟时，蔗糖含量逐渐增加。成熟的苹果、梨和枇杷，以果糖为主、也含有葡萄糖，蔗糖含量也增加。未熟的李子几乎没有蔗糖，到黄熟时，蔗糖含量有一个迅速增加的过程。
表1－11 果蔬中含糖量以及种类 单位：%
可溶性糖是果蔬的呼吸底物，在呼吸过程中分解放出热能，果蔬糖含量在贮藏过程中趋于下降，但有些种类的果蔬，由于淀粉水解所致，使糖含量测值有升高现象。
(2)淀粉。淀粉为多糖类，未熟果实中含有大量的淀粉，例如香蕉的绿果中淀粉20%～25%，而成熟后下降到1%以下(表1－12)。块根、块茎类蔬菜中含淀粉最多，有藕、菱、芋头、山药、马铃薯等，其淀粉含量与老熟程度成正比增加。凡是以淀粉形态作为贮藏物质的蔬菜种类大多能保持休眠状态，有利于贮藏。
表1－12 香蕉在成熟过程中淀粉和糖的变化 单位：%
对于青豌豆、甜玉米等以细嫩子粒供食用的蔬菜，其淀粉含量的多少，会影响食用及贮藏产品的品质。贮藏温度对淀粉的转化影响很大。如青豌豆采后存放在8℃条件下12d，糖的含量由4．5%降低到1．2%，而淀粉的含量由1．82%增加到7．1%。在0℃下糖向淀粉转化的过程比较慢，但是仍在这个方向上进行，含糖量下降，甜味减少，品质变劣。
豌豆在荚壳里和脱壳后淀粉的转化速度是不同的，在壳中淀粉转化得慢，但即使在荚壳里，在0℃条件下，糖向淀粉转化的过程仍在进行。因此，豌豆的最大贮藏期不超过1个月，但是，这已经比不带荚的绿色豌豆的贮藏期延长了1倍。
马铃薯在不同温度贮藏时，就有这种表现。如贮藏在0℃下，块茎还原糖含量可为6%以上，而贮于5℃以上，往往不足2．5%。在淀粉酶和麦芽糖酶活动的情况下，淀粉转变为葡萄糖是不可逆的。
(3)纤维素和半纤维素。这两种物质都是植物的骨架物质细胞壁的主要构成部分，对组织起着支持作用。
纤维素在果蔬皮层中含量较多，它又能与木素、栓质、角质、果胶合成复合纤维素。这对果蔬的品质与贮运有重要意义。果蔬成熟衰老时产生木素和角质使组织坚硬粗糙，影响品质。如芹菜、菜豆等老化时纤维素增加，品质变劣；蒜薹采收过晚或贮藏过程中温度过高、氧气高、二氧化碳低发生的老化都使纤维素含量增加。许多霉菌含有分解纤维素的酶，受霉菌感染腐烂的果实和蔬菜，往往变为软烂状态，就是因为纤维素和半纤维素被分解的缘故。
香蕉果实初采时含纤维素2%～3%，成熟时略有减少；蔬菜中纤维素含量为0．2%～2．8%，根菜类为0．2%～1．2%，西瓜和甜瓜为0．2%～0．5%。
半纤维素在植物体中有着双重作用，既有类似纤维素的支持功能，又有类似淀粉的贮存功能。果蔬中分布最广的半纤维素为多戊糖，其水解产物为己糖和戊糖。半纤维素在香蕉初采时，含8%～10%(鲜重计)；但成熟果内仅存1%左右，它是香蕉可利用的呼吸贮备基质。
(4)果胶物质。果胶物质的含量以及种类直接影响果蔬的硬度以及坚实度。不同种类的果蔬果胶物质的含量是不同的(见表1－11)，水果中的含量大于蔬菜。水果中一般含量在0．5%～1．6%，而蔬菜中的含量仅有0．1%～0．6%；其中以草莓、苹果、柠檬含量较高，山楂果胶物质的含量高达6．4%。果蔬在成熟和贮藏过程中，果胶质含量逐渐减少，首先原果胶分解，因此可溶性果胶的含量增长。
原果胶是一种非水溶性的物质，存在于植物和未成熟的果实中。常与纤维素结合，所以称为果胶纤维素，它使果实显得坚实脆硬。随着果实成熟，在果实中原果胶酶作用下，分解为果胶。果胶易溶于水，存在于细胞液中。成熟的果实之所以变软，是原果胶与纤维素分离变成了果胶，使细胞间失去黏结作用，因而形成松弛组织。果胶的降解受成熟度和贮藏条件双重影响。当果实进一步成熟、衰老时，果胶继续被果胶酸酶作用，分解为果胶酸和甲醇。果胶酸没有黏结能力，果实变成水烂状态，有的变“绵”。果胶酸进一步分解成为半乳糖醛酸，果实解体。例如波依金苹果未成熟、成熟、贮藏1个月、贮藏3个月时，果实中原果胶的含量分别为3．85%、3．63%、2．88%、2．10%。
不同耐藏程度的苹果果胶质的变化有明显的不同，耐贮性差的品种，在成熟以及贮藏过程中原果胶含量下降快。果蔬贮藏保鲜的目的之一就是采取一切措施减缓果蔬中原果胶－果胶－果胶酸的变化进程。果胶物质在果蔬中的变化情况见图1－4。
图1－4 果胶物质在果蔬中的变化情况
果实硬度的变化，与果胶物质的变化密切相关。用果实硬度计来测定苹果、梨等的果肉硬度，借以判断成熟度，也可作为果实贮藏效果的指标。
2．酚类物质
酚类物质与果蔬的风味、褐变和抗病性相关，因此果蔬中酚类物质的含量以及种类、变化趋势一直是采后生理研究的重点。随着果蔬的成熟，酚类物质含量降低。果蔬在贮藏过程中的褐变是由酶促褐变所引起的，例如梨果皮以及果肉变褐主要由于酚类物质在多酚氧化酶的作用下氧化成醌，醌进一步聚合成黑色的物质。马铃薯或藕在去皮或切碎后，在空气中变黑也是发生了这种变化。抑制褐变应从控制单宁含量、酶(氧化酶、过氧化酶)的活性及氧的供给三个方面考虑。据报道，葡萄采前喷钙，对采后多酚氧化酶活性有所抑制，减少了酚类物质的氧化及褐变的发生。
每种果蔬均有多种酚类物质，不同的果蔬酚类物质的含量以及种类是不同的。例如苹果中主要是绿原酸，梨主要为3，4－二羟基苯丙氨酸，胡萝卜主要为异香豆素。
单宁物质亦称鞣质，属于多酚类化合物，有收敛性涩味。柿子的涩味，就是因为含单宁的缘故。成熟的涩柿，含有1%～2%的可溶性单宁，呈强烈的涩味。经脱涩使可溶性单宁变成不溶性单宁，涩味减轻。在果实成熟或后熟过程中，单宁的聚合作用增加，不溶于水，涩味减轻或无涩味。青绿未熟的香蕉果肉也有涩味，但果实成熟后，单宁仅占青绿果肉含量的20%左右，单宁含量以皮部为最多，比果肉多3～5倍。
3．芳香物质
果蔬的香味，是其本身含有的各种芳香物质的气味和其他特性结合的结果，也是决定品质的重要因素。由于果蔬种类不同，芳香物质的成分也各异。芳香物质也是判断果蔬成熟度的一种标志。果蔬的芳香物质，是一些微量的挥发油和油质，其在食品中的含量，通常在100mg／kg以下，也有含量稍多的。如香蕉(Valery品种)为65～338mg／kg，树莓类为1～22mg／kg，草莓为5～10mg／kg，黄瓜含17mg／kg，番茄2～5mg／kg，大蒜50～90mg／kg，萝卜含300～500mg／kg，洋葱含320～580mg／kg，芹菜含1000mg／kg等。芳香物质稳定性差，容易变化和消失。
果蔬所含的芳香物质，并非是一种成分，而是由多种组分构成。同时，又随着地区的栽培条件、气候条件和生长发育阶段的不同而变化。挥发油的主要成分为醇类、酯类、醛类、酮类、烃类(萜烯)等，另外还有醚、酚类和含硫及含氮化合物。
萝卜根中含有甲硫醇(CH3SH)，烯丙芥子油。洋葱鳞茎含有烯丙基二硫化物(C6H12S2)。生姜根中含有姜烯(C15H24)、姜醇(C15H26O)等。芹菜茎叶中含有芹菜油丙酯、芹菜油酸酐。大蒜中含有二硫化二丙烯酯等。黄瓜中含有2，6－壬二烯醇。草莓中的芳香物质有苯并乙醛、苯甲酸乙酯、醋酸苄酯、肉桂酸甲酯。番茄的芳香物质大约是由30多种成分构成，其中以乙醇、甲醇、醋酸丙酯较多。香蕉的芳香物质主体是醋酸异戊酯，以及各种挥发性的酯类，具有香蕉香气的特征。已知酯的醇基，大多是由氨基酸生成的异戊醇和异丁醇，另外还有游离的低级的醇类。苹果含有100多种挥发性物质，其中含量最多的和一些已确定其名称及性质的，主要是醇类、酯类、醛类和酮类。苹果成熟期中开始转为黄绿色时正是这类物质含量的顶峰，这时含量最多的是丁醇，其次是醋酸丁酯、醋酸戊酯、醋酸异戊酯和醋酸己酯。
果蔬中还含有不挥发的油分和蜡质，统称为油脂类。油脂富含于果蔬种子中，如南瓜子含油量34%～35%，西瓜子为19%，芥菜子为20%～28%。除种子外，蔬菜的其他器官，一般含油量很少。少数果品中含有油脂，如坚果的果仁、棕榈、油橄榄和鳄梨果实都含有丰富的油脂。鳄梨和油橄榄的含油量为每100g果实分别含约8g和11g，核桃仁含油量可为60%～70%；其他果品含油很少。
苹果在树上成熟时增生了蜡质的被覆。蜡质可以粗分为4类组分：油、蜡、三萜类化合物、乌索酸和角质。蔬菜中，成熟的南瓜、冬瓜、甘蓝等的蜡被也比较明显，甘蓝叶面上蜡被的主要成分是二十九烷(C29H60)及其衍生物二正十四烷基酮(C14H29COC14H29)。蜡被的生成因果蔬种类与品种、生长发育阶段、环境条件的不同而有不同。蜡质的形成加强了果蔬外皮的保护作用，减少水分蒸腾和病菌的侵入。因此，采收时需注意勿将果粉擦去，以免影响果蔬的耐贮性。
4．有机酸
果蔬中有多种有机酸，主要有柠檬酸、苹果酸和酒石酸。此外，还有草酸、酮戊二酸或延胡索酸等。
通常果实发育完成后有机酸的含量最高，随着成熟和衰老含量呈下降趋势。果蔬成熟及衰老过程中，有机酸含量降低主要是由于有机酸参与果蔬呼吸，作为呼吸的基质而被消耗掉。在贮藏中有机酸下降的速度比糖还快，且温度越高有机酸的消耗也越多，造成糖酸比逐渐增加，这也是为什么有的果实贮藏一段时间以后吃起来变甜的原因。
果蔬中有机酸的含量以及有机酸在贮藏过程中的变化快慢，通常作为判断果蔬成熟度和果蔬贮藏环境是否适宜的一个指标。
5．色素
色素构成了果蔬的色泽，色泽是人们感官评价果蔬质量的一个重要因素，也是检验果蔬成熟衰老的依据。果蔬中色素种类很多，有时单独存在，有时几种色素同时存在，或显现或被遮盖。各种色素随着成熟期的不同及环境条件的改变而有各种变化。
(1)叶绿素类。叶绿素是两种结构很相似的物质即叶绿素a(C55H72O5N4Mg)和叶绿素b(C55H70O6N4Mg)的混合物。叶绿素的含量以及种类直接影响果蔬的外观品质。对于大多数果蔬来讲，随着果蔬的成熟叶绿素含量逐渐减少，果蔬中叶绿素的含量随着贮藏期的延长而降低，叶绿素a与叶绿素b的比例也发生变化。葡萄穗轴以及果梗的保绿性好坏是葡萄贮藏质量的一个重要指标，在贮藏过程中，果柄叶绿素的含量逐渐降低(表1－13)，由此造成葡萄果梗变黄。
表1－13 葡萄在贮藏过程中叶绿素含量变化 单位：mg／g
叶绿素降解的生化过程尚不清楚。一些报道认为，在呼吸高峰期间，苹果和香蕉中叶绿素酶活性最高。叶绿素的降解可能依赖于叶绿素酶。
(2)类胡萝卜素。这是一类脂溶性的色素，构成果蔬的黄色、橙色或橙红色。它们都可以在各种果实中发现，随着果蔬的成熟，胡萝卜素的含量迅速增加。
(3)花青素(或称花色素类)苷。它是果实和花等呈现红、蓝、紫等颜色的水溶性色素，总称为花青素苷。它存在于植物体内，溶于细胞质或液泡中。天然的花青素苷呈糖苷的形态，经酸或酶水解后，可产生花青素和糖。
许多果蔬中也存在着使花青素苷退色的酶系统，或是微生物侵染时含有类似的酶，分解花青素苷使果实退色。
花青素是一种感光性色素，它的形成需要日光。如在遮阴处生长的果蔬，色彩的呈现就不够充分，往往显绿色。
6．维生素
蔬菜的维生素含量很高，特别是维生素C。人们摄取的维生素C66．4%来自蔬菜，20%来自水果。人类摄取维生素B1、维生素B2和维生素C的构成见表1－14、表1－15。
表1－14 人类维生素B1和维生素B2的摄取构成 单位：%
表1－15 人类维生素C的摄取量构成 单位：%
维生素C(抗坏血酸)是植物体在光的作用下合成的，因此果蔬在生长过程中，光照时数以及光的质量对于果蔬中维生素C的含量影响很大。果蔬种类不同，维生素C含量有很大差异，如酸枣、沙棘、刺梨、枣、猕猴桃、山楂、柑橘、甜椒、花椰菜、苦瓜等果蔬中维生素C含量比较高。果蔬的不同组织部位其含量也有所不同，一般是果皮中维生素C高于果肉中的含量。有些果蔬中维生素C含量很高，如柑橘中(温州蜜橘)维生素C含量达32mg／100g。番石榴为200～300mg／100g，而含量最高的亚丝罗拉含量达2300mg／100g。维生素C在人体内是不能合成的，因此需要从别的食品中获得。维生素C易溶于水，易被氧化失去作用，又是一种不稳定的维生素。
维生素C在酸性条件下比较稳定，由于果蔬本身含有促使抗坏血酸氧化的酶，因而在贮藏过程中会逐渐被氧化减少。减少的快慢与贮藏条件有很大关系，一般在低温、低氧中贮藏的果蔬，可以降低或延缓维生素C的损失。
7．含氮化合物
氨基酸含量多的果实有桃、李、番茄等，含量少的有洋梨、柿子等。
蔬菜的20多种游离氨基酸中，含量较多的有14～15种。竹笋中含有天冬氨酸，香菇中有鸟嘌呤核苷酸，豆芽菜中有谷酰胺、天冬酰胺。绿色蔬菜中的9种氨基酸中以谷氨酸最多。辣椒中的含氮物质有氨态氮和酰氨态氮，其中胎座中以此两种为多，而种子中以蛋白质为多。叶菜类中有较多的含氮物质，如莴苣的含氮物质占干重的20%～30%，其中主要是蛋白质。蔬菜中的辛辣成分如辣椒中的辣椒素，花椒中的山椒素，均为具有酰胺基的化合物。生物碱类的茄碱，糖苷类的黑芥子苷，色素物质中的叶绿素和甜菜色素等也都是含氮素的化合物。
果蔬中的含氮物质主要是蛋白质，其次是氨基酸、酰胺及某些胺盐和硝酸盐。果蔬中蛋白质以及氨基酸的含量并不高，因此对果蔬的品质影响较小。研究表明，果蔬成熟以及衰老中蛋白质含量增高，在呼吸跃变前期有一个蛋白质合成的加速期。在衰老时，有利氨基酸含量增加。
8．酶
果蔬细胞中含有各种各样的酶，结构十分复杂，溶解在细胞汁液中。果蔬中所有的生物化学作用，都是在酶的参与下进行的。例如苹果、香蕉、芒果、菠萝、番茄等在成熟中变软，是由于果胶酯酶和多聚半乳糖醛酸酶活性增强的结果。
(1)抗坏血酸氧化酶(又称抗坏血酸酶)。此酶存在时，可使L－抗坏血酸氧化，变为D抗坏血酸。在香蕉、胡萝卜和莴苣中广泛分布着这种酶，它对于维生素C的消长有很大关系。
(2)过氧化氢酶和过氧化物酶。此两种酶广泛地存在于果蔬组织中。过氧化氢酶存在于水果、蔬菜中的铁蛋白内，可催化如下反应：
2H2O2→2H2O+O2
由于呼吸中的过氧化氢酶的作用，可防止组织中的过氧化氢积累到有毒的程度。
在成熟时期随着果蔬氧化活性的增强，这两种酶的活性都显着增高。芒果呼吸作用的增强直接和酶的活性有关，过氧化氢酶和相应的氧化酶可能与乙烯生成有关，过氧化物酶也可能与乙烯的自身催化合成有关，与衰老的细胞活性有关。
(3)多酚氧化酶。众所周知，植物一旦受到伤害，即发生褐变，这种现象多是由于多酚氧化酶进行催化的结果。此酶需有氧存在才能进行氧化生成醌，再氧化聚合，形成有色物质。
(4)果胶酶类。果实在成熟过程中，质地变化最为明显，其中果胶酶类起着重要作用。果实成熟时硬度降低，与半乳糖醛酸酶和果胶酯酶的活性增加成正相关。梨在成熟过程中，果胶酯酶活性开始增加时，即已达到初熟阶段。苹果中果胶酯酶活性因品种不同而有很大差异，也可能与耐贮性有关。香蕉在催熟过程中，果胶酯酶活性显着增加，特别是果皮由绿转黄时更为明显。番茄果肉成熟时变软，是受果胶酶类作用的结果。