香蕉是典型的呼吸跃变型果实,采收后有明显的后熟过程,一般在果实达到饱满度的绿硬期采收,在销售地经过催熟后,果皮转黄,果肉变软,散发出诱人的香味,达到最佳食用阶段。我国香蕉主要产区为海南、广东、广西、云南、福建及台湾等地。香蕉采收后需要经过保鲜及物流运输到销售地,是我国南果北运的主要水果之一。因此,香蕉采后处理及贮运保鲜技术对于保持果实最佳的商品性和减少采后损失具有重要作用。香蕉采后品质变化主要表现在果皮色泽、果实硬度、果肉淀粉降解、糖类物质和特色香气的形成等方面。果实采后生理变化主要包括果实乙烯及呼吸变化、果实细胞壁多糖降解等、品种、采收成熟度、贮藏温湿度、气体成分及采后处理过程等均会影响香蕉贮藏寿命及货架期等。
目前,我国香蕉市场品种相对单一,主要以香芽蕉为主。据国家香蕉产业技术体系统计,2019年,我国香芽蕉种植面积占比高达85%,品种同质化严重,难以满足不同生态条件和不同市场选择的需要。优化品种结构,逐步扩大粉蕉（Musa ABB Pisang Awak）及皇帝蕉（Musa AA Pisang Mas）等特色蕉种植面积对于香蕉产业可持续发展意义重大。然而,粉蕉及皇帝蕉不耐贮运保鲜,严重制约了其商品流通及产业发展。此外,香蕉采后处理包括落梳、清洗、杀菌、吹干包装、装车和常温流通、冷链流通等过程,但是我国重香蕉生产、轻采后处理环节等问题依然存在,并且采后处理各环节不规范,技术细节常常难以落实到位,导致我国香蕉采后损失较严重。虽然能够生产出优质香蕉产品,但是,难以向市场供应优质高档的国产香蕉商品的现状仍未有根本改变。另外,随着生物技术的快速发展,挖掘了一批香蕉果实成熟密切相关基因,对于培育耐贮香蕉也具有潜在的重要意义。
近年,国内外研究者对香蕉采后基础理论和保鲜技术进行了深入研究。采后基础理论研究为提升香蕉保鲜技术提供了理论支撑,保鲜新技术的提升又促进基础研究进一步深入,互为促进,良性循环,为提高我国香蕉的商品竞争力和减少采后损失发挥了重要作用。国内外学者就香蕉果实采后品质变化、采后生理生化变化、采后病理及影响贮藏保鲜效果的因素等做了较为详细的综述报道。本文根据国内外近年的相关报道,并结合笔者多年的研究工作及产业工作经验,主要就香蕉贮运保鲜新技术及生物技术在保鲜上的应用做一综述。
1 香蕉贮运保鲜新技术
1.1 香蕉采后处理轻简装备研制与应用
针对香蕉采后处理过程不规范、技术粗糙和耗时耗力、商品档次不高的实际情况,国家香蕉产业技术体系保鲜与贮运岗位专家团队与果园生产机械化团队共同研制了香蕉采后处理轻简装备,对于提高果实商品性状和节省劳动力等具有重要意义。该采后处理生产线包括清洗池、水循环系统和喷淋装置、吹干机、提升输送带装车等自动装置（图1）,轻简实用灵活,方便装拆移动,不仅能够显著提高保鲜效果和商品外观与档次,提质增效,有效解决镰刀菌冠腐病（蕉把切口褐变腐烂）和炭疽病等采后腐烂难题,还能够显著提高香蕉落梳后清洗蕉果乳汁和去污效果,有效防止密封塑料袋内因湿度高引起的冠腐病（俗称“烂把”）、“水烂”和品质劣变等问题。同时,还提高了采后处理工作效率,节省劳动力,明显减少香蕉采后机械损伤。上述的采后处理生产线不但适用于我国目前香蕉产业普遍种植分散和规模小的实际情况,而且也适用于大型的采后处理包装厂。
1.2 以“控制低乙烯”为核心的香蕉和粉蕉保鲜贮运新技术
冷链流通是果蔬保鲜效果最好的技术,但由于冷藏车不足且冷链成本较高等问题,我国香蕉企业（包括在老挝、缅甸等“一带一路”国家种植香蕉的中国企业）大多采用常温运输,在夏秋高温季节长距离常温运输,果实很容易软化成熟腐烂。即使有冷链流通的条件,如果包装前果实表面湿度大、预冷不彻底就装冷藏车等技术环节没有落实到位,香蕉在商品流通和催熟过程中也会出现软熟、冠腐病（烂把）等问题。
针对以上问题,国家香蕉产业技术体系保鲜与贮运岗位专家团队研发了一套以“控制低乙烯”为核心的香芽蕉、粉蕉和皇帝蕉保鲜系统工程新技术,可显著延长香芽蕉、粉蕉的保鲜时间和减少腐烂。虽然香芽蕉、粉蕉的采后生理特点和保鲜原理基本相似,但商业生产上对它们的采收期要求并不相同,香芽蕉采收时果实饱满度较低,一般要求七成左右,而粉蕉及皇帝蕉采收时要求果实饱满度高达八成五,俗称肥蕉,才能表现出粉蕉、皇帝蕉香甜糯滑的口感。粉蕉采收后在夏季常温下2~3 d就变软成熟,因此,粉蕉、皇帝蕉比香芽蕉更难保鲜。本团队研发的保鲜技术,使香芽蕉、粉蕉和皇帝蕉的保鲜时间延长2~3倍,在常温下,香芽蕉保鲜期能达到30~50 d,粉蕉、皇帝蕉保鲜期能达到20~30 d,显著延长果实成熟后的货架期（图2）。该技术较好地解决了香芽蕉、粉蕉、皇帝蕉在常温和冷链贮运过程中容易软化成熟和腐烂变质的难题,如果配合预冷和冷链流通,保鲜效果会更好。该技术包括以下主要环节：
图2 香蕉低乙烯保鲜技术A：低乙烯保鲜技术可延长粉蕉保鲜时间2~3倍;B：低乙烯保鲜技术保鲜粉蕉的效果。 Fig. 2 ‘Low ethylene controlling’ technology for banana preservation and transportation A: The ‘low ethylene controlling’ technology can prolong the storage time of Fenjiao fruit for about 2-3 times compared to the control; B: The effect of ‘lowethylene controlling’ technology on the ripening of Fenjiao fruit. |
良好的采前措施（科学的水肥管理）、采收技术（包括无伤采收、果园索道运输、适宜的采收果实饱满度,同时尽量避免在雨天采收）、采后处理全程避免机械损伤、落梳后浸泡清洗剂和杀菌剂（使用正规厂家产品和标准使用浓度,建议使用45%咪鲜胺500~1000 μL/L浸泡1~2 min）、密封包装前必须把蕉果放在生产线（可参考图1的香蕉采后处理轻简装备）上吹干后才放入保鲜袋中,并采用乙烯吸收剂、乙烯受体抑制剂、自发气调密封包装和冷链流通等控制乙烯的方法,降低香蕉包装内的乙烯浓度,包装好的香蕉装车后采用常温运输或冷链流通。
2 香蕉的化学、物理及生物保鲜新技术
香蕉保鲜新技术不断发展,人们对健康及环境日益关注,绿色安全环保的物理保鲜技术受到研究者们的日益重视,同时化学保鲜技术也不断改进完善,生物保鲜技术也取得了进展。以下介绍近几年国内外在香蕉物理保鲜、化学保鲜及生物保鲜技术上研究及应用方面的相关进展。
2.1 物理保鲜技术
物理保鲜技术符合绿色环保的发展方向,虽然在果蔬保鲜领域研究及应用均有很长的历史,但仍然不断有新的改良的物理保鲜技术在开发和应用。
2.1.2 冷激处理 冷激处理分为冷空气和冷水处理。研究发现0~2 ℃冷空气处理2.5 h可以显著延缓香蕉果皮褪绿,抑制果实内源乙烯的合成。同时冷激处理还能显著抑制果实淀粉酶活性和淀粉的降解,延缓香蕉的软化过程,保持果实的品质[3]。魏巍等[4]报道,电生功能水冷激处理[0 ℃、氧化还原电位(1128±20)mV,pH 2.4],可以显著降低香蕉果实的呼吸强度和失重率,延缓果皮的转色和果实后熟软化,延缓果实成熟衰老,保持果实的品质。此外,果实在3 ℃下冷激处理6 h,能够降低果实脂氧合酶活性以及十三烷酸、十七烷酸、花生酸等饱和脂肪酸的含量,抑制亚油酸及反亚油酸等不饱和脂肪酸含量的下降,维持较高的膜脂不饱和脂肪酸指数和膜脂脂肪酸不饱和度,增强香蕉果实的抗冷性,从而减轻果实冷害的发生[5]。
2.1.3 辐射处理 UV-C辐照具有良好的杀菌特性,可以诱导植物对病原微生物的抗性,减少化学农药的使用,具有安全环保的特性,在果蔬保鲜上广泛应用[6,7]。冠腐病是香蕉采后的重要病害,研究表明,适宜剂量的UV-C在体外能够抑制香蕉体内分离的绿单孢菌（Lasiodiplodia theobromae）、炭疽菌（Colletotrichum musae）和镰刀菌（Fusarium spp.）等孢子形成、分生孢子萌发和生长,抑制香蕉冠腐病的发生[8],但不影响香蕉果实品质[9],并且0.01 kJ/m2 UV-C处理能显著抑制香蕉果实贮藏过程中的冠腐病,保持果冠组织的完整性,基本不影响果实成熟[10]。
2.1.4 等离子体处理 等离子体（plasma）是一种呈电中性的电离气体,由电子、自由基、正负离子、基态或激发态分子和电磁辐射量子（光子）等组成,同时根据带电粒子温度和电子温度是否处于热平衡状态,可进一步将等离子体分为低温等离子体和高温等离子体[11]。等离子体保鲜技术是利用等离子体发生装置,通过正负离子在空气中瞬间产生巨大的能量释放,对果蔬进行消毒杀菌、降解代谢产物和农药残留等保鲜杀菌作用[12],近些年来广泛地应用于果蔬保鲜[13]。陈姝伊等[14]分析了低温等离子体处理对采后香蕉果实冷害的影响,研究发现,低温等离子体处理和低温等离子体结合加湿处理能够显著减轻香蕉果实采后冷害症状,显著地降低贮藏过程中乙烯的释放和呼吸作用,延缓果实的后熟生理过程,并且低温等离子体结合加湿组合处理效果更佳,但是对果实硬度和可溶性固形物含量没有明显影响。表明低温等离子处理可以作为一种新型的香蕉保鲜处理措施。
2.2 化学保鲜技术
2.2.1 1-MCP处理 1-甲基环丙烯（1-MCP）是一种乙烯受体抑制剂,能阻止乙烯受体与乙烯的结合,从而抑制乙烯信号的转导,可以有效延缓果实成熟和软化[15,16]。因此1-MCP被广泛应用于各种呼吸跃变型果实和非呼吸跃变型果实的贮藏,延长果实货架期。然而,1-MCP在实际应用中仍然存在许多问题。例如,1-MCP处理引起番木瓜许多挥发性醇和酯的产生并产生异常软化[17]。1-MCP虽然能有效延缓果实成熟衰老,延长香蕉果实的贮藏期[18,19,20,21,22],但不适宜的1-MCP可能导致香蕉保持绿色或成熟不均匀[23]。因此,尽管1-MCP用于香蕉保鲜的研究报道已经有20多年,在生产上仍然较少应用。
基于1-MCP在香蕉保鲜上应用的问题,笔者研发了乙烯结合1-MCP处理的新方法,可以有效缓解1-MCP单独处理引起的香蕉果皮转色不均匀问题[15]。笔者研究发现低浓度乙烯利结合1-MCP处理的最佳处理组合为50 μL/L乙烯利+400 ng/L 1-MCP,该方法不但能显著延缓香蕉采后成熟衰老,而且经催熟处理后香蕉可正常后熟转黄。笔者研究还发现,低浓度乙烯利结合1-MCP处理能够延迟挥发性化合物的形成,但基本不影响总挥发性物质尤其是酯类物质的含量。因此,该组合处理有效解决了单独1-MCP处理导致的果皮转色不均匀的后熟问题,显著延迟了香蕉果实的成熟并延长了其货架期,其色泽正常,有效地保持了香蕉果实的商业价值[15]。此外,泰国学者改进1-MCP制作工艺,利用微泡技术制备1-MCP处理液,采用500 nL/L的1-MCP微泡液体浸泡香蕉,比对照和1-MCP熏蒸处理更能有效抑制果实的成熟衰老[24]。
2.2.2 乙烯吸收剂 乙烯吸收剂广泛应用于果蔬保鲜,在香蕉的保鲜上也早有报道[27]。商用的乙烯吸收剂可以显著减少贮藏环境中乙烯的浓度,延缓果实的成熟衰老,同时能有效抑制采后病害的发生[28]。Pechyen等[29]改进了乙烯吸收剂的制作工艺,用强碱和高锰酸钾改善了A型沸石的乙烯吸收性能,该乙烯吸收剂能显著延缓香蕉果实的转色及果实的成熟,并可以重复使用。台湾的研究团队也通过将钯（Pd）浸渍到沸石中,制备了纳米复合钯改良性的沸石（Pd/沸石）,该Pd/沸石独特地充当乙烯的吸附剂和催化剂,有效去除香蕉贮藏环境中的乙烯,达到延缓香蕉果实成熟的目的,并显著保持了香蕉的硬度和改善果皮颜色[30]。这些改进的乙烯吸收剂都可以重复使用,提高了乙烯吸收剂的使用效率,具有环保和性价比高的特点。
2.2.3 化学保鲜剂 苯并噻二唑（BTH）是一种新型的植物诱抗剂,能够诱导香蕉、杧果、葡萄、桃、甜瓜等果实产生抗性。本课题组研究了不同的BTH处理和杀菌剂施保功对香蕉果实成熟和采后病害的影响。研究结果表明,BTH处理显著延迟了果实的成熟,保持了果实的硬度、颜色和良好的果实品质,并显著地降低了采后炭疽病的发生率。BTH有效地抑制了病原菌的入侵和发展,增强了与防御相关的酶的活性,增强了过氧化氢的含量和总抗氧化能力,而施保功处理只在早期抑制了病原菌的活性,在果实后期的成熟调控和病害防治效果甚微[31]。因此,BTH在香蕉上具有用量少、无环境污染和防治效果好的特性,可作为潜在的香蕉采后处理剂推广应用。
有报道发现,外源水杨酸甲酯（MeSA）处理可以通过调控抗氧化抗坏血酸谷胱甘肽（ASA- GSH）循环的活性,抑制香蕉果实货架期间斑点病的发生,延缓果实氧化损伤和果实成熟衰老[32]。
可溶性硅（Si）可作为许多植物的病害控制剂。有研究发现,采后硅浸泡处理抑制了香蕉果实贮藏过程中乙烯产量、呼吸作用强度和果实的发病率,延长果实的贮藏期,但不影响香蕉果肉中的总硅含量、可溶性固形物及可滴定酸度含量,可作为香蕉采后保鲜的安全环保技术[33]。
此外,过氧化氢、一氧化氮、氯化钙及褪黑素等处理也能够有效延缓香蕉果实后熟软化。如,1.0% H2O2处理能够有效减少香蕉贮藏过程中的膜损伤,减少果实成熟过程中的果皮斑点,增强果实的抗氧化能力,从而延缓果实的成熟衰老[32];NO处理通过抑制叶绿素酶和Mg-dechela酶的活性,延缓果实叶绿素降解及果实的转色,从而保持果实的品质[34,35]。40 μL/L NO处理有效减少了果实乙烯释放量,延缓了果实硬度的下降,抑制了软化关键酶多聚半乳糖基因PG2-4的表达,进而延缓了香蕉果实的软化[35]。CaCl2和抗坏血酸处理可以有效维持香蕉的硬度、果皮亮度,并促进过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶等抗氧化系统酶活性,增强果实的抗性,保持果实的品质[36,37]。金志强团队发现,褪黑素处理可以有效延缓不同香蕉的成熟进程,在一定浓度范围内,浓度越高,成熟抑制效果越显著,表明褪黑素可以作为香蕉采后保鲜的潜在的保鲜剂[38]。
2.3 生物保鲜技术
生物保鲜技术是指利用生物天然提取物、微生物菌体及其代谢产物和遗传基因技术,抑制果蔬的乙烯合成和呼吸速率,抑制有害微生物生长,延缓果蔬成熟衰老,减少采后病害,降低采后腐烂损失,从而达到贮藏保鲜的目的,作为近年发展起来的具有广阔前景的贮藏保鲜方法,具有天然、安全、无有害物质残留等优点[39]。
壳聚糖广泛地用于果蔬的采后保鲜。壳聚糖处理显著抑制了采后香蕉果实的呼吸速率,减少果实的失水,延缓总可溶性固形物和可滴定酸度的下降,改善果实的颜色和外观品质,并且显著降低了果实采后病害的发生,有效延长果实货架期,保持果实的品质[40]。苏布道等[41,42]发现,荸荠皮壳聚糖复合提取液和石榴皮壳聚糖复合提取液处理可以有效减少采后香蕉的腐烂率和失重率,抑制果实的呼吸强度,维持果实维生素C含量和可滴定酸含量,从而保持果实的采后品质。采后没食子酸和壳聚糖没食子酸酯处理通过改善香蕉果实抗氧化剂酶活性和自由基清除能力延缓果实成熟衰老,保持果实品质[43]。有研究报道,采后壳聚糖、反式白藜芦醇和甘氨酸甜菜碱的浸泡处理通过改善果实抗氧化剂活性和自由基清除能力,延缓果实成熟衰老,改善了‘Sukkari’香蕉采后品质,可作为采后合成化学品的天然替代品[44];印度尼西亚研究团队改善了壳聚糖处理方式,利用合成的壳聚糖纳米颗粒作为良好的被膜,处理采后香蕉（Musa acuminata AAA）果实,发现壳聚糖纳米颗粒处理相对于对照和普通壳聚糖涂膜处理,更能有效地延缓香蕉果实成熟衰老[45]。
虫胶和明胶复合膜用于开发可食用的表面涂层,以延长香蕉果实的保质期。泰国团队通过分析不同的复合膜成分组合特性,发现60%虫胶和40%明胶的复合膜（可添加和不添加5%的PEG400）作为可食用的涂料溶液,可以延长香蕉的保质期。香蕉通过复合膜浸泡处理后,果实失水率、硬度、糖和酸含量的下降等都受到了抑制,显著地延长了香蕉果实的货架期[46]。
原花青素是极好的抗氧化剂。有研究表明,外源原花青素处理延缓了香蕉果实硬度的下降、果皮的转色以及总可溶性固形物的下降,延缓果实的成熟衰老,同时通过诱导原花青素合成相关基因表达提高了果实内原花青素的含量[51]。
3 基因工程技术在香蕉采后保鲜中的应用
果实成熟是一个复杂的过程,涉及色泽变化、风味形成、香气和营养物质的合成等代谢途径,由乙烯及ABA等植物激素、转录因子、外在环境信号组成的交互网络协同调控。如：“控制低乙烯”为核心的香蕉和粉蕉保鲜贮运新技术、乙烯吸收剂等用于香蕉保鲜,就是通过控制乙烯的合成及作用达到保鲜香蕉的目的。随着番茄成熟突变体的发现以及后续研究的不断深入,转录因子在控制果实成熟中的重要作用显得愈来愈重要。
香蕉与粉蕉耐贮性不同,商业上要求的采收饱满度也不同。研究表明,粉蕉（ABB）、香芽蕉（AAA）基因型不同,从而导致与其乙烯合成特性及淀粉降解特性差异密切相关。金志强课题组研究发现,香蕉B基因组在乙烯生物合成关键酶基因ACO家族发生显著扩张,以及B基因组上扩增的ACO基因在成熟过程中优势表达,导致粉蕉（ABB）快速成熟,并且淀粉合成过程中,淀粉合成关键酶基因的偏B表达促进淀粉积累,淀粉降解基因偏B表达促进淀粉降解,说明粉蕉具有活跃的淀粉代谢途径,很好地诠释了粉蕉与香芽蕉采后淀粉大量合成和大量降解的分子机制[52]。
转录因子在香蕉果实成熟衰老中发挥重要的作用。如：以色列学者在功能上分析了2个与番茄（Solanum lycopersicum）RIN-MADS基因同源的香蕉E类SEPALLATA3（SEP3）MADS-BOX基因MaMADS1和MaMADS2的功能,通过反义或RNA干扰技术抑制任一基因的转基因香蕉植物（Musa acuminate, AAA Cavendish subgroup, Grand Nain）,香蕉果实均表现出成熟延迟和货架期延长的表型,并且虽然果实呼吸作用和乙烯的合成受到了抑制,但所有转基因香蕉株系的香蕉果实均能正常成熟,表明可通过调控MaMADS 1/2的表达,来调控香蕉果实的成熟进程[53]。该课题组还进一步解析了MaMADS2转录因子调控香蕉果实成熟的分子机制。通过对沉默MaMADS2表达和对照果实的转录组等相关分析,发现MaMADS2会影响乙烯、细胞分裂素和ABA的合成和信号转导,进而影响乙烯高峰前的激素行为,调控香蕉果实成熟[54]。
香蕉在绿硬期采收,采收后果实淀粉降解导致果实软化。MaGWD1在香蕉果实淀粉降解中发挥重要作用。笔者研究表明,转录因子MaMYB3负调控香蕉果实成熟,并且能结合MaGWD1的启动子抑制淀粉降解。笔者在番茄中超表达香蕉MaMYB3基因,发现超表达香蕉MaMYB3基因的番茄果实内源乙烯释放及转色延迟均受到抑制,果实淀粉降解酶基因表达及淀粉降解等也受到抑制而延缓,说明MaMYB3与香蕉果实成熟关系密切[55]。同时发现MaNAC1/2转录因子在香蕉成熟和品质形成过程中起着重要的调控作用[56]。而进一步研究表明,E3泛素连接酶-MaXB3通过介导MaNAC2泛素化降解,抑制MaNAC2对下游成熟相关转录因子MaERF11的调控。MaXB3与乙烯合成关键酶MaACS1和MaACO1互作,并介导其通过泛素-蛋白酶体途径降解,通过调控乙稀合成和乙烯反应来调控香蕉果实成熟[57]。
4 展望
香蕉保鲜是一个综合的系统工程,与采收香蕉质量、采后处理及保鲜物流技术密切相关。尽管已有关于香蕉保鲜技术的大量报道,以“控制低乙烯”为核心的香芽蕉和粉蕉保鲜贮运技术在产业中的应用仍是主流;同时,重视香蕉采后处理的各个技术细节实施,在香蕉种植企业及专业种植户使用采后处理轻简装备,可减少香蕉采后处理机械伤、节省劳动力成本和提高香蕉商品性。另外,进一步挖掘调控果实成熟的重要基因,为香蕉保鲜技术贮备潜在的基因资源。
为进一步提高香蕉保鲜效果,提高产业经济效益,促进产业可持续发展,建议今后重点开展以下几方面的工作。（1）产业应用方面：研发适用于香芽蕉、粉蕉、皇帝蕉的保鲜技术,同时加大已有保鲜技术的应用,如：以“控制低乙烯”为核心的香芽蕉和粉蕉保鲜贮运技术;研发节本增效的保鲜技术,加强采后轻简处理装备等的推广应用力度,尤其是轻简装备包括采收、运输及采后处理等装备的研制及应用;继续研发新型的保鲜技术并逐步加大应用力度,尤其是绿色安全的保鲜技术如：物理保鲜技术,天然提取物及生物保鲜技术等。（2）基础研究方面：在转录水平、转录后水平、表观修饰等水平深层次开展成熟及调控机制,进一步阐明香蕉果实成熟机制及其调控措施,挖掘重要的调控果实成熟相关基因,为培育耐贮香蕉品种提供基因资源贮备;探讨逆境条件（非生物逆境及生物逆境）影响香蕉果实品质的机制;由于人们对转基因技术的担忧,逐步开展并加强基因编辑应用于香蕉保鲜的基础研究。此外,改变香蕉生产企业重生产、轻采后处理环节的观念,引导企业加大在采后处理环节的投入力度,对于产业持续健康发展也具有非常重要的意义。