为什么香蕉放时间长了会长黑斑?

为什么香蕉放时间长了会长黑斑?

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买回的香蕉在不断成熟的过程中,黄色的表皮会长出豹纹一般的斑点。出现这些斑点时,香蕉进入了更加香甜美味的阶段,同时也提醒我们:如果继续存放太久,这些香蕉就会变质腐烂。

事实上,理解这种生物图案的出现机制,还有着更重要的意义。根据国际可持续发展研究所的数据,2019 年的全球香蕉种植量为 1.17 亿吨,其中 5000 万吨最终被浪费掉。而导致浪费的一个重要原因,就是消费者对于表皮褐变香蕉的抗拒。除了香蕉,其他一些水果也会遭遇褐变的问题。如果能了解并且抑制这个过程,将有助于减少巨大的食物浪费。

最近,在一项发表于Physical Biology的研究中,佛罗里达州立大学的研究团队探索了香蕉褐色斑点形成、扩散的机制。他们通过延时摄影解释了这些斑点是如何在两天之内出现、迅速扩散,随后又停止生长的。

当你仔细观察时,会发现这些褐色区域不会无尽地蔓延,在这些斑点之间仍有大片的黄色区域。领导这项研究的 Oliver Steinbock 教授说:“斑点并未真正入侵过这些区域,它们最终停了下来。这在科学上是很有趣的问题,可以告诉我们关于褐变机制的信息。”

事实上,褐色斑点出现的原因并不复杂。香蕉表皮的酶促进酚类物质的氧化反应,导致产生棕色色素。而棕色斑点的出现,其实包含了细胞程序性死亡的过程。但研究团队想了解的是,这些斑点是如何扩散的,以及为什么会呈现出这种斑点状图案。

▲一系列图片展示了香蕉在 5 天内的变化(图片来源:Oliver Steinbock/Florida State University)

借助延时摄影,研究团队测定了褐色斑点形成的频率,并揭示了它们在一周内的扩散系数是如何逐渐下降的。借助这些信息,他们开发了用于描述氧化反应速度,以及氧气在果皮中扩散情况的模型。

此前的研究已经告诉我们,褐色斑点起源于果皮上的气孔附近,氧气正是从这里进入果皮。但问题是,香蕉果皮上的气孔要比最终形成的褐色斑点多得多。为什么氧化反应只发生在其中一部分气孔附近呢?

研究团队提出,有缺陷的气孔允许氧气进入、在表皮上扩散。但果皮很快予以响应,导致棕色与黄色区域之间形成明确的分界线。或许是当有缺陷的气孔崩塌时,氧气停止进入果皮,褐色斑点的扩散也就到此为止。

▲模拟中斑点出现的位置(图片来源:Oliver Steinbock/Florida State University)

根据这个反应扩散模型,局部的氧气浓度与褐变程度直接相关。斑点的初始氧气浓度取决于斑点的成核时间,之后随着斑点扩散,氧气浓度指数下降。由此,Steinbock 教授也提出了缓解褐变过程的策略:降低局部的氧气含量,来减缓斑点的形成。

“对于食品工业,果实的褐变仍将是一项重大挑战。我们的研究为香蕉斑点的形成建立了模型,它能捕捉这个褐变过程,并应用于缓解食物浪费。” Steinbock 教授总结道。

参考资料:
[1] Oliver Steinbock et al, Front-like expansion and arrest of programmed cell death in brown banana spots, Physical Biology (2022). https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1478-3975/ac664d
[2] Research with a peel: FSU study on banana browning could help tackle food waste. Retrieved May 11th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/952444
[3] Banana spots can help tackle food waste – study finds. Retrieved May 11th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/952151