梁敏華, 楊震峰， 陳 偉， 蘇新國

1.上海海洋大學食品學院， 上海 201306；2.浙江萬里學院生物與環(huán)境學院， 浙江省果蔬保鮮與加工技術研究重點實驗室， 浙江 寧波 315100；3.廣東食品藥品職業(yè)學院， 廣州 510520

新鮮果實中富含許多天然抗氧化物質，如多酚、黃酮和類胡蘿卜素等，可以有效清除人體內的自由基，防止和減少心血管、腫瘤和過敏等疾病的發(fā)生[1～3]，因此，果實中抗氧化物質的形成規(guī)律及其抗氧化活性已成為植物次生代謝研究的一個熱點，果實的抗氧化活性已成為衡量果實品質的一個重要指標[4]。大量的流行病學資料表明，水果攝入量與心腦血管疾病以及一些腫瘤的發(fā)病率和死亡率呈明顯負相關[5～7]；而水果防治老年性疾病可能也源于其抗氧化特性[8]。隨著人們生活水平的不斷提高和人類健康需求，加強果實功能性營養(yǎng)品質的形成與調控研究將成為當前所面臨的重要課題[9]，也是提高水果綜合質量、提升水果產業(yè)綜合競爭力的重要途徑。

桃(PrunuspersicaL.)原產于我國，是栽培歷史悠久的果樹種類之一。我國有800個品種，用于生產栽培的有30個左右。根據成熟果實果肉色澤，可將桃果實分成白肉、黃肉和紅肉桃3類，白肉和黃肉桃以其外觀美麗、風味甜香而占有較大的市場，紅肉桃近年來因其富含花色苷而日益受到人們的重視。本文綜述了桃果實中的抗氧化營養(yǎng)成分、采后品質保障及代謝調控等方面的研究進展，為桃果實進一步開發(fā)利用提供理論依據。

1 桃果實采后抗氧化特性

1.1 桃果實中的抗氧化物質

成熟的桃果實中(包括果皮和果肉)富含一系列復雜的植物次生代謝類物質, 包括酚酸類、黃酮醇類、黃烷-3-醇類、花色苷類和類胡蘿卜素[10～12]。不同品種的桃果實不但色澤差別大，而且果實中抗氧化物質的種類和含量差異明顯，抗氧化物質組成的變化顯著影響果實的抗氧化活性[13,14]。

1.2 桃果實抗氧化特性影響因素

研究發(fā)現，不但果實采前因素如品種、栽培條件、發(fā)育階段和生長環(huán)境因子(土壤、雨水、光照和逆境等)會影響桃果實抗氧化物質的組成和含量[11]，而且桃果實采后處理和貯藏過程也會影響抗氧化物質的變化[15]。目前對桃果實采后次生代謝物質變化的規(guī)律和機制尚缺乏明確的認識。其他躍變型果實如‘Kditt’芒果果實在綠熟到完熟期間總胡蘿卜素從12.3 μg/g增加到38.0 μg/g，β-胡蘿卜素含量從1.7 μg/g增加到6.7 μg/g，而紫黃質則在果實完熟時已檢測不到[16]；‘Maradol’木瓜果實后熟過程中，番茄紅素和β-胡蘿卜素含量分別從1.5 μg/g、3.1 μg/g增加到12 μg/g、8 μg/g, 而阿魏酸、咖啡酸和蘆丁等酚類物質含量明顯下降[17]?？梢?，躍變型果實在采后成熟期間抗氧化物質不但含量增加，果實抗氧化能力還會進一步提高。到目前為止，只是對不同品種的桃果實的抗氧化物質的結構和抗氧化能力進行了初步研究，而對于果實采后成熟過程中，尤其是呼吸躍變前后抗氧化物質代謝和抗氧化能力的變化規(guī)律缺乏深入了解。

2 桃果實采后呼吸代謝

桃果實為典型的躍變型果實，需要經歷呼吸躍變才能成熟可食。躍變型果實采后成熟是一個高度協調的生命活動，經歷一系列復雜的代謝反應，包括物質轉化和利用，以及色澤、質地、風味和香氣成分等的變化，其中生理生化和分子生物學基礎對果實后熟品質形成與調控起著關鍵的作用[18,19]。揭示果實采后營養(yǎng)品質形成的規(guī)律及其生理生化與分子調控途徑是當前園藝產品采后生物學研究領域中倍受關注的科學和技術問題。目前，國內外對果實的品質形成與調控做了大量的研究工作，已基本明確水果采后品質的形成與調控的方式，取得了重要研究成果；但大多數研究工作集中于感官品質(如色、香、味、質地等)和基本營養(yǎng)品質(如糖和酸等基本營養(yǎng)物質)，而對于水果采后功能性物質形成與調控的關鍵理論缺乏系統或深層次的認識，這與果實營養(yǎng)品質本身的復雜性(如檢測要求儀器設備較高、代謝調控網絡復雜等)有關[20,21]。因此，研究果實在采后成熟過程中抗氧化活性物質形成的變化規(guī)律及其生理生化與分子調控途徑是提高果實采后營養(yǎng)品質的基礎和前提。

躍變型果實采后營養(yǎng)品質的形成與調控是由內在因素和外部環(huán)境條件所誘導而引發(fā)的生理過程, 主要表現為呼吸底物、途徑的變化，中間產物轉化，次生物質形成與調控，進而影響果實的營養(yǎng)品質特性[22,23]。隨著果實的成熟、衰老，呼吸作用不斷發(fā)生變化，表現為果實在成熟之前，呼吸強度變化不大，然后急劇升高，達到呼吸高峰，隨后呼吸強度又下降。呼吸作用既為生命活動提供可利用的能量, 又為生物體內多種重要有機物的形成提供重要的原料及中間產物[24]。果實采后呼吸作用具有多樣性，表現在中間產物形成與轉化、電子傳遞系統與末端氧化酶的變化:①既可通過糖酵解-三羧酸(EMP-TCA)循環(huán)途徑, 也可通過磷酸戊糖(PPP)途徑, 還可通過乙醛酸循環(huán)途徑及其他途徑；②呼吸鏈除了細胞色素系統主路，還存在交替氧化酶等途徑。在呼吸代謝中，乙酰輔酶A、α-酮戊二酸、延胡索酸、草酰乙酸、戊糖、己糖和磷酸果糖等可影響抗氧化活性物質的形成[25～27]?？扇苄蕴堑亩嗌倏芍苯佑绊懙礁骱粑緩降暮粑鼜姸扰c中間產物的形成與轉化，從而影響到果實的其他生理代謝[28]。低氧、低溫處理果實能保持較高的可溶性固形物含量和抗氧化物質，這與果實呼吸強度降低導致可溶性糖消耗減少有關[29]。此外，躍變型果實在采后后熟期間呼吸代謝途徑的改變，尤其是PPP途徑增強促進了莽草酸途徑生物合成，增加了類黃酮、類胡蘿卜素等多種次生代謝物質的積累，進而提高了果實的抗氧化營養(yǎng)品質[30～32]。可見，躍變型果實在采后后熟過程中是以呼吸代謝為中心，代謝中間產物形成與轉化對果實類黃酮、類胡蘿卜素等抗氧化物質形成與調控起關鍵作用。

3 桃果實采后花色苷合成

果實中花色苷和酚類物質的合成主要是通過莽草酸途徑將初生物質轉化成次生物質，涉及許多酶的催化反應，其中苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase，PAL)、查爾酮合成酶(chalcone synthase，CHS)、二氫黃酮醇還原酶(dihydroflavonol 4-reductase，DFR)、花色苷合成酶(anthocyanidin synthase，ANS)和類黃酮糖基轉移酶(UDP-glucose flavonoid glucosyl transferase，UFGT)分別是桃果實中酚酸、類黃酮和花色苷合成的關鍵酶[33]。PAL催化苯丙氨酸脫氨生成反式肉桂酸和氨，引導碳素流向酚類物質，是果實大部分酚類物質形成的第一個關鍵限速酶，為其他酚類代謝反應提供代謝底物；CHS是黃酮類物質合成的第一個關鍵酶，催化二分子的丙二酰CoA與一分子的香豆酰CoA生成4，5，7-三羥基黃烷酮，進一步異構和羥基化后生成二氫黃酮醇(二氫槲皮素和二氫楊梅素)；二氫黃酮醇在DFR、ANS 和UFGT的進一步催化下合成穩(wěn)定的花色苷[34]。上述合成代謝相關酶位于細胞質中，在內質網上形成酶復合體共同對花色苷和酚類物質的合成起催化作用[35]。Tsuda等[33]在研究紅色和白色桃花色苷生物合成基因的表達時發(fā)現, 在果實成熟期CHS和DFR酶是紅色品種桃果皮花色苷生物合成的關鍵酶, 隨著果實的成熟，CHS和DFR酶活性提高，使合成途徑向無色花青素的方向進行。周君等[12]研究發(fā)現，伴隨桃果實成熟, 酚酸類和黃烷-3-醇類物質的含量逐漸下降，而桃果皮中的花色苷類物質代謝在果實發(fā)育早期向花色苷以外的各分支代謝方向進行, 果實著色初期同時積累黃酮醇和花色苷, 到成熟后期主要為花色苷的合成，這表明黃酮醇和花色苷的生物合成存在競爭關系。因此在桃果實的次生物質代謝過程中，酚酸、黃酮醇和黃烷-3-醇由于與花色苷具有相同的合成底物和不同的調控關鍵酶, 直接或間接地影響著花色苷的生成，但其調控機制并不明晰。最新的研究結果發(fā)現，PPP代謝途徑中以糖作為代謝底物，促進了葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PDH)活性增加，G6PDH代謝產物增加又促進PAL活性提高和類黃酮、花色苷等次生物質的積累，進而又為他們協同促進次生物質產生開通了道路[32]。PAL作為果實中花色苷和酚類物質的合成途徑的起始酶，它與酚酸、黃酮醇、黃烷-3-醇和花色苷的伴隨性可以得到證實。但是呼吸代謝的重要中間產物與莽草酸途徑的其他關鍵酶之間是否也存在相互調節(jié)機制尚不明確，需要進一步的實驗和探討。

4 桃果實采后類胡蘿素合成

類胡蘿卜素物質的合成與積累是黃肉桃果實呈色的重要原因。白肉桃果實中β-胡蘿卜素含量極低(0～1 μg/g)，紅肉桃果實中β-胡蘿卜素含量在0.1～19 μg/g之間，而黃肉桃果實除果皮部位積累少量花色苷外，果實中β-胡蘿卜素含量高達37 μg/g[13]。不同成熟階段的黃肉桃果實不但色澤差異大，而且果實中類胡蘿卜素物質的種類和含量差異明顯。類胡蘿卜素是人類必不可少的一類營養(yǎng)物質，在防止和抵抗嚴重的人類健康問題如癌癥、心臟疾病和白內障等方面有著重要的作用[36]。高等植物類胡蘿卜素的生物合成在質體中進行，遵循類異戊二烯途徑，類胡蘿卜素合成酶類均由細胞核基因編碼，翻譯成蛋白質后轉運至質體中，參與類胡蘿卜素的生物合成。戊烯焦磷酸(isopentenyl diphosphate，IPP)是異戊二烯途徑的前體物質，由葡萄糖在質體中轉化進行，涉及3-磷酸甘油醛和丙酮酸等中間產物的形成；IPP在IPP異構酶作用下生成二甲基丙烯基二磷酸(dimethylallyl diphosphate，DMADP)，然后在牻牛兒牻牛兒基焦磷酸合成酶(geranylgeranyl pyrophosphate synthase，GGPS)催化下再與3個IPP縮合，生成牻牛兒基牻牛兒焦磷酸(geranylgeranyl pyrophosphate，GGPP)。GGPS是萜類物質合成的一個重要分支點酶，是形成植物類胡蘿卜素最直接前體八氫番茄紅素的限速酶；2個GGPP分子在八氫番茄紅素合成酶(phytoene synthase，PSY)作用下形成第一個無色的類胡蘿卜素八氫番茄紅素；進而在八氫番茄紅素脫氫酶(phytoene desaturase，PDS)和ζ-胡蘿卜素脫氫酶(ζ-carotene desaturase，ZDS)催化下，經過一系列的脫氫反應后產生具有發(fā)色團功能的的共扼雙鍵，從而使得無色的八氫番茄紅素轉變成番茄紅素；隨后在番茄紅素β環(huán)化酶(lycopene β-cyclase，β-LCY)和番茄紅素ε環(huán)化酶(lycopene ε-cyclase，ε-LCY)的催化下，分別向β-胡蘿卜素和α-胡蘿卜素轉化；β-羥基酶(β-hydroxylase，β-HY)以β-胡蘿卜素為底物，合成β-隱黃素和玉米黃質。目前，許多植物中類胡蘿卜素生物合成關鍵酶(GGPS、PSY、PDS、ZDS、β-LCY、ε-LCY和β-HY)基因已經克隆，對這些基因的功能及其表達調控也進行了較為深入的研究，但這些研究大都集中在類胡蘿卜素合成與相關植物花或果實顏色形成的關系[37,38]，以及如何提高其類胡蘿卜素含量上[39]。已有研究表明，桃果實中類胡蘿卜素主要以β-胡蘿卜素、β-隱黃素、葉黃素和玉米黃質為主，且類胡蘿卜素的分布和含量因果實的品種、生長發(fā)育階段、成熟度和采后貯藏條件不同而產生顯著差異[10～12,40]。但到目前為止，有關桃果實成熟和采后呼吸躍變前后類胡蘿卜素物質的合成和調控卻鮮有報道。呼吸代謝是桃果實成熟過程中必需經歷的生理變化過程，其代謝途徑中的葡萄糖、丙酮酸和乙酰CoA同樣也參與了異戊二烯途徑中IPP的形成，因此系統研究此間的內在聯系及其相關機制，必然有助于探明桃果實成熟期間類胡蘿卜素合成與調控的機理。

5 問題與展望

綜上所述，以往的研究大多集中在單獨研究不同品種桃果實中抗氧化物質的種類、結構及其抗氧化能力等方面，尚未涉及果實采后成熟期間抗氧化物質代謝機制，也未能涉及采后成熟期間呼吸代謝對桃果實抗氧化物質代謝的影響和機制，這些都限制了桃果實自身所具有的獨特營養(yǎng)價值的充分發(fā)揮。為此，以桃果實采后呼吸躍變?yōu)榍腥朦c，通過研究桃果實采后呼吸代謝對果實抗氧化物質的形成規(guī)律，揭示呼吸代謝在桃果實采后抗氧化物質合成代謝過程中的作用機制，從信號物質、基因表達、酶活性、物質代謝體系等方面，對基于呼吸代謝途徑的桃果實采后營養(yǎng)品質的變化與調控機理將會形成一個較全面和清晰的認識。

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