鲜切荸荠黄化机制研究

Discoloration is one of the main factors that cause deterioration of fresh-cut fruit and vegetables. It impacts not only the commodity and economic value but also the safety of them. Yellowing, the discoloration of fresh-cut Chinese water chestnut in storage is markedly different from traditional enzymatic browning. But, at present, the ingredients and the mechanism of yellowing are not clear.Based on existing studies, it can be inferred that the main ingredient of yellowing is flavonoid and it is generated through secondary metabolic pathway. This research will adopt metabolomics technique, together with in vitro model reaction system, to study the characteristic components of the yellowing substance in frech-cut Chinese water chestnut, the process of material transformation, and the main enzyme in the process. Besides, the research will study the relationship between enzymatic browning and the yellowing of fresh-cut Chinese water chestnut, and the influence of environmental factors on the yellowing of fresh-cut Chinese water chestnut and its metabolism. The research aims to clarify the characteristic components of the yellowing substance in fresh-cut Chinese water chestnut, the yellowing mechanism, and the relationship between the yellowing mechnism and enzymatic browning, and find out the main factors that influence the yellowing of fresh-cut Chinese water chestnut and the yellowing mechanism, so as to lay foundation for controlling yellowing, to evaluate its safety, and to supply theoretical grounds for further studies.

变色是导致鲜切果蔬品质劣变的主要因素之一,不仅直接影响到产品的商品价值和经济价值，同时还涉及到产品安全性。鲜切荸荠贮藏过程中出现的特异性变色现象--黄化，与传统的酶促褐变明显不同。目前对于该黄化成分及其产生的机制还不明确。结合已有的研究基础，我们推测该黄化成分主要是黄酮类成分，并通过次生代谢途径生成。本项目将采用代谢组学研究技术结合建立体外模拟反应系统来研究鲜切荸荠黄化物质中的特征成分及其物质转化过程，以及该过程中主要参与的酶；同时，还将研究酶促褐变与鲜切荸荠黄化之间的关系，以及贮藏环境因子对鲜切荸荠黄化及其代谢的影响。从而最终阐明鲜切荸荠黄化物质中的特征成分及其形成机制以及与酶促褐变的关系，明确影响鲜切荸荠黄化的主要因素及其机制。最终为有效地控制黄化现象的产生奠定基础，为其安全性进行评价和今后进一步开发利用提供理论依据。

鲜切荸荠贮藏过程中出现的特异性变色现象——黄化，与传统的酶促褐变明显不同。通过对鲜切荸荠表面黄化物质分离纯化，并经核磁共振（NMR）和高效液相色谱（HPLC）技术进行表征，初步确定了鲜切荸荠黄化物质中主要成分为黄酮类物质——柚皮素和圣草酚，并进一步通过代谢组学研究得到证明。同时，发现鲜切荸荠黄化物质中还包括了槲皮素、杨梅酮、芹菜素和木犀草素等物质。因此，鲜切荸荠黄化是多种黄色成分综合的结果，但其中特征性成分确为柚皮素和圣草酚；并且建立了采用高效液相色谱法同时测定鲜切荸荠黄化组织中柚皮素和圣草酚的方法。通过代谢组学研究技术结合建立体外模拟反应系统，确认了鲜切荸荠组织中特征黄化成分——柚皮素和圣草酚的生成的具体途径为：苯丙氨酸通过苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸-4-羟化酶（C4H）、4-香豆酰-辅酶A（4CL）连接酶催化生成ρ-香豆酰辅酶A，然后其在查尔酮合成酶（CHS）的催化下转化成柚皮素查尔酮，随后，在查尔酮异构酶（CHI）催化下生成柚皮素；接着，柚皮素在黄烷酮-3-羟化酶（F3H）作用下生成二氢山奈酚，并进一步在类黄酮3’-羟化酶（(F3’H)催化下生成圣草酚。其中，CHI和F3’H分别是柚皮素和圣草酚生成的直接关键性酶，并对二者进行了分离纯化和动力学性质研究。通过对典型的促进果蔬酶促褐变的关键性酶——PPO、POD和LOX的研究，进一步表明，鲜切荸荠组织黄化不同于酶促褐变。而贮藏环境对鲜切荸荠黄化影响研究表明，鲜切荸荠黄化与温度呈正相关，而氧气是鲜切荸荠黄化的必须条件，采用30%以上浓度的乙醇可有效地抑制黄化。而它们均是通过对柚皮素和圣草酚形成关键酶——PAL、CHI和F3'H产生影响的结果。本研究表明，鲜切荸荠黄化可能并不会对产品品质产生不利影响，反而由于柚皮素和圣草酚功能性成分的生成，有助于人体健康。因此，本研究最终为有效地控制黄化现象的产生奠定了基础，同时，为其安全性进行评价和今后进一步开发利用提供了理论依据。