石河子大学食品学院果蔬贮藏保鲜研究中心:
采后商品化处理造成的哈密瓜表皮蜡质损伤诱导果实生理软化以及果胶多糖纳米结构的降解
Epidermal wax damage on Hami melon (Cucumis melo L.) caused by postharvest commercialization induced
fruit physiological softening and degradation of pectin polysaccharide nanostructure
Food Hydrocolloids
（中科院一区，JCR一区，TOP期刊，IF=10.7）
1 研究背景
角质层蜡质是一种强大的结构屏障，有助于保护植物表面免受环境胁迫。蜡质对于减少果实采后非气孔性水分流失、抵御生物和非生物胁迫至关重要。研究表明，果实表皮蜡层与果实软化密切相关。如表皮蜡质损伤诱导蓝莓和哈密瓜贮藏过程中活性氧的累积和膜脂过氧化程度的加剧，从而加速果实软化和腐烂；表皮蜡质损伤同样加速了葡萄的软化，并导致葡萄果肉褐变。此外也会造成果实采后一系列的生理失调，包括葡萄的冷害、枣果和甜樱桃的表皮开裂等，引起采后损失高达28-36%。
哈密瓜‘Jinhuami 25’、‘Xizhoumi 17’和‘Chougua’采后易软化腐烂，前期研究证实这与果实自身细胞壁代谢密切相关。然而由采后商品化处理带来的哈密瓜表皮蜡质损伤也会造成果实抗氧化系统的平衡被打破，导致果皮出现点蚀和褐变，果汁溢出，引起致病菌的侵染，最终诱导果实质地软化。尽管表皮蜡质与采后果实软化之间存在公认的关系，但其潜在机制尚不清楚。全面分析蜡质损伤加速哈密瓜的软化过程，且从细胞壁组分纳米结构的角度探讨其对果实的影响，对保障食品品质具有重要意义。
果实宏观质地和感官品质的变化与其微纳米结构的改变有关。在微观层面上，细胞壁多糖的解聚和细胞壁结构完整性的破坏是导致果实薄壁组织质地变软的关键因素，细胞壁在决定果实质地方面起着重要作用。细胞壁包含多种多糖成分，如果胶、纤维素和半纤维素。其中果胶是一种以半乳糖醛酸为主的复杂结构聚合物，天然存在于初代细胞壁（以均半乳糖醛酸（HG）、鼠李糖半乳糖醛酸I（RG-I）和鼠李糖半乳糖醛酸II（RG-II）三种形式存在）和中间片层中，有助于增强细胞间黏附和细胞的机械强度，也被认为是影响果实质地的关键成分。然而，简单定量和定性果胶生化过程很难与物性质地改变联系起来。为了更好地理解蜡质损伤加速哈密瓜软化过程中果胶结构与果实质地之间的相互关系，需要对果胶多糖分子进行更深入的分析。在这种情况下，AFM是一种有效的手段分析表征复杂样品在自然状态下分子水平上变化，它可提供生物分子如DNA、蛋白质和包括果胶在内的多糖表面形貌的三维图像，它具有用最少的样品研究材料和多糖构象的优势，可实现对单个游离果胶分子的观察，便于确定单个果胶分子长度和宽度分布情况。研究发现利用AFM观察到黄桃中离子结合型果胶分子的链宽和分支度随着果实的软化逐渐减小；其中果胶的降解发生在主链和侧链上，且通过AFM的精确计算和观察发现果胶链由四个基本单元组成，宽度分别为11.719、15.625、19.531和17.578 nm。然而目前尚未采用AFM技术分析采后表皮蜡质损伤对哈密瓜软化过程中果胶多糖纳米结构的影响。
2文章标题页详情
3 研究成果
3.1内容简介
本研究内容旨在探讨蜡质损伤对哈密瓜贮藏过程中（1）理化性质、质构特性和细胞壁降解酶活性的影响；（2）对贮藏过程中果实细胞壁微观结构、细胞壁组分和果胶纳米结构的影响；（3）明确果实软化、细胞壁微观结构与细胞壁多糖之间的相关性。以期能为蜡质损伤加速哈密瓜软化的分子机制提供有价值的见解，为明确哈密瓜表皮蜡质的生物学功能和延缓果实软化提供理论依据。
3.2 研究结论
表皮蜡质损伤造成哈密瓜贮藏期间SSC/TA、硬度、果肉咀嚼度和粘着性均下降，失重率显著增加。其次微观结构上细胞间隙增大、细胞壁修饰酶的催化作用和纳米结构上果胶解聚作用是果实品质软化的主要原因。果胶分子量下降证实了果胶的解聚和转化。AFM结果表明，蜡质损伤诱导细胞壁果胶多糖主链和侧链降解，导致水溶性果胶、螯合型果胶和离子结合型果胶短链、窄链的分布频率远高于对照组。与‘Jinhuami 25’和‘Xizhoumi 17’相比，蜡质损伤组‘Chougua’在贮藏末期优良的货架品质与其三种果胶分子中宽链分子的高分布频率、果胶高分支度息息相关。此外，利用AFM研究了哈密瓜果实贮藏过程中果胶分子链宽值的定量变化，发现哈密瓜果实细胞壁多糖的链宽值具有明显的特征：11.7、15.6、17.6、19.5和29.3 nm是构成哈密瓜果胶链宽值的基本单元，其余链宽值均与此单元成倍数关系或加和得到。基于此本研究提出了哈密瓜果胶分子链宽度降解的模型，以期为了解哈密瓜软化机理奠定基础。
|
|
4 作者简介
陈国刚，博士，教授，主要从事新疆特色果蔬贮藏与加工方面的研究工作。主持国家自然科学基金等国家级项目5项，兵团重点领域科技攻关计划、兵团南疆重点产业创新发展支撑计划等省部级项目10余项；研究成果获国家“金桥奖”先进个人1项，兵团科技进步二等奖2项、三等奖5项；近年以第一作者或通讯作者在Food Hydrocolloids、Food Chemistry、Postharvest Biology and Technology、Scientia Horticulturae、Frontiers in Nutrition、LWT、Foods等国际学术刊物上发表高水平学术论文50余篇。入选自治区蔬菜产业技术体系岗位专家，兵团英才，兵团中青年科技创新领军人才，石河子大学“3152”领军人才计划。
张伟达，石河子大学食品学院博士研究生，主要从事果蔬贮藏保鲜方面的研究。
5 团队介绍
石河子大学食品学院果蔬贮藏与加工方向主要围绕新疆特色果蔬、果蔬贮藏加工等领域开展科学研究，主要研究方向包括果蔬贮藏与加工、果蔬干燥技术、农副产品等。
