摘要:果糖是果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的重要組分,通過(guò)遺傳育種或栽培技術(shù)措施均可影響果糖的積累,進(jìn)而影響果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)。筆者對(duì)果實(shí)果糖的含量與變化、內(nèi)部酶控調(diào)節(jié)、外源技術(shù)措施影響以及分析測(cè)定方法進(jìn)行了較全面的綜述,提出了分析測(cè)試果實(shí)果糖的果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)方法。
關(guān)鍵詞:果實(shí);果糖代謝;品質(zhì)評(píng)價(jià)
中圖分類號(hào):Q944.59;Q946.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0439-8114(2011)08-1513-03
Progress in Fructose Metabolism and Evaluation of Fruit Quality
CHEN Lu,LIU Jian-liang,CUI Ying-de
(Light Industry and Food College, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510220, China)
Abstract: Fructose was an important component of the fruit flavor quality. Genetic breeding or technical measures could affect the accumulation of fructose and the fruit flavor. The fructose content and change, the control and regulation of internal enzyme, the technical measures and the determination method of fructose were summarized. The fruit quality evaluation through the fructose determination was proposed.
Key words: fruit; fructose metabolism; quality evaluation
果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)取決于糖度、酸度、合適的糖酸比以及揮發(fā)性芳香物質(zhì),而風(fēng)味的濃度(甜酸適口或蜜甜)則與某種內(nèi)含物的含量密切相關(guān)。果糖的甜度是葡萄糖的2倍,是蔗糖的1.8倍,提高果實(shí)的總糖水平或者通過(guò)增加果糖的積累來(lái)提高果糖與葡萄糖的比值(F/G),均可改良果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)。因此,近年來(lái)有研究試圖通過(guò)遺傳育種或栽培技術(shù)措施來(lái)提高果糖的積累水平,從而改善果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)[1]。不同種質(zhì)資源因果實(shí)果糖含量的差異呈現(xiàn)不同的風(fēng)味特點(diǎn),甜度高或有蜜味的果實(shí),如荔枝(Litchi chinensis Sonn.)、桃[Prunus persica(L.)Batsch]、蘋果(Malus pumila Mill.)、龍眼(Dimocarpus longana Lour.)、柑橘(Citrus reticulata Blanco)、西紅柿(Lycopersicon esculentum Mill.)等是以積累果糖為主的[2-5],但品種間存在很大的差異,如荔枝[2]、桃等[3];而不同的技術(shù)措施也可以影響果實(shí)果糖的含量,進(jìn)而改進(jìn)果實(shí)風(fēng)味品質(zhì),如ABA處理[6]、套袋[7]、配方施肥[8,9]、CPPU[N-(2-氯-4-吡啶基)-N’-苯基脲]處理[10]等。本研究對(duì)果實(shí)果糖代謝及其果糖對(duì)果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的影響進(jìn)行了綜述,以期通過(guò)對(duì)果糖的定量或定性分析來(lái)評(píng)價(jià)果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)。
1果實(shí)果糖含量及其在發(fā)育過(guò)程中的變化
在果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育期間,果糖、葡萄糖和總糖的含量都隨成熟進(jìn)程上升,特別是果糖含量。荔枝品種糯米糍和淮枝果實(shí)假種皮中的總糖、葡萄糖和果糖的含量,隨成熟進(jìn)程上升,至成熟后期蔗糖積累減少,單糖積累增多,總糖含量因此提高[2];而在果實(shí)發(fā)育后期,白糖罌的可溶性糖、蔗糖含量比妃子笑要低[2]。果糖、葡萄糖和蔗糖是龍眼假種皮的主要糖類,但不同品種中這3種糖的比例有較大差異,根據(jù)單糖與雙糖的比例,可將不同的龍眼品種分為3個(gè)類型,分別是蔗糖積累型、還原糖積累型和中間類型[5]。
紅肉臍橙(Citrus sinensis Osbeck cv. Caracara)果肉中的蔗糖主要在果實(shí)著色前積累,而葡萄糖和果糖主要于果實(shí)成熟期積累。成熟時(shí)果肉中葡萄糖、果糖和蔗糖含量的比例約為1∶1∶2,表明紅肉臍橙果肉以積累蔗糖為主;果皮蔗糖含量也于果實(shí)著色前迅速增加,著色期和成熟期逐漸下降。而葡萄糖和果糖于著色期以較快的速度積累,成熟期維持在穩(wěn)定而較高的水平,成熟時(shí)果皮葡萄糖、果糖和蔗糖含量的比例約為2∶2∶1,表明成熟紅肉臍橙果皮以積累己糖為主[11]。
西紅柿果實(shí)中干物質(zhì)含量占5%~6%,其中糖分占干物質(zhì)量的55%左右,主要是果糖和葡萄糖。西紅柿的生長(zhǎng)發(fā)育可以分為產(chǎn)量形成期和品質(zhì)形成期。在產(chǎn)量形成期內(nèi),果糖和可溶性總糖含量逐漸升高,淀粉含量逐漸下降,蔗糖含量先升高后下降,變化不劇烈,以積累淀粉為主。在品質(zhì)形成期,果糖含量升高,淀粉含量下降,蔗糖和可溶性總糖變化不明顯,以積累果糖為主[12]。
蘋果加工品種瑞林以積累果糖為主,成熟果實(shí)的果糖含量占總糖的53.58%,葡萄糖占24.85%;加工品種瑞丹也以積累果糖為主,其次是蔗糖,二者分別占總糖的45.52%和35.39%;加工品種瑞星是蔗糖、果糖積累并重型品種,蔗糖含量占47.94%,果糖含量占46.65%[4]。從99份桃種質(zhì)的果實(shí)糖酸組分含量特點(diǎn)結(jié)果可見(jiàn),桃果實(shí)中的可溶性糖主要是蔗糖,約占總可溶性糖的73%[3]。枸杞(Lycium chinense Mill.)果實(shí)中主要的糖為葡萄糖、果糖、蔗糖,成熟時(shí)葡萄糖含量為49.99 mg/g(FW)、果糖為41.74 mg/g(FW)、蔗糖為7.50 mg/g(FW)[13]。
2果實(shí)果糖代謝的酶控調(diào)節(jié)
果實(shí)果糖的含量與蔗糖合成酶、轉(zhuǎn)化酶、酸性轉(zhuǎn)化酶及中性轉(zhuǎn)化酶等酶活性有著密切的關(guān)系,但與蔗糖磷酸合成酶無(wú)明顯的相關(guān)性。在西紅柿果實(shí)發(fā)育過(guò)程中,果實(shí)果糖與蔗糖合成酶活性的相關(guān)系數(shù)為-0.959 8,與轉(zhuǎn)化酶的活性在果實(shí)整個(gè)發(fā)育期均呈顯著的正相關(guān)。在果實(shí)整個(gè)發(fā)育期,果糖的含量與蔗糖磷酸合成酶的活性無(wú)顯著相關(guān),轉(zhuǎn)化酶與蔗糖合成酶的共同作用是影響西紅柿果實(shí)中果糖積累的重要因素[12,14]。獼猴桃(Actinidia chinensis Planch.)采后果實(shí)中淀粉酶活性快速上升于果實(shí)軟化啟動(dòng)階段,隨著果實(shí)進(jìn)入快速軟化階段,淀粉迅速水解,葡萄糖和果糖快速積累,蔗糖磷酸合成酶活性增加,酸性轉(zhuǎn)化酶活性下降,蔗糖積累;至果實(shí)軟化后期,蔗糖磷酸合成酶活性降低,蔗糖含量下降[10]。
酸性轉(zhuǎn)化酶活性的調(diào)節(jié)對(duì)于作物碳同化物庫(kù)器官發(fā)育和庫(kù)強(qiáng)調(diào)節(jié)具有關(guān)鍵作用。蘋果果實(shí)發(fā)育過(guò)程中,伴隨著果糖的積累,酸性轉(zhuǎn)化酶活性逐漸下降;酸性轉(zhuǎn)化酶Western印跡試驗(yàn)檢測(cè)到一條30 ku的多肽,其信號(hào)強(qiáng)度隨發(fā)育過(guò)程而增加;果糖參與誘導(dǎo)了蘋果果實(shí)酸性轉(zhuǎn)化酶翻譯后或易位后的抑制性調(diào)節(jié),這種調(diào)節(jié)機(jī)制不同于已有的調(diào)節(jié)機(jī)制,即化學(xué)反應(yīng)平衡系統(tǒng)中的己糖產(chǎn)物抑制,以及與多肽抑制因子有關(guān)的活性抑制,而是似乎誘導(dǎo)了有關(guān)抑制基因的表達(dá)或?qū)λ嵝赞D(zhuǎn)化酶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了某種修飾[15]。
植物果糖激酶(FRK)在果糖磷酸化中起著重要的作用,是果糖代謝的關(guān)鍵酶,它受兩個(gè)基因(Frk1、Frk2)控制,可調(diào)控果糖和葡萄糖在己糖中的分配而不影響總糖和總可溶性固形物的含量[16]。通過(guò)對(duì)溫州蜜柑(Citrus unshiu Marc.)酶活性的分析表明,果實(shí)中的果糖激酶活性隨果實(shí)的發(fā)育成熟而降低,同時(shí),果實(shí)中的果糖不斷積累,在果實(shí)整個(gè)發(fā)育過(guò)程中果糖含量與果糖激酶活性呈極顯著的負(fù)相關(guān)[16]。果實(shí)成熟過(guò)程中,草莓(Fragaria×ananassa Duch.)聚合果的果頂部分含糖量高,中間部位次之,果柄端最低。其轉(zhuǎn)化酶活性呈現(xiàn)與糖含量相似的梯度變化,而己糖激酶則表現(xiàn)出與糖梯度相反的變化,表明聚合果頂端轉(zhuǎn)化酶活性高,有利于形成蔗糖梯度,從而促進(jìn)光合產(chǎn)物向果頂端轉(zhuǎn)移;聚合果近果柄端的己糖代謝酶活性高,促進(jìn)了果柄端的己糖消耗,導(dǎo)致果柄端相對(duì)低的糖含量[17]。
3果實(shí)果糖含量變化的技術(shù)措施調(diào)節(jié)
外源激素處理可調(diào)節(jié)果實(shí)發(fā)育過(guò)程中果糖的含量變化。在幼果期和著色前用外源ABA和GA3處理紅肉臍橙,結(jié)果ABA顯著或極顯著提高了果實(shí)成熟時(shí)的果糖與總糖含量;高濃度的GA3處理極顯著降低了果實(shí)果糖與總糖的含量。表明著色前較低濃度的外源ABA處理(10、50 mg/L)可提高果實(shí)中一種或幾種糖的含量,而較高濃度的GA3處理(250、500 mg/L)則嚴(yán)重阻礙了果肉中糖的積累[6]。用乙酰水楊酸處理西紅柿果實(shí),在西紅柿果實(shí)不同的發(fā)育期,果實(shí)果皮、膠質(zhì)胎座和心室隔壁等不同部位中,果糖、葡萄糖和蔗糖的含量均表現(xiàn)出不同程度的增加,說(shuō)明乙酰水楊酸具有提高西紅柿糖分含量的作用[18]。用5 mg/L CPPU處理獼猴桃,可使美味獼猴桃可溶性總糖含量增加,果糖含量比對(duì)照增加了82.33%,而20 mg/L CPPU處理使可溶性總糖含量和果糖含量比對(duì)照明顯下降[10]。
氨基酸肥和稀土肥等肥料在冬棗(Zizyphus jujuba Mill.)生長(zhǎng)期施用后,于花后90~110 d,果實(shí)果糖快速增加,明顯地提高了果糖的含量[8]。磷酸二氫鉀葉面噴布甜瓜(Cucumis meto L.),也可以增加其果實(shí)果糖的含量[19]。
用塑料大棚栽培的紅肉臍橙,棚內(nèi)果實(shí)的果皮顏色向桔紅色轉(zhuǎn)化時(shí),可溶性固形物含量和糖酸比升高,雖然蔗糖、葡萄糖和果糖含量均增加,但以果糖含量增加的幅度較大,這可以明顯提升品質(zhì)[20]。但果實(shí)套袋(幼果期開(kāi)始套袋,果實(shí)著色前拆袋)和摘葉處理會(huì)影響果糖的含量與果實(shí)風(fēng)味,如臍橙和蘋果套袋極顯著降低了果肉果糖的含量,但總糖含量與對(duì)照相比無(wú)顯著的差異[7,21]。
需要后熟的果實(shí)在進(jìn)行采后處理后,可以增加果實(shí)果糖的含量。矮生巴西香蕉[Brazilian bananas (Musa) sp.]在采后進(jìn)行輻照處理后,可使蔗糖含量隨輻照劑量的增加而迅速降低,而果糖則會(huì)增加,表明輻照處理使果實(shí)的蔗糖水解增加了[22]。
4果實(shí)果糖的分析測(cè)定與品質(zhì)評(píng)價(jià)
果實(shí)果糖的破壞性定量分析常用方法為色譜法和熒光分析法[5,23]。氣相色譜分析條件一般為使用FID檢測(cè)器,進(jìn)樣口溫度250℃,檢測(cè)器溫度270℃,H流量40 mL/min,N流量25 mL/min,空氣流量400 mL/min,柱頭壓10.335 kPa,進(jìn)樣量1 μL,分流比60∶1,升溫程序?yàn)椋保常啊姹兀?min,8℃/min 升溫至152℃,12℃/min升溫至176℃,16℃/min升溫至198℃,20℃/min升溫至238℃,24℃/min升溫至 280℃,最后在290℃保持2 min[24]。液相色譜分析條件一般為色譜柱使用Series200胺基柱,250 mm×4.6 nm;或色譜柱為Agilent胺基柱,150 mm×4.6 nm;柱溫35℃;流動(dòng)相為乙腈∶水=70∶30(V/V);流速1 mL/min;進(jìn)樣量10.0 μL。
而果實(shí)果糖的無(wú)損檢測(cè)方法有光譜法和核磁共振法,常用于果實(shí)采后品質(zhì)評(píng)價(jià)和果品在線分級(jí)。有學(xué)者用紅外光譜掃描法進(jìn)行無(wú)損量化分析果糖、葡萄糖和蔗糖等內(nèi)含物的光譜變化特征,從而進(jìn)行品質(zhì)分析與果品分級(jí)[25,26];也有用核磁共振掃描法了解果實(shí)可溶性糖等內(nèi)含物含量與狀態(tài),以預(yù)知果實(shí)的成熟度[27,28]。
作者研究貢柑(Citrus sinensis Osbeck cv. Deqing tribute orange)果實(shí)的果糖、葡萄糖、蔗糖的紅外光譜結(jié)果表明[29],吸收主峰分別在1 637.6、1 647.3 nm處時(shí)屬C=O的伸縮振動(dòng)(峰位Ⅰ),吸收主峰分別在1 061.5、1 033.0、1 049.2 nm處時(shí)則為C-O伸縮和O-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)(峰位Ⅱ),吸收主峰在994.7 nm處時(shí)屬于環(huán)狀的C-O伸縮振動(dòng)。貢柑果實(shí)果汁紅外光譜在峰位Ⅰ附近峰位差異性大,是可以直接用于可溶性糖組分定性分析的波數(shù);在峰位Ⅱ附近峰位差異性小,可用于定量分析蔗糖等可溶性糖總量的變化。貢柑不同采收期的果實(shí)可溶性糖的紅外光譜表現(xiàn)出明顯的差異,采收遲的果實(shí)表現(xiàn)出接近果糖的紅外光譜特征。
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