間歇升溫誘導南果梨冷藏轉常溫酯類香氣的變化和相關基因表達

周　鑫，董　玲，紀淑娟

（沈陽農業大學食品學院，遼寧 沈陽 110866）

間歇升溫誘導南果梨冷藏轉常溫酯類香氣的變化和相關基因表達

周鑫，董玲，紀淑娟*

（沈陽農業大學食品學院，遼寧 沈陽 110866）

以南果梨為試材，研究間歇升溫（intermittent warming，IW）對南果梨冷藏后常溫貨架期間酯類香氣的影響，以及對酯類香氣代謝途徑關鍵酶脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）、醇脫氫酶（alcoholdehydrogenase，ADH）、醇酰基轉移酶（alcohol acyltransferase，AAT）活性及其相應基因表達的影響，探討IW對南果梨香氣代謝的作用機理。結果表明，IW處理顯著提高了南果梨果實冷藏后出庫當天和最佳食用期時的酯類香氣含量，提高了常溫貨架前期果實LOX活性、常溫貨架第6天時果實ADH活性和冷藏期間及常溫貨架期間果實AAT活性，顯著誘導了冷藏期間及常溫貨架期間PuLOX1、PuADH3和PuAAT1的表達。IW處理可能通過對酯類香氣代謝途徑關鍵酶活性及其相應基因表達的調控，促進果實酯類香氣的生成，從而一定程度提高南果梨冷藏后的香氣品質。

南果梨；間歇升溫；冷藏；酯類香氣；基因表達

間歇升溫（intermittent warming，IW）處理，即果蔬在低溫貯藏期間采取多次短期升溫處理，是以高于冷害臨界溫度的溫度中斷低溫以減輕冷害的一種方法。Cohen［1］研究表明IW處理能夠增強檸檬對低溫的耐受能力，維持檸檬良好的硬度并減少腐爛。Anderson［2］對油桃的貯藏研究表明，IW處理可顯著抑制果實內腐病的發生，并保持較高的食用品質。此外，IW處理還可有效消除或減輕李子、芒果、石榴、桃、番茄等多種果蔬的冷害癥狀［3-8］。酯類香氣代謝途徑中，脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）作用于脂肪酸生成的醛類在醇脫氫酶（alcoholdehydrogenase，ADH）參與下還原為醇［9-13］。醇酰基轉移酶（alcohol acyltransferase，AAT）可催化醇類與酰基CoA的酯化反應，是酯類合成途徑中最末端的關鍵酶［14-15］。研究表明，LOX、ADH和AAT活性及基因表達的變化會影響酯類香氣的生成［16］。

南果梨（Pyrus ussriensis Maxim.）為遼寧省鞍山地區的特產，其濃郁的香氣是重要的果實品質之一。南果梨采后常溫條件下放置不耐貯，采用冷藏的方式可有效地延緩果實后熟衰老，但是冷藏后常溫貨架期間南果梨的香氣品質會下降［17-18］。Xi Wanpeng等［19］研究發現IW處理可通過調控AAT減輕桃果實低溫貯藏期間酯類香氣的喪失，然而該調控方式對梨果實香氣品質的影響及作用機理尚不清楚。本研究對冷藏南果梨進行IW處理，通過分析酯類香氣的變化和LOX、ADH和AAT活性及基因表達變化，探討IW處理對冷藏南果梨酯類香氣的調控作用，為提高冷藏南果梨的商品品質提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

供試南果梨果實于2013年9月17日采自遼寧省鞍山市摩云山鎮。

氯化鈉（分析純） 國藥集團化學試劑有限公司；2-（N-嗎啡啉）乙磺酸、亞油酸鈉、還原型輔酶、二硝基苯甲酸 上海源葉生物有限公司；乙酰輔酶A 美國Sigma公司；總RNA提取試劑盒、cDNA第一鏈合成試劑盒、實時熒光定量PCR試劑盒 北京天根生化科技有限公司。

1.2儀器與設備

7890-5975氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司；100 μm PDMS萃取頭和固相微萃取手柄 美國Supleo公司；iQ5實時熒光定量PCR儀 美國Bio-Rad公司；TA.XT.Plus物性測定儀 英國Stable Micro System公司。

1.3方法

1.3.1間歇升溫處理

挑選大小均勻、無病蟲害、無機械損傷的果實500 個，平均分成2 組，每組果實分別裝于5 個0.04 mm聚乙烯袋內（每袋50 個）。在常溫20 ℃條件下預熟5 d后，兩組果實均移入冷庫（0±0.5）℃冷藏，其中一組果實在冷藏期間每20 d轉至常溫20 ℃條件下放置1 d，作為間歇處理組。2 組果實冷藏90 d后出庫，于常溫20 ℃條件下放置。分別取入庫當天（冷藏0 d）、常溫貨架期0、6、9、12、15 d的果實進行實驗，并于入庫當天、出庫當天（常溫貨架期0 d）和最佳食用期（常溫貨架期9 d）時測定酯類香氣。每個實驗時間點時果實組織均經液氮冷凍采樣，于－80 ℃保存并用于RNA抽提。

1.3.2硬度的測定

每次隨機選取6 個果實，在每個果實去皮的胴部測4 個點，取平均值。測定參數為：探頭型號P/2 ，直徑2 mm，測試速率3 mm/s，測定深度5 mm，最小感知力5 g。

1.3.3酯類香氣的測定

選取6 個（約900 g）大小一致、無機械傷的果實，組織粉碎后，經200 目紗布過濾，收集濾液。準確量取8 mL濾液于15 mL頂空瓶中，加入2.5 g NaCl，加入10 μL 3-辛酮（1.644 mg/mL），置于50 ℃加熱臺上平衡5 min，插入100 μm PDMS萃取頭，50 ℃萃取40 min，轉子轉速為1 000 r/min。萃取結束后將萃取頭插入進樣口，于250 ℃解吸3 min，進行檢測，并重復3 次。

氣相色譜條件：HP-INNOWAX色譜柱（30 m×250 ?m，0.25 ?m）；程序升溫：40 ℃保留2 min，然后以4 ℃/min升至60 ℃，保留1 min，再以2 ℃/min升至150 ℃，最后以10 ℃/min升至210 ℃，保留5 min。傳輸線溫度為250 ℃。載氣為He，流速1 mL/min，不分流。

質譜條件：連接桿溫度280 ℃；電子電離源；電離電壓70 eV；離子源溫度200 ℃；四極桿溫度150 ℃；倍增電壓1 200 eV；掃描范圍m/z 45～600。

定性定量方法：通過檢索NIST/Wiley標準譜庫，并結合文獻的譜圖［20-21］進行定性分析。利用3-辛酮作為內標定量。計算公式參照陳美霞等［22］的方法，并略作改動。

酯類香氣各組分的含量/（μg/kg）=［各組分的峰面積/內標的峰面積×內標質量濃度/（mg/mL）×體積/mL× 1 000］/樣品量/kg

1.3.4酶活性的測定

LOX、ADH和AAT活性的測定，分別參照陳昆松［23］、田長平［24］、Echever?ia［25］等的方法，測定項目均為3 次重復。

1.3.5基因表達量的測定

南果梨果實總RNA提取參照RNAprep pure多糖多酚植物總RNA提取試劑盒說明書進行。用OD值測定法結合瓊脂糖凝膠電泳法進行RNA質量的檢測。反轉錄反應參照TIANScript cDNA第一鏈合成試劑盒說明書進行。

采用實時熒光定量PCR的方法，按照相關基因已知序列利用Primer Premier 5.0設計實時熒光定量PCR特異性引物（表1）。熒光定量PCR反應體系（20 μL）和反應程序參照RealMasterMix（SYBR Green）試劑盒說明書進行。以梨Actin作為內參，采用相對定量的2－ΔΔCt方法，基因表達水平以某實驗時間點同果實入庫當天的比值表示，果實入庫當天的表達水平設為1。

表1　實時熒光定量PCR特異性引物Table1　Primers for real-time q-PCR analysis

1.4 數據分析

運用SPSS16.0“one-way ANOVA”進行實驗數據的差異顯著性分析，應用Excel軟件計算平均值、標準差，圖形生成采用Origin 8.1軟件。

2　結果與分析

2.1IW對南果梨冷藏后常溫貨架期間果實硬度變化的影響

圖1　IW對理南果梨冷藏后常溫貨架期間果實硬度的影響Fig.1　Effects of IW treatment on flesh firmness of Nanguo pears during ripening period after refrigeration

由圖1可知，冷藏90 d后出庫當天，2 組果實硬度均顯著低于入庫當天（P＜0.05），但2 組間果實硬度無顯著差異。南果梨是軟肉梨品種，只有當果實適度變軟時特有的香氣才能散發出來。隨著常溫貨架期的延長，2 組果實的硬度均呈下降趨勢，常溫貨架期9 d時，2 組果實的硬度均降至6～7 kg/cm2，且無顯著差異，在此硬度時南果梨的食用品質最佳。因此，后續酯類香氣分析時，2 組果實均以常溫貨架期9 d時為最佳食用期進行香氣測定。

2.2IW對南果梨冷藏后常溫貨架期間果實酯類香氣的影響

酯類是成熟果實的主要香氣成分［26-27］。如表2所示，入庫當天南果梨果實中只檢測到6 種酯類香氣成分。冷藏90 d的南果梨在出庫當天，IW處理果實中酯類香氣成分種類增至19 種，比對照果實中多2 種。在常溫貨架期第9天，即果實硬度達到最佳食用狀態時，IW處理果實中檢測到20 種酯類香氣成分，比此時對照果實中多1種。

果實香氣取決于香氣成分的組成、含量及香氣閾值。具有高含量和低香氣閾值的香氣成分對香氣的貢獻較大。從表2可以看出，己酸乙酯是南果梨果實中相對含量最大的酯類香氣成分，又具有較低的香氣閾值，因此對香氣的貢獻比較大，是南果梨果實主要的酯類香氣成分。同樣的，乙酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸己酯也被認為是南果梨果實的主要酯類香氣成分。在出庫當天和最佳食用期時，IW處理果實中己酸乙酯的含量均顯著高于同期對照果實，而乙酸己酯的含量卻均顯著低于同期對照果實（P＜0.05）。出庫當天，IW處理果實中乙酸乙酯和丁酸乙酯的含量均顯著高于對照果實（P＜0.05），但最佳食用期時，IW處理果實中乙酸乙酯含量與對照果實無顯著差異，丁酸乙酯的含量卻顯著低于對照果實（P＜0.05）。出庫當天，2 組果實總酯類香氣含量均顯著高于入庫當天，且IW處理果實顯著高于對照果實（P＜0.05）。

表2　南果梨冷藏后常溫貨架期間酯類香氣的變化Table2　Changes in esters during ripening at room temperature of refrigerated Nanguo pears

2.3 IW對南果梨冷藏后常溫貨架期間酯類香氣代謝途徑中關鍵酶活性及其基因表達的影響

圖2　IW對南果梨冷藏后貨架期間LOX活性（a）及其PuuLLOOXX11相對表達量（b）的影響Fig.2　Effects of IW treatment on LOX activity （a） and relative expression of PuLOX1 （b） of Nanguo pears during ripening period after refrigeration

由圖2a可以看出，冷藏90 d的南果梨在出庫當天，2 組果實LOX活性均與入庫當天無顯著差異，且2 組間果實LOX活性也無顯著差異。在常溫貨架期間，IW處理果實LOX活性呈先升后降趨勢，且在第9天達到峰值，而對照果實LOX活性呈先降后升再降趨勢，于第12天達到峰值，2 組果實LOX活性峰值無顯著差異。在常溫貨架期間第6～9天時，IW處理果實LOX活性顯著高于同期對照果實（P＜0.05），說明IW處理促進了常溫貨架前期果實LOX活性。

由圖2b可知，冷藏90 d的南果梨在出庫當天，對照果實PuLOX1相對表達量與入庫當天無顯著差異，而IW處理果實PuLOX1相對表達量顯著高于入庫當天（P＜0.05），說明IW處理促進了冷藏期間果實PuLOX1的表達。在常溫貨架期間，2 組果實PuLOX1相對表達量均呈先升后降趨勢，且均在第9天達到峰值。從常溫貨架期的0～15 d，IW處理果實PuLOX1相對表達量均顯著高于同期對照果實PuLOX1相對表達量（P＜0.05），說明IW處理也促進了常溫貨架期間果實PuLOX1的表達。

圖3　IW對南果梨冷藏后貨架期間ADH活性（a）及其PuuAADDHH33相對表達量（b）的影響Fig.3　Effects of IW treatment on ADH activity （a） and relative expression of PuADH3 （b） of Nanguo pears during ripening period after refrigeration

如圖3a所示，冷藏90 d的南果梨在出庫當天，2 組果實ADH活性均顯著高于入庫當天（P＜0.05），且2 組間果實ADH活性無顯著差異。在常溫貨架期間，IW處理果實ADH活性呈先升后降再升趨勢，分別于第6天和第15天達到峰值。對照果實ADH活性呈先降后升趨勢，于第15天達到峰值。IW處理果實ADH活性僅在第6天時顯著高于對照果實，且在第12天時顯著低于對照果實（P＜0.05），在常溫貨架期的其他測試時間時均與同期對照果實ADH活性無顯著差異。

由圖3b可以看出，冷藏90 d的南果梨在出庫當天，對照果實PuADH3相對表達量與入庫當天無顯著差異，而IW處理果實PuADH3相對表達量顯著高于入庫當天（P＜0.05），說明IW處理促進了冷藏期間果實PuADH3的表達。在常溫貨架期間第6天，2 組果實PuADH3相對表達量均達到最大值。從常溫貨架期的0～15 d，IW處理果實PuADH3相對表達量顯著高于同期對照果實，說明IW處理也促進了常溫貨架期間果實PuADH3的表達。

圖4　IW對南果梨冷藏后貨架期間AAT活性（a）及其PuuAAAATT11相對表達量（b）的影響Fig.4　Effects of IW treatment on AAT activity （a） and relative expression of PuAAT1 （b） of Nanguo pears during ripening period after refrigeration

由圖4a可知，冷藏90 d后出庫當天，2 組果實AAT活性均顯著高于入庫當天，且IW處理果實AAT活性顯著高于對照果實（P＜0.05），說明IW處理促進了冷藏期間果實AAT活性。在常溫貨架期間，IW處理果實AAT活性呈先降后升再降趨勢，對照果實AAT活性呈先升后降趨勢，2 組均于第12天時達到最大峰值。從常溫貨架期的0～15 d，IW處理果實AAT活性均顯著高于對照果實（P＜0.05），說明IW處理也促進了常溫貨架期間的果實AAT活性。

由圖4b可以看出，冷藏90 d后出庫當天，對照果實PuAAT1相對表達量與入庫當天無顯著差異，而IW處理果實PuAAT1相對表達量顯著高于入庫當天（P＜0.05），說明IW處理促進了冷藏期間果實PuAAT1的表達。在常溫貨架期間，2 組果實PuAAT1相對表達量均呈先升后降趨勢，且與AAT活性相似，2 組果實PuAAT1相對表達量也均于第12天時達到峰值。從常溫貨架期的0～15 d，IW處理果實PuAAT1相對表達量顯著高于同期對照果實（P＜0.05），說明IW處理也促進了常溫貨架期間果實PuAAT1的表達。

3　討 論

香氣是南果梨重要的品質指標之一，酯類是成熟果實的主要香氣成分［26-27］。本研究結果表明，IW處理顯著提高了冷藏期間及常溫貨架期間南果梨酯類香氣的生成。本研究以果實硬度判斷果實的成熟度，出庫當天及常溫貨架最佳食用期時IW處理果實與同期對照果實硬度無顯著差異，說明2 組果實在香氣測定時果實成熟度無顯著差異，因此IW處理可能并非通過改變果實成熟度而提高果實的香氣品質，需進一步對果實香氣代謝途徑進行分析。

本研究結果發現，IW處理誘導了冷藏期間及常溫貨架期間PuLOX1、PuADH3和PuAAT1的表達，Li Guopeng等［28］研究證明LOX1、ADH3和AAT基因在梨果實酯類香氣生成中起到重要的作用，因此3 種基因的上調表達可能是IW處理促進果實酯類香氣合成的關鍵因素。此外，關鍵酶活性的提高也會對果實酯類香氣的大量生成起著重要的作用。IW處理顯著提高了常溫貨架前期果實LOX活性，Zhang Bo等［12］研究發現LOX活性及表達的提高會促進果實形成大量己醛，這可能是IW處理果實中含有C6特征單元的主要香氣成分己酸乙酯含量顯著提高的原因。IW處理提高了常溫貨架期第6天時果實ADH活性，說明最佳食用期前IW處理果實生成醇類的能力較強，可為酯類合成提供大量醇類前體物質。PuAAT1表達量和AAT活性的提高使IW處理果實產生了大量的酯類香氣，這與Xi Wanpeng等［19］研究發現IW處理可通過促進AAT活性及表達使桃果實酯類香氣恢復的結果一致。通過分析發現，3 種酶活性變化趨勢與其對應基因的表達模式并非一致，這表明3 種酶蛋白可能存在翻譯后修飾作用，但具體機制仍需進一步研究。

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Intermittent Warming Induces Changes in Volatile Ester Production and Related Genes Expression during Shelf Life at Room Temperature of Refrigerated Nanguo Pears

ZHOU Xin， DONG Ling， JI Shujuan*
（College of Food Science， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China）

Refrigeration delays ripening and reduces decay of pear fruit， but this benefit is offset by a loss of aroma when the fruit is then ripened at room temperature. Intermittent warming （IW） has been used to alleviate chilling injury （CI） of fruit； however， its effect on aroma remains unknown. In this study， Nanguo pears were subjected to IW and changes in aroma-related esters， the activities and gene expression of lipoxygenase （LOX）， alcohol dehydrogenase （ADH） and alcohol acyltransferase （AAT） were investigated. Significantly higher ester contents were found in IW-treated fruit on day 0 of the shelf life at room temperature and in the optimal taste period. The activity of LOX was promoted by IW treatment during the early period of the shelf life at room temperature and the activity of ADH was promoted on day 6 of the shelf life， while the activity of AAT was accelerated during cold storage and the shelf life at room temperature. The transcription levels of PuLOX1， PuADH3 and PuAAT1 genes were significantly promoted by IW treatment. IW treatment may regulate the activities and gene expression of LOX， ADH and AAT to stimulate the generation of aroma-related esters. Treatment with IW effectively prevented the loss of aroma-related esters from refrigerated Nanguo pears.

Nanguo pears； intermittent warming； refrigeration； volatile esters； gene expression

TS255.3

A

1002-6630（2015）14-0206-06

10.7506/spkx1002-6630-201512040

2014-11-18

國家自然科學基金面上項目（31370685）

周鑫（1987—），女，博士研究生，研究方向為食品質量控制。E-mail：zhou_xin870828@yeah.net

紀淑娟（1960—），女，教授，博士，研究方向為食品質量控制。E-mail：jsjsyau@sina.com