绿原酸处理对鲜切马铃薯品质和γ-氨基丁酸积累的影响.pdf
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1、为探讨绿原酸处理对鲜切马铃薯保鲜的作用及-氨基丁酸(GABA)代谢的影响,本试验将鲜切马铃薯用浓度为0、10、30、50 和7 0 mgL的绿原酸处理10 min,置于4环境下贮藏7 2 h。依据鲜切马铃薯贮藏期间品质和GABA含量变化,筛选最优绿原酸处理浓度,进而研究绿原酸调控GABA代谢的机理。结果表明,绿原酸处理可以抑制鲜切马铃薯贮藏期间的褐变和微生物生长,保持较高的淀粉含量并促进GABA的积累,其中30 mgL绿原酸对维持鲜切马铃薯较好品质和促进GABA积累的效果最佳。30mgL绿原酸处理提高了谷氨酸脱羧酶、二胺氧化酶、多胺氧化酶和4-氨基丁醛脱氢酶活性,促进了谷氨酸与多胺向GABA的
2、转化,同时降低了GABA转氨酶活性,减少了GABA的分解消耗,从而提高了GABA含量。上述结果表明,绿原酸处理既可以保持鲜切马铃薯贮藏期间较好的品质,又能提高GABA含量和营养价值。本研究结果为绿原酸处理在鲜切马铃薯保鲜中的应用提供了依据。关键词:绿原酸;鲜切马铃薯;保鲜;一氨基丁酸;多胺降解D0I:10.11869/j.issn.1000-8551.2023.08.1626马铃薯(SolanumtuberosumL.)块茎含有丰富的淀粉,同时还含有膳食纤维、维生素及其他活性成分,能给人体提供丰富的热量,有“地下苹果”的美称。随着鲜切果蔬市场的不断扩大,鲜切马铃薯因新鲜、卫生、方便等优点广受消
3、费者欢迎。然而马铃薯经削皮、切分等机械损伤后易发生表面褐变2-3、营养物质损失4-5 及微生物侵染6-7 等问题,继而引起感官品质及商品性的降低,限制其产业的发展。因此寻找合适的保鲜方法,以减轻鲜切马铃薯贮藏期间品质劣变现象和延长货架期,是鲜切马铃薯产业健康发展的核心。已有研究表明,包括绿原酸(chlorogenic acid,CGA)在内的许多酚类物质可以抑制鲜切果蔬褐变8-10 、营养物质损失9-10 和微生物生长11,从而延长鲜切产品的货架期。因而绿原酸等酚类物质处理在鲜切果蔬保鲜中具有较好的应用前景。-氨基丁酸(-aminobutyric acid,GABA)作为一种四碳、非蛋白质氨基
4、酸,在动植物、微生物体内广泛存在,能帮助人们减轻压力,起到降低血压、缓解焦虑和促进睡眠的作用12 。植物体内GABA的形成包括GABA支路和多胺降解两条途径,前者是由谷氨酸(glutamicacid,Glu)经谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase,GAD)催化形成GABA;后者是二胺氧化酶(diamine oxidase,DAO)或多胺氧化酶(polyamine oxidase,PAO)催化降解多胺生成4-氨基丁醛,然后通过4-氨基丁醛脱氢酶(4-amino aldehyde dehydrogenase,AMADH)催化进一步生成GABA13-14。研究表明,植物在遭遇
5、低温、干旱、低氧及机械损伤等逆境胁迫时,体内会积累大量的GABA,从而提高自身抗逆性15-16 。研究发现,果蔬经切分处理后也会积累大量的GABA,从而提高自身的营养价值。如侯莹等17 和游万里等18 研究发现,鲜切加工可以促进鲜切猕猴桃和鲜切哈密瓜GABA的合成积累,且切分强度越大,合成积累效果越明显。鲜切加工也可促进鲜切火龙果和鲜切莴苣中GABA的积累,且外源氯化钙处理可进一步促进GABA含量的增加L1-20。因此,鲜切加工和采后处理有望成为提高鲜切果蔬GABA含量和营养价值的有效方式。但绿原酸处理对鲜切马铃薯贮藏期间GABA含量的影响仍鲜见报道。因此,本试验首先依据鲜切马铃薯贮藏品质及G
6、ABA收稿日期:2 0 2 2-11-10 接受日期:2 0 2 3-0 2-0 7基金项目:国家自然科学基金项目(3197 2 0 92)作者简介:王春飞,男,主要从事农产品加工与贮藏保鲜研究。E-mail:2 0 2 0 10 8 0 7 6 s t u.n j a u.e d u.c n*通讯作者:郑永华,男,教授,主要从事果蔬采后生物学与贮藏保鲜研究。E-mail:1627绿原酸处理对鲜切马铃薯品质和一氨基丁酸积累的影响8期含量变化筛选最优绿原酸处理浓度,然后探讨绿原酸促进GABA积累的可能机制,以期为鲜切马铃薯的保鲜和营养价值的提升提供依据1材料与方法1.1材料与试剂以V7品种马铃薯
7、为试验材料,选择大小均一、表皮完整、无机械损伤和病虫害的新鲜马铃薯,绿原酸(98%)辣根过氧化物酶,上海阿拉丁生物试剂有限公司;福林酚(分析纯)、乙醇(分析纯)、4-氨基丁醛、氯化镧、L-谷氨酸,南京丁贝生物科技有限公司;硼酸、硼砂、磷酸钾,南京安卓生物科技有限公司;二硫苏糖醇、乙二胺四乙酸、磷酸吡哆醛、L-苯丙氨酸、苯甲基磺酰氟,南京迈博昊成生物科技有限公司;GABA转氨酶(GABA aminotransferase,GABA-T)ELISA试剂盒,江苏酶免实业有限公司1.2主要仪器与设备CS-200型精密色差仪,南京沃拓实验仪器设备有限公司UV-1900型紫外可见分光光度计,上海精其仪器有
8、限公司;ZQTY-50S振荡器,上海知楚仪器有限公司;TGRL-16型台式高速冷冻离心机,上海舜宇恒平科学仪器有限公司;LC-20A高效液相色谱仪,日本岛津公司。1.3试验方法浓度筛选试验:马铃薯经消毒、晾干和去皮后切成3mm厚的片状,分别用蒸馏水及10、30、50 和7 0 mgL-l绿原酸溶液浸泡10 min。处理结束取出置于洁净纱布上,待表面无多余水分后,放入长15cm、宽10 cm、高6 cm的塑料盒中,在4下贮藏7 2 h。分别于贮藏6、12、24、48 和7 2 h取样,取样时每一处理均随机选取4盒样品,一部分用于品质指标测定,另一部分经液氮速冻后测定GABA含量。机制探究试验:将
9、鲜切马铃薯片随机分成两组,分别用蒸馏水和适宜浓度绿原酸溶液浸泡处理10 min,取出置于洁净纱布上,待表面无多余水分后,放入长15cm、宽10 cm、高6 cm的塑料盒中,在4下贮藏72h。分别于贮藏6、12、2 4、48 和7 2 h取样,取样时每一处理均随机选取4盒样品,一部分用于品质指标测定,另一部分经液氮速冻后测定GABA含量及代谢相关酶活性。1.4测定指标与方法1.4.1色泽采用色差仪测定L值。1.4.2菌落总数按照GB4789.2-2016食品微生物学检验菌落总数测定2 1 的方法,检测鲜切马铃薯中菌落总数,单位为lg(CFUg)。1.4.3淀粉含量参照曹建康等2 2 的碘-淀粉比
10、色法并加以修改。称取1g样品并加人3mL乙醚研磨,然后加入5mL80%乙醇混匀,于4、12 0 0 0 rmin离心10min后保留滤渣并用去离子水定容至5mL,沸水浴30min后继续离心。反应体系为0.1mL上清液、4.8 8 mL去离子水和0.0 2 mL碘液,混匀并稳定5 10 min,测定660nm波长下的吸光度值,单位为mggFW。1.4.4GABA含量参考Wang等2 3 的方法并加以修改。在研钵内,用5mL0.1molL氯化镧提取液冰浴研磨0.5g冷冻样品,置于离心管后摇床充分震荡10 min,低温离心吸取上清备用。准确吸取2 0 0 L2molL-l氢氧化钾溶液加入1.5mL上
11、清液中,震荡5min后继续离心。取40 0 L上清,依次加人10 0 L2molL氢氧化钾溶液,50 L0.5molLpH值9.0 的硼酸-硼砂缓冲液,6 0 0 L6%苯酚溶液和30 0 L有效氯浓度5.5%的次氯酸钠溶液,5min沸水浴后插人冰盒降温,然后加人50 0 L70%乙醇,30 min内测定6 45nm处的吸光值。1.4.55谷氨酸含量参考Wang等2 3 和Al-Quraan等2 4 的方法并稍加修改。称取0.5g样品并加入3mL0.05molL氯化镧冰浴研磨,于4、12 0 0 0 rmin离心10 min,在玻璃试管内加人0.0 5mL上清液和3mL反应液,于30 孵育6
12、0 min,测定340 nm波长下吸光度值的变化,并以还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NA D H)标准曲线为基础衡量谷氨酸水平,最终结果以mg?gFW表示。1.4.6GAD活性参考Liao等2 5 的方法稍加修改。称取0.5g样品,用3mL0.1molLpH值6.5的磷酸钾缓冲液内含5mmolL-巯基乙醇、0.5mmolL磷酸吡哆醛(pyridoxal phosphate,PLP)、2 mmo l L乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid,EDTA)、10%(v/v)甘油 低温研磨后离心收集
13、上清。吸取1mL0.2molL-lpH值5.8 的磷酸钾缓冲液(内含40 molL-PLP、3mmolLGlu),加人1.5mL上清,该反应以0.5mL1molL三氯乙酸终止。GAD活性用每小时生成0.01 mol的GABA表示。1.4.7GABA转氨酸(GABA aminotransferase,GABA-T)活性利用ELISA试剂盒双抗体夹心法测定。1.4.8腐胺、亚精胺和精胺含量参考Li等2 6 的方法并加以修改。准确称取2 g样品,用3mL5%预冷高氯酸研磨均质,4孵育1h。于4、12 0 0 0 rmin离心10 min后取2 mL上清,加人0.0 1mL苯甲酰氯和2mL2molLN
14、aOH,充分混合。置于35水浴锅内20min,加人2 mL冰冻无水乙醚和饱和NaCl后低速162837卷报农学核(4、40 0 0 r m in )离心5min。取1mL醚相氮吹,用400L纯甲醇溶解氮吹残留物,最后用0.2 2 m有机滤膜过滤至液相小瓶内备用。色谱条件:柱温2 8,进样量2 0 L,流速0.8 mLmin,流动相为35%水(A)和65%甲醇(B),多胺含量依据相应标准曲线得出。1.4.9DAO、PA O 和AMADH活性DAO、PA O 活性测定参考Wang等2 7 和Gao等2 8 的方法并稍加修改。取1g样品,用2 mL0.1molLpH值6.6 的磷酸钾缓冲液冰浴研磨,
15、于4、12 0 0 0 rmin离心10 min后取0.5mL上清,加人0.2 mL辣根过氧化物酶(2 50 UmL),1.5mL0.1molLpH值6.6 的磷酸钾缓冲液,0.3mL4-氨基安替比林(10 0 mgL)/N,N-二甲基苯胺显色液(2 0 0 LL-)。D A O 加入0.4mL腐胺溶液启动反应,PAO加人0.4mL亚精胺+精胺混合液启动反应,分别测定555nm处初始值和反应30 min后末值,以吸光度值每分钟变化0.0 1为一个酶活单位。AMADH活性测定参考Wang等2 3 的方法稍加修改。测定样品在340 nm处吸光值的变化。1.5数据处理上述指标均取3个平行样作3次重复
16、测定。数据和图像分别采用SAS2020和Origin2020软件分析和绘制,以邓肯氏多重比较检验数据间差异显著性,以P0.05表示差异达到显著水平2结果与分析2.1不同浓度绿原酸处理对鲜切马铃薯色泽和菌落总数的影响色泽和菌落总数是反映鲜切马铃薯品质的重要指标。新鲜马铃薯切分后呈淡黄色,随着贮藏时间延长,切片表面容易发生褐变,引起感官品质和商品价值的降低。L值表示明亮程度,是反映马铃薯褐变程度的主要指标,L值越大表示褐变程度越小。如图1-A所示,贮藏期间各组L值均不断降低,说明鲜切马铃薯的色泽逐渐变暗,发生了褐变。绿原酸处理组L值始终高于对照组,说明不同浓度绿原酸均可以延缓鲜切马铃薯的褐变,以3
17、0 mgL绿原酸处理抑制褐变效果最好。一0 一对照10mg-LIGGA-30mgL-GGA50mgLGGA-70mgLGGA70厂5.5Baa685.0aa4.5abbCaaabsab66D4.0baC工ab6663.5a64ab工3.0ab626lab天2.5TAabC2.060b1.5C001224364860720.00122436486072贮藏时间Storagetime/h贮藏时间Storagetime/h注:不同小写字母表示同一时间不同处理组间存在显著差异(P0.05)。下同。Note:Different lowercase letters indicate significant
18、 differences between different treatment groups at the same time(P0.05).The same as following.图1不同浓度绿原酸处理对鲜切马铃薯L值(A)和菌落总数(B)的影响Fig.1Effects of chlorogenic acid treatment with different concentrations on L value(A),and total bacterial count(B)of fresh-cut potatoes马铃薯经切分后,营养物质外渗使其更易遭受微生物侵染,导致品质降低甚至腐烂不
19、可食用。鲜切马铃薯新鲜程度和食用安全性与菌落总数密切相关,菌落总数越高,新鲜度和食用安全性越低。如图1-B所示,随着贮藏时间的延长,各组菌落总数均不断上升,且前48 h增长速度快,后期增长缓慢。这反映出贮藏前期,微生物依靠充足营养物质大量繁殖,后期可能进入增长平台期。绿原酸处理组菌落总数始终低于对照组,且呈现明显的浓度效应,处理浓度越高,抑菌效果越好,经过7 2 h贮藏后,7 0 mgL浓度绿原酸处理组菌落总数比对照组减少近1lg(CFUg)。2.2不同浓度绿原酸处理对鲜切马铃薯淀粉和GABA含量的影响马铃薯中含有丰富的淀粉,是评价马铃薯营养价值的重要指标。如图2-A所示,鲜切马铃薯贮藏期间,
20、淀粉含量逐渐下降,不同浓度绿原酸均可抑制其降低,其中1629绿原酸处理对鲜切马铃薯氨基丁酸积累的影响8期一一对照10 mg:L-130 mg:L:1-50 mg:L-170 mgL1A1.6厂B130aa1.4a120bTbCab1.26a110a1.0ad100bd0.8d900.600.0E01224364860720122436486072贮藏时间Storagetime/h贮藏时间Storagetime/h图2不同浓度绿原酸处理对鲜切马铃薯淀粉(A)和GABA(B)含量的影响Fig.2Effects of chlorogenic acid treatment with different
21、 concentrations on starch(A)and GABA(B)contents of fresh-cut potatoes30mgL浓度绿原酸效果最佳。贮藏7 2 h后30 mgL1浓度处理组淀粉含量比对照组高8%,具有显著差异。如图2-B所示,鲜切马铃薯贮藏期间,GABA含量呈前期升高后期降低的趋势。绿原酸处理均提高了鲜切马铃薯中GABA含量,其中30 mgL绿原酸处理效果最显著,贮藏12 h时其GABA含量是对照组的1.5倍,是初始值的1.8 倍,GABA积累效果显著。以上结果表明,30 mgL浓度绿原酸在保持鲜切马铃薯贮藏品质和促进GABA积累方面效果最佳,因此后续试验研
22、究了该浓度绿原酸处理对GABA代谢相关酶活性的影响,以探究绿原酸处理促进鲜切马铃薯GABA积累的机理2.3330mgL1浓度绿原酸处理对鲜切马铃薯GABA支路途径的影响谷氨酸是GABA合成的重要底物,在GAD的作用下分解形成GABA,而GABA-T则是分解GABA的关键酶,能够降低GABA含量。如图3-A所示,鲜切马铃薯在贮藏期间谷氨酸含量先降低后趋于稳定,说明谷一一对照30mgLCGA1.524aBA1.422H1.320aaKKa1.2b18aKHa1.1a61661.0aa6a140.9aab12#0.80.00012243648607201224364860721.51.5CDa1.4
23、1.4aK1.3CHa1.21.31.1b1.26aa1.0b1.160.9b660.81.060.00.001224364860720122436486072贮藏时间Storagetime/h贮藏时间Storagetime/h图3绿原酸处理对鲜切马铃薯Glu含量(A)、G A D 活性(B)、G A BA 含量(C)和GABA-T活性(D)的影响Fig.3Effects of chlorogenic acid treatment on glutamic acid content(A),GAD activity(B),GABA content(C)and GABA-T activity(D)o
24、f fresh-cut potatoes163037卷报核农学氨酸分解和GABA的合成集中在贮藏前期。绿原酸处理组的谷氨酸含量在前48 h始终低于对照组,说明绿原酸处理促进了支路途径中谷氨酸向GABA的转化。如图3-B所示,GAD活性先升高后波动降低,且绿原酸处理组始终高于对照组,说明处理组GAD活性增强是谷氨酸分解的原因。如图3-C所示,GABA含量变化与GAD变化相似,前12 h迅速上升,后期波动下降;贮藏12 h时,处理组和对照组GABA含量均达到高峰,处理组比对照组显著提高了2 7%。如图3-D所示,对照组GABA-T活性在贮藏前2 4h呈上升趋势,后期降低;处理组GABA-T活性在贮
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