不同采收季蓮藕中果膠甲酯酶對質(zhì)構(gòu)的影響

謝瑋，嚴(yán)守雷，李春麗，王清章，李潔

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，武漢，430070）

蓮藕（Neulmho nuciferaGaertn）屬睡蓮科蓮屬多年生宿根性草本植物，蓮藕按生長規(guī)律一般分為幼苗期、成苗期、花果期、結(jié)藕期、休眠期，其中7～8月為結(jié)藕期，然后進(jìn)入休眠期，植株地上部分完全枯萎，直至長出新藕，然后到第二年春天萌芽開始，進(jìn)入另外一個周期。因此一般情況下，9月是出產(chǎn)新藕的時候。雖然各個季節(jié)都可以見到蓮藕，但是每個時段出產(chǎn)的蓮藕各有特點(diǎn)。宋哲等[1]對不同生長時期蓮藕淀粉的凝膠特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同生長期蓮藕淀粉的熱分解速率隨成熟度而加快，其破裂力與破裂能隨成熟度的增加而減少，不同生長期淀粉凝膠特性也有所不同。許金蓉等[2]對不同生長期不同品種的蓮藕的生理活性進(jìn)行比較研究發(fā)現(xiàn)，蓮藕的PPO活性、果膠酶活性，過氧化氫酶活性，總酚含量和水分含量都呈現(xiàn)一定的變化趨勢，而不是一成不變。李峰等[3]對蓮藕生長周期內(nèi)，其植株、葉、蓮鞭、藕等變化情況進(jìn)行了觀察分析研究。

果膠甲酯酶（Pectin Methyl esterase，PME）對果膠具有去甲酯化作用，其作用于含部分甲酯化的半乳糖醛酸鏈上，切除甲基形成帶負(fù)電的多糖分子，負(fù)電的多糖分子可與Ca2+發(fā)生交聯(lián)作用，形成Ca2+凝膠，產(chǎn)生一個堅(jiān)固的果膠酸鈣網(wǎng)絡(luò)，提高果蔬的品質(zhì)。宗迪等[4]研究了果膠甲酯酶對果膠質(zhì)地的保持作用，發(fā)現(xiàn)經(jīng)由果膠甲酯酶處理的蘋果切塊，其硬度保持率為48.5%，而普通的蘋果硬度保持率為32.5%。杜小琴等[5]研究了果膠甲酯酶對泡菜脆度的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)由果膠PME處理的果膠可以降低果膠酯化度，在Ca2+的作用下，較好地提高了泡菜脆度。利用同樣的原理，可以用果膠甲酯酶改善番茄醬的黏度[6]。

在多細(xì)胞的植物中，豐富的果膠對促進(jìn)細(xì)胞之間的粘連和組織結(jié)合起到很大的作用[7]。果膠按照酯化度可以分為高甲氧基果膠（DE＞50%）和低甲氧基果膠（DE＜50%），低甲氧基果膠可以與Ca2+發(fā)生交聯(lián)作用，形成Ca2+凝膠，產(chǎn)生一個堅(jiān)固的果膠酸鈣網(wǎng)絡(luò)，外觀形似固體，非常穩(wěn)定。

本文通過研究蓮藕在不同采收時間果膠甲酯酶活性，研究其與硬度、酯化度的影響及相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

①蓮藕品種 鄂蓮8號，由湖北省武漢市蔬菜科學(xué)研究所提供，采收時間分別為2012年9月、11月和2013年1月。

②主要試劑 氯化鈉、鹽酸、氫氧化鈉、三羥甲基氨基甲烷、95%乙醇、酚酞、柑橘果膠均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

③主要儀器 高速冷凍離心機(jī)，Sorvall ST 16R Thermo公司生產(chǎn)；pH計(jì)，PB-10型，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；質(zhì)構(gòu)儀TA.XTPlus，美國TA有限公司生產(chǎn)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，R-210，瑞士BUCHI公司生產(chǎn)；透析袋，3500，Sigma公司生產(chǎn)；真空冷凍干燥機(jī)，LGJ-30F，北京松原華興科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)；數(shù)顯恒溫磁力攪拌水浴鍋，SHJ-A，江蘇省金壇市漢康電子有限公司生產(chǎn)。

1.4 測定方法

①果膠甲酯酶活性 參考ümit ünal等[8]的方法，略有改動。

②質(zhì)構(gòu)分析 參考錢文文[9]的測定方法，測定模式為 TPA；探頭，P6；測定參數(shù)，1.00 mm/sec，測試速度，1.00 mm/s，測后速度，1.00 mm/s；壓縮比，30%；兩次間隔時間，2 s。硬度定義為第一次壓縮時所需的最大力。

③酯化度測定 參考杜勝蘭[10]的測定方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 果膠甲酯酶活性

果膠甲酯酶是一種細(xì)胞壁結(jié)合酶，可以催化細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中果膠進(jìn)行去甲酯化水解，并產(chǎn)生部分去甲酯化的果膠，為后續(xù)細(xì)胞壁中的多聚半乳糖醛酸的水解反應(yīng)提供必需的條件，最終導(dǎo)致果膠質(zhì)發(fā)生降解，使果實(shí)軟化。本試驗(yàn)取不同采收時間的鮮樣測定其活性，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，從9月到11月果膠甲酯酶活性較穩(wěn)定，到翌年1月，果膠甲酯酶活性逐漸降低，可能因?yàn)橐恢碧幱谳^低溫度環(huán)境，使酶失活。也有可能當(dāng)其采收時間延長至第二年1月時，梢節(jié)有輕微萎縮老化，酶活性受到影響[11]。

2.2 水溶性果膠酯化度

在多細(xì)胞的植物中，豐富的果膠對促進(jìn)細(xì)胞之間的粘連和組織結(jié)合起到很大的作用。果膠是由部分甲酯化的D-半乳糖醛酸按照α-1，4糖苷鍵連接而成的主鏈，由L-鼠李糖半乳糖醛酸聚糖或阿拉伯聚糖組成的毛發(fā)區(qū)構(gòu)成的側(cè)鏈。作為細(xì)胞中間層主要成分的果膠質(zhì)，當(dāng)中間層和初生壁發(fā)生變化時，果蔬中的果膠質(zhì)的組成和含量均會發(fā)生變化，因此果蔬質(zhì)地的差異與細(xì)胞中果膠的性質(zhì)有密不可分的關(guān)系。

圖1 蓮藕不同采收時間的PME活性

果蔬細(xì)胞壁組分中的果膠分為水溶性果膠螯合性果膠和Na2CO3可溶性果膠，本試驗(yàn)著重研究蓮藕中水溶性果膠在不同采收時間的變化。

果膠酯化度作為果膠的一個基本性質(zhì)，可以表征果膠中甲酯化的結(jié)合程度，本試驗(yàn)研究不同采收時間果膠酯化度變化，結(jié)果如圖2所示。

果膠甲酯酶決定甲基化的穩(wěn)定性，酯化度與果膠凝膠的形成有較大關(guān)系，并且其決定著細(xì)胞的穩(wěn)定性[9]。由圖2可以看出，從9月到11月，蓮藕中水溶性果膠酯化度變化不大，到翌年1月，酯化度升高，主要是因?yàn)樵?月到11月，蓮藕中果膠甲酯酶活性較高，高甲氧基果膠變?yōu)榈图籽趸z，酯化度降低，到翌年1月，果膠甲酯酶活性降低，催化果膠去甲基化程度下降，從而使果膠酯化度升高。

2.3 硬度

硬度表示事物保持內(nèi)部形狀的結(jié)合力，是使其達(dá)到一定變形所需的力。蓮藕硬度大小與蓮藕品種和成熟程度有關(guān)，一定程度上反映了蓮藕的品質(zhì)。取不同采收時間的鮮樣測定其硬度，結(jié)果如圖3所示。

果膠甲酯酶活性高，促進(jìn)果膠的去甲酯化[10]，鈣離子與去甲酯化后的果膠形成果膠酸鈣網(wǎng)絡(luò)，使果膠結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，果實(shí)硬度得到保護(hù)[11]。

由圖3可知，在9月和11月，蓮藕的硬度變化不大，到翌年1月，硬度下降，原因是果膠甲酯酶在較高環(huán)境溫度下（30～40℃）能發(fā)揮其作用，催化果膠去甲基化，降低果膠的酯化度，此反應(yīng)一方面致使水溶性果膠增加，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中間層受到破壞，另外一方面，有鈣離子存在的情況下，形成果膠酸鈣的網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定果膠結(jié)構(gòu)，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)也就得到保護(hù)。由于后者作用更顯著，故在9月到11月時，果膠甲酯酶活性較強(qiáng)，低甲氧基果膠與鈣離子交聯(lián)，果膠酸鈣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成較多，使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，蓮藕硬度更大。果膠甲酯酶可將高甲氧基果膠（HM）轉(zhuǎn)化成低甲氧基果膠（LM）。LM對Ca2+發(fā)生交聯(lián)作用，形成鈣凝膠，產(chǎn)生一個堅(jiān)固的果膠酸鈣網(wǎng)絡(luò)，可防止果膠物質(zhì)溶出，從而從本質(zhì)上對蓮藕硬度產(chǎn)生影響[12]。

圖2 蓮藕不同采收時間水溶性果膠酯化度

圖3 蓮藕不同采收時間硬度

3 結(jié)論與討論

果膠甲酯酶決定甲基化的穩(wěn)定性，酯化度與果膠凝膠的形成有較大關(guān)系，并且其決定著細(xì)胞的穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明，蓮藕的PME活性與硬度和果膠酯化度有較大關(guān)系。硬度與PME活性呈正相關(guān)，即PME表現(xiàn)出較高活性時蓮藕硬度越大。水溶性果膠酯化度與PME活性呈負(fù)相關(guān)，即PME表現(xiàn)出較高活性時果膠酯化度越低，這與PME催化果膠去酯化作用機(jī)理相一致。

通過相關(guān)性分析可以發(fā)現(xiàn)，蓮藕的硬度與PME活性和果膠酯化度有較大關(guān)系，這些都可能是導(dǎo)致其質(zhì)地出現(xiàn)差異的因素，這與Sila等[15]對胡蘿卜的研究相似。程杰山等[16]研究辣椒果實(shí)在成熟過程中的各項(xiàng)生理指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)辣椒硬度較大的時候，PME處于高活性狀態(tài)。薛彥斌等[17]研究青梅時也發(fā)現(xiàn)，由于PME有較高活性，可促進(jìn)果膠去甲酯化，加速多聚半乳糖醛酸的水解，水溶性果膠則會一直上升。楊德興等[18]也發(fā)現(xiàn)果實(shí)的軟化與果膠的溶解性呈顯著的相關(guān)性。從前人的研究中，總結(jié)水溶性果膠上升的現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，水溶性果膠上升是果實(shí)軟化的一個表現(xiàn)，這是由于細(xì)胞壁多糖的降解加速，果膠質(zhì)內(nèi)部結(jié)合力降低導(dǎo)致。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，蓮藕硬度與果膠甲酯酶活性呈正相關(guān)，水溶性果膠酯化度與果膠甲酯酶活性呈負(fù)相關(guān)。蓮藕在9～11月采收，PME活性較高，低甲氧基果膠與Ca2+交聯(lián)，硬度比翌年1月高；因高甲氧基果膠變?yōu)榈图籽趸z，故酯化度比翌年1月低。

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