低温和二氧化碳胁迫下龙眼γ-氨基丁酸富集与机理研究

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γ-氨基丁酸(GABA)作为植物中普遍存在的功能成分,有望在食品工业、饲料工业和医药工业得到广泛应用,但由于其含量低、成本高,并且对于植物GABA富集调控机理研究有限,使其难以得到广泛应用。因此,深入研究GABA富集调控机理,并对其在采后加工过程应激反应中所扮演的角色进行深入研究具有重要的理论和现实意义。本文首先研究低温驯化前处理结合冰温贮藏对龙眼GABA代谢以及部分贮藏品质的影响,并阐明GABA的富集机理;然后从龙眼GABA富集的唯二代谢途径(GABA支路、多胺降解途径)入手,以GABA及其前体、代谢产物的动态变化为指标,并以两条代谢途径的相关限速酶、合成酶、分解酶及其相关基因表达的差异为依据,重点研究CO2胁迫和低温胁迫对龙眼GABA富集的影响,并阐明调控机制;最后研究自发气调对龙眼GABA代谢的影响,以GABA富集最主要路径GABA支路为立足点,通过研究关键代谢产物和限速酶活力的动态变化,探讨自发气调富集龙眼GABA的可行性。主要研究结果如下:
  (1)低温驯化结合冰温贮藏能够使龙眼GABA含量显著增加,并能够维持在较高水平,其GABA含量较未低温处理的龙眼增加了2.32倍,并高于冰温贮藏和4℃冷藏的处理。GABA含量与谷氨酸脱羧酶(GAD)酶活力呈强正相关、与γ-氨基丁酸转氨酶(GABA-T)酶活力变化趋势总体上呈相反趋势,说明龙眼GABA富集主要由GAD酶活力上升和GABA-T酶活力下降所引起,这从机理上初步解释了龙眼GABA富集的原因。同时,低温驯化结合冰温贮藏对于维持龙眼果肉可溶性蛋白含量、延缓果肉软化过程、保持果皮果肉色差、减缓感官品质下降均显著优于冰温贮藏和4℃冷藏。
  (2)低温胁迫能够促进龙眼GABA代谢中的GABA支路富集GABA,而高强度的CO2胁迫(10% CO2)能够使龙眼GABA含量暂时性的大量增加,且CO2胁迫强度与龙眼GABA富集量具有一致性。相较于低强度CO2胁迫,将龙眼置于高强度CO2胁迫环境时,特别是在其贮藏期的前6 d,龙眼的GAD酶活力更高,但是随着贮藏时间的延长,各强度CO2胁迫下的GAD酶活力并没有显著差异,而GABA-T酶活力与气调处理并没有相关性,这表明 CO2浓度可能并不影响龙眼 GABA-T酶活力。龙眼GABA支路中GABA的富集是由于GAD酶活力提高而催化生产出更多的GABA,而不是依靠降低GABA-T酶活力来减少GABA的降解。中等强度的CO胁迫(5%CO) 对于维持龙眼果肉硬度、保持果皮果肉色泽、延缓感官品质下降的效果最好,而高强度的CO2胁迫可能引起龙眼的CO2伤害,进而加速果肉软化、果皮褐变、感官品质下降,影响龙眼的商品价值。该研究阐明了高浓度 CO2胁迫促进龙眼 GABA支路富集GABA的机理,并证明了采后冰水预冷对GABA支路富集GABA的可行性。
  (3)多胺降解途径对龙眼GABA富集的贡献率为20%~25%,因此,即使低温胁迫能够抑制多胺降解途径富集GABA,但由于增强了GABA支路富集GABA的能力,低温胁迫依然能够富集龙眼 GABA。CO2浓度越高,二胺氧化酶(DAO)、多胺氧化酶(PAO)、氨基醛脱氢酶(AMADH)酶活力及其基因表达量越低,腐胺(Put)、亚精胺(Spd)、精胺(Spm)含量越高;随着处理时间延长,DAO、PAO、AMADH酶活力及表达量先上升后下降,Put、Spd、Spm含量先增大后减小。CO2浓度上升使DAO、AMADH酶活力下降,导致Put、Spd转化为GABA的能力减弱;随着处理时间延长,DAO、AMADH酶活力先上升后下降,使Put、Spd转化为GABA的能力先增强后减弱。高强度的CO2胁迫能够抑制 DAO、PAO、AMADH的酶活力,并降低其相关基因的表达量,进而使得多胺降解途径富集GABA的能力减弱。该研究阐明了高浓度CO2胁迫抑制龙眼多胺降解途径富集GABA的机理,并确定了GABA支路和多胺降解途径对龙眼GABA富集的贡献率。
  (4)0.03 mm聚乙烯袋包装的龙眼4℃下自发气调贮藏能够形成高CO2低O2的气调环境,4℃下CO2浓度最高为5.4%、O2浓度最低为13.9%。不论自发气调贮藏还是空气对照组,龙眼GAD酶活力均呈下降趋势,但自发气调贮藏的延缓下降效果优于空气对照组。在整个贮藏期内,所有实验组的GABA-T酶活力均呈波动状态,这可能与传统检测方法的局限性有关。该自发气调贮藏能够延缓龙眼GABA含量的下降,保持龙眼果皮的色泽,但对龙眼可溶性蛋白含量、果肉硬度、果肉色泽并没有显著影响。该研究为龙眼自发气调技术的应用提供新的参数,为富含GABA的龙眼生产提供一条新思路。
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