代谢组学分析揭示了百香果储存过程中代谢物的动态变化

《Food Chemistry》:Metabolomic analysis reveals the dynamic changes of metabolites during storage process in passion fruit

【字体: 时间:2026年03月09日 来源:Food Chemistry 9.8

编辑推荐:

  芒果常温储存下代谢动态及品种特异性研究,通过代谢组学分析发现605种挥发性有机物和716种非挥发性代谢物,其中47种VOCs和35种NVMs丰度显著变化,品种差异在非挥发性代谢物中尤为明显。随机森林模型筛选出26种VOCs作为新鲜度生物标志物,Bray-Curtis分析表明品种贡献率达55.7%。研究系统揭示了芒果常温储存下的代谢变化规律,为保鲜技术开发提供理论依据。

  
莫春燕|程露露|雷正|孟翔|谢希金|赵旭|熊云
成都航空职业技术学院航空设备智能制造研究所,中国成都

摘要

百香果在收获后容易发生品质下降,其代谢物也会发生显著变化。本研究比较了三种品种(‘Mantianxing’、‘Dahuangjin’、‘Qinmi No. 9’)在25°C储存条件下的采后代谢动态。在收获后的第1天、第5天和第9天,共鉴定出605种挥发性有机化合物(VOCs)和716种非挥发性代谢物(NVMs)。室温储存显著改变了储存过程中47种VOCs和35种NVMs的丰度。偏最小二乘-判别分析(OPLS-DA)能够区分收获第1天的VOCs与其他时间点的VOCs,而NVMs的差异则表现出品种特异性。Bray-Curtis分析表明,品种是代谢变化的主要驱动因素(55.7%)。随机森林模型选出了26种VOCs作为预测新鲜度的生物标志物。这些研究结果不仅系统地揭示了百香果在采后储存期间的代谢动态变化,还为评估常温储存条件下的百香果新鲜度提供了参考代谢物标志物。

引言

百香果(Passiflora edulis Sims.)属于西番莲科(Passifloraceae)和西番莲属(Passiflora)。全球已知有超过520个品种,广泛种植于热带和亚热带地区(Kugler & King, 2004; Ortiz et al., 2012)。其果实风味独特,富含营养和抗氧化成分,具有极高的食用和药用价值(Abreu et al., 2009; Santos et al., 2012)。作为一种典型的呼吸跃变型果实,百香果通常在温暖季节收获。收获后,它会进行剧烈的呼吸代谢,在室温储存过程中容易发生脱水、褐变和腐烂等品质下降现象(Li et al., 2020; de Araújo et al., 2024)。目前,运输和储存主要采用低温、低压或真空包装方法。然而,这些方法成本相对较高,因此常温储存仍然是最经济且应用最广泛的方式(Viera et al., 2023)。香气成分、糖酸平衡等关键风味质量参数对市场竞争力有重要影响。因此,阐明常温储存期间百香果化学成分变化的模式,并分析不同品种之间的代谢差异,将为开发常温水果保鲜技术提供参考。
在水果的运输和储存过程中,收获时的成熟度以及储存条件等因素会对果实的硬度、香气、营养价值乃至采后病害的发生产生综合影响(Lagat et al., 2018; Li, Pei, et al., 2023)。采后成熟过程涉及复杂的生理和生化变化,包括呼吸代谢、蒸腾作用及相关酶活性的调节。其中,呼吸代谢与淀粉-蔗糖转化、有机酸代谢、苯丙素合成和黄酮类化合物合成等途径密切相关。糖代谢和有机酸转化途径共同影响果实储存期间的糖酸风味变化(Li et al., 2020; Xin et al., 2021; Md Nor et al., 2022)。研究表明,在百香果成熟期间,蔗糖含量下降,而果糖和葡萄糖含量上升;柠檬酸和苹果酸含量先增加后下降(Shiomi et al., 1996)。此外,百香果在采后成熟过程中会产生一系列挥发性物质,这些物质有助于消费者摄入酚类和黄酮类化合物,主要包括酯类、醇类、醛类和萜类,其主要前体物质是脂肪酸(FAs)(Gomes et al., 2021; Xia et al., 2021)。研究发现,在室温下储存15天后,乙酸乙酯的浓度逐渐增加,而己基丁酸酯的浓度在第三天达到峰值后开始下降(Narain & Bora, 1992)。目前市场上主要的品种有紫色百香果(PPF)和黄色百香果(YPF):YPF果肉呈橙黄色,香气较弱,味道偏甜偏酸;而PPF果肉颜色更深,香气更浓郁,甜酸度较低。不过YPF具有“花香”和“酯香”,并伴有独特的“硫磺”气味(Carasek & Pawliszyn, 2006; Werkhoff et al., 1998)。
先前的研究已经确定了百香果在运输和储存过程中的重要生理变化,但对成熟过程中的特征代谢物缺乏精确筛选,室温储存期间的大规模代谢变化仍不清楚。代谢组学技术可以全面检测生物体内的代谢物并识别样本间的差异(Tian et al., 2020)。随机森林(RF)模型能够处理复杂的代谢组学数据特征,并提供特征重要性指标,以帮助理解哪些特征在预测中起更重要的作用(Galal et al., 2022)。本研究选择了市场销量较高的百香果品种——紫色果皮的‘Mantianxing’、黄色果皮的‘Dahuangjin’以及以高糖含量著称的‘Qinmi No. 9’。利用代谢组学技术全面鉴定了这三种百香果品种在25°C储存条件下的果肉代谢物组成及其相对含量(收获后1天、5天和9天)。这不仅揭示了储存期间代谢物变化的特征,还关注了不同品种间化合物动态的相似性和差异性,为未来精确调控采后品质提供了理论参考。

部分内容摘要

植物材料与处理

植物材料包括三种百香果品种:一种紫色品种(Passiflora edulis f. edulis)和两种黄色品种(Passiflora edulis f. flavicarpa),均来自中国海南省三亚市吉阳区的一个百香果果园。PPF选用了‘Mantianxing’(MTX),YPF选用了‘Qinmi No. 9’(QM)和‘Dahuangjin’(HJ)。在三个时间点(收获后1天、5天和9天)采集了三个果实样本(QM、MTX、HJ)。

百香果的高通量综合代谢组学分析

为了研究三种百香果在三个储存阶段(第1天、第5天和第9天)的代谢动态变化(图1A,B),本研究使用HS-SPME/GC–MS和UPLC-ESI-MS技术鉴定了16类605种挥发性有机化合物(VOCs)和10类716种非挥发性代谢物(NVMs),但有86种化合物被归类为“其他”类别(图1B,C;表S1, S2)。VOCs主要包括酯类(110种)、萜类(108种)、杂环化合物(87种)、烃类(56种)和酮类(55种)等。

结论

本研究探讨了三种不同果皮颜色(紫色和黄色)百香果在室温储存期间的代谢变化特征。我们鉴定了605种挥发性有机化合物(VOCs),属于16个类别;以及716种非挥发性代谢物(NVMs),属于10个类别。检测到的代谢物数量增加了3.5至9.5倍,并且发现了难以检测的杂环化合物。

作者贡献声明

莫春燕:撰写、审稿与编辑、验证。 程露露:撰写、审稿与编辑、数据分析。 雷正:监督、项目管理、资金获取、数据管理。 孟翔:数据可视化、软件处理。 谢希金:实验设计。 赵旭:资源获取、方法学研究、概念构建。 熊云:初稿撰写、概念构思。

未引用参考文献

Zhang et al., 2021

利益冲突声明

作者声明他们没有可能影响本研究报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了四川省自然科学基金项目(编号2024NSFSC0152)的支持。
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普

知名企业招聘

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号