《食品科学》：西北农林科技大学寇莉萍副教授等：3 种石榴果皮褐变与酚类代谢及能量代谢的关系

石榴（Punica granatum L.）是石榴科石榴属重要的经济水果作物，中国是世界上石榴种质资源最多、产量最高的地区之一，低温贮存（（4.0±0.5）℃）是应用最广泛且有效的石榴果实贮藏手段之一，但石榴的低温贮藏通常伴随着低温损伤，其具体表现为果皮凹陷、颜色异常、果皮或果肉褐变、果肉木质化等形式，直观影响果实的感官品质，且影响果实内在品质。石榴果皮褐变通常由酶促褐变引起，其含有的酚类物质在过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）的催化作用下被氧化为醌类物质，此类物质进一步聚合形成深褐色物质，进而使果实组织产生褐变。此外，果皮能量代谢与其代谢酶活性的变化也与果皮褐变存在一定关系。

西北农林科技大学食品科学与工程学院的刘倩婷，杜佳铭，寇莉萍*等以陕西引进品种‘突尼斯软籽’、传统品种‘净皮甜’和选育品种‘骊山红’3 种石榴为实验材料，研究冷藏过程中石榴果皮褐变与酚类物质代谢和能量代谢之间可能存在的关系，并比较3 个品种石榴的优势差异，旨在为石榴果皮褐变机理的阐明和不同品种石榴贮藏提供理论依据。

01

冷藏过程中不同品种石榴果皮褐变指数及抗氧化能力比较

由图1 A可知，石榴果皮褐变指数在低温贮藏过程中显著增加（P＜0.05）。其中，‘净皮甜’果皮表现出较易褐变，其褐变指数显著高于其余两个品种（P＜0.05）。‘突尼斯软籽’在贮藏过程中果皮色泽较好，褐变程度最轻。

由图1B、C可知，3 个品种石榴果皮DPPH自由基清除率均呈现先升高后降低趋势，但整体变化范围不大。对于ABTS阳离子自由基清除率，仅‘突尼斯软籽’总体呈现出先升高后降低趋势，而‘净皮甜’保持稳定，‘骊山红’在贮藏15 d后显著下降，30 d后保持稳定。对于果皮DPPH自由基清除率和ABTS阳离子自由基清除率，均是‘突尼斯软籽’显著高于其余两个品种（P＜0.05），而‘净皮甜’在45 d后显著高于‘骊山红’（P＜0.05）。结果表明‘突尼斯软籽’石榴果皮具有优于其余两个品种的抗氧化能力。

02

冷藏过程中不同石榴果皮酚类物质代谢比较

2.1 冷藏过程中不同石榴果皮总酚、总黄酮和花色苷含量比较

由图2A可知，3 种石榴果皮总酚含量在贮藏过程中波动范围较小。‘突尼斯软籽’果皮总酚含量呈现先升高后降低趋势，在贮藏结束时含量为35.86 mg/g。‘净皮甜’果皮总酚含量在贮藏30 d后保持在17.01～19.06 mg/g之间，变化不显著（P＞0.05）。‘骊山红’果皮总酚含量在贮藏到第60天略微上升，随后下降，到贮藏结束时为17.70 mg/g。其中，整个贮藏过程中‘突尼斯软籽’果皮总酚含量显著高于其余两个品种（P＜0.05）。

由图2B可知，3 种石榴果皮总黄酮含量整体上均呈先上升后下降趋势，但波动较小，贮藏结束时，‘突尼斯软籽’‘净皮甜’‘骊山红’果皮总黄酮含量分别为1.58、0.98、0.97 mg/g。其中，‘突尼斯软籽’石榴果皮总黄酮含量始终显著高于其余两个品种（P＜0.05），在15～60 d，‘净皮甜’果皮总黄酮含量显著高于‘骊山红’（P＜0.05）。

由图2C可知，3 种石榴果皮花色苷含量均随冷藏时间延长先升高后降低，在贮藏结束时‘突尼斯软籽’果皮总花色苷含量为19.3 mg/kg，‘净皮甜’为4.2 mg/kg，‘骊山红’为17.2 mg/kg。在贮藏过程中，‘净皮甜’果皮花色苷含量始终显著低于其余两个品种（P＜0.05），此外，在贮藏30～75 d，‘骊山红’果皮花色苷含量也显著低于‘突尼斯软籽’（P＜0.05）。

2.2冷藏过程中不同石榴果皮PPO、POD和PAL活力比较

由图3A可知，3 个品种石榴果皮PPO活力整体上都是随贮藏时间延长呈现先升高后降低趋势。‘突尼斯软籽’石榴果皮PPO活力总体显著低于其余两个品种（P＜0.05），保持在3.38～4.98 U/（min•g）之间。贮藏0～30 d，‘净皮甜’果皮PPO活力高于‘骊山红’，但在45～90 d其PPO活力均低于‘骊山红’，贮藏结束时‘净皮甜’果皮PPO活力降为5.51 U/（min•g），‘骊山红’的PPO活力为7.82 U/（min•g）。

由图3B可知，‘突尼斯软籽’与‘净皮甜’果皮POD活力在45 d后均呈现显著上升趋势（P＜0.05），而‘骊山红’果皮在30～60 d显著下降（P＜0.05）。在贮藏0～45 d，‘突尼斯’软籽果皮POD活力最低，‘净皮甜’石榴果皮POD活力最高。在贮藏60～90 d，‘净皮甜’果皮POD活力最高，其次是‘突尼斯软籽’。贮藏结束时，‘突尼斯’‘净皮甜’和‘骊山红’果皮POD活力分别为31.2、38.3、11.3 U/（min•g）。

由图3C可知，‘突尼斯软籽’PAL活力在第60天骤增至114.6 U/（h•g），随后呈下降趋势，至贮藏结束时降为72.9 U/（h•g）。而‘净皮甜’与‘骊山红’PAL活力均在小范围内波动，范围分别为18.8～26.0、18.6～31.7 U/（h•g）。在冷藏过程中，‘突尼斯软籽’果皮PAL活力均显著高于其余两个品种（P＜0.05）。

03

冷藏过程中不同石榴果皮能量代谢比较

3.1冷藏过程中不同石榴果皮ATP、ADP、AMP含量及能荷比较

由图4A可知，3 种石榴果皮ATP含量在贮藏过程中均呈现先升高后降低趋势，其中‘突尼斯软籽’与‘净皮甜’石榴果皮ATP含量均在第60天达到最大，分别为7.47 mg/g和2.30 mg/g；‘骊山红’果皮ATP含量在第15天最高，为2.33 mg/g。在整个贮藏过程中，‘突尼斯软籽’果皮ATP含量显著高于其余两个品种（P＜0.05）。

由图4B可知，‘突尼斯软籽’石榴ADP含量在贮藏过程中呈先升高后降低趋势，在15～75 d其含量显著高于‘净皮甜’与‘骊山红’（P＜0.05），贮藏结束时降为1.17 mg/g。‘净皮甜’果皮ADP含量在贮藏过程中呈上升趋势，除15 d外，整个冷藏过程中略高于‘骊山红’，冷藏结束时为1.72 mg/g。‘骊山红’果皮ADP含量整体上呈现先升高后降低趋势，结束时含量为1.29 mg/g。

由图4C可知，3 种石榴果皮AMP含量均随贮藏时间的延长呈显著增加趋势（P＜0.05）。‘突尼斯软籽’石榴AMP含量仅在45～60 d含量较低，其余时间AMP含量均高于其余两个品种，在贮藏结束时增至1 007.7 μg/g。在贮藏前期（0～45 d），‘净皮甜’果皮AMP含量略高于‘骊山红’，而在贮藏后期（4 5～7 5 d），‘骊山红’果皮AMP含量又略高于‘净皮甜’，在冷藏第90天，‘净皮甜’‘骊山红’果皮AMP含量分别为908.1、774.0 μg/g。

由图4D可知，‘突尼斯软籽’石榴果皮能荷在贮藏0～60 d略有上升，随后呈显著下降趋势（P＜0.05）。‘净皮甜’与‘骊山红’果皮能荷总体呈显著下降趋势（P＜0.05）。且在冷藏过程中，‘突尼斯’软籽石榴果皮能荷总体上显著高于其余两个品种（P＜0.05）。

3.2冷藏过程中不同石榴果皮ATPase活力比较

由图5A可知，3 种石榴果皮H ＋ -ATPase活力在贮藏过程中均呈先升高后降低趋势，其中除90 d外，‘突尼斯软籽’石榴的H-ATPase活力在整个贮藏过程中均显著高于其余两个品种（P＜0.05）。‘净皮甜’与‘骊山红’果皮H＋-ATPase活力接近。在贮藏结束时，‘突尼斯软籽’‘净皮甜’‘骊山红’果皮H-ATPase活力分别为5.73、5.37、6.08 μmol/（mg·h）。

由图5B可知，‘突尼斯软籽’果皮Mg2＋-ATPase活力随冷藏时间延长呈现先升高后降低的趋势，且整个贮藏过程中均显著高于‘净皮甜’和‘骊山红’（P＜0.05），贮藏结束时为6.51 μmol/（mg·h）。‘净皮甜’果皮Mg2＋-ATPase活力随冷藏时间延长也先升高后降低，且在30～75 d显著高于‘骊山红’（P＜0.05），贮藏结束时为5.18 μmol/（mg·h）。‘骊山红’果皮Mg 2＋ -ATPase活力除第90天外均随时间延长呈显著下降趋势，贮藏结束时为5.33 μmol/（mg·h）。

由图5C可知，3 个品种Ca 2＋ -ATPase活力在整个贮藏过程中呈波动变化，贮藏结束时‘突尼斯软籽’‘净皮甜’‘骊山红’果皮Ca 2＋ -ATPase活力分别为6.33、7.04、6.52 μmol/（mg·h）。

04

石榴果皮褐变与能量及酚类物质代谢相关性分析

图6A可见，‘突尼斯软籽’石榴果皮褐变指数与POD活力和AMP含量呈极显著正相关（P＜0.01），图6B可见，‘净皮甜’果皮褐变指数与总酚含量、POD活力和AMP含量呈极显著正相关（P＜0.01），与总黄酮含量、PAL活力和ADP含量呈显著正相关（P＜0.05）。图6C可见，‘骊山红’果皮褐变指数与AMP含量呈极显著正相关（P＜0.01），与总酚含量呈显著正相关（P＜0.05），与Mg2＋-ATPase活力呈极显著负相关（P＜0.01），与ABTS阳离子自由基清除率呈显著负相关（P＜0.05）。综上，石榴果皮褐变受酚类物质含量、相关酶活力、能量物质含量的影响。

05

石榴果皮能量及酚类物质代谢相关指标主成分分析

表1是主成分分析法所得3 个主成分（PC）因子，累计贡献率达83.540%。其中PC1特征值为9.561，贡献率56.241%；PC2特征值为3.139，贡献率为18.463%；PC3特征值为1.502，贡献率为8.836%。前两个主成分累计贡献率已达74.704%，可基本反映指标间相关信息。

载荷图（图7A）有助于进一步分析各指标之间的相关程度。根据PC1可知，石榴果皮ADP含量、总黄酮含量、DPPH自由基清除率、PAL活力、总酚含量、ATP含量、ABTS阳离子自由基清除率、Mg2＋-ATPase活力、H＋-ATPase活力、花色苷含量、能荷之间存在正相关关系，并且这些指标与褐变指数和PPO活力存在负相关关系。根据PC2可知，褐变指数与POD活力、AMP含量、Ca2＋-ATPase活力呈正相关，与PPO活力呈负相关。从图7B可知，根据PC1可以明显区分‘突尼斯软籽’与其余两个品种，‘骊山红’与‘净皮甜’石榴贮藏品质更为相似。

06

6.1 3种石榴果皮褐变与抗氧化能力的差异

冷藏是目前石榴贮藏保鲜最常见的手段，褐变常常发生在贮藏过程中并影响果实品质。首先，石榴果皮含有丰富的多酚类物质，具有强抗氧化活力，其中DPPH自由基与ABTS阳离子自由基清除能力是反映抗氧化活性的具体指标。本研究表明‘突尼斯软籽’石榴具有优于其余两个品种的抗氧化能力，且褐变程度在3 个品种中最低。

6.23种石榴果皮褐变与酚类代谢之间的关系及差异

石榴果皮的总酚含量在品种间具有明显差异，有研究表明石榴皮的抗氧化活性与总酚含量之间存在正相关关系。本研究同样发现，在更易发生褐变的‘净皮甜’果皮中，总酚与总黄酮含量与DPPH自由基与ABTS阳离子自由基清除能力均存在显著正相关性。酚类物质是酶促褐变的重要底物，是石榴果皮褐变的重要影响因子，其含量的变化影响果皮的氧化-还原平衡。石榴皮黄酮类化合物含量较高，能降低各类自由基活力，具有强于VC的抗氧化性。石榴果皮花色苷同样具有良好的抗氧化能力，对自由基表现出强清除能力。PPO、POD、PAL是酚类代谢中的关键酶。PPO、POD酚类物质被氧化从而加速深褐色物质生成，进而产生褐变。PAL是苯丙氨酸代谢途径中的重要酶，也是酚类物质生成的关键酶，对果皮褐变具有重要影响。

本研究结果显示，褐变程度更低的‘突尼斯软籽’石榴总酚、总黄酮含量更高，而其PPO和POD活力相对较低，因此推测‘突尼斯软籽’石榴褐变度低是因为PPO、POD活力较低，对酚类物质的氧化程度较低，从而使酚类物质含量保持较高。而褐变严重的‘净皮甜’石榴PPO、POD活力在贮藏过程中整体上更高。石榴果皮的褐变既有酶促褐变的作用，又存在非酶褐变的影响，深层次的原因还需进一步通过分子生物学进行研究。

6.33种石榴果皮褐变与能量代谢之间的关系及差异

能量是生理代谢的基础，有研究表示果实采后能量状态对果皮褐变具有重要影响，在贮藏过程中果皮ATP、ADP含量和能荷下降，能量代谢失衡，自由基攻击膜脂和大分子使膜脂代谢遭到破坏，同时果实的逆境胁迫抵抗力下降，加速果皮褐变及果实品质劣变。现有研究可证实果实能量状态与果皮褐变之间存在密切联系。若贮藏过程中ATP与能荷保持较高水平，AMP维持在较低水平，果实就能维持正常代谢和细胞机能。本研究结果显示，‘突尼斯软籽’石榴果皮在冷藏过程中保持了更高的ATP、ADP含量和能荷，并且褐变程度更轻。而褐变最严重的‘净皮甜’石榴果皮ATP和ADP含量和能荷均较低。

ATPase存在于细胞的质膜、液泡膜、线粒体膜等细胞器膜上，通过使ATP上的高能磷酸键断裂和连接实现能量释放和贮存，主要包含Mg2＋-ATPase、H＋-ATPase和Ca2＋-ATPase等。本研究发现褐变程度更低的‘突尼斯软籽’石榴果皮在冷藏过程中维持了更高的H＋-ATPase和Mg2＋-ATPase活力。

综上，通过能量物质与相关酶活力变化可初步探讨得出石榴果皮褐变与能量代谢间的关系，但基于蛋白质组学的能量亏损和调控还 需进一步研究。能量代谢的分子机制影响生物代谢，进而对果蔬贮藏造成不良影响。

结论

研究结果表明，石榴在（4.0±0.5）℃贮藏过程中果皮褐变逐渐加深，其中‘突尼斯软籽’石榴果皮褐变最轻，‘净皮甜’石榴果皮褐变最严重。与‘净皮甜’和‘骊山红’相比，‘突尼斯软籽’石榴果皮的自由基清除能力、酚类物质含量、PAL活力更高，PPO活力更低。此外，‘突尼斯’软籽石榴还保持了较高的ATP、ADP含量与能荷，其Mg2＋-ATPase、H＋-ATPase活力保持较好，能量状态优于‘净皮甜’和‘骊山红’。相关性分析和主成分分析结果表明，石榴果皮褐变与酚类代谢和能量代谢均相关，石榴果皮的褐变受酚类物质含量、相关酶活力、能量物质含量的影响。本研究立足石榴果皮褐变与代谢关系，发现石榴果皮褐变在品种间呈现的差异与果实在冷藏过程中的酚类代谢及能量代谢密切相关，为深入探究褐变转录组学、代谢组学及蛋白组学提供了方向，进而为选育更耐贮藏、不易褐变的石榴品种提供参考。

本文《3 种石榴果皮褐变与酚类代谢及能量代谢的关系》来源于《食品科学》2023年44卷第21期220-238页，作者：刘倩婷, 杜佳铭, 郭晓宏, 等。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221009-072。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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