项目文章

项目文章 | LC-MS非靶向代谢组学助力南京农大低温等离子处理对草莓品质及抗氧化能力研究

前言

 

2019年4月,欧易/鹿明生物合作客户南京农业大学郑永华博士课题组在Journal of Agricultural and Food Chemistry杂志(IF=4.192)发表题为“Physiological and Metabolomic Analysis of Cold Plasma Treated Fresh-Cut Strawberries”的研究论文,该研究运用LC-MS非靶向代谢学探究低温等离子处理抑制了鲜切草莓的微生物生长,促进了与黄酮和黄酮醇合成相关代谢产物的积累,明确了低温等离子处理对鲜切草莓的品质维持和抗氧化能力增强的正效应。

 

 
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中文标题:低温等离子体处理对鲜切草莓的代谢物研究

研究对象:草莓

发表期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry

影响因子:4.192

发表时间:2019年4月

合作单位:南京农业大学

涉及欧易/鹿明生物服务产品:LC-MS非靶向代谢组学(由鹿明生物提供技术支持

 

研究背景
 

鲜切水果和蔬菜因其营养价值和方便而广受欢迎。切割是一种非生物胁迫,可促进新鲜农产品中的生物活性物质积累,促使酚类物质含量增加及抗氧化能力增强。由于微生物的生长,促进果蔬的腐烂。因此一些有效和创新的采后处理技术引起了世界的关注。

 

近年来,低温等离子体技术已成为农业和食品工业中一种有效、潜在的加工技术。鲜切草莓是维生素、矿物质和抗氧化化合物的良好来源。然而,关于低温等离子体技术如何影响鲜切草莓的品质和代谢物代谢的信息还很少。本研究采用生理指标检测和LC-MS非靶向代谢组学检测方法,研究分析了低温等离子体技术对鲜切草莓品质和抗氧化活性的影响。

 

研究思路

 

 
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研究结果

 

1.鲜切草莓的品质特性

 

随着贮藏时间的增加,草莓的硬度、弹性、凝聚力、咀嚼性和黏性都呈下降趋势,而粘附性则呈上升趋势(图1)。等离子处理显著抑制了鲜切草莓的粘附性上升,并显著延迟了硬度、黏性的下降(p < 0.05)。在前3天中,TSS 和TA显著降低(p < 0.05)。

 

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图1 | 低温等离子处理的品质特性

 

硬度(A);粘附性(B);弹性(C);粘结性(D);粘性(E);咀嚼性(F);TSS(G);TA(H)的影响;

 

2.鲜切草莓的TABC、Vc含量及抗氧化能力分析

 

低温等离子处理显著抑制了鲜切草莓的微生物生长(p < 0.05)(图2A),贮藏期间Vc含量呈下降趋势(p < 0.05)(图2B),清除羟自由基的活性增加(图2C和D)。

 

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图2 | 低温等离子处理对鲜切草莓的分析

 

菌落综总数TABC(A);Vc含量(B);抗氧化能力(C);DPPH 的影响(D)

 

3.鲜切草莓的代谢组学分析

 

运用LC-MS代谢组学通路分析筛选了前10条显著富集的代谢通路,包括:Flavone and flavonol biosynthesis, Biosynthesis of plant hormones, Carbon fixation in photosynthetic organisms, Alanine aspartate and glutamate metabolism, Aminoacyl-tRNA biosynthesis, Nitrogen metabolism, “Biosynthesis of alkaloids derived from ornithine, lysine and nicotinic acid, Biosynthesis of alkaloids derived from shikimate pathway, Biosynthesis of phenylpropanoids and Zeatin biosynthesis. 这10代谢通路中包含57个代谢代谢物(芹菜素、L-天冬氨酸等),热图聚类分析见图3。

 

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图3 | 10代谢通路中代谢物的聚类分析图

 

4.鲜切草莓的抗氧化性分析

 

低温等离子处理对鲜切草莓总酚含量(TPC)、AC含量、总黄酮含量(TFC)的变化情况见图4。从贮藏第1天到第3天,TPC和AC呈现显著上升趋势;且低温等离子处理显著增加了鲜切草莓的AC含量(p < 0.05),在贮藏第7天,AC含量显著下降(p < 0.05)。随着贮藏时间的增加,TFC呈上升趋势(图4)。

 

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图4 | 低温等离子处理对鲜切草莓总酚含量变化情况

 

总酚含量TPC(A);AC含量(B);总黄酮含量(TFC)(C);

 

低温等离子处理对鲜切草莓PAL、C4H、4CL和FaPAL、FaC4H、 Fa4CL基因表达影响见图5。从贮藏第1天到第3天,PAL和4CL呈现显著上升趋势,在贮藏第1天,C4H含量显著增加(p < 0.05)。在早期贮藏期间,FaPAL和FaC4H表达上升,随后下降。此外,处理也诱导了 Fa4CL的上调表达。

 
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图5 | 低温等离子处理对鲜切草莓甚微基因表达影响

 

PAL(A)、C4H(B)、4CL(C)和FaPAL (D)、FaC4H (E) 、 Fa4CL (F)基因表达的影响

 

低温等离子处理对鲜切草莓SOD、APX、CAT和FaCu/ZnSOD、FaMnSOD、FaAPX、FaCAT基因表达影响见图6。贮藏第1天,SOD显著上升趋势随后下降;贮藏第5天,APX达到最大值随后下降;低温等离子处理诱导了CAT的持续上升。低温等离子处理后FaAPX和FaCAT的表达峰值分别出现在第3天和第1天,且从12h到第3天,FaAPX和FaCAT在两组间表现显著性差异(p<0.05)。

 

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图6 | 低温等离子处理对鲜切草莓的基因表达影响

 

SOD(A);APX(B);CAT(C);FaCu/ZnSOD(D);FaMnSOD(E)、FaAPX(F) 、FaCAT(G) 基因表达的影响;

 

实验结论

 

低温等离子处理抑制了鲜切草莓的微生物生长,促进了与黄酮和黄酮醇合成相关代谢产物的积累,诱导了物质(TPC、TFC和AC)的增加和活性氧的代谢,诱导ROS代谢相关的酶活性提高及相关基因表达的激活,从而增强了鲜切草莓的抗氧化活性。本研究通过生理和LC-MS非靶向代谢组学分析,明确了低温等离子处理对鲜切草莓的品质维持和抗氧化能力增强的正效应。

 

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图7 | 低温等离子处理对鲜切草莓的作用机制图

小鹿推荐

 

低温等离子体技术(Cold plasma technology)为果蔬的去污保鲜提供了新的机遇。采用低温等离子技术处理(45kV,1 min)草莓,随后4度贮存1周。非靶向代谢组分析表明:由处理诱导的代谢物主要参与黄酮类化合物与黄酮醇生物合成、苯丙生物合成等代谢通路。处理维持了细胞结构特性,并抑制了鲜切草莓的微生物生长。此外,等离子体处理还通过增强关键酶活性、激活类相关基因表达以及活性氧代谢,促进了总酚、总黄酮和花青素的积累,极大地提高了草莓果的抗氧化能力。本研究为低温等离子体处理鲜切草莓的安全性和品质的影响提供了一个新的视角,并表明低温等离子体处理作为一种新兴的加工技术有望提高采后果蔬的品质和抗氧化活性。

 

部分参考文献:

 

Meilin, Li, Xiaoan, et al. Physiological and Metabolomic Analysis of Cold Plasma Treated Fresh-Cut Strawberries.[J]. Journal of agricultural and food chemistry, 2019.

 

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文章来源于鹿明生物

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