奥维森科技：代谢组学揭示甘氨酸甜菜碱对冷藏桃子风味品质的影响

桃子（Prunus persica Batsch）因其味道美味并含有丰富的营养物质，深受消费者的青睐，但在室温条件下，会迅速成熟和变质，影响水果的风味。近期，南京农业大学生命科技学院通过生理表型和代谢组学研究甘氨酸甜菜碱（GB）处理对桃子果实风味品质、有机酸和氨基酸含量的影响，于工程技术类期刊《Food Research International》（IF=6.475）发表题为《Amino acid metabolomic analysis involved in flavor quality and cold tolerance in peach fruit treated with exogenous glycine betaine 》，探讨GB处理对冷藏桃子果实中氨基酸的潜在作用机制。

奥维森科技为此提供了代谢组学检测及分析服务。

甘氨酸甜菜碱处理对桃子风味品质和耐寒性的代谢组学研究

研究背景

桃子因其味道美味并含有丰富的营养物质，深受消费者的青睐，但在室温下，它会迅速成熟和变质。低温贮藏被广泛应用于延长采后果实贮藏时间的一种方法，但桃子作为一种更年性果实容易受到低温损伤。风味是评价水果最重要的感官质量指标之一，酸度和甜度构成桃子的主要风味，果实酸度主要受有机酸的影响，包括苹果酸、奎宁酸和柠檬酸。氨基酸代谢是植物对非生物胁迫（如低温胁迫和干旱胁迫)的一种重要的适应指标，许多氨基酸及其衍生物已被报道有助于减轻低温伤害。

甘氨酸甜菜碱（GB)是一种季铵盐生物碱，在高等植物的细胞渗透调节中起着重要作用。越来越多的证据证实，GB与甜樱桃、梨等果实的低温抗性有关。最近，GB已被证明可以调节水果和蔬菜的抗氧化和膜脂肪酸代谢，以缓解冷害。然而，对GB处理后果实氨基酸代谢和风味品质变化的研究较少，因此，本文主要目的是研究GB处理对其风味品质、有机酸和氨基酸含量的影响，并阐述GB处理对冷藏桃子果实中氨基酸的潜在作用机制。

实验设计

选择新鲜桃子，采后2 h内将大小、颜色均匀，无可见伤口或腐烂的桃子运至实验室，随机分为两组，每组300个果实分为3个生物重复。对照组（Control）在无菌去离子水中浸泡10 min, GB处理组在10mm GB溶液中浸泡10 min，然后将水果风干约30分钟，在0±0.5℃、85-90%相对湿度下保存35 d。在存储期间，每隔7 d收集桃子果肉样品，液氮速冻-80℃保存。其中每组10个桃子在20℃贮藏3 d，模拟货架状态，评价贮藏21 -35 d的IB指数。

实验技术

代谢组学、qPCR

主要结果

1、GB处理对桃子果实IB指数、TSS、有机酸、TA和FAA含量的影响

桃子是低温敏感性水果，低温贮藏不当会对果实造成冷害，其主要表现为果实内部褐变。结果显示，桃子果肉在0℃贮藏21 d后出现内褐变症状，各处理组果肉内部褐变（IB）指数随时间持续升高，而GB处理可显著抑制果肉IB指数的升高。两组总可溶性固体（TSS）含量在第21 d均达到最大值，其中GB处理显著高于Control组。在7d和21d，GB组处理果实的苹果酸、柠檬酸和琥珀酸含量显著高于Control组果实。各组可滴定酸（TA）在贮藏过程中逐渐下降，GB处理的果实在7-21d内TA含量显著升高。

GB处理的桃果实总游离氨基酸（FAA）含量明显积累，谷氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、脯氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的含量在21和35 d均显著高于Control组。21 d时两组间半胱氨酸和缬氨酸含量有明显差异，35 d天冬氨酸和瓜氨酸含量有明显差异。此外，GB处理组在第7 d和第21 d诱导了更高的精氨酸含量， 在第7 d时果实中丙氨酸含量显著升高，21 d时则相反。

表1 不同处理条件下果实IB指数、TSS、有机酸、TA和FAA含量

2、GB处理对冷藏处理桃子果实风味的影响

口感是消费者评价水果的主要特征之一，桃子果实在低温条件下长时间贮藏后，其整体风味会变得扁平无味。电子舌（味觉指纹分析仪）被认为是一种灵敏度高、检测快速、无主观影响、人员需求低的仪器。图1A为桃子果实低温贮藏期间电子舌响应值的变化。整个冷藏过程中酸味和咸味逐渐下降，GB可以缓解酸味的下降，而甜度从7d开始增加，但在21 d后下降。桃子果实的鲜味和丰富度的变化与甜度相似，此外，冷藏期间苦味逐渐增加，GB处理可以抑制7d和21d的苦味上升。

桃子果实在冷藏期间电子舌响应值的主成分分析（PCA)如图1B所示，GB组样品与Control组样品显著分离。Pearson相关系数区分了电子舌对风味物质反应值的相关性（图1C），结果显示，甜度与TSS、天冬氨酸呈显著正相关；酸度与TA、苹果酸、柠檬酸呈正相关，与丙氨酸、半胱氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、亮氨酸、赖氨酸和组氨酸呈负相关；苦味与风味物质的相关性与酸度相反；鲜味与天冬氨酸、TA和苹果酸呈正相关，与苏氨酸、丙氨酸、甘氨酸、赖氨酸和组氨酸呈负相关；丰富度与脯氨酸、天冬氨酸和TSS呈正相关，苦味与TSS呈负相关；盐度与谷氨酸、TA、苹果酸、柠檬酸呈显著正相关，与半胱氨酸、缬氨酸、亮氨酸、组氨酸呈显著负相关。

图1 冷藏期间电子舌响应值的分析图

3、GB处理对冷藏桃子果实的代谢组学分析

由于IB症状发生在低温贮藏的第3周，对冷藏21d的桃子样品进行UPLC-MS分析，以进一步探索GB处理组与Control组果实之间代谢物的具体变化。代谢物PCA分析结果如图2A所示，两组之间存在显著差异。在Control组和GB组处理的果实中，共筛选出191种显著的代谢物，可分为8类(图2B)，即氨基酸及其衍生物（16.2%）、胺（2.1%）、苯丙烷和聚酮（15.2%）、碳水化合物及其偶联物（14.7%）、有机酸及其衍生物（5.8%）、脂类和脂类（9.4%）、核苷酸及其衍生物（6.8%）和其他（29.8%）。

通过KEGG富集得到33个显著的代谢通路（p<0.05），与对照相比，GB处理的样品富集最多的20条KEGG通路如图2C所示，其中TCA循环、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成和苯丙氨酸代谢通路比较显著。

筛选涉及氨基酸、有机酸及其衍生物的差异代谢途径，进行聚类热图分析（图2D）。结果显示，GB处理显著提高了L -苏氨酸、L-谷氨酸、L-半胱氨酸、L-异亮氨酸、L-缬氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸等游离氨基酸的含量，而L-丙氨酸和L-蛋氨酸等氨基酸的含量累积受到抑制。

图2 代谢组学分析

4、GB处理对冷藏桃子果实中精氨酸、γ-氨基丁酸、多胺含量及相关酶活性的影响

精氨酸酶（ARG）活性、精氨酸脱羧酶（ADC）活性以及鸟氨酸δ-转氨酶过氧化物酶（OAT）在14 d达到峰值后逐渐下降，与Control组相比，GB 处理可显著提高整个贮藏期间ARG、ADC和OAT的活性。GB处理后鸟氨酸脱氢酶（ODC）活性随贮藏时间增加而增加，在21 d时达到最大值后逐渐降低，但均显著高于Control组，表明GB处理显著抑制了贮藏后期ODC活性的降低。基因表达量结果显示，PpARG和PpADC基因表达在储藏期呈现先升高后下降趋势，与对Control组相比，GB处理表现出更高的基因表达并抑制后期的下降。同样随着储藏时间的增加，GB的处理组PpODC和PpOAT表达均高于Control组，呈现先升高后降低变化趋势（图3A）。

γ-氨基丁酸（GABA）含量和谷氨酸脱羧酶（GAD）活性在整个贮藏期均呈现先升高后降低趋势，且分别在21 d和14 d达到最大值，GB处理桃子果实的GABA含量显著高于Control组。PpGAD和PpGABA-T的表达量显著增加，并在21d达到最高值。PpGAD在Control组果实中的表达量变化较为平稳，而GB处理的果实在整个贮藏过程中表达量呈急剧增加的趋势。对于ppSSADH的表达，先是迅速增加，然后下降（图3B）。

GB处理显著提高了桃子果实中腐胺（Put）和亚精胺（Spd）含量，并保持了较高的含量。精胺（Spm）含量在第7d时略有增加，并随着储存时间的延长而逐渐下降。在冷藏过程中，二胺氧化酶（DAO）和多胺氧化酶（PAO）的活性先升高后降低，在7d时GB处理果实和Control组果实的活性均无差异，而从14d开始持续下降，GB处理后下降更为明显。PpPAO的表达水平先上调，后下调，GB处理显著抑制了PpPAO表达的增加，在14~28d两组间有显著差异（图3C）。

GB处理通过维持较高的ADC、ODC、OAT活性，提高GABA、多胺的含量，促进桃子果实多胺和脯氨酸的合成，从而诱导精氨酸代谢，提高桃子的耐寒性

图3精氨酸、γ-氨基丁酸、多胺含量及相关酶活性的变化 图3精氨酸、γ-氨基丁酸、多胺含量及相关酶活性的变化

结论

（1）TSS、有机酸和部分FAA含量与桃子果实风味有关，电子舌能有效区分GB处理与Control组桃子果实风味的差异。

（2）GB处理可激活精氨酸代谢和GABA途径，抑制多胺降解途径积累脯氨酸、多胺和GABA，从而增强桃果实的耐寒性。

（3）本研究结果为低温贮藏条件下GB处理保持桃子果实采后品质提供了新的参考。

参考文献

[1] Jia Z, Wang Y, Wang L, et al. Amino acid metabolomic analysis involved in flavor quality and cold tolerance in peach fruit treated with exogenous glycine betaine[J]. Food Research International, 2022, 157: 111204.

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