LC-MS非靶向代謝組學助力南京農大低溫等離子處理對草莓研究

2020-09-24 鹿明蛋白組代謝組

前言

2019年4月，歐易/鹿明生物合作客戶南京農業大學鄭永華博士課題組在Journal of Agricultural and Food Chemistry雜誌（IF=4.192）發表題為「Physiological and Metabolomic Analysis of Cold Plasma Treated Fresh-Cut Strawberries」的研究論文，該研究運用LC-MS非靶向代謝學探究低溫等離子處理抑制了鮮切草莓的微生物生長，促進了與黃酮和黃酮醇合成相關代謝產物的積累，明確了低溫等離子處理對鮮切草莓的品質維持和抗氧化能力增強的正效應。


中文標題：低溫等離子體處理對鮮切草莓的代謝物研究

研究對象：草莓

發表期刊：Journal of Agricultural and Food Chemistry

影響因子：4.192

發表時間：2019年4月

合作單位：南京農業大學

涉及歐易/鹿明生物服務產品：LC-MS非靶向代謝組學（由鹿明生物提供技術支持）

研究背景

鮮切水果和蔬菜因其營養價值和方便而廣受歡迎。切割是一種非生物脅迫，可促進新鮮農產品中的生物活性物質積累，促使酚類物質含量增加及抗氧化能力增強。由於微生物的生長，促進果蔬的腐爛。因此一些有效和創新的採後處理技術引起了世界的關注。

近年來，低溫等離子體技術已成為農業和食品工業中一種有效、潛在的加工技術。鮮切草莓是維生素、礦物質和抗氧化化合物的良好來源。然而，關於低溫等離子體技術如何影響鮮切草莓的品質和代謝物代謝的信息還很少。本研究採用生理指標檢測和LC-MS非靶向代謝組學檢測方法，研究分析了低溫等離子體技術對鮮切草莓品質和抗氧化活性的影響。

研究思路

研究結果


1.鮮切草莓的品質特性

隨著貯藏時間的增加，草莓的硬度、彈性、凝聚力、咀嚼性和黏性都呈下降趨勢，而粘附性則呈上升趨勢（圖1）。等離子處理顯著抑制了鮮切草莓的粘附性上升，並顯著延遲了硬度、黏性的下降（p < 0.05）。在前3天中，TSS 和TA顯著降低（p < 0.05）。

圖1 | 低溫等離子處理的品質特性

硬度（A）；粘附性（B）；彈性（C）；粘結性（D）；粘性（E）；咀嚼性（F）；TSS（G）；TA（H）的影響；

2.鮮切草莓的TABC、Vc含量及抗氧化能力分析

低溫等離子處理顯著抑制了鮮切草莓的微生物生長（p < 0.05）（圖2A），貯藏期間Vc含量呈下降趨勢（p < 0.05）（圖2B），清除羥自由基的活性增加（圖2C和D）。

圖2 | 低溫等離子處理對鮮切草莓的分析

菌落綜總數TABC（A）；Vc含量（B）；抗氧化能力（C）；DPPH 的影響（D）

3.鮮切草莓的代謝組學分析

運用LC-MS代謝組學通路分析篩選了前10條顯著富集的代謝通路，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. 這top 10代謝通路中包含57個代謝代謝物（芹菜素、山奈酚、L-天冬氨酸等），熱圖聚類分析見圖3。

圖3 | TOP 10代謝通路中代謝物的聚類分析圖

4.鮮切草莓的抗氧化性分析

低溫等離子處理對鮮切草莓總酚含量（TPC）、AC含量、總黃酮含量（TFC）的變化情況見圖4。從貯藏第1天到第3天，TPC和AC呈現顯著上升趨勢；且低溫等離子處理顯著增加了鮮切草莓的AC含量（p < 0.05），在貯藏第7天，AC含量顯著下降（p < 0.05）。隨著貯藏時間的增加，TFC呈上升趨勢（圖4）。

圖4 | 低溫等離子處理對鮮切草莓總酚含量變化情況

總酚含量TPC（A）；AC含量（B）；總黃酮含量（TFC）（C）；

低溫等離子處理對鮮切草莓PAL、C4H、4CL和FaPAL、FaC4H、 Fa4CL基因表達影響見圖5。從貯藏第1天到第3天，PAL和4CL呈現顯著上升趨勢，在貯藏第1天，C4H含量顯著增加（p < 0.05）。在早期貯藏期間，FaPAL和FaC4H表達上升，隨後下降。此外，處理也誘導了 Fa4CL的上調表達。

圖5 | 低溫等離子處理對鮮切草莓甚微基因表達影響

PAL（A）、C4H（B）、4CL（C）和FaPAL (D)、FaC4H (E) 、 Fa4CL (F)基因表達的影響

低溫等離子處理對鮮切草莓SOD、APX、CAT和FaCu/ZnSOD、FaMnSOD、FaAPX、FaCAT基因表達影響見圖6。貯藏第1天，SOD顯著上升趨勢隨後下降；貯藏第5天，APX達到最大值隨後下降；低溫等離子處理誘導了CAT的持續上升。低溫等離子處理後FaAPX和FaCAT的表達峰值分別出現在第3天和第1天，且從12h到第3天，FaAPX和FaCAT在兩組間表現顯著性差異（p<0.05）。

圖6 | 低溫等離子處理對鮮切草莓的基因表達影響

SOD（A）；APX（B）；CAT（C）；FaCu/ZnSOD(D)；FaMnSOD(E)、FaAPX(F) 、FaCAT(G) 基因表達的影響；

實驗結論


低溫等離子處理抑制了鮮切草莓的微生物生長，促進了與黃酮和黃酮醇合成相關代謝產物的積累，誘導了苯丙酸類物質（TPC、TFC和AC）的增加和活性氧的代謝，誘導ROS代謝相關的酶活性提高及相關基因表達的激活，從而增強了鮮切草莓的抗氧化活性。本研究通過生理和LC-MS非靶向代謝組學分析，明確了低溫等離子處理對鮮切草莓的品質維持和抗氧化能力增強的正效應。

圖7 | 低溫等離子處理對鮮切草莓的作用機製圖

小鹿推薦

低溫等離子體技術（Cold plasma technology）為果蔬的去汙保鮮提供了新的機遇。採用低溫等離子技術處理（45kV，1 min）草莓，隨後4度貯存1周。非靶向代謝組分析表明：由處理誘導的代謝物主要參與黃酮類化合物與黃酮醇生物合成、苯丙生物合成等代謝通路。處理維持了細胞結構特性，並抑制了鮮切草莓的微生物生長。此外，等離子體處理還通過增強關鍵酶活性、激活類苯丙酸相關基因表達以及活性氧代謝，促進了總酚、總黃酮和花青素的積累，極大地提高了草莓果的抗氧化能力。本研究為低溫等離子體處理鮮切草莓的安全性和品質的影響提供了一個新的視角，並表明低溫等離子體處理作為一種新興的加工技術有望提高採後果蔬的品質和抗氧化活性。

部分參考文獻：

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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文章來源於鹿明生物

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