不同采收季莲藕中果胶甲酯酶对质构的影响

谢玮，严守雷，李春丽，王清章，李洁

（华中农业大学食品科技学院，武汉，430070）

莲藕（Neulmho nuciferaGaertn）属睡莲科莲属多年生宿根性草本植物，莲藕按生长规律一般分为幼苗期、成苗期、花果期、结藕期、休眠期，其中7～8月为结藕期，然后进入休眠期，植株地上部分完全枯萎，直至长出新藕，然后到第二年春天萌芽开始，进入另外一个周期。因此一般情况下，9月是出产新藕的时候。虽然各个季节都可以见到莲藕，但是每个时段出产的莲藕各有特点。宋哲等[1]对不同生长时期莲藕淀粉的凝胶特性进行了研究，发现不同生长期莲藕淀粉的热分解速率随成熟度而加快，其破裂力与破裂能随成熟度的增加而减少，不同生长期淀粉凝胶特性也有所不同。许金蓉等[2]对不同生长期不同品种的莲藕的生理活性进行比较研究发现，莲藕的PPO活性、果胶酶活性，过氧化氢酶活性，总酚含量和水分含量都呈现一定的变化趋势，而不是一成不变。李峰等[3]对莲藕生长周期内，其植株、叶、莲鞭、藕等变化情况进行了观察分析研究。

果胶甲酯酶（Pectin Methyl esterase，PME）对果胶具有去甲酯化作用，其作用于含部分甲酯化的半乳糖醛酸链上，切除甲基形成带负电的多糖分子，负电的多糖分子可与Ca2+发生交联作用，形成Ca2+凝胶，产生一个坚固的果胶酸钙网络，提高果蔬的品质。宗迪等[4]研究了果胶甲酯酶对果胶质地的保持作用，发现经由果胶甲酯酶处理的苹果切块，其硬度保持率为48.5%，而普通的苹果硬度保持率为32.5%。杜小琴等[5]研究了果胶甲酯酶对泡菜脆度的影响，研究结果发现，经由果胶PME处理的果胶可以降低果胶酯化度，在Ca2+的作用下，较好地提高了泡菜脆度。利用同样的原理，可以用果胶甲酯酶改善番茄酱的黏度[6]。

在多细胞的植物中，丰富的果胶对促进细胞之间的粘连和组织结合起到很大的作用[7]。果胶按照酯化度可以分为高甲氧基果胶（DE＞50%）和低甲氧基果胶（DE＜50%），低甲氧基果胶可以与Ca2+发生交联作用，形成Ca2+凝胶，产生一个坚固的果胶酸钙网络，外观形似固体，非常稳定。

本文通过研究莲藕在不同采收时间果胶甲酯酶活性，研究其与硬度、酯化度的影响及相关性。

1 材料与方法

1.1 试验材料

①莲藕品种 鄂莲8号，由湖北省武汉市蔬菜科学研究所提供，采收时间分别为2012年9月、11月和2013年1月。

②主要试剂 氯化钠、盐酸、氢氧化钠、三羟甲基氨基甲烷、95%乙醇、酚酞、柑橘果胶均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产。

③主要仪器 高速冷冻离心机，Sorvall ST 16R Thermo公司生产；pH计，PB-10型，赛多利斯科学仪器有限公司生产；质构仪TA.XTPlus，美国TA有限公司生产；旋转蒸发仪，R-210，瑞士BUCHI公司生产；透析袋，3500，Sigma公司生产；真空冷冻干燥机，LGJ-30F，北京松原华兴科技发展有限公司生产；数显恒温磁力搅拌水浴锅，SHJ-A，江苏省金坛市汉康电子有限公司生产。

1.4 测定方法

①果胶甲酯酶活性 参考Ümit Ünal等[8]的方法，略有改动。

②质构分析 参考钱文文[9]的测定方法，测定模式为 TPA；探头，P6；测定参数，1.00 mm/sec，测试速度，1.00 mm/s，测后速度，1.00 mm/s；压缩比，30%；两次间隔时间，2 s。硬度定义为第一次压缩时所需的最大力。

③酯化度测定 参考杜胜兰[10]的测定方法。

2 结果与分析

2.1 果胶甲酯酶活性

果胶甲酯酶是一种细胞壁结合酶，可以催化细胞壁结构中果胶进行去甲酯化水解，并产生部分去甲酯化的果胶，为后续细胞壁中的多聚半乳糖醛酸的水解反应提供必需的条件，最终导致果胶质发生降解，使果实软化。本试验取不同采收时间的鲜样测定其活性，结果如图1所示。

由图1可以看出，从9月到11月果胶甲酯酶活性较稳定，到翌年1月，果胶甲酯酶活性逐渐降低，可能因为一直处于较低温度环境，使酶失活。也有可能当其采收时间延长至第二年1月时，梢节有轻微萎缩老化，酶活性受到影响[11]。

2.2 水溶性果胶酯化度

在多细胞的植物中，丰富的果胶对促进细胞之间的粘连和组织结合起到很大的作用。果胶是由部分甲酯化的D-半乳糖醛酸按照α-1，4糖苷键连接而成的主链，由L-鼠李糖半乳糖醛酸聚糖或阿拉伯聚糖组成的毛发区构成的侧链。作为细胞中间层主要成分的果胶质，当中间层和初生壁发生变化时，果蔬中的果胶质的组成和含量均会发生变化，因此果蔬质地的差异与细胞中果胶的性质有密不可分的关系。

图1 莲藕不同采收时间的PME活性

果蔬细胞壁组分中的果胶分为水溶性果胶螯合性果胶和Na2CO3可溶性果胶，本试验着重研究莲藕中水溶性果胶在不同采收时间的变化。

果胶酯化度作为果胶的一个基本性质，可以表征果胶中甲酯化的结合程度，本试验研究不同采收时间果胶酯化度变化，结果如图2所示。

果胶甲酯酶决定甲基化的稳定性，酯化度与果胶凝胶的形成有较大关系，并且其决定着细胞的稳定性[9]。由图2可以看出，从9月到11月，莲藕中水溶性果胶酯化度变化不大，到翌年1月，酯化度升高，主要是因为在9月到11月，莲藕中果胶甲酯酶活性较高，高甲氧基果胶变为低甲氧基果胶，酯化度降低，到翌年1月，果胶甲酯酶活性降低，催化果胶去甲基化程度下降，从而使果胶酯化度升高。

2.3 硬度

硬度表示事物保持内部形状的结合力，是使其达到一定变形所需的力。莲藕硬度大小与莲藕品种和成熟程度有关，一定程度上反映了莲藕的品质。取不同采收时间的鲜样测定其硬度，结果如图3所示。

果胶甲酯酶活性高，促进果胶的去甲酯化[10]，钙离子与去甲酯化后的果胶形成果胶酸钙网络，使果胶结构趋于稳定，果实硬度得到保护[11]。

由图3可知，在9月和11月，莲藕的硬度变化不大，到翌年1月，硬度下降，原因是果胶甲酯酶在较高环境温度下（30～40℃）能发挥其作用，催化果胶去甲基化，降低果胶的酯化度，此反应一方面致使水溶性果胶增加，细胞壁结构中间层受到破坏，另外一方面，有钙离子存在的情况下，形成果胶酸钙的网络，稳定果胶结构，细胞壁结构也就得到保护。由于后者作用更显著，故在9月到11月时，果胶甲酯酶活性较强，低甲氧基果胶与钙离子交联，果胶酸钙网络结构形成较多，使细胞壁结构更稳定，莲藕硬度更大。果胶甲酯酶可将高甲氧基果胶（HM）转化成低甲氧基果胶（LM）。LM对Ca2+发生交联作用，形成钙凝胶，产生一个坚固的果胶酸钙网络，可防止果胶物质溶出，从而从本质上对莲藕硬度产生影响[12]。

图2 莲藕不同采收时间水溶性果胶酯化度

图3 莲藕不同采收时间硬度

3 结论与讨论

果胶甲酯酶决定甲基化的稳定性，酯化度与果胶凝胶的形成有较大关系，并且其决定着细胞的稳定性。试验结果表明，莲藕的PME活性与硬度和果胶酯化度有较大关系。硬度与PME活性呈正相关，即PME表现出较高活性时莲藕硬度越大。水溶性果胶酯化度与PME活性呈负相关，即PME表现出较高活性时果胶酯化度越低，这与PME催化果胶去酯化作用机理相一致。

通过相关性分析可以发现，莲藕的硬度与PME活性和果胶酯化度有较大关系，这些都可能是导致其质地出现差异的因素，这与Sila等[15]对胡萝卜的研究相似。程杰山等[16]研究辣椒果实在成熟过程中的各项生理指标发现，当辣椒硬度较大的时候，PME处于高活性状态。薛彦斌等[17]研究青梅时也发现，由于PME有较高活性，可促进果胶去甲酯化，加速多聚半乳糖醛酸的水解，水溶性果胶则会一直上升。杨德兴等[18]也发现果实的软化与果胶的溶解性呈显著的相关性。从前人的研究中，总结水溶性果胶上升的现象可以发现，水溶性果胶上升是果实软化的一个表现，这是由于细胞壁多糖的降解加速，果胶质内部结合力降低导致。

本试验结果表明，莲藕硬度与果胶甲酯酶活性呈正相关，水溶性果胶酯化度与果胶甲酯酶活性呈负相关。莲藕在9～11月采收，PME活性较高，低甲氧基果胶与Ca2+交联，硬度比翌年1月高；因高甲氧基果胶变为低甲氧基果胶，故酯化度比翌年1月低。

[1]宋哲，汪兰，何会，等.不同生长期莲藕淀粉的凝胶特性、热重与核磁共振测定[J].食品科学，2009，30（23）：105-109.

[2]许金蓉，周明全，何建军，等.莲藕不同生长期的生理活性研究[J].湖北农业科学，2005（2）：79-81.

[3]李峰，彭静，黄来春，等.莲藕生长动态观察[J].长江蔬菜，2007（6）：38.

[4]宗迪，顾慧莹，王庆.果胶甲酯酶对保持苹果质构作用的研究[J].食品工业科技，2005，26（3）：76-79.

[5]杜小琴，车振明.果胶甲酯酶对泡菜脆度的影响研究[J].中国调味品，2008（6）：44-46.

[6]周鹏，俞中.应用果胶甲基酯酶改善番茄酱的粘度[J].食品工业科技，2003，24（5）：29-30.

[7]Jarvis M,Briggs S,Knox J.Intercellular adhesion and cell separation in plants[J].Plant,Cell&Environment,2003,26(7)：977-989.

[8] Ümit Ünal M,Bellur E.Extraction and characterisation of pectin methylesterase from black carrot(Daucus carotaL.)[J].Food Chemistry,2009,116(4)： 836-840.

[9]钱文文.两类不同质地莲藕的特性研究[D].武汉：华中农业大学，2011.

[10]杜胜兰.粉脆质地莲藕细胞壁组分研究[D].武汉：华中农业大学，2012.

[11]周国林，柯卫东，傅新发.几个主栽莲藕品种熟性比较[J].长江蔬菜，2004（3）：36

[12]Limberg G,Körner R,Buchholt H C,et al.Analysis of different de-esterification mechanisms for pectin by enzymatic fingerprinting using endopectin lyase and endopolygalacturonase II fromA.Niger[J].Carbohydrate Research,2000,327(3)：293-307.

[13]Grant G T,Morris E R,Rees D A,et al.Biological interactions between polysaccharides and divalent cations:the egg-box model[J].FEBS lett,1973,32(1)：195-198.

[14]Chiang P Y,Luo Y Y.Effects of pressurized cooking on the relationship between the chemical compositions and texture changes of lotus root(Nelumbo nuciferaGaertn.)[J].Food Chemistry,2007,105(2)：480-484.

[15]Sila D N,Smout C,Vu T,et al.Effects of High‐Pressure Pretreatment and Calcium Soaking on the Texture Degradation Kinetics of Carrots during Thermal Processing[J].Journal of food science,2004,69(5)：205-211.

[16]程杰山，沈火林，井玉芳，等.辣椒果实成熟过程中硬度及相关生理生化指标的变化 [J].华北农学报，2006，21（6）：75-78.

[17]薛彦斌，久保康隆，稻叶昭次，等.青梅果实的采后成熟特性和肉质变化[J].中国南方果树，1999，28（3）：34-37.

[18]杨德兴，戴京晶，庞向宇，等.猕猴桃衰老过程中PG、果胶质和细胞壁超微结构的变化[J].园艺学报，1993，20（4）：341-345.