脉冲光通过调节果胶裂解酶（PL）的活性，延缓了杏果的软化过程

《Food Bioscience》：Pulsed light delays the softening of apricot fruit by modulating pectin lyase (PL) activity

　　杏果采后软化受果肉细胞壁结构变化影响，研究脉冲光（500-600 J）对杏果硬度及pectin lyase（PL）活性抑制机制。结果显示脉冲光通过抑制PaPL基因表达降低PL酶活性，延缓果胶降解，同时破坏酶蛋白二硫键引发构象变化，从而减少细胞壁降解。该机制为非热加工技术在果蔬保鲜中的应用提供了理论依据。

　　杏果在采收后会迅速变软，这大大缩短了其储存时间。尽管脉冲光已被证明能够延缓果蔬的软化过程，但其作用机制仍不明确。本研究探讨了脉冲光对杏果质地的影响，并发现该处理方式能够有效延缓果肉硬度的下降，其中500–600 J的处理效果最为显著。此外，脉冲光显著抑制了果胶酶（Pectin Lyase, PL）的活性，通过降低果胶酶基因（PaPL）的表达水平、减少酶的活性以及延缓果胶成分的降解，从而抑制果肉软化。更进一步地，脉冲光可能破坏PL蛋白分子之间的二硫键，引发酶的二级结构构象变化，从而进一步降低其活性。这些发现为揭示脉冲光技术如何抑制果蔬酶活性提供了理论依据。

杏果是蔷薇科植物，作为全球第三大栽培的核果类水果，其具有令人愉悦的酸甜口感、出色的风味以及丰富的维生素和矿物质，因此深受消费者喜爱。根据2023年农业农村部发布的数据，中国杏果的种植面积已超过8亿平方米，其中“金太阳”杏果占据了约18%的种植面积，达到1.44亿平方米，年产量约为3.5亿公斤。然而，杏果是一种典型的跃变型果实，其采后生理活动较为旺盛，导致果实迅速变软、褐变和腐烂。这些生理变化不仅影响果实的风味和可食用性，也对储存、运输和市场推广带来了挑战。

杏果的采后软化过程与细胞壁中果胶含量的变化密切相关。果胶是一种复杂的细胞壁多糖，可以进一步分为水溶性果胶（WSP）、离子溶性果胶（ISP）和共价溶性果胶（CSP）。这些果胶成分在细胞间粘附和细胞机械强度方面发挥着重要作用。研究发现，果胶的组成变化直接影响果实的硬度。例如，Deng等（2019）指出，果实硬度与细胞壁中果胶的组成有关，具体表现为水溶性果胶含量越高、共价溶性果胶含量越低，果实硬度越低；相反，当水溶性果胶含量较低、共价溶性果胶含量较高时，果实硬度则较高。Ren等（2020）在研究番石榴成熟过程中发现，水溶性果胶含量的快速上升与果实软化过程同步发生。同样，Xu等（2024）在“Doctor Jules Guyot”梨果的研究中也发现，水溶性果胶含量与果实硬度之间存在负相关关系。果胶成分的转化依赖于多种果胶降解酶，如果胶甲酯酶（PME）、果胶酶（PL）和多聚半乳糖醛酸酶（PG）。这些酶的活性与果实的软化过程密切相关。然而，已有研究表明，抑制或敲除编码PME和PG的基因对延缓果实软化的效果非常有限（Huang等，2020；Su等，2023）。相比之下，Selman等（2016）在番茄研究中发现，干扰果胶酶基因（SlPL）能够有效抑制果实细胞中的果胶降解过程，显著提高果实硬度，而不会对果实风味产生负面影响。随后，Paolo等（2018）和Li等（2023）的研究进一步验证了这一结论，明确指出果胶酶基因（PL）是调控果实软化的关键基因，其表达水平随着果实成熟和软化过程的推进而显著上升。

已有研究表明，冷藏、气调包装和1-MCP处理等方法能够在一定程度上延缓杏果的采后软化过程（Liu等，2019；Maryam等，2022；Juan等，2022）。近年来，非热处理技术逐渐成为食品加工和保鲜领域的重要研究方向（Schmid等，2004；Arslan & Aliba?，2024）。脉冲光作为一种新型的非热技术，因其在工业应用中的巨大潜力而受到关注。其主要优势在于处理时间极短，通常只需几秒钟即可完成。与传统的热处理或化学处理方法相比，脉冲光是一种“冷”处理技术，因此能够显著降低能耗。通过短时间的高强度光照，脉冲光可以刺激果蔬的代谢活动，从而延缓软化和腐烂过程，提高采后保鲜效果。研究已表明，脉冲光处理能够延长采后果蔬的货架期，包括草莓（Avalos-Llano等，2018）、柿子（Denoya等，2020）、樱桃番茄（Leng等，2019）和蓝莓（Pratap-Singh等，2023）。其中，抑制果蔬中内源性酶的活性是延长其货架期的关键因素。抑制效果取决于脉冲光的强度和脉冲次数，其作用机制可能涉及化学修饰、DNA断裂、蛋白质变性等多种方式（Charles等，2013）。脉冲光可以通过光诱导修饰引发酶的分子结构变化，最终导致其活性的丧失（Chen等，2020；Davies & Truscott，2001）。Pellicer等（2017）和Pellicer等（2019b）对脉冲光对过氧化物酶（POD）和PG的影响进行了研究，结果显示，脉冲光处理能够破坏蛋白质分子之间的二硫键，改变蛋白质的疏水性，破坏蛋白质的二级和三级空间结构，并使蛋白质结构变得松散。

然而，脉冲光在调控果蔬软化过程中的潜在机制仍然不明确。因此，本研究基于果胶酶活性的变化，探讨了脉冲光对杏果软化的影响。一方面，这些发现为抑制杏果软化提供了新的技术手段；另一方面，也为揭示脉冲光技术如何抑制果蔬酶活性提供了理论支持。通过分析不同脉冲光处理对杏果质地和品质的影响，研究团队进一步验证了脉冲光在果蔬保鲜中的应用价值。此外，研究还探讨了脉冲光如何通过改变酶的分子结构和活性来延缓果实软化过程，为未来开发更高效的果蔬保鲜技术奠定了基础。

在本研究中，选用的杏果为“金太阳”品种，来源于中国荥阳的杏果种植基地。这些杏果具有统一的大小，无任何损伤或病害，并且成熟度一致。在实验开始前，采收的杏果样品被预冷至4°C，持续24小时。预冷后的杏果被随机分为六组，其中一组为未处理对照组（CK），其余五组为脉冲光处理组。每组杏果的重量约为12公斤，以确保实验数据的可靠性。通过这种方法，研究团队能够系统地评估脉冲光处理对杏果软化过程的影响。

研究结果显示，经过脉冲光处理的杏果硬度高于未处理组（CK组，6.44 N），其中500–700 J的处理效果尤为显著，能够延缓硬度下降33%、33%和23%（图1B）。此外，与CK组相比，500–700 J的脉冲光处理组在储存10天后仍能保持较低的可溶性固形物（TSS）含量，同时具有较高的酸度（TA）水平（图1C）。这些变化表明，脉冲光不仅能够延缓杏果的硬度下降，还能有效维持其品质特性。在储存过程中，CK组的杏果出现了严重的褐变现象，而脉冲光处理组的杏果则表现出更好的外观质量，说明脉冲光处理在延缓褐变方面也具有积极作用。

进一步的分析表明，脉冲光处理通过抑制果胶酶的活性来延缓杏果的软化过程。果胶酶（PL）是果蔬软化过程中的关键酶之一，其活性的降低直接导致果胶成分的降解减缓，从而维持果实的硬度。本研究发现，500–600 J的脉冲光处理能够显著抑制PL活性，同时降低其基因（PaPL）的表达水平。这种基因表达水平的下降与酶活性的降低密切相关，说明脉冲光可能通过调控基因表达来影响酶的合成和活性。此外，研究还发现，脉冲光处理可能破坏PL蛋白分子之间的二硫键，从而引发酶的二级结构构象变化，进一步降低其活性。这种结构变化可能是由于脉冲光引起的光化学反应所导致的，即光照可能改变了PL蛋白的化学环境，使其结构发生不可逆的变化，从而失去催化能力。

在讨论部分，研究团队进一步分析了杏果成熟过程中果胶含量的变化及其对果实硬度的影响。杏果的成熟通常伴随着糖分的积累、有机酸的降解和果肉的软化。本研究发现，经过500–600 J脉冲光处理的杏果，其果胶含量的变化趋势与未处理组有所不同。具体而言，处理后的杏果表现出较低的糖分含量，但较高的酸度和硬度。这一现象表明，脉冲光处理可能在一定程度上抑制了糖分的积累，同时延缓了有机酸的降解过程，从而维持果实的硬度和风味。Gómez等（2011）的研究也支持这一观点，他们发现，低剂量的脉冲光处理能够有效维持果实细胞的三维结构，而高剂量的处理可能会导致细胞膜破裂和细胞器的损伤。因此，脉冲光的处理强度可能在一定程度上决定了其对果实结构和质地的影响。

在结论部分，研究团队总结了脉冲光处理对杏果软化过程的影响。通过分析不同处理强度对果胶酶活性的影响，研究发现，脉冲光处理能够显著延缓杏果硬度的下降，其中500–600 J的处理效果最为显著。果胶酶活性的降低是脉冲光延缓果实软化的关键因素，其作用机制可能涉及基因表达水平的下调、酶活性的减少以及果胶成分的降解延缓。此外，脉冲光可能通过破坏PL蛋白分子之间的二硫键，引发酶的构象变化，从而进一步降低其活性。这些发现不仅揭示了脉冲光技术在杏果保鲜中的作用机制，也为其他果蔬的保鲜研究提供了重要的理论支持。

本研究的作者包括刘梦培、李婉睿、张丽兵、魏晓鹏、吴晨阳和卢海飞。其中，吴晨阳负责研究方法的设计，魏晓鹏负责软件分析，卢海飞负责项目管理和资金获取，刘梦培负责论文的撰写和审阅，张丽兵和李婉睿负责论文的撰写以及数据的整理与分析。所有作者均声明不存在可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。此外，研究数据已包含在本文中，可供进一步研究使用。研究团队还表示，他们同意未来在《食品生物科学》期刊上发表相关文章。这些信息不仅展示了研究的严谨性和透明度，也为后续研究提供了参考和借鉴。

本研究的成果具有重要的实际应用价值。随着人们对食品质量和安全要求的不断提高，果蔬保鲜技术正面临着更高的挑战。传统的保鲜方法虽然在一定程度上能够延缓果蔬的软化和腐烂，但往往伴随着较高的能耗和可能的化学残留问题。相比之下，脉冲光作为一种非热、非化学的保鲜技术，具有显著的优势。其处理时间短、能耗低，且不会对果蔬的营养成分和风味产生负面影响。因此，脉冲光技术有望成为未来果蔬保鲜领域的重要工具。此外，本研究揭示了脉冲光如何通过抑制果胶酶活性来延缓果实软化，为相关技术的优化和应用提供了理论依据。未来的研究可以进一步探讨脉冲光处理对不同果蔬软化过程的影响，以及其在实际生产中的应用效果。

在当前的食品加工和保鲜技术研究中，非热处理技术正逐渐成为主流。与传统的热处理或化学处理方法相比，非热技术不仅能够有效延长果蔬的货架期，还能保持其原有的营养成分和风味。脉冲光作为其中的一种代表技术，因其独特的处理方式和高效的结果而受到广泛关注。本研究的结果表明，脉冲光处理能够有效延缓杏果的软化过程，这为其他果蔬的保鲜研究提供了重要的参考。同时，该研究也揭示了脉冲光如何通过改变酶的分子结构和活性来影响果实的质地和品质，这为未来开发更高效的果蔬保鲜技术提供了理论支持。

在实际应用中，脉冲光技术可以通过调节处理参数（如脉冲强度、处理时间等）来优化其保鲜效果。例如，研究发现，500–600 J的处理强度对杏果的硬度和酸度影响最为显著，说明在实际应用中，需要根据不同的果蔬种类和储存条件来调整脉冲光的处理参数。此外，脉冲光的处理时间极短，这使其在工业应用中具有较高的可行性。相比传统的热处理或化学处理方法，脉冲光处理不仅能够减少能源消耗，还能避免化学残留对食品安全的影响。因此，脉冲光技术有望在果蔬保鲜领域发挥更大的作用。

本研究的结果还表明，脉冲光处理能够有效维持杏果的外观质量和风味特性。在储存过程中，CK组的杏果出现了严重的褐变现象，而脉冲光处理组的杏果则表现出更好的外观质量。这说明脉冲光处理不仅能够延缓果实的软化过程，还能有效抑制褐变的发生。此外，脉冲光处理组的杏果在储存10天后仍能保持较高的酸度和较低的可溶性固形物含量，这表明其在维持果实风味方面也具有积极作用。这些发现为脉冲光技术在果蔬保鲜中的应用提供了重要的支持。

总的来说，本研究通过系统分析脉冲光处理对杏果软化过程的影响，揭示了其作用机制，并验证了其在果蔬保鲜中的应用价值。研究结果表明，脉冲光处理能够有效延缓杏果硬度的下降，同时维持其外观质量和风味特性。这些发现不仅为杏果的保鲜技术提供了新的思路，也为其他果蔬的保鲜研究提供了重要的理论依据。未来的研究可以进一步探讨脉冲光处理对不同果蔬的影响，以及其在实际生产中的应用效果，以推动果蔬保鲜技术的发展和创新。