梁敏華，蘇新國，梁瑞進，楊震峰

（1. 廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院食品學(xué)院，廣東廣州 510520；2. 浙江萬里學(xué)院生物與環(huán)境學(xué)院，浙江寧波 315100）

果實中萜烯類、酯類、醇類、醛類及部分含硫化合物共同構(gòu)成了水果特有的香氣活性成分[1]。目前，果品的怡人香氣已逐漸成為吸引消費者和增強市場競爭力的重要因素，加之現(xiàn)代食品加工制造工業(yè)對天然香氣的需求越來越大，有關(guān)果實香氣的研究逐漸成為改善果實品質(zhì)、提高果實商業(yè)價值的重要渠道之一。以往的流行病學(xué)資料表明，果實中如萜烯類、醛類等活性香氣物質(zhì)對于預(yù)防心血管、腫瘤等疾病具有積極效應(yīng)[2-3]。同時，從營養(yǎng)學(xué)角度來看，平時攝入含有較為豐富香氣成分的水果還可以提高食欲，刺激消化腺的分泌，有利于人體身體健康[4]。因此，深入揭示和評價果實中香氣物質(zhì)的合成代謝規(guī)律及其營養(yǎng)特性，進而調(diào)控果實在特定發(fā)育階段大量合成積累這類活性組分，已成為園藝產(chǎn)品次生代謝研究的一個熱點。

芒果（Mangifera indicaL.） 隸屬于漆樹科芒果屬，與蘋果、香蕉、柑橘、葡萄并稱世界五大水果，其色香味俱全且營養(yǎng)豐富，常被譽為“熱帶果王”[5]。我國種植芒果歷史悠久，尤其是近半個世紀(jì)以來，芒果種植已經(jīng)逐漸成為我國熱帶、亞熱帶地區(qū)重點推廣的特色產(chǎn)業(yè)之一[6]。芒果屬于淀粉轉(zhuǎn)化型果實，呼吸躍變是淀粉轉(zhuǎn)化型果實通常需要經(jīng)歷的生理發(fā)育階段[7]。呼吸躍變型果實采后的成熟衰老進程伴隨一系列復(fù)雜的代謝響應(yīng)，如果實中營養(yǎng)活性物質(zhì)的合成代謝、色澤、質(zhì)地的變化等，深入探究涉及其中的生理生化及分子生物學(xué)規(guī)律對調(diào)控果實采后品質(zhì)形成具有重要的指導(dǎo)意義[8-10]。綜述了芒果果實香氣物質(zhì)成分及代謝調(diào)控方面的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以期為芒果果實活性成分的深度開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 芒果果實中的香氣物質(zhì)

成熟芒果中富含酯類、酮類、萜烯類等香氣物質(zhì)270 多種，主要有α -蒎烯、異松油烯、3 -蒈烯、順式- β 羅勒烯、檸檬烯、苯甲醛、二甲基苯乙烯利、乙酸乙酯、α-葎草烯、β -瑟林烯、苯乙酮等，屬典型的花香型果實[11-13]。上述香氣物質(zhì)在果實生長發(fā)育過程中以脂肪酸、氨基酸、碳水化合物為前體物質(zhì)，經(jīng)一系列酶修飾而形成，涉及多個生物代謝通路，如呼吸代謝途徑、脂肪酸代謝途徑、氨基酸代謝途徑、異戊二烯類化合物生物合成途徑等[14-15]。

2 呼吸代謝與香氣物質(zhì)合成

呼吸作用既能提供能量支持生物體的正常生命活動，又能提供必要的原料或中間產(chǎn)物以促進生物體內(nèi)重要活性物質(zhì)的合成[16]。果實采后呼吸作用形式多樣，可通過糖酵解途徑、磷酸戊糖途徑、三羧酸循環(huán)及其他途徑，表現(xiàn)在中間產(chǎn)物形成與轉(zhuǎn)化、電子傳遞系統(tǒng)與末端氧化酶的變化[17]。由于呼吸強度變化情況的不同，可將果實的成熟衰老進程分為呼吸躍變型和非呼吸躍變型兩類[18]。其中，呼吸躍變型果實的呼吸作用強度在成熟之前變化緩慢，在將要成熟時急劇升高直至呼吸頂峰，隨后下降。芒果果實內(nèi)含大量的淀粉，屬于典型的呼吸躍變型果實，其成熟衰老過程經(jīng)歷了明顯的呼吸躍變生理效應(yīng)。眾多研究表明，呼吸躍變型果實營養(yǎng)活性物質(zhì)的合成與代謝是由果實內(nèi)在因素和外部環(huán)境共同誘導(dǎo)而引發(fā)的生理過程，其中內(nèi)在因素包括呼吸底物的利用與轉(zhuǎn)化、呼吸途徑的轉(zhuǎn)變、中間產(chǎn)物的形成與轉(zhuǎn)化、次生物質(zhì)合成與調(diào)控等方面[19-21]。其中，中間產(chǎn)物如乙酰輔酶A、α -酮戊二酸、丙酮酸、延胡索酸、草酰乙酸等，次生物質(zhì)如磷酸果糖、己糖和戊糖等可能參與了果實香氣物質(zhì)的合成代謝[22-24]。研究發(fā)現(xiàn)，果實呼吸強度及中間產(chǎn)物的形成與轉(zhuǎn)化與果實可溶性糖的含量密切相關(guān)[25]。低氧、低溫可降低果實呼吸強度，進而誘導(dǎo)果實能保持較高的可溶性固形物和抗氧化物質(zhì)含量[26]。此外，躍變型果實在采后成熟衰老過程中，磷酸戊糖途徑莽草酸途徑協(xié)同影響，增加了酮類、萜烯類等次生代謝物質(zhì)的積累，為香氣物質(zhì)的合成提供了充足的原料[27-29]。由此可見，躍變型果實在采后成熟衰老過程中，呼吸代謝對果實香氣活性物質(zhì)的合成代謝起到了重要的調(diào)控作用。

3 脂肪酸代謝與香氣物質(zhì)合成

不飽和脂肪酸如亞油酸、亞麻酸等是果實香氣物質(zhì)合成代謝的主要前體物質(zhì)。脂氧合酶（Lipoxygenase，LOX） 是脂肪酸代謝途徑中的起始關(guān)鍵酶，不飽和脂肪酸在LOX 的催化作用下生成多烯脂肪酸氫過氧基衍生物[30]。多烯脂肪酸氫過氧基衍生物經(jīng)氧化烯合酶（Allene oxide synthase，AOS）、環(huán)氧丙烷環(huán)化酶（Allene oxide cyclase，AOC）、12 -氧-植物二烯酸還原酶（12-oxo-phytodienoic acid reductase，OPR） 的催化作用下生成茉莉酮酸，茉莉酮酸在茉莉酸甲基轉(zhuǎn)移酶（Jasmonate methyltransferase，JMT）作用下可生成茉莉酮和茉莉酮酸甲酯[31]。同時，多烯脂肪酸氫過氧基衍生物也可經(jīng)氫過氧化物裂解酶（Hydroperoxide lyase，HPL） 作用生成3,6 - 壬二烯醛和3 -己烯醛，后兩者可在醇脫氫酶（Alcohol dehydrogenase，ADH）、醇酰輔酶A 轉(zhuǎn)移酶（Alcohol acyl CoA transferase，AAT）、3Z,2E - 烯 醇 異 構(gòu) 酶（3Z,2E-enal isomerase，3Z,2E-EI）、HPL 作用下生成2,6 -壬二烯醇、順- 3 -乙酸乙酯、2 -己烯醇、己醛等活性物質(zhì)[32]。已有研究表明，經(jīng)外源亞麻酸和亞油酸處理后的番茄果實己烯醛含量分別增加12 倍和14 倍[14]；LOX 酶活性受到抑制狀態(tài)下的蘋果由于缺乏合成酯類的底物而使得果實產(chǎn)生非正常的氣味[33-34]，而過量表達芒果LOX 基因，果實中的δ -戊內(nèi)酯和δ -十聚內(nèi)酯含量顯著增加[35]；但到目前為止，有關(guān)芒果果實成熟和采后呼吸躍變前后經(jīng)脂肪酸代謝途徑產(chǎn)生的香氣物質(zhì)的合成和調(diào)控卻鮮有報道。因此，系統(tǒng)探究芒果采后脂肪酸代謝途徑及相關(guān)機制，必然有助于探明芒果果實成熟期間香氣物質(zhì)的合成與調(diào)控機理。

4 氨基酸代謝與香氣物質(zhì)合成

果實中的丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸和天冬氨酸等氨基酸可通過氨基酸代謝途徑經(jīng)脫羧、還原、氧化或酯化反應(yīng)，生成帶有明顯風(fēng)味特征的醇類、碳基化合物類、酸類和酯類等活性物質(zhì)[36]。其中，酮酸和酰基輔酶A 是代謝途徑重要中間產(chǎn)物，酮酸可在脫氫酶或脫羧酶的繼續(xù)作用下分別轉(zhuǎn)化為?；o酶A 和醛，后者在乙醇脫氫酶（Alcohol dehydrogenase，ADH） 的作用下轉(zhuǎn)化成醇；?；o酶A 和醇在醇酰基轉(zhuǎn)移酶（Alcohol acetyltransferase，AAT） 的催化作用下形成酯類物質(zhì)，對果實的怡人香氣具有重要貢獻。研究表明，芒果果實MiADH1 和MiADH2 基因在果實成熟初期表達明顯，MiADH3 在果實整個發(fā)育成熟期間表達明顯，ABA 處理可以上調(diào)MiADH1 表達，下調(diào)MiADH2 表達，而對MiADH3 表達無顯著影響[37]。截至目前，有關(guān)芒果采后經(jīng)氨基酸代謝途徑產(chǎn)生的香氣物質(zhì)的合成和調(diào)控還鮮有報道，氨基酸代謝途徑相關(guān)酶活性變化情況、中間或末端產(chǎn)物合成代謝情況尚未明晰，系統(tǒng)研究此間的內(nèi)在聯(lián)系及其相關(guān)機制，對于探明芒果果實成熟期間香氣物質(zhì)的合成與調(diào)控機理顯得尤為重要。

5 萜類化合物代謝與香氣物質(zhì)合成

萜類化合物是果實香氣活性物質(zhì)中的代表性組分，主要由以異戊二烯結(jié)構(gòu)（C5H8）n為基本單元的烴類及其含氧衍生物組成。根據(jù)含有異戊二烯結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目進行分類，萜類化合物可分為單萜（Monoterpenes，C10）、倍半萜（Sesquiterpenes，C15）、二萜（Diterpene，C20）、三萜（Triterpene，C30）、四萜（Tetraterpene，C40）、多萜（Polyterpene，n 個C5，n＞10） 等。上述所有萜類化合物均由C5 結(jié)構(gòu)單元異戊烯焦磷酸（Isopenetenyl diphosphate，IPP） 及其烯丙基異構(gòu)體二甲稀丙基二磷酸（Dimethylallyl diphosphate，DMAPP） 縮合而成。IPP 和DMAPP 在植物體中可通過細(xì)胞質(zhì)中的甲羥戊酸（Mevalonic acid，MVA） 途徑或質(zhì)體中的2 - C -甲基- D -赤蘚糖醇- 4 -磷酸（Methylerythritol phosphate，MEP）途徑合成。在MVA 途徑中，2 個分子IPP 和1 個分子DMAPP 在法尼基焦磷酸合成酶（Farnesyl pyrophosphate synthase，F(xiàn)PPS） 催化作用下合成倍半萜烯前體物質(zhì)法尼基焦磷酸（Farnesyl pyrophosphate，F(xiàn)PP），F(xiàn)PP 進一步反應(yīng)轉(zhuǎn)化為倍半萜烯、三萜烯、鯊烯及甾醇等[38]。在MEP 途徑中，1 個分子IPP 和1 個分子DMAPP 在牻牛兒基焦磷酸合成酶（Geranyl pyrophosphate synthase，GPPS） 催化作用下合成單萜烯前體物質(zhì)牻牛兒基焦磷酸（Geranyl pyrophosphate，GPP），GPP 再進一步反應(yīng)轉(zhuǎn)化為單萜烯[39]；或者3 個分子IPP 和1 個分子DMAPP 在牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合成酶（Geranylgeranyl pyrophosphate synthase，GGPPS）催化作用下合成二萜烯前體物質(zhì)牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸（Geranylgeranyl pyrophosphate，GGPP），GGPP再進一步反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二萜烯、四萜烯或類胡蘿卜素等[39-40]。初步研究結(jié)果表明，MVA 途徑和MEP途徑并不是獨立存在的，萜烯類化合物的生物合成過程中中間產(chǎn)物IPP 的相互交換、補充現(xiàn)象使得上述2 種代謝途徑有著密切的聯(lián)系[41-42]。Kulkarni R 等人[43]研究發(fā)現(xiàn)25 ℃或0.3 mmol/L 濃度MgCl2外源處理能使芒果FPPS 催化活性達到最佳，而40 ℃或6 mmol/L濃度MgCl2外源處理則能使芒果GPPS1 和GPPS2 活性達到最大值，這表明恰當(dāng)?shù)耐庠刺幚砟芮袑嵱行岣咻祁惢衔锷锖铣赏緩街嘘P(guān)鍵酶的活性。然而，現(xiàn)有的研究大多只是針對果實中萜類化合物的組成及含量分析展開了較為深入的探討，有關(guān)芒果果實采后成熟衰老和呼吸躍變前后萜類化合物的合成代謝規(guī)律鮮有報道，尤其是果實成熟衰老過程中，果實自發(fā)進行的呼吸躍變代謝對其體內(nèi)萜類化合物的合成代謝影響及相關(guān)機制還不明朗。

6 結(jié)語

綜上所述，以往的研究大多集中在單獨研究芒果果實中某特定類型香氣物質(zhì)的特性及合成代謝等方面，尚未涉及果實采后成熟衰老期間香氣物質(zhì)代謝途徑的綜合研究及協(xié)同影響機制，限制了芒果果實自身所具有的獨特營養(yǎng)價值的充分發(fā)揮。以芒果果實采后香氣物質(zhì)合成代謝生理為切入點，系統(tǒng)研究芒果果實采后香氣物質(zhì)合成代謝途徑及協(xié)同影響，揭示芒果果實采后香氣物質(zhì)合成代謝的調(diào)控機制，對芒果果實采后營養(yǎng)活性物質(zhì)的合成代謝調(diào)控機理將會有一個較全面和清晰的認(rèn)識。