《Foods》：Ripening-Associated Changes in Physicochemical Properties and Metabolomic Profiles of Processing Tomato
编辑推荐：
理解成熟相关的理化与代谢变化对于评价加工番茄的品质形成和优化采收成熟度至关重要。本研究以加工番茄品种"中蔬5810"（Solanum lycopersicum L.）为材料，整合理化分析、液相色谱-串联质谱（LC-MS-MS）和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（
理解成熟相关的理化与代谢变化对于评价加工番茄的品质形成和优化采收成熟度至关重要。本研究以加工番茄品种"中蔬5810"（Solanum lycopersicum L.）为材料，整合理化分析、液相色谱-串联质谱（LC-MS-MS）和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）代谢组学技术，系统考察了六个连续成熟阶段的变化。在成熟过程中，可溶性固形物含量显著增加，而γ-氨基丁酸（GABA）和总酚含量显著下降（p < 0.05）。气相色谱-质谱（GC-MS）共鉴定出77种挥发性化合物，其中VIP值最高的20种挥发性化合物被选为成熟相关香气变化的候选标志物，揭示了挥发性代谢的阶段依赖性重塑。液相色谱-质谱（LC-MS）检测到4157个非挥发性代谢特征，并揭示了非挥发性代谢组显著的阶段依赖性重塑，不同化学类别呈现各异的积累模式。多变量分析和通路富集分析表明，氨基酸、核苷酸、辅因子和脂质相关代谢对成熟相关的代谢变异贡献显著。这些发现全面表征了加工番茄成熟过程中与品质相关的代谢组学变化，并确定了潜在的成熟度相关指标，可用于采收优化和品质管理。
加工番茄成熟过程中品质相关代谢组学动态变化的研究解读
一、研究背景与问题提出
番茄（Solanum lycopersicum L.）是全球广泛种植的重要园艺作物，既是鲜食消费品，也是食品加工工业的重要原料，广泛应用于酱料、果泥和果汁等加工产品。番茄品质由成熟过程中理化特性的协同演变以及初生代谢物、生物活性化合物和挥发性化合物的浓度共同决定。有机酸和可溶性糖决定酸甜平衡，挥发性化合物决定香气形成和消费者对风味品质的感知，酚类化合物、类胡萝卜素等植物化学物质则贡献营养价值和功能特性。对于加工番茄而言，成熟阶段尤为重要，因为可溶性固形物含量、酸度、色泽和代谢物组成的变化直接影响原料品质和加工性能。
尽管番茄成熟研究已取得显著进展，但仍存在若干局限：第一，多数前期研究聚焦于鲜食番茄或樱桃番茄，而非具有独特品质要求的加工番茄品种；第二，大多数研究仅比较两三个代表性成熟阶段，可能忽略成熟全过程中渐进的代谢转变；第三，液相色谱-质谱（LC-MS）和气相色谱-质谱（GC-MS）虽可互补覆盖非挥发性和挥发性代谢物，但跨连续商业成熟阶段的整合分析仍相对有限。因此，对连续成熟阶段代谢组轨迹的高分辨率表征仍十分必要，尤其是针对工业化生产中使用的加工番茄品种。
二、研究内容与核心发现
本研究选取中国新疆种植的加工番茄品种"中蔬5810"为研究材料，系统考察了六个连续成熟阶段，即绿熟期（MG）、破色期（BR）、转色期（T）、粉红期（P）、浅红期（LR）和红熟期（R）。通过整合理化测量、顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）和液相色谱-质谱（LC-MS）代谢组学方法，研究旨在表征成熟阶段依赖的理化特性变化，鉴定挥发性和非挥发性代谢谱的动态变化，并确定可作为成熟演化指标的潜在代谢物。研究发现，从转色期到粉红期的过渡是代谢重组的关键时期，此间香气形成和非挥发性代谢网络均发生显著变化。
三、主要关键技术方法
研究人员采用以下核心技术手段开展研究：以中国新疆商业生产田中采集的加工番茄品种"中蔬5810"果实为样本，依据美国农业部（USDA）番茄色泽分类系统将果实划分为六个连续成熟阶段，每个阶段设置四个生物学重复。理化分析包括pH测定、可溶性固形物（TSS）测定、总酚含量（TPC）测定和γ-氨基丁酸（GABA）含量测定。挥发性代谢物分析采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）技术，非挥发性代谢物分析采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS）技术。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA）和邓肯多重比较检验，多变量分析采用主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）。
四、研究结果
4.1 成熟过程中理化特性的变化
理化分析显示，pH值从绿熟期到浅红期相对稳定，介于4.16至4.20之间，在红熟期显著升高至4.26，这可能与果实成熟过程中柠檬酸和苹果酸等有机酸作为呼吸底物被消耗有关。可溶性固形物在整个成熟过程中持续增加，从绿熟期的2.61 °Brix升至红熟期的5.32 °Brix，表明果实成熟期间可溶性糖积累增强，主要归因于淀粉降解和碳水化合物向可溶性糖的转化。总酚含量和γ-氨基丁酸含量在成熟过程中呈下降趋势，表明次生代谢和初生代谢途径在成熟过程中发生协调调整。
4.2 挥发性代谢物的重塑
气相色谱-质谱分析共检测到77种挥发性化合物，包括18种醛类、17种醇类、10种萜烯类、9种酮类、5种芳香烃类、4种酯类、4种酚类、2种酸类及8种其他类别化合物。醛类和醇类是最多样化的挥发性基团，合计占检测挥发性化合物的44.9%。花图分析显示，1-辛烯-3-醇是唯一在所有六个阶段均被检测到的化合物，红熟期含有最多的阶段特异性挥发性化合物（11种）。挥发性类别相对贡献发生显著变化：绿熟期以芳香烃（42.5%）和萜烯（32.0%）为主，转色期酮类增至37.1%并成为主要挥发性类别，酮类在粉红期、浅红期和红熟期持续占主导地位（分别为43.8%、35.3%和37.8%）。芳香烃从绿熟期的42.5%降至红熟期的2.1%，萜烯从32.0%降至约1%。主成分分析显示PC1和PC2分别解释35.9%和17.2%的总方差，绿熟期和破色期样品位于PC1负侧，红熟期样品呈明显正PC1得分。VIP分析筛选出20种与成熟相关变异关联最强的挥发性化合物，主要属于醇类、酯类、酮类和萜烯类。
4.3 非挥发性代谢物的重塑
非靶向液相色谱-质谱分析检测到4157个代谢特征，主要化学类别包括脂质及类脂分子（18.2%）、苯丙素类和聚酮类（17.8%）、生物碱及衍生物（14.3%）、氨基酸及衍生物（12.8%）和萜类（12.3%）。主成分分析显示PC1和PC2分别解释53.7%和8.5%的总方差，绿熟期、破色期和转色期样品占据相对独立的区域，而粉红期、浅红期和红熟期在PC1正侧彼此靠近，表明主要代谢转变发生在早期至中期成熟阶段，大致对应于粉红期。PLS-DA模型的VIP分析确定了20个对阶段分离贡献最大的代谢特征，呈现早期富集或中后期优先积累的不同模式。相关性分析揭示了两个主要共积累模式：一组代谢物在早期成熟阶段丰度较高且彼此呈正相关，另一组在中后期成熟阶段协调积累且与早期相关代谢物呈负相关。KEGG通路富集分析显示，富集通路主要涉及氨基酸代谢、核苷酸代谢、辅因子代谢和脂质相关代谢。
五、讨论与结论
整合分析表明，从转色期到粉红期的过渡代表了代谢重组的关键时期，此间挥发性代谢网络和非挥发性代谢网络均发生显著变化。挥发性组成从以芳香烃和萜烯为主的早期特征转变为以酮类、醛类和醇类为主的中后期特征，反映了香气相关代谢途径的渐进重塑，与番茄风味从青香向成熟果香和花香特征转变一致。非挥发性代谢组学揭示了不同化学类别间阶段特异的积累模式，KEGG富集分析表明成熟相关代谢变化主要涉及氨基酸代谢、核苷酸代谢、辅因子代谢和脂质相关通路。这些发现全面揭示了加工番茄成熟过程中品质相关代谢物轨迹，为成熟度评价和采收优化提供了潜在指标。研究人员指出，候选指标的实际意义仍需通过靶向定量、感官评价和加工性能分析加以验证。
