采收期对球蓟（Cynara cardunculus L.）菊粉及酚类物质积累的影响

《Food Science & Nutrition》：Harvest Time Influences Inulin and Phenolic Accumulation of Globe Artichoke (Cynara cardunculus L.)

　　

：本研究探讨了采收期对球蓟（Cynara cardunculus L.）菊粉及酚类物质积累的影响，旨在为筛选营养品质更优的优良品系提供依据。研究人员对遗传背景未知的品系分别在生长季早期、中期和晚期进行采收，并测定了花序大小、可食部分（EP）产量、果聚糖含量（含菊粉型果聚糖）、菊粉谱型、酚类物质浓度、切割后颜色变化（褐变）及多酚氧化酶活性。早期采收的球蓟花序更大（平均248.3 g），且其可食部分的总酚含量（TPC）均值更高（8.67 g kg?1）。晚期采收的球蓟果聚糖浓度均值更高（61.56 g kg?1鲜重），可食部分产量比例也更高（54.9%），而早期采收仅为36.1%。菊粉浓度与采收前平均日太阳辐射暴露量呈正相关，而酚类物质浓度与之呈负相关。切割后立即测定的可食部分CIE b*值（黄度）与TPC、绿原酸及二咖啡酰奎宁酸异构体（DiCQA）浓度呈显著正相关。切割后多酚氧化酶介导褐变的速率和强度与酚类物质浓度相关，其中DiCQA的关联性最强。本研究展示了综合评估多种变量以筛选营养品质更优的球蓟优良品系的潜在价值。

论文解读

一、研究背景与意义

球蓟（Cynara cardunculus L.）是一种重要的经济作物，其品质直接影响鲜食消费和深加工利用的适宜性。球蓟品质由采收时间、大小、可食产量、营养成分以及对多酚氧化酶（PPO）介导褐变的敏感性共同决定。球蓟花序大小是加工的关键品质属性，因为去皮机械通常设计用于处理较小的花序。可食部分仅占花序的30%至40%，由花托（花心）、花茎（花梗）内部及内层苞片基部组成。高可食部分产量对于最大化加工产出和减少浪费至关重要。

球蓟是菊粉型果聚糖的重要来源。菊粉是一种储存性碳水化合物，主要存在于细胞液泡中，由约15%的开花植物产生。菊粉由果糖通过β-2,1-糖苷键线性连接而成，末端带有一个葡萄糖基团。链中果糖单元的数量定义为聚合度（DP），在种内和种间差异很大。菊粉消费可能降低低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，对肠道健康产生积极影响，增加结肠对矿物质（钙和镁）的吸收，并增加饱腹感激素的释放。球蓟花托的菊粉含量在鲜重基础上为29.6–42.6 g kg^?1，其含量和组成因品种和生长条件不同而有很大差异。

球蓟也是酚类化合物的极佳来源，如羟基肉桂酸和黄酮类化合物。绿原酸（CGA）和二咖啡酰奎宁酸异构体（DiCQA）是球蓟中发现的主要羟基肉桂酸。其高浓度可能有助于球蓟的抗氧化和降低LDL-C活性。酚类物质在营养上很重要，但也与采收和加工过程中广泛而快速的褐变相关，这对产品质量有害。

褐变主要由PPO催化具有邻二酚基团的酚类化合物（如CGA和DiCQA）氧化为邻醌。邻醌基团高度反应性，可经历各种非酶促反应并形成大型有色聚合物，导致褐色。切割后数分钟内即可发生褐变，对开发增值产品构成重大挑战。虽然工艺设计对减轻褐变至关重要，但不同栽培品种的敏感性因酚类浓度不同而异，并受环境条件影响。目前，关于采收时间或环境条件如何影响酚类积累以及酚类浓度与褐变敏感性之间的关系尚无共识。因此，需要一种综合方法阐明这些变量的各自作用。

二、研究内容与结论

本研究评估了采收时间和环境条件对可食产量、菊粉组成、酚类组成、PPO活性和PPO介导褐变的影响。研究旨在理解这些变量如何相互作用，以促进筛选具有改善营养品质、可食产量和减少PPO介导褐变的优良球蓟品系。

研究发现，采收时间和环境条件与球蓟品质属性的变化相关，且这些变化在整个季节中相互依存。球蓟品系和太阳辐射均与果聚糖含量和总酚含量相关，进而与花序重量和可食部分百分比相关。早期采收的球蓟因其较大的尺寸、黄色的可食部分和高酚类含量可能适合鲜食消费，而晚期采收的球蓟因其更高的可食部分产量、干物质含量和较低的酚类含量可能适合增值加工。

三、关键技术与方法

研究人员在澳大利亚西澳大利亚州丹麦镇附近的Mt. Lindesay农场种植球蓟，分别于2023年9月25日、10月22日和11月21日进行早期、中期和晚期采收，每次采收从三个田间区块各随机采集6个花序，共54个植株样本。主要技术方法包括：采用AOAC 999.03方法测定总果聚糖含量；采用基质辅助激光解吸电离-磁共振质谱（MALDI-MRMS）分析菊粉提取物并计算DP9-23的菊粉浓度；采用超高效液相色谱-电喷雾电离-串联质谱（UHPLC-ESI-MS/MS）定量绿原酸、1,3-二咖啡酰奎宁酸和芹菜素-7-O-葡萄糖醛酸苷（A7G）；采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量；采用分光光度法测定PPO活性；使用色度计在切割后0.5至90分钟多个时间点测定CIE Lab*颜色参数。

四、研究结果

（一）花序/可食部分重量和体积

九月采收的球蓟平均花序重量最高（248.3 g），十一月采收的显著较低（178.5 g）。可食部分占花序重量的百分比在九月最低（36.1%），十一月最高（54.9%）。可食部分干重百分比随每次采收逐渐增加，从九月的14.4%增至十一月的19.7%。九月采收的花序估计体积最大（230.81 cm³），十一月显著较小（172.57 cm³）。

（二）影响果聚糖和菊粉（DP9-23）浓度的环境因素

果聚糖含量和菊粉浓度与采收前28天的日太阳辐射暴露量和总冷量小时数相关。总冷量小时数与果聚糖含量和菊粉浓度呈负相关，而平均日太阳辐射暴露量与之呈正相关。果聚糖模型（R²=0.525）和菊粉模型（R²=0.569）均统计显著。

（三）采收时间对果聚糖和菊粉含量的影响

十一月采收的球蓟平均果聚糖含量为81.16 g kg^?1，显著高于九月和十月。果聚糖含量范围从24.59到119.23 g kg^?1，差异达485%。菊粉浓度范围从5.42到15.75 g kg^?1，差异超过290%。十一月采收的菊粉浓度显著高于九月和十月。果聚糖含量与可食部分百分比和干重百分比呈正相关。长径比与菊粉浓度呈弱负相关。

（四）菊粉DP谱型

从早收到晚收，各DP的菊粉浓度呈明显增加趋势。DP17至DP22的菊粉链在九月至十一月间各增加超过0.40 g kg^?1，而DP9-16的菊粉增加不到0.33 g kg^?1，表明高分子量菊粉增加幅度更大。

（五）总酚含量与太阳辐射暴露

总酚含量与平均日太阳辐射暴露量呈显著负相关（R²=0.25）。太阳辐射与CGA或DiCQA无显著关联，总冷量小时数不是TPC、CGA或DiCQA的显著预测因子。

（六）采收时间对球蓟可食部分酚类含量的影响

九月采收的球蓟CGA浓度显著高于十一月。DiCQA和A7G浓度在采收期间无显著差异。九月球蓟的TPC显著高于十月和十一月，九月平均TPC为8.67 g kg^?1。各样本间CGA和DiCQA浓度存在显著差异，与采收时间无关。

（七）PPO介导褐变的比色分析

切割后前9分钟内所有颜色参数均发生快速初始颜色变化。CIE L值在90分钟内显著下降，a值显著增加，b值显著下降。CIE a和b值在采收期间存在显著差异，但时间与采收的交互作用不显著。ΔE在采收期间无显著差异。

（八）酚类含量与可食部分颜色的相关性

切割后0.5分钟的CIE b值与CGA、DiCQA和TPC浓度呈正相关。9分钟时ΔL与DiCQA、A7G和TPC呈负相关，Δa与CGA和DiCQA呈正相关，ΔE与DiCQA和TPC呈正相关。90分钟时ΔL与CGA、DiCQA和TPC呈负相关，Δa与CGA、DiCQA、A7G和TPC呈正相关。PPO活性与颜色参数无相关性。

五、讨论与结论

本研究表明采收时间和环境条件影响球蓟的关键品质属性。果聚糖和菊粉浓度在晚期采收中增加，与太阳辐射正相关，与冷量小时数负相关，而总酚含量随太阳辐射增加而下降。个体球蓟品系间的显著差异表明遗传和环境共同影响这些品质性状。虽然采收时间不影响PPO活性或整体褐变强度，但酚类浓度特别是DiCQA与切割后颜色变化相关，表明酚类组成比PPO活性更能决定褐变。采收时间引起的品质特征变化为根据营养属性、褐变敏感性和产量区分球蓟提供了机会。本研究展示了评估多种变量以区分球蓟品系和支持筛选营养品质更优品系的益处。