蓝莓是杜鹃花科（Ericaceae）越橘属（Vaccinium spp.）植物，其果实深紫，酸甜适口，富含VC、VE、花青素等营养元素，具有极高的营养价值。花青素是蓝莓果实中含量最丰富的黄酮类化合物之一，被认为是蓝莓中最重要的营养成分。花青素具有抗氧化、保护健康细胞、激活衰老细胞、提高人体活力、防癌抗癌等功效。此外，蓝莓中的花青素是苯丙氨酸通过细胞质中苯丙素和类黄酮途径合成的代谢产物，其含量与蓝莓生长发育、产量和品质之间存在紧密联系，已经成为评价蓝莓品质和营养价值的重要指标。
壳寡糖（COS）是由2～20 个氨基葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的低聚糖。COS的分子质量远低于壳聚糖，分子间作用力较小，因而展现出优良的水溶性，液态下黏度较低，较甲壳素和壳聚糖表现出更好的生物活性，应用更加广泛。当前，COS在调节植物生长、增强植物抗逆性及改善其果实品质方面已展露出十分巨大的应用潜力。
中国海洋大学食品科学与工程学院的黄海燕、薛勇、胡阳*等以聚合度3～5的COS为功效试剂，探究不同质量浓度（25、50、100 mg/L）COS叶面喷施与灌根处理对蓝莓果实单果质量、可溶性固形物含量、硬度、VC含量、VE含量、类黄酮含量等品质指标的影响，同时采用高效液相色谱-串联质谱（HPLCMS/MS）检测法研究COS叶面喷施对蓝莓果实中花青素种类及含量的影响，此外采用京都基因与基因组百科全书（KEGG）及代谢通路分析法探讨其作用机制，旨在为蓝莓品质改善提供理论依据和技术支撑。
01
COS处理对蓝莓果实一般物理性状的影响
如表1所示，随着COS处理质量浓度增加，单果质量、横径和纵径和果型指数表现出先升高随后降低的趋势。50 mg/L COS处理时，单果质量、横径达到最大值。相较于无COS处理的对照，50 mg/L COS处理蓝莓单果质量提升9.0%，横径增长2.7%，纵径增长4.9%，有效提升了蓝莓的产量。类似的研究表明，COS的喷施能够有效提高豆类植株茎高与茎粗，促进其生长并提高其产量。此外，蓝莓果实的硬度随着COS处理质量浓度增加而增加，当COS质量浓度达到50 mg/L时开始进入平台期，蓝莓果实硬度增长15.6%。果实硬度是决定果实耐储运性的重要因素，能够综合反映果实的质地特性。COS处理能够改善蓝莓硬度从而有利于果实的长途运输。总体而言，在蓝莓种植过程中喷施COS能改善蓝莓果实品质。
02
COS处理对蓝莓果实营养品质的影响
可溶性固形物是由糖和酸等多种成分组成的混合物，其含量的多少决定了蓝莓风味品质的优劣，对蓝莓果实的营养价值、风味口感等方面有重要影响。如图1A所示，不同质量浓度COS处理对蓝莓果实可溶性固形物含量的影响不同。COS处理后，可溶性固形物质量分数较对照显著增加，且表现出一定的浓度依赖性。在50 mg/L COS处理组中，蓝莓果实固形物质量分数为13.97%，比对照提高18.4%。可滴定酸含量的变化可以用来体现果实内在酸度，从而反映蓝莓果实的口感。通常认为，可滴定酸含量与果实品质呈负相关，可滴定酸含量越低，果实酸的口感越弱，整体口感越好。由图1B所示，COS处理后可滴定酸含量呈现降低趋势。其中，25 mg/L与50 mg/L COS处理时，蓝莓果实中可滴定酸质量分数最低，分别为0.43%和0.44%。这说明COS处理能够降低蓝莓的酸味口感。可溶性固形物含量的增加和滴定酸含量的降低使得固酸比显著提高，如图1C所示。经过COS处理后，固酸比与对照相比显著提高，25、50 mg/L COS处理时蓝莓固酸比分别提升了91.12%和87.15%。通常固酸比被用作衡量果实口感的重要指标，固酸比越高表明果实的口感越好。因此，认为COS处理质量浓度为25 mg/L和50 mg/L时能够得到品质较好的蓝莓果实。
VE和VC是蓝莓中的重要活性成分，具有抗氧化、增强免疫力、防癌等功效。VC是一种典型的营养素，其含量通常被认为是评价果实整体营养质量的重要指标 。如图2A所示，25 mg/L COS处理即可提升蓝莓果实中VC含量，比对照组提高68.8%，50 mg/L COS处理比对照组提高79.6%。然而进一步提升COS处理质量浓度并不能继续提升蓝莓果实中VC含量；当COS处理质量浓度为100 mg/L时，VC含量甚至略有下降。这可能是COS的强抗氧化性导致蓝果实中VC含量升高，与COS处理增加番茄果实中VC含量的机理类似 。如图2B所示，COS处理能显著提升蓝莓果实中VE含量。50 mg/L COS处理时，蓝莓中VE含量比对照组提高19.8%。综上，COS处理质量浓度达到50 mg/L可有效改善蓝莓中VC和VE含量，改善蓝莓营养价值。
多酚含量是评价水果抗氧化能力的重要指标之一。果实的多酚含量越高代表果实抗氧化能力越强。如图3A所示，随着COS质量浓度的增加，总酚含量先升后降，但均远高于对照。其中，50 mg/L COS处理对总酚含量提升最大，比对照提高21.7%。因此，COS喷施能够有效提升蓝莓中的多酚含量。
黄酮类化合物是酚类化合物家族中的主要成员，是植物中重要次生代谢产物之一，具有抗过敏、抗氧化等功能。果实中类黄酮含量越高代表其抗氧化能力越高、品质越好。如图3B所示，COS处理能够提升蓝莓果实中类黄酮化合物的含量。类黄酮化合物含量随COS喷施质量浓度变化趋势与花青素含量相似。使用50 mg/L COS处理对类黄酮含量提升最大，比对照提高28.6%。说明COS处理提高了果实中类黄酮的含量，改善了蓝莓果实的抗氧化活性。
在蓝莓果实的类黄酮物质中，花青素为一种重要的成分。蓝莓果实中花青素浓度也受到COS处理的影响。如图3C所示，随着COS喷施质量浓度的提高，花青素含量呈先上升再下降的趋势。在COS喷施质量浓度为50 mg/L时，蓝莓果实中花青素含量最高，为12.1 mg/g。这与何艳秋得出COS处理能延缓草莓中花青素含量变化的结果相似。
03
COS处理对蓝莓果实影响的综合评价
对蓝莓果实各营养品质指标进行综合评价，隶属函数排序结果如表2所示，当COS处理质量浓度为50 mg/L时，蓝莓品质改善程度最大，其次为25 mg/L和100 mg/L COS处理组。值得注意的是，尽管100 mg/L COS处理效果略有降低，但其果实综合品质仍优于对照。综上，COS喷施处理可以通过改善蓝莓果实的果形指数、硬度等外观品质和营养成分含量从而提高蓝莓果实的综合品质。这种品质提升效果受到COS处理质量浓度的影响，当COS处理质量浓度为50 mg/L时，蓝莓品质提升最明显。
04
COS处理对蓝莓果实中花青素的影响及机制解析
蓝莓是以富含花青素而闻名的水果。花青素在成熟的蓝莓果肉中大量积累，其种类主要包括飞燕草素、芍药素和矮牵牛素等。本实验通过HPLC-MS/MS首先探究了COS处理对蓝莓中花青素种类的影响。由图4可以看出，共检测出59 种花青素，其中对照处理的蓝莓果实中检出57 种花青素，25 mg/L COS处理的蓝莓果实中检出56 种花青素，与对照相比多了飞燕草素-3-O-槐糖苷和芍药花素-3-O-5-O-(6-O-对香豆酰)-二葡萄糖苷，而少了天竺葵素- 3-O-(6-O-丙二酰-β-D-葡萄糖苷)、矮牵牛素-3-O-桑布双糖苷-5-O-葡萄糖苷和查耳酮；50 mg/L COS处理共检测出55 种，与对照相比，缺少天竺葵素-3-O-芸香糖苷和查耳酮；100 mg/L COS处理共检测出57 种花青素，与对照相比多了飞燕草素-3-O-槐糖苷，少了查耳酮。总体而言，COS处理轻微减少了蓝莓果实中花青素的种类，但并未造成较大影响。
蓝莓中花青素主要是由飞燕草素、矢车菊素、锦葵色素和矮牵牛素及其衍生物组成。因此，本实验对这4 类花青素进行聚类分析。图5展示了COS处理对4 类花青素含量聚类分析的结果。由于在取样过程中蓝莓植株间的个体差异，图5中平行数据间存在一定差异。但现有数据仍能反映出不同COS处理质量浓度对4 类花青素含量的影响。如图5A所示，COS处理能够提升飞燕草素的含量。其中，蓝莓花青素中主要成分——飞燕草素-3-O-阿拉伯糖苷、飞燕草素-3-O-半乳糖苷在50 mg/L COS处理时含量显著提高。矢车菊素类花青素，特别是矢车菊素-3-O-阿拉伯糖、矢车菊素-3-O-半乳糖苷，在COS处理质量浓度为25 mg/L与50 mg/L时显著提高（图5B）。而对于锦葵色素类花青素，主要色素锦葵色素-3-O-阿拉伯糖苷在COS处理质量浓度为50 mg/L时含量提升最多，锦葵色素-3-O-半乳糖苷和锦葵色素-3-O-葡萄糖苷在COS处理质量浓度为25 mg/L和50 mg/L时含量最高（图5C）。由图5D可知，COS提升了矮牵牛素-3-O-阿拉伯糖苷含量，且以50 mg/L COS处理富集多。总地来说，经过50 mg/L COS处理后，与对照CK组相比，蓝莓果实中飞燕草素在总花青素含量占比提高了1.3%，总花青素含量提高了7.0%。这说明COS处理虽然减少了蓝莓果实中花青素的种类，但是显著提高了总花青素的含量。
本实验进一步探究了COS处理对蓝莓中含量前10的花青素含量的影响。经统计分析发现，花青素含量在100 µg/g以上的有10 种，其中以锦葵色素含量最高，飞燕草素次之，最少的是天竺葵素，这与前人的研究 相符。其中，芍药花素-3- O -阿拉伯糖苷、芍药花素-3- O -半乳糖苷与对照相比变化不显著，本研究不予讨论。其余8 种花青素含量则受到COS处理浓度影响较大。如图6A～F所示，矢车菊素-3- O -阿拉伯糖苷、矢车菊素-3- O -半乳糖苷、飞燕草素-3- O -阿拉伯糖苷、飞燕草素-3- O -半乳糖苷、锦葵色素-3- O -阿拉伯糖苷、锦葵色素-3- O -半乳糖苷的含量均随着COS质量浓度的增加表现出先升高后降低的趋势。当COS处理质量浓度为50 mg/L时，上述6 种花青素含量最高。对于矮牵牛素-3- O -半乳糖苷而言，其含量在施用25 mg/L COS处理时即可达到最大值，且随着COS质量浓度进一步提高而降低（图6G）。锦葵色素-3- O -葡萄糖苷的含量则随着COS处理质量浓度升高而升高，在COS处理浓度为100 mg/L时达到峰值（图6H）。综合评价，经50 mg/L COS处理的花青素含量提高最多，主要花青素苷矢车菊素-3- O -阿拉伯糖苷、矢车菊素-3- O -半乳糖苷、飞燕草素-3- O -阿拉伯糖苷的含量分别比对照提高4.2%、7.1%和15.8%。
Wei Zhiwen等研究得出不同波长光能都显著提高果实中花青素合成基因的表达量和花青素含量，从而提高蓝莓品质。因此推测本实验中COS处理也是通过影响花青素合成代谢途径来影响花青素的合成过程。首先，为了进一步分析差异代谢物，采用单变量统计分析和多变量统计分析相结合的方法，根据数据特性从多角度进行分析。如表3所示，25 mg/L COS处理组与对照组有5 种代谢物差异，其中2 种差异代谢物上调，分别为飞燕草素-3-O-槐糖苷、芍药花素-3-O-5-O-(6-O-对香豆酰)-二葡萄糖苷，3 种差异代谢物下调，分别为天竺葵素-3-O-(6-O-丙二酰-β-D-葡萄糖苷)、矮牵牛素-3-O-桑布双糖苷-5-O-葡萄糖苷和查耳酮，且查耳酮含量为零；50 mg/L COS处理与对照相比，共有2 种下调差异代谢物，分别是天竺葵素-3-O-芸香糖苷和查耳酮，且查耳酮含量下调至零；100 mg/L COS处理与对照组共有2 种差异代谢物，飞燕草素-3-O-槐糖苷和查耳酮代谢物，前者上调，后者下调。综上，经COS处理后，蓝莓中查耳酮含量均下调，且降为零。
随后，本实验进一步分析COS处理对蓝莓中花青素相关代谢通路的影响。利用KEGG数据库对代谢物进行注释，结果如图7所示，天竺葵色素在 3MaT1 作用下形成天竺葵-3-丙二酰-葡萄糖苷；在 3RT 作用下转化成天竺葵-3- O -芸香糖苷。25 mg/L COS处理能够下调 3MaT1 表达水平，降低天竺葵-3-丙二酰-葡萄糖苷的代谢量，从而使得天竺葵素-3- O -(6- O -丙二酰- β - D -葡萄糖苷)的代谢量显著下降；50 mg/L COS处理则导致 3RT 的表达水平降低，使得代谢物天竺葵-3- O -芸香糖苷含量显著降低。与之对应，在COS处理的作用下， 3GGT 显著上调，使得飞燕草素-3- O -葡萄糖苷转化成飞燕草素-3- O -槐糖苷。这与代谢产物分析结果相印证（表3）。因此，本研究初步证实，COS处理能够调整花青素苷类产物代谢通路，抑制天竺葵类花青素相关基因（ 3MaT1 和 3RT ）的表达，强化飞草燕素相关基因（ 3GGT ）的表达，从而实现花青素总含量提升的效果。
结论
总体而言，COS的施用能够提高蓝莓果实中花青素、类黄酮、总酚、固形物、VC、VE等的含量，改善蓝莓果实的硬度及固酸比等品质指标。蓝莓果实的各营养品质指标的隶属函数排序结果显示，施用50 mg/L COS对蓝莓品质改善效果最好，25 mg/L COS处理次之，100 mg/L COS处理时效果较差。
50 mg/L COS处理使检测到的花青素总含量较对照提高了7.0%。其中3 种含量较高的花青素分别为锦葵色素-3-O-半乳糖苷、锦葵色素-3-O-半乳糖苷、飞燕草素-3-O-半乳糖苷，其含量分别较对照提高4.2%、7.1%和15.8%。基于花青素苷生物合成代谢通路分析发现，COS处理能够通过下调3MaT1、3RT，上调3GGT，从而使蓝莓中花青素代谢发生变化，进而提高果实中花青素含量发生改变。
本研究证明了COS可通过调整花青素代谢基因，增强蓝莓中花青素合成代谢通路，从而提高总花青素含量，可为开发具有增强蓝莓中花青素含量的复合肥提供理论基础，为蓝莓及相应果蔬的品质改善提供技术借鉴。此外，本研究也可为COS在果蔬种植、品质改善方面的应用拓展新的思路，对于全面开发甲壳素类天然多糖具有现实意义。
本文《壳寡糖处理改善蓝莓果实品质及提升花青素含量机制》来源于《食品科学》2025年46卷第9期20-29页，作者：黄海燕，薛勇，毛相朝，姜 宏，胡 阳。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240823-181。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
实习编辑：南伊；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
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