《食品科学》：大连海洋大学武龙教授等：功能性褐藻胶寡糖的可控制备及其果蔬保鲜作用的分子机制

褐藻胶是存在于褐藻细胞壁中的天然、可食性多糖，是海洋生物资源中储量较丰富的多糖类物质。褐藻胶的分子质量一般达10～600 kDa，具有突出的亲水特性以及增稠、凝胶、乳化能力，在食品工业领域得到广泛的应用。目前，褐藻胶及其衍生物（包括褐藻胶寡糖（AOS））的开发及应用呈现出积极的增长态势。褐藻胶是由

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果蔬采后贮运期间的腐败变质源于多因素协同。相应地，冷藏、气调贮藏、防腐保鲜剂及辐照处理等与保护性包装相结合是水果采后保鲜的常用手段。AOS已被证实可定位于细胞膜并渗入原生质体，在果蔬组织内部发挥代谢调节作用。研究表明，AOS可以调节脱落酸（ABA）通路、激活JA途径、抑制乙烯信号、平衡能量代谢、清除自由基并保护细胞结构，从而发挥显著的保鲜活性。

大连海洋大学食品科学与工程学院的刘月、于晓慧、武龙*等人从结构调控的视角出发，梳理AOS制备过程对于结构属性的影响规律；归纳AOS发挥果蔬采后保鲜作用的主要机制；进而探讨其结构特征与保鲜活性的内在关联。以期为AOS保鲜理论研究与绿色保鲜因子的精准设计开发提供参考。

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01

AOS可控制备策略与表征技术

传统的理化降解褐藻胶方法尽管较易实现，但总体效率偏低，存在诸如反应过程不易控制、产物分子质量分布较广且副产物较多、环境影响较大等问题，更难以发挥调控产物结构的作用。近年来的研究更多关注理化协同降解与生物降解技术（表1），基于对降解产物分子质量、M/G、多分散性变化规律的把握，实现AOS制备效率的提升，并寻求对其结构的精准调控。

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1.1 理化协同降解方法

近年研究表明，过氧化氢作为一种低成本、低毒性的商业氧化剂，已被证实可通过产生羟自由基有效促进多糖降解，其中羟自由基通过选择性攻击糖苷键引发分子链断裂。其介导的自由基氧化协同降解技术通过多机制耦合效应，可显著提升褐藻胶产物多维结构的可控性，其过程兼具高效性与环境友好性，因而备受关注。

在辐照-过氧化氢协同降解体系中，60Co γ射线与H2O2的联合应用展现出多重技术优势。单独使用20 kGy的γ射线辐照可使褐藻胶分子质量从初始的242.35 kDa显著降低至49.6 kDa，降幅达79.53%，PDI由3.61优化至1.58，同时辐射断裂产率值提升至0.061 1 μmol/J。而当引入质量分数2% H2O2进行室温过夜处理后，再施加20 kGy的γ射线辐照，产物分子质量可进一步降至9.79 kDa，PDI降至1.24，其分子质量分布呈现显著窄化特征。这种协同效应不仅体现在分子质量的精准调控上，更将辐射断裂产率值大幅提升至0.250 5 μmol/J，其增效机制源于辐照过程中H2O2诱导糖苷键断裂形成末端羰基，该功能基团的引入使得获得的AOS对花生幼苗生长具有显著促进作用，为农业生物刺激素的绿色合成开辟了高效可控的新途径。从反应机制层面分析，γ射线通过电离水分子产生羟自由基，而H2O2在辐照下分解生成超氧阴离子自由基，二者协同作用可引发分子链构象松弛及特异性糖苷键断裂，从而显著加速褐藻胶主链的降解过程。值得注意的是，通过优化剂量率阈值并采用脉冲辐照模式，可有效维持自由基稳态浓度，在提升降解效率的同时避免糖链的过度解聚，为工业化应用提供了关键工艺控制策略。

HHP与H2O2联合处理显示出更强的M/G调控效应。单独使用500 MPa的HHP处理可使褐藻胶的分子质量从141.6 kDa下降至48.91 kDa，降幅为65.46%，PDI从2.86小幅下降至2.21，表明其能够造成糖苷键的部分断裂。值得关注的是，HHP处理对产物M/G的影响具有选择性，低M/G（0.32）的褐藻胶经处理后产物M/G下降至0.27，而高M/G（0.73）原料经处理后M/G升高至1.04，可能与高压诱导的糖苷键选择性断裂及链段重排有关。当采用500 MPa HHP处理20 min后辅以体积分数3% H2O2反应20 min时，HHP的超高压效应能够加速H2O2分解为羟自由基，引发氧化性糖苷键断裂。二者协同作用使高M/G原料分子质量进一步下降至17.83 kDa，降幅87.41%，PDI降至2.01，而M/G从0.73升至1.13。结果表明，H2O2与HHP的协同效应不仅通过自由基氧化机制加速主链断裂，还能通过调控断裂位点选择性实现单糖组成的重组，可实现单糖组成的调控。此外，HHP与H2O2联合处理可在20 ℃条件下于40 min内实现褐藻胶高效降解，兼具高效性与绿色环保优势。

PEF与H2O2联合处理对AOS各方面结构属性均展示出调控潜力。对褐藻胶施加间歇高压电场（250 Hz），使其分子质量从40.56 kDa降至35.17 kDa，分子质量分布更加宽泛，PDI从2.11增至2.22，M/G从1.13下降至1.10，说明该处理对糖苷键破坏作用有限、区域选择性较低且产物均一性不高。相比之下，当PEF与3% H2O2处理联用时，电场效应诱导H2O2电离生成·OH和·OOH，加速分子链的氧化降解，分子质量大幅降至13.3 kDa，PDI也显著下降至1.55，同时M/G从1.13提高至1.30。这一变化可归因于PEF破坏藻酸盐的刚性结构并暴露更多攻击位点，而·OH优先攻击G单元的β(1→4)糖苷键，导致产物分子质量急剧下降，且其中G含量减少，M/G升高。此外，低M/G原料在处理后M/G增幅达28.12%～34.37%，而高M/G原料的M/G变化幅度较小，仅为0.88%～15.04%，揭示低M/G结构对氧化及电场作用的敏感性更高，这也为原料选择与工艺适配提供了关键依据。

综上，特定物理处理为H2O2自由基氧化反应创造了良好的条件，通过协同与耦合，不仅可实现褐藻胶的高效降解，还可对产物分子质量分布、单糖组成等施加显著影响，为AOS的可控制备提供了备选途径。此类方法的潜在优势还在于低能耗、无污染，符合绿色发展理念。另一方面，因理化手段的固有特性加之原料组成结构的复杂性，对产物M/G以及分子质量分布的精准控制仍难以实现，在进一步完善现有技术的基础上，还需积极探索更具区域选择性的绿色催化降解路径。

1.2 生物法

生物法制备AOS的可控性源于褐藻胶裂解酶对糖苷键断裂位点的选择性。具有特异性的褐藻胶裂解酶有助于获得特定分子质量与组成的产物，而酶来源、底物结构、反应条件均对AOS结构具有重要影响。

不同来源的褐藻胶裂解酶在底物选择性和产物特异性方面表现各异，可直接影响AOS的单糖组成、分子质量及分布均一性。海洋细菌（Photobacterium sp.ATCC43367）所产褐藻胶裂解酶特异性攻击polyM的1,4-糖苷键，可催化生成分子质量约2 000 Da、PDI为1.2～1.5的产物，以MAOS为主的产物展现出较高的结构可控性。相较而言，从海洋腹足类软体动物蜘蛛螺属（Lambis sp.）中分离的褐藻胶裂解酶更倾向于切割polyG，产物分子质量集中于800～2 000 Da，但PDI达1.4～1.7，可见其攻击底物产生中长链GAOS存在一定随机性。进一步研究发现，海洋细菌（Vibrio sp.）产褐藻胶裂解酶Alg7A具有双功能特性：在降解polyMG时，主要生成DP 2～6的寡糖，而作用于polyM时则产生DP 2～3的寡糖。可见，通过对不同来源的褐藻胶裂解酶加以筛选或改造，可能实现对AOS组成、链长及分布均一性的调控，为基于特定结构的应用探索奠定基础。

褐藻胶裂解酶对底物的特异性也会导致AOS分子质量和组成的差异，这种酶与原料互作的选择性主要体现在初始M/G对终产物的结构影响。例如使用海洋假单胞菌sp. hzj216来源的褐藻胶裂解酶处理M/G为1.86的褐藻胶原料时，生成平均分子质量1.2 kDa、DP 2～6的AOS；而相同条件下，处理M/G为2.28的底物则主要生成DP 2～3的低聚物，揭示了底物组成可以通过酶结合位点可及性影响降解深度及产物分布。不同来源的褐藻胶具有结构差异，这些差异影响着底物与酶活性位点间的亲和力，不仅决定了降解产物多样性，也为AOS的可控开发提供了分子基础。

对酶解反应参数的优化可精细化调控产物分子质量范围与分布均一性。黄杆菌（Flavobacterium sp.）来源裂解酶可以在37 ℃条件下30 min生成DP 2～7的GAOS，其分子质量跨度反映内切酶作用下的随机断裂特性；另有文献表明，当反应体系调整为50 ℃、pH 7.5并延长至4 h后，该酶仍能保持高催化活性，生成DP为2～8的AOS，这归因于该酶有良好的pH值稳定性及热稳定性，使其在反应中仍能维持断裂位点的一致性。研究人员将PL7家族TAPL7B裂解酶在20 ℃作用于不同褐藻胶底物，初期（0～10 min）优先降解polyG生成DP 5～6寡糖，体现其对该底物的优先亲和性；而polyM的产物生成速率随反应时间延长反超polyG。其内切作用导致产物呈现非连续DP分布，且反应48 h仍保持相同分布模式，推测与酶结构介导的断裂位点选择性相关。此外，离子环境对产物结构具有复杂影响，在2.5～3 mmol/L Ca2+的酶缓冲溶液中AlgE7优先切割G-G键，但当Ca2+浓度超过3 mmol/L时，通过屏蔽底物和酶中对底物相互作用至关重要的带电残基，使得G片段解聚受到抑制，导致产物M/G升高及PDI增大。

可见，影响酶解AOS结构的因素多且机制复杂。在挖掘高活力、低成本酶资源的基础上，研究聚焦褐藻胶裂解过程多因子协同影响产物结构规律，以及核心工艺参数与产物结构特征的定量关联，可为AOS功能片段的设计与调控奠定理论与技术基础，促进生物法制备技术从实验室向规模化生产的转化。

1.3 功能性AOS的结构表征

现阶段研究重点关注AOS分子质量分布以及M/G与其生物活性的内在关联，并综合运用现代仪器分析手段对其多维度结构进行表征。分子质量及分布特性直接影响AOS的生物活性。研究表明，具有显著生物活性的AOS分子质量通常分布在几百至几千Da之间，对应DP为2～10 。较窄的分子质量分布反映降解产物较高的均一性，可能有利于提升活性组分的比重，从而增强AOS与靶标物质的作用效率。当前研究往往通过色谱、质谱等手段的互补联用，全面、准确地把握AOS的分子质量特征。

对AOS分子质量的初步表征可由薄层色谱（TLC）、聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）等技术实现，主要为后续精密分析提供依据。凝胶渗透/尺寸排阻色谱-多角度激光光散射联用（GPC/SEC-MALLS）技术对复杂降解产物的分子质量分布分析具有独特优势。GPC-MALLS无需依赖标准品即可同步测定AOS的重均分子质量、数均分子质量，并通过PDI反映分子质量分布情况，在AOS结构表征中发挥着关键作用。对褐藻胶超声降解产物的GPC-MALLS分析显示：经28 kHz和50 kHz超声处理后，原料分子质量从192.7 kDa分别降至35 kDa和53.6 kDa，但是高频超声处理明显导致分子质量分布变宽，分布曲线由单峰变为多峰，体系PDI从3.973升至5.582，证明这种分布离散化现象与超声导致分子随机交联与重组有关。可见，GPC-MALLS还可通过分布曲线形态揭示降解机制，为调控AOS结构提供关键技术支撑。

GPC-MALLS的检测范围与分辨率受色谱柱与检测器性能限制，对AOS分子质量分布的精密解析往往需要借助质谱技术。目前使用最广泛的寡糖电离方法是电喷雾电离（ESI）和基质辅助激光解吸电离（MALDI），它们电离能量小，电离过程中产生较少的碎裂，电离后主要产生离子，可提供分子质量信息。ESI-MS凭借其高灵敏度和精确质量数测定能力，能够明确AOS的分子质量分布。对酶解AOS的TLC分析显示，二糖、三糖和四糖的条带清晰可见，而五糖和六糖的条带较浅（图2A）；ESI-MS分析验证了这一结果，证明该AOS的DP范围为2～6，其中主要为DP 2～4产物（图2B），并具有对虾保鲜活性。

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在此基础上，基于液相色谱-电喷雾电离-质谱联用（LC-ESI-MS）的动态监测分析表明，BcelPL6在催化藻酸盐降解的前30 min主要释放DP 2～7的不饱和寡糖；DP 4与DP 6产物在反应1～10 min呈现短暂积累，而DP 2则作为优势终产物持续积累至120 min，反应终点未检出单糖组分（图3A）；运用MALDI-TOF-MS对产物分子质量进行精准验证，其空间电荷分布特征与LC-ESI-MS一致（图3B）。这种多维度质谱联用策略不仅实现了降解产物分子质量的交叉验证，还揭示了酶解过程的动力学特征，为褐藻胶裂解酶的底物特异性研究提供了有效手段。

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AOS分子链组成与序列主要通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）波谱技术进行解析，可为其构效关系研究提供关键支撑。FTIR分析显示，M单元的特征吸收波段位于893 cm-1和822 cm-1，G则具有947、903、813 cm-1及780 cm-1处的特征吸收，可为M与G模块的初步识别提供参考。对AOS分子结构的高分辨率解析则需要借助NMR技术。其可精准识别分子链中M与G单元，进而提供序列结构及化学修饰位点等信息。基于1H NMR的信号积分比可直接计算M/G。例如，对黄杆菌属（Flavobacterium sp.）S20裂解酶降解产物进行1H NMR分析，通过末端信号校正法优化重叠信号干扰，并通过公式M/G＝（IM-1+IMred+IΔ-1-M）/（IG-1+IGred+IΔ-1-G）（其中IM-1为M单元端基质子信号强度；IMred为还原端M单元信号强度；IΔ-1-M为非还原端不饱和M单元信号强度；IG-1为G单元端基质子信号强度；IGred为还原端G单元信号强度；IΔ-1-G为非还原端不饱和G单元信号强度）计算可得产物M/G为1.513。在此基础上，有研究通过AlgE6差向异构化、M-裂解酶（AylM）降解及盐酸水解联用策略制备GAOS，并运用1H NMR动态监测产物H-4 Δ特征信号的衰减，定量评估了不同糖苷键的断裂速率，发现Δ的存在显著提高了相邻糖苷键的水解速率，如Δ-G比G-G高65 倍，Δ-M比M-M高43 倍，凸显Δ末端糖苷键的高反应活性；进而通过酸水解后相应信号（如Δ4G和Δ4M在δ 5.85和δ 5.78的特征峰）的消失证实了Δ的去除，从而制备出高纯度的GAOS（G物质的量分数大于0.95）。NMR信号分辨率受AOS分子质量及结构复杂性限制，需通过优化积分策略并结合质谱、色谱技术交叉验证，以确保分析结果的准确性。这种多手段联用策略已成为解析AOS精细结构的主流方法，为其构效关系研究提供了关键支撑。

02

AOS的果蔬保鲜作用

AOS处理已被证实可以抑制多种水果在采后贮藏期间的品质劣化，降低腐烂率、质量损失率，并抑制果实硬度、总可溶性固形物（TSS）含量等的变化，显著延长产品货架期，且其保鲜功效与施用方式密切相关。

草莓、猕猴桃等易腐水果受到更多的研究关注。在草莓保鲜研究中，经50 mg/L或100 mg/L的AOS（酶法制备，DP 2～7）溶液浸泡60 s并风干后，在（20±2）℃、相对湿度80%条件下贮藏7 d，相较于蒸馏水处理对照组，AOS处理均能有效延缓果实腐败进程并维持品质。在腐烂率方面，50 mg/L处理组较对照组降低约30%，而100 mg/L处理组降幅更大，达到40%；AOS处理还有效抑制了TSS含量的上升，在贮藏末期，对照组TSS含量高达10.07°Brix，而100 mg/L处理组TSS含量最低，仅为7.11°Brix。此外，较高浓度AOS处理也显著延缓了果实硬度的下降，降低了贮藏期间的质量损失率，并有助于维持样品的VC含量。该研究结果表明，在一定浓度范围内，AOS对草莓的保鲜效果存在浓度依赖性，即随AOS溶液浓度增加，保鲜效果呈现明显的增益效应。另一方面，在猕猴桃保鲜研究中，以25、50、100 mg/L的AOS（酶法制备，DP 2～8）溶液浸泡处理10 min，室温风干后分别接种灰霉（Botrytis cinerea）、青霉（Penicillium expansum）和黑腐病菌（Alternaria alternata）孢子，在25 ℃贮藏4 d后，观察到AOS处理显著降低了果实发病率，并将其归因于自身防御机制的激活（体外实验证实AOS对于病菌孢子萌发和菌丝生长均无显著影响）；50、100 mg/L处理组的防腐效果最优，而此两组的发病率无显著差异。这一结果显示出浓度依赖性及阈值效应的存在。在另一项研究中，以50 mg/L的AOS（酶法制备）溶液浸泡处理猕猴桃10 min并风干，被确定为最佳保鲜方案；在25 ℃、相对湿度85%条件下贮藏3 d后，处理组果实硬度维持在（5.81±1.33）N，显著高于500 mg/L AOS处理组（（4.94±1.01）N）；同时，较低浓度处理在抑制TSS上升方面效果更佳，其TSS含量较对照组低约2%，而500 mg/L处理组的TSS含量与对照组相比无显著差异。可见，过高浓度AOS处理并未带来保鲜效果的进一步提升，验证了AOS保鲜作用的阈值效应。

基于现有研究，总体而言以较低质量浓度（约100 mg/L）的AOS浸泡处理数分钟可获得显著的保鲜效果。然而剂量、处理方法、时间等施用条件对于保鲜功效的影响尚未得到系统性的评估和优化，特别是对其阈值效应的理解尚不深入；贮藏温度、湿度等环境因素对于AOS在植物组织内转运、积累乃至发挥作用的影响亦不明确；此外，AOS作用于不同性状果蔬的差异仍有待系统研究，精准施用策略尚未形成。上述问题为AOS保鲜研究及规模化应用带来了机遇与挑战。

03

AOS保鲜作用的分子机制

近年研究表明，AOS的采后保鲜功效不仅依赖于施用方式，更与其分子结构高度关联。低分子质量组分易于深入细胞内部发挥代谢调节活性，具有更高的生物可利用性；而分子序列M/G则会影响关键信号通路的基因表达。在植物体内，AOS通过多靶点调控机制，主要包括ABA信号抑制、JA通路激活、抗氧化防御强化、细胞壁稳定性维持以及能量代谢平衡调控等，有效抑制果蔬采后品质劣变进程。

3.1 对乙烯信号与能量代谢的协同调控

AOS对果实采后软化和衰老的抑制机制还涉及乙烯信号通路与能量代谢网络的双向互作，涉及复杂的多激素协同调控。乙烯是果实成熟的核心信号分子，1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶（ACO）可以催化乙烯前体1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）向乙烯转化，而S-腺苷甲硫氨酸合成酶2型（SAMS2）通过甲硫氨酸循环提供乙烯合成的甲基供体，二者共同构成乙烯生物合成的关键调控节点，因此可通过调控ACO和SAMS2的表达，限制乙烯合成并延缓果蔬成熟进程。研究显示，在果实成熟期间，AOS通过抑制ACO（XP_004304079）和SAMS2（XP_004288342）蛋白表达水平，干预乙烯合成，从而延迟苹果果实呼吸强度峰值出现时间并维持贮藏期硬度。

AOS通过双向平衡机制协调能量代谢稳态。一方面，其通过抑制乙烯信号通路，使糖酵解磷酸甘油酸激酶关键酶的活性降低10%～15%，避免因代谢过速导致的ATP过度消耗；另一方面，AOS可以激活碳水化合物代谢中己糖激酶（HK）、磷酸果糖激酶（PFK）的表达并提升ATP合成酶活性30%～40%，促进糖类物质高效转化为可利用能量，使总腺苷含量增加25%～30%。通过抑制能量支出、增强能量供给的双向调控模式，既防止因能量耗竭引发的细胞崩溃，又维持果实成熟所需的基础代谢活性，从而在延缓品质劣变的同时保障正常生理功能，形成动态稳定的能量代谢网络。值得注意的是，AOS对能量代谢的调控具有“时空特异性”。在苹果等跃变型果实中，AOS通过抑制SAMS2-ACO轴延缓乙烯爆发期，而在草莓等非跃变型果实中，其通过激活ATP合成酶维持高能荷状态，凸显了AOS作用机制的多样性与环境适应性。就构效关系而言，目前研究多聚焦于特定分子质量范围的AOS，而M/G等结构变化影响乙烯合成与能量代谢的内在规律尚待阐明，这也是AOS保鲜理论亟待解决的关键问题，应进一步研究。

3.2 对ABA信号网络的抑制与果实成熟调控

ABA是调控非跃变型果实成熟的核心信号分子，而其作用的发挥与FaNCED1（生物合成）、FaPYR和FaCHLH（信号感知）、FaASR（信号转导）等基因密切相关，通过干预ABA的动态积累与结合态转化可实现对植物代谢的调控。Bose等使用AOS处理草莓贮藏1 周后，发现处理组果实的腐烂率较对照组下降，且ABA含量显著降低，并从3 个层面深入探究了其保鲜机制。1）抑制ABA生物合成。AOS处理组果实中ABA总含量较对照组降低10%，其中具有生物活性的游离态ABA含量减少35%；深入分析发现ABA合成的关键限速酶基因FaNCED1表达量下降50%，导致ABA的合成受限，进而抑制果实成熟衰老。FaNCED1的生物合成受蔗糖信号诱导调控，其表达量在草莓成熟末期达峰值。2）降低ABA信号感知能力。在信号受体层面，ABA受体基因FaPYR的表达量降低55%，其共激活因子FaCHLH的表达量降低67%，导致细胞对ABA信号的识别能力显著下降。已有研究发现通过抑制受体表达反向调控ABA通路，可以延缓樱桃果实腐败。3）干扰ABA信号转导过程。在信号传递过程中，胁迫响应的核心调控因子FaASR表达量减少71%，使得ABA信号无法有效激活下游与果实成熟相关基因的表达通路。可见，AOS可通过靶向调控ABA信号网络，延缓果实采后成熟进程。AOS如何引发ABA信号网络的系统性响应，特别是其结构属性对于系列变化的调控潜力，如DP影响AOS与受体互作的效率、特定M/G构型与关键酶的亲和力等，仍然需要深入研究加以揭示。

3.3 对JA信号通路的影响与颜色发展调控

采后色泽维持是水果保鲜的重要指标之一。果实的色泽不仅直接影响消费者偏好，其反映出的花青素积累水平更与抗氧化能力和细胞生理活性密切相关。研究表明，AOS通过JA信号通路调控花青素合成，能够显著改善果实着色特性及其营养、感官品质 。将白色成熟期草莓分别浸泡于3 种100 mg/L商业来源的HAOS（分子质量为2 800 Da，M/G≈1.58）、MAOS（分子质量为6 000 Da，M/G≈6.77）以及GAOS（分子质量为5 500 Da，M/G≈0.2）溶液中2 min，贮藏5 d后发现，HAOS可使花青素积累量进一步提升至对照组的1.92 倍，同时下调色素抑制因子 FaMYB1 表达量减少55%，协同维持贮藏期间草莓色泽稳定；拥有高M/G的MAOS尽管分子质量较高，但可通过抑制 JAZ 基因 FaJAZ9 / 10 使其蛋白表达量下降68%，并激活 MYB 转录因子（FaMYB10上调3.2 倍），使花青素标志物天竺葵素-3-葡萄糖苷（Pg3G）和花青素-3-葡萄糖苷（Cy3G）含量提高至清水对照组的1.81 倍，加快果实色泽转红速率。与此相对，M/G最低的GAOS则对JA信号通路和花青素合成途径的影响较弱（图4C）。为进一步解析AOS分子质量对色泽调控的独立效应，后续研究采用mMAOS（分子质量为3 000 Da）和MAOS进行比较，发现较低分子质量的mMAOS可定位于细胞膜并渗入原生质体，通过激活JA合成基因（ FaLOX 、 FaAOS ）使FaMYB10表达量提升4.1 倍，驱动花青素合成酶基因（ FaANS 、 FaUFGT ）表达量增加2.8～3.5 倍，将白色果实转红周期缩短2～3 d。颜色分析显示，mMAOS处理组草莓表皮的色调值在贮藏第6天降至18.76（清水对照组24.67），表明红色显色更早且更均匀（图4A、B） 。可见，低分子质量通过渗透优势增强调控效率，而高M/G则可能通过空间适配效应激活JA信号通路，二者协同为AOS发挥生物活性奠定了结构基础。同时推测，分子质量分布集中的AOS可能通过增强活性成分与细胞受体的结合稳定性，进一步延长保鲜时间，但此机制仍需实验验证。

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3.4 对抗氧化防御与细胞壁稳定性的双重调控

抗氧化防御与细胞壁稳定性的协同作用对果蔬采后品质变化影响深远。ROS作为双重信使，在阈值浓度内参与正常成熟信号传递，但其过度积累时不仅会通过膜脂过氧化反应生成丙二醛（MDA），触发氧化链式反应，还会破坏离子稳态和区室化结构，使酶-底物异常接触，还会激活多聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶等细胞壁降解酶，加速果实软化与腐败。AOS凭借其低分子质量，通过清除ROS以维持膜完整性、抑制果胶酶以稳定细胞壁，成为延缓采后品质劣变的关键调控因子。有研究以紫红色链霉菌（Streptomyces violaceoruber）海藻酸裂解酶降解褐藻胶获得DP 2～10的AOS，将其配制成50 mg/L溶液对猕猴桃进行10 min浸泡处理，室温风干后于25 ℃贮藏，发现AOS通过双重调控机制显著延缓果实衰老进程。一方面，AOS激活果实内源抗氧化系统，使过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性较清水对照组分别提高50%和71%，H2O2含量降低12%～44%，同时膜脂过氧化产物MDA积累量减少27.27%，有效缓解氧化损伤。另一方面，AOS通过特异性结合多聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶活性中心，使其活性分别下降40%和23%，从而使原果胶保留率维持在80%以上，有效延缓细胞壁结构解体。贮藏4 d后，AOS处理组果实硬度仅下降23.5%，而清水对照组硬度下降幅度达40%。还有研究发现，以50 mg/L ALG2A裂解酶制备DP 2～8的AOS溶液浸泡处理10 min可以显著抑制猕猴桃中果胶甲酯酶和多半乳糖醛酸酶的基因表达及其编码蛋白质的相应酶活性，延缓果胶的溶解；与此相对，AOS处理诱导了抗氧化基因的表达，同时也调节了过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性；通过抑制细胞壁降解、激发抗氧化防御，使处理组果实在25 ℃贮藏4 d后腐烂率仅为20%，而清水对照组的腐烂率高达65%。鉴于此，对上述效应的构效关系进行全面解析极具现实意义，对AOS结构的定向优化有助于进一步激发相关活性，从而诱导植物体形成多重防御屏障，提升保鲜功效。

综上，对AOS保鲜作用机制的研究已取得显著进展。但其对苯丙烷代谢途径、类黄酮代谢途径及其他潜在代谢途径的深层调控机制仍亟待揭示。苯丙烷代谢途径在果蔬采后抗病防御中具有核心作用，其通过关键酶系的级联反应调控抗病物质的生物合成。其中，苯丙氨酸氨裂解酶、4-香豆酸辅酶A连接酶和肉桂酸4-羟化酶构成代谢核心酶系，催化苯丙氨酸转化为4-香豆酰辅酶A，进而生成黄酮类化合物及木质素等防御物质。研究表明，那他霉素与山梨酸钾通过特异性激活草莓果实中苯丙氨酸氨裂解酶、4-香豆酸辅酶A连接酶和肉桂酸4-羟化酶的活性，显著增强苯丙烷代谢通量。该处理使总酚含量较对照组提升26.3%，通过酚类物质抑制病原菌活性、木质素强化细胞壁屏障、水解酶降解病原体细胞壁的协同作用，使草莓对灰霉病的抗性显著增强。另一方面，类黄酮化合物具有抗氧化、抗菌等多种生物学功能，并具有激活次生代谢网络的潜力，对修复损伤、抵抗微生物感染至关重要。以脱乙酰度为88.1%的壳聚糖静电喷涂处理，可显著激活甜樱桃的类黄酮代谢通路，使类黄酮含量提升49.0%；非靶向代谢组学进一步鉴定出53 种京都基因与基因组百科全书注释代谢物，其中27 种富集于类黄酮代谢通路；关键代谢物分析显示表儿茶素、橙皮苷及芦丁的积累得到特异性促进，证实了壳聚糖处理可通过调节类黄酮代谢途径，延缓果实采后品质劣化。为此，未来研究还需结合多组学技术揭示AOS对多通路协同的深层调控机制，进一步完善AOS保鲜理论。此外，上述研究也揭示出壳聚糖通过差异化机制发挥保鲜活性，而AOS与其他天然活性物质的协同作用也值得未来研究关注，为探索基于天然产物的高效复合保鲜体系奠定基础。

04

结语

来源于海洋的AOS在果蔬采后保鲜领域展现出高度的开发利用潜力。理化、生物协同降解技术的涌现为制备具有特定结构的AOS提供了多样化的备选路径。现有研究揭示AOS的保鲜活性与其分子质量、甘露糖醛酸与古罗糖醛酸残基比例及多分散性等结构属性密切相关。对AOS保鲜作用分子机制的研究已取得显著进展，AOS处理可以通过调节ABA通路、激活JA途径、抑制乙烯信号、平衡能量代谢、清除自由基并保护细胞结构等机制，协同干预果蔬采后代谢，抑制其在贮藏期间的品质劣化。通过可控制备技术优化AOS结构特征，有望进一步激发其多重生物活性，并使面向不同应用场景的定制化保鲜技术成为可能。未来还需运用多组学技术系统解析其构效关系及多通路协同保鲜机制，以期反哺前端的结构设计与工艺开发，为创制结构-功能精准匹配的AOS保鲜因子提供全方位理论支撑。

作者简介

通信作者

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武龙，教授，大连海洋大学食品科学与工程学院。2008年3月获日本千叶大学生物资源应用科学专业博士学位，先后在日本国立食品综合研究所、产业技术综合研究所从事博士后研究。现任大连海洋大学教授，硕士生导师，食品科学与工程学院院长。主要从事海洋多糖与蛋白质资源的高效开发利用相关理论研究、技术研发、产品开发与服务推广工作。主持科技部国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”重点专项项目子课题等研究项目多项；公开发表学术论文60余篇，获授权国家发明专利6 项、软件著作权3 项；参与完成2019年大连市科技进步奖一等奖、2020年辽宁省科技进步奖一等奖。

第一作者

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刘月，硕士研究生，大连海洋大学食品科学与工程学院，硕士期间主要从事褐藻胶寡糖制备工艺研究，并探究其在果蔬保鲜中的作用机制。参与发表学术论文3 篇，其中SCI和EI收录3 篇。

引文格式：

刘月, 于晓慧, 胡梓博, 等. 功能性褐藻胶寡糖的可控制备及其果蔬保鲜作用的分子机制[J]. 食品科学, 2025, 46(22): 423-433. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250503-005.

LIU Yue, YU Xiaohui, HU Zibo, et al. Controllable preparation of functional alginate oligosaccharides and molecular mechanisms underlying their preservation effects on the postharvest quality of fruits and vegetables[J]. Food Science, 2025, 46(22): 423-433. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250503-005.

实习编辑：安宏琳；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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为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、重庆三峡学院、西华大学、成都大学、四川旅游学院、西昌学院、北京联合大学协办的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。

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