《食品科學》：大連海洋大學武龍教授等：功能性褐藻膠寡糖的可控制備及其果蔬保鮮作用的分子機制

褐藻膠是存在于褐藻細胞壁中的天然、可食性多糖，是海洋生物資源中儲量較豐富的多糖類物質。褐藻膠的分子質量一般達10～600 kDa，具有突出的親水特性以及增稠、凝膠、乳化能力，在食品工業領域得到廣泛的應用。目前，褐藻膠及其衍生物（包括褐藻膠寡糖（AOS））的開發及應用呈現出積極的增長態勢。褐藻膠是由

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果蔬采后貯運期間的腐敗變質源于多因素協同。相應地，冷藏、氣調貯藏、防腐保鮮劑及輻照處理等與保護性包裝相結合是水果采后保鮮的常用手段。AOS已被證實可定位于細胞膜并滲入原生質體，在果蔬組織內部發揮代謝調節作用。研究表明，AOS可以調節脫落酸（ABA）通路、激活JA途徑、抑制乙烯信號、平衡能量代謝、清除自由基并保護細胞結構，從而發揮顯著的保鮮活性。

大連海洋大學食品科學與工程學院的劉月、于曉慧、武龍*等人從結構調控的視角出發，梳理AOS制備過程對于結構屬性的影響規律；歸納AOS發揮果蔬采后保鮮作用的主要機制；進而探討其結構特征與保鮮活性的內在關聯。以期為AOS保鮮理論研究與綠色保鮮因子的精準設計開發提供參考。

01

AOS可控制備策略與表征技術

傳統的理化降解褐藻膠方法盡管較易實現，但總體效率偏低，存在諸如反應過程不易控制、產物分子質量分布較廣且副產物較多、環境影響較大等問題，更難以發揮調控產物結構的作用。近年來的研究更多關注理化協同降解與生物降解技術（表1），基于對降解產物分子質量、M/G、多分散性變化規律的把握，實現AOS制備效率的提升，并尋求對其結構的精準調控。

1.1 理化協同降解方法

近年研究表明，過氧化氫作為一種低成本、低毒性的商業氧化劑，已被證實可通過產生羥自由基有效促進多糖降解，其中羥自由基通過選擇性攻擊糖苷鍵引發分子鏈斷裂。其介導的自由基氧化協同降解技術通過多機制耦合效應，可顯著提升褐藻膠產物多維結構的可控性，其過程兼具高效性與環境友好性，因而備受關注。

在輻照-過氧化氫協同降解體系中，60Co γ射線與H2O2的聯合應用展現出多重技術優勢。單獨使用20 kGy的γ射線輻照可使褐藻膠分子質量從初始的242.35 kDa顯著降低至49.6 kDa，降幅達79.53%，PDI由3.61優化至1.58，同時輻射斷裂產率值提升至0.061 1 μmol/J。而當引入質量分數2% H2O2進行室溫過夜處理后，再施加20 kGy的γ射線輻照，產物分子質量可進一步降至9.79 kDa，PDI降至1.24，其分子質量分布呈現顯著窄化特征。這種協同效應不僅體現在分子質量的精準調控上，更將輻射斷裂產率值大幅提升至0.250 5 μmol/J，其增效機制源于輻照過程中H2O2誘導糖苷鍵斷裂形成末端羰基，該功能基團的引入使得獲得的AOS對花生幼苗生長具有顯著促進作用，為農業生物刺激素的綠色合成開辟了高效可控的新途徑。從反應機制層面分析，γ射線通過電離水分子產生羥自由基，而H2O2在輻照下分解生成超氧陰離子自由基，二者協同作用可引發分子鏈構象松弛及特異性糖苷鍵斷裂，從而顯著加速褐藻膠主鏈的降解過程。值得注意的是，通過優化劑量率閾值并采用脈沖輻照模式，可有效維持自由基穩態濃度，在提升降解效率的同時避免糖鏈的過度解聚，為工業化應用提供了關鍵工藝控制策略。

HHP與H2O2聯合處理顯示出更強的M/G調控效應。單獨使用500 MPa的HHP處理可使褐藻膠的分子質量從141.6 kDa下降至48.91 kDa，降幅為65.46%，PDI從2.86小幅下降至2.21，表明其能夠造成糖苷鍵的部分斷裂。值得關注的是，HHP處理對產物M/G的影響具有選擇性，低M/G（0.32）的褐藻膠經處理后產物M/G下降至0.27，而高M/G（0.73）原料經處理后M/G升高至1.04，可能與高壓誘導的糖苷鍵選擇性斷裂及鏈段重排有關。當采用500 MPa HHP處理20 min后輔以體積分數3% H2O2反應20 min時，HHP的超高壓效應能夠加速H2O2分解為羥自由基，引發氧化性糖苷鍵斷裂。二者協同作用使高M/G原料分子質量進一步下降至17.83 kDa，降幅87.41%，PDI降至2.01，而M/G從0.73升至1.13。結果表明，H2O2與HHP的協同效應不僅通過自由基氧化機制加速主鏈斷裂，還能通過調控斷裂位點選擇性實現單糖組成的重組，可實現單糖組成的調控。此外，HHP與H2O2聯合處理可在20 ℃條件下于40 min內實現褐藻膠高效降解，兼具高效性與綠色環保優勢。

PEF與H2O2聯合處理對AOS各方面結構屬性均展示出調控潛力。對褐藻膠施加間歇高壓電場（250 Hz），使其分子質量從40.56 kDa降至35.17 kDa，分子質量分布更加寬泛，PDI從2.11增至2.22，M/G從1.13下降至1.10，說明該處理對糖苷鍵破壞作用有限、區域選擇性較低且產物均一性不高。相比之下，當PEF與3% H2O2處理聯用時，電場效應誘導H2O2電離生成·OH和·OOH，加速分子鏈的氧化降解，分子質量大幅降至13.3 kDa，PDI也顯著下降至1.55，同時M/G從1.13提高至1.30。這一變化可歸因于PEF破壞藻酸鹽的剛性結構并暴露更多攻擊位點，而·OH優先攻擊G單元的β(1→4)糖苷鍵，導致產物分子質量急劇下降，且其中G含量減少，M/G升高。此外，低M/G原料在處理后M/G增幅達28.12%～34.37%，而高M/G原料的M/G變化幅度較小，僅為0.88%～15.04%，揭示低M/G結構對氧化及電場作用的敏感性更高，這也為原料選擇與工藝適配提供了關鍵依據。

綜上，特定物理處理為H2O2自由基氧化反應創造了良好的條件，通過協同與耦合，不僅可實現褐藻膠的高效降解，還可對產物分子質量分布、單糖組成等施加顯著影響，為AOS的可控制備提供了備選途徑。此類方法的潛在優勢還在于低能耗、無污染，符合綠色發展理念。另一方面，因理化手段的固有特性加之原料組成結構的復雜性，對產物M/G以及分子質量分布的精準控制仍難以實現，在進一步完善現有技術的基礎上，還需積極探索更具區域選擇性的綠色催化降解路徑。

1.2 生物法

生物法制備AOS的可控性源于褐藻膠裂解酶對糖苷鍵斷裂位點的選擇性。具有特異性的褐藻膠裂解酶有助于獲得特定分子質量與組成的產物，而酶來源、底物結構、反應條件均對AOS結構具有重要影響。

不同來源的褐藻膠裂解酶在底物選擇性和產物特異性方面表現各異，可直接影響AOS的單糖組成、分子質量及分布均一性。海洋細菌（Photobacterium sp.ATCC43367）所產褐藻膠裂解酶特異性攻擊polyM的1,4-糖苷鍵，可催化生成分子質量約2 000 Da、PDI為1.2～1.5的產物，以MAOS為主的產物展現出較高的結構可控性。相較而言，從海洋腹足類軟體動物蜘蛛螺屬（Lambis sp.）中分離的褐藻膠裂解酶更傾向于切割polyG，產物分子質量集中于800～2 000 Da，但PDI達1.4～1.7，可見其攻擊底物產生中長鏈GAOS存在一定隨機性。進一步研究發現，海洋細菌（Vibrio sp.）產褐藻膠裂解酶Alg7A具有雙功能特性：在降解polyMG時，主要生成DP 2～6的寡糖，而作用于polyM時則產生DP 2～3的寡糖。可見，通過對不同來源的褐藻膠裂解酶加以篩選或改造，可能實現對AOS組成、鏈長及分布均一性的調控，為基于特定結構的應用探索奠定基礎。

褐藻膠裂解酶對底物的特異性也會導致AOS分子質量和組成的差異，這種酶與原料互作的選擇性主要體現在初始M/G對終產物的結構影響。例如使用海洋假單胞菌sp. hzj216來源的褐藻膠裂解酶處理M/G為1.86的褐藻膠原料時，生成平均分子質量1.2 kDa、DP 2～6的AOS；而相同條件下，處理M/G為2.28的底物則主要生成DP 2～3的低聚物，揭示了底物組成可以通過酶結合位點可及性影響降解深度及產物分布。不同來源的褐藻膠具有結構差異，這些差異影響著底物與酶活性位點間的親和力，不僅決定了降解產物多樣性，也為AOS的可控開發提供了分子基礎。

對酶解反應參數的優化可精細化調控產物分子質量范圍與分布均一性。黃桿菌（Flavobacterium sp.）來源裂解酶可以在37 ℃條件下30 min生成DP 2～7的GAOS，其分子質量跨度反映內切酶作用下的隨機斷裂特性；另有文獻表明，當反應體系調整為50 ℃、pH 7.5并延長至4 h后，該酶仍能保持高催化活性，生成DP為2～8的AOS，這歸因于該酶有良好的pH值穩定性及熱穩定性，使其在反應中仍能維持斷裂位點的一致性。研究人員將PL7家族TAPL7B裂解酶在20 ℃作用于不同褐藻膠底物，初期（0～10 min）優先降解polyG生成DP 5～6寡糖，體現其對該底物的優先親和性；而polyM的產物生成速率隨反應時間延長反超polyG。其內切作用導致產物呈現非連續DP分布，且反應48 h仍保持相同分布模式，推測與酶結構介導的斷裂位點選擇性相關。此外，離子環境對產物結構具有復雜影響，在2.5～3 mmol/L Ca2+的酶緩沖溶液中AlgE7優先切割G-G鍵，但當Ca2+濃度超過3 mmol/L時，通過屏蔽底物和酶中對底物相互作用至關重要的帶電殘基，使得G片段解聚受到抑制，導致產物M/G升高及PDI增大。

可見，影響酶解AOS結構的因素多且機制復雜。在挖掘高活力、低成本酶資源的基礎上，研究聚焦褐藻膠裂解過程多因子協同影響產物結構規律，以及核心工藝參數與產物結構特征的定量關聯，可為AOS功能片段的設計與調控奠定理論與技術基礎，促進生物法制備技術從實驗室向規模化生產的轉化。

1.3 功能性AOS的結構表征

現階段研究重點關注AOS分子質量分布以及M/G與其生物活性的內在關聯，并綜合運用現代儀器分析手段對其多維度結構進行表征。分子質量及分布特性直接影響AOS的生物活性。研究表明，具有顯著生物活性的AOS分子質量通常分布在幾百至幾千Da之間，對應DP為2～10 。較窄的分子質量分布反映降解產物較高的均一性，可能有利于提升活性組分的比重，從而增強AOS與靶標物質的作用效率。當前研究往往通過色譜、質譜等手段的互補聯用，全面、準確地把握AOS的分子質量特征。

對AOS分子質量的初步表征可由薄層色譜（TLC）、聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE）等技術實現，主要為后續精密分析提供依據。凝膠滲透/尺寸排阻色譜-多角度激光光散射聯用（GPC/SEC-MALLS）技術對復雜降解產物的分子質量分布分析具有獨特優勢。GPC-MALLS無需依賴標準品即可同步測定AOS的重均分子質量、數均分子質量，并通過PDI反映分子質量分布情況，在AOS結構表征中發揮著關鍵作用。對褐藻膠超聲降解產物的GPC-MALLS分析顯示：經28 kHz和50 kHz超聲處理后，原料分子質量從192.7 kDa分別降至35 kDa和53.6 kDa，但是高頻超聲處理明顯導致分子質量分布變寬，分布曲線由單峰變為多峰，體系PDI從3.973升至5.582，證明這種分布離散化現象與超聲導致分子隨機交聯與重組有關。可見，GPC-MALLS還可通過分布曲線形態揭示降解機制，為調控AOS結構提供關鍵技術支撐。

GPC-MALLS的檢測范圍與分辨率受色譜柱與檢測器性能限制，對AOS分子質量分布的精密解析往往需要借助質譜技術。目前使用最廣泛的寡糖電離方法是電噴霧電離（ESI）和基質輔助激光解吸電離（MALDI），它們電離能量小，電離過程中產生較少的碎裂，電離后主要產生離子，可提供分子質量信息。ESI-MS憑借其高靈敏度和精確質量數測定能力，能夠明確AOS的分子質量分布。對酶解AOS的TLC分析顯示，二糖、三糖和四糖的條帶清晰可見，而五糖和六糖的條帶較淺（圖2A）；ESI-MS分析驗證了這一結果，證明該AOS的DP范圍為2～6，其中主要為DP 2～4產物（圖2B），并具有對蝦保鮮活性。

在此基礎上，基于液相色譜-電噴霧電離-質譜聯用（LC-ESI-MS）的動態監測分析表明，BcelPL6在催化藻酸鹽降解的前30 min主要釋放DP 2～7的不飽和寡糖；DP 4與DP 6產物在反應1～10 min呈現短暫積累，而DP 2則作為優勢終產物持續積累至120 min，反應終點未檢出單糖組分（圖3A）；運用MALDI-TOF-MS對產物分子質量進行精準驗證，其空間電荷分布特征與LC-ESI-MS一致（圖3B）。這種多維度質譜聯用策略不僅實現了降解產物分子質量的交叉驗證，還揭示了酶解過程的動力學特征，為褐藻膠裂解酶的底物特異性研究提供了有效手段。

AOS分子鏈組成與序列主要通過傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、核磁共振（NMR）波譜技術進行解析，可為其構效關系研究提供關鍵支撐。FTIR分析顯示，M單元的特征吸收波段位于893 cm-1和822 cm-1，G則具有947、903、813 cm-1及780 cm-1處的特征吸收，可為M與G模塊的初步識別提供參考。對AOS分子結構的高分辨率解析則需要借助NMR技術。其可精準識別分子鏈中M與G單元，進而提供序列結構及化學修飾位點等信息。基于1H NMR的信號積分比可直接計算M/G。例如，對黃桿菌屬（Flavobacterium sp.）S20裂解酶降解產物進行1H NMR分析，通過末端信號校正法優化重疊信號干擾，并通過公式M/G＝（IM-1+IMred+IΔ-1-M）/（IG-1+IGred+IΔ-1-G）（其中IM-1為M單元端基質子信號強度；IMred為還原端M單元信號強度；IΔ-1-M為非還原端不飽和M單元信號強度；IG-1為G單元端基質子信號強度；IGred為還原端G單元信號強度；IΔ-1-G為非還原端不飽和G單元信號強度）計算可得產物M/G為1.513。在此基礎上，有研究通過AlgE6差向異構化、M-裂解酶（AylM）降解及鹽酸水解聯用策略制備GAOS，并運用1H NMR動態監測產物H-4 Δ特征信號的衰減，定量評估了不同糖苷鍵的斷裂速率，發現Δ的存在顯著提高了相鄰糖苷鍵的水解速率，如Δ-G比G-G高65 倍，Δ-M比M-M高43 倍，凸顯Δ末端糖苷鍵的高反應活性；進而通過酸水解后相應信號（如Δ4G和Δ4M在δ 5.85和δ 5.78的特征峰）的消失證實了Δ的去除，從而制備出高純度的GAOS（G物質的量分數大于0.95）。NMR信號分辨率受AOS分子質量及結構復雜性限制，需通過優化積分策略并結合質譜、色譜技術交叉驗證，以確保分析結果的準確性。這種多手段聯用策略已成為解析AOS精細結構的主流方法，為其構效關系研究提供了關鍵支撐。

02

AOS的果蔬保鮮作用

AOS處理已被證實可以抑制多種水果在采后貯藏期間的品質劣化，降低腐爛率、質量損失率，并抑制果實硬度、總可溶性固形物（TSS）含量等的變化，顯著延長產品貨架期，且其保鮮功效與施用方式密切相關。

草莓、獼猴桃等易腐水果受到更多的研究關注。在草莓保鮮研究中，經50 mg/L或100 mg/L的AOS（酶法制備，DP 2～7）溶液浸泡60 s并風干后，在（20±2）℃、相對濕度80%條件下貯藏7 d，相較于蒸餾水處理對照組，AOS處理均能有效延緩果實腐敗進程并維持品質。在腐爛率方面，50 mg/L處理組較對照組降低約30%，而100 mg/L處理組降幅更大，達到40%；AOS處理還有效抑制了TSS含量的上升，在貯藏末期，對照組TSS含量高達10.07°Brix，而100 mg/L處理組TSS含量最低，僅為7.11°Brix。此外，較高濃度AOS處理也顯著延緩了果實硬度的下降，降低了貯藏期間的質量損失率，并有助于維持樣品的VC含量。該研究結果表明，在一定濃度范圍內，AOS對草莓的保鮮效果存在濃度依賴性，即隨AOS溶液濃度增加，保鮮效果呈現明顯的增益效應。另一方面，在獼猴桃保鮮研究中，以25、50、100 mg/L的AOS（酶法制備，DP 2～8）溶液浸泡處理10 min，室溫風干后分別接種灰霉（Botrytis cinerea）、青霉（Penicillium expansum）和黑腐病菌（Alternaria alternata）孢子，在25 ℃貯藏4 d后，觀察到AOS處理顯著降低了果實發病率，并將其歸因于自身防御機制的激活（體外實驗證實AOS對于病菌孢子萌發和菌絲生長均無顯著影響）；50、100 mg/L處理組的防腐效果最優，而此兩組的發病率無顯著差異。這一結果顯示出濃度依賴性及閾值效應的存在。在另一項研究中，以50 mg/L的AOS（酶法制備）溶液浸泡處理獼猴桃10 min并風干，被確定為最佳保鮮方案；在25 ℃、相對濕度85%條件下貯藏3 d后，處理組果實硬度維持在（5.81±1.33）N，顯著高于500 mg/L AOS處理組（（4.94±1.01）N）；同時，較低濃度處理在抑制TSS上升方面效果更佳，其TSS含量較對照組低約2%，而500 mg/L處理組的TSS含量與對照組相比無顯著差異。可見，過高濃度AOS處理并未帶來保鮮效果的進一步提升，驗證了AOS保鮮作用的閾值效應。

基于現有研究，總體而言以較低質量濃度（約100 mg/L）的AOS浸泡處理數分鐘可獲得顯著的保鮮效果。然而劑量、處理方法、時間等施用條件對于保鮮功效的影響尚未得到系統性的評估和優化，特別是對其閾值效應的理解尚不深入；貯藏溫度、濕度等環境因素對于AOS在植物組織內轉運、積累乃至發揮作用的影響亦不明確；此外，AOS作用于不同性狀果蔬的差異仍有待系統研究，精準施用策略尚未形成。上述問題為AOS保鮮研究及規模化應用帶來了機遇與挑戰。

03

AOS保鮮作用的分子機制

近年研究表明，AOS的采后保鮮功效不僅依賴于施用方式，更與其分子結構高度關聯。低分子質量組分易于深入細胞內部發揮代謝調節活性，具有更高的生物可利用性；而分子序列M/G則會影響關鍵信號通路的基因表達。在植物體內，AOS通過多靶點調控機制，主要包括ABA信號抑制、JA通路激活、抗氧化防御強化、細胞壁穩定性維持以及能量代謝平衡調控等，有效抑制果蔬采后品質劣變進程。

3.1 對乙烯信號與能量代謝的協同調控

AOS對果實采后軟化和衰老的抑制機制還涉及乙烯信號通路與能量代謝網絡的雙向互作，涉及復雜的多激素協同調控。乙烯是果實成熟的核心信號分子，1-氨基環丙烷-1-羧酸氧化酶（ACO）可以催化乙烯前體1-氨基環丙烷-1-羧酸（ACC）向乙烯轉化，而S-腺苷甲硫氨酸合成酶2型（SAMS2）通過甲硫氨酸循環提供乙烯合成的甲基供體，二者共同構成乙烯生物合成的關鍵調控節點，因此可通過調控ACO和SAMS2的表達，限制乙烯合成并延緩果蔬成熟進程。研究顯示，在果實成熟期間，AOS通過抑制ACO（XP_004304079）和SAMS2（XP_004288342）蛋白表達水平，干預乙烯合成，從而延遲蘋果果實呼吸強度峰值出現時間并維持貯藏期硬度。

AOS通過雙向平衡機制協調能量代謝穩態。一方面，其通過抑制乙烯信號通路，使糖酵解磷酸甘油酸激酶關鍵酶的活性降低10%～15%，避免因代謝過速導致的ATP過度消耗；另一方面，AOS可以激活碳水化合物代謝中己糖激酶（HK）、磷酸果糖激酶（PFK）的表達并提升ATP合成酶活性30%～40%，促進糖類物質高效轉化為可利用能量，使總腺苷含量增加25%～30%。通過抑制能量支出、增強能量供給的雙向調控模式，既防止因能量耗竭引發的細胞崩潰，又維持果實成熟所需的基礎代謝活性，從而在延緩品質劣變的同時保障正常生理功能，形成動態穩定的能量代謝網絡。值得注意的是，AOS對能量代謝的調控具有“時空特異性”。在蘋果等躍變型果實中，AOS通過抑制SAMS2-ACO軸延緩乙烯爆發期，而在草莓等非躍變型果實中，其通過激活ATP合成酶維持高能荷狀態，凸顯了AOS作用機制的多樣性與環境適應性。就構效關系而言，目前研究多聚焦于特定分子質量范圍的AOS，而M/G等結構變化影響乙烯合成與能量代謝的內在規律尚待闡明，這也是AOS保鮮理論亟待解決的關鍵問題，應進一步研究。

3.2 對ABA信號網絡的抑制與果實成熟調控

ABA是調控非躍變型果實成熟的核心信號分子，而其作用的發揮與FaNCED1（生物合成）、FaPYR和FaCHLH（信號感知）、FaASR（信號轉導）等基因密切相關，通過干預ABA的動態積累與結合態轉化可實現對植物代謝的調控。Bose等使用AOS處理草莓貯藏1 周后，發現處理組果實的腐爛率較對照組下降，且ABA含量顯著降低，并從3 個層面深入探究了其保鮮機制。1）抑制ABA生物合成。AOS處理組果實中ABA總含量較對照組降低10%，其中具有生物活性的游離態ABA含量減少35%；深入分析發現ABA合成的關鍵限速酶基因FaNCED1表達量下降50%，導致ABA的合成受限，進而抑制果實成熟衰老。FaNCED1的生物合成受蔗糖信號誘導調控，其表達量在草莓成熟末期達峰值。2）降低ABA信號感知能力。在信號受體層面，ABA受體基因FaPYR的表達量降低55%，其共激活因子FaCHLH的表達量降低67%，導致細胞對ABA信號的識別能力顯著下降。已有研究發現通過抑制受體表達反向調控ABA通路，可以延緩櫻桃果實腐敗。3）干擾ABA信號轉導過程。在信號傳遞過程中，脅迫響應的核心調控因子FaASR表達量減少71%，使得ABA信號無法有效激活下游與果實成熟相關基因的表達通路。可見，AOS可通過靶向調控ABA信號網絡，延緩果實采后成熟進程。AOS如何引發ABA信號網絡的系統性響應，特別是其結構屬性對于系列變化的調控潛力，如DP影響AOS與受體互作的效率、特定M/G構型與關鍵酶的親和力等，仍然需要深入研究加以揭示。

3.3 對JA信號通路的影響與顏色發展調控

采后色澤維持是水果保鮮的重要指標之一。果實的色澤不僅直接影響消費者偏好，其反映出的花青素積累水平更與抗氧化能力和細胞生理活性密切相關。研究表明，AOS通過JA信號通路調控花青素合成，能夠顯著改善果實著色特性及其營養、感官品質 。將白色成熟期草莓分別浸泡于3 種100 mg/L商業來源的HAOS（分子質量為2 800 Da，M/G≈1.58）、MAOS（分子質量為6 000 Da，M/G≈6.77）以及GAOS（分子質量為5 500 Da，M/G≈0.2）溶液中2 min，貯藏5 d后發現，HAOS可使花青素積累量進一步提升至對照組的1.92 倍，同時下調色素抑制因子 FaMYB1 表達量減少55%，協同維持貯藏期間草莓色澤穩定；擁有高M/G的MAOS盡管分子質量較高，但可通過抑制 JAZ 基因 FaJAZ9 / 10 使其蛋白表達量下降68%，并激活 MYB 轉錄因子（FaMYB10上調3.2 倍），使花青素標志物天竺葵素-3-葡萄糖苷（Pg3G）和花青素-3-葡萄糖苷（Cy3G）含量提高至清水對照組的1.81 倍，加快果實色澤轉紅速率。與此相對，M/G最低的GAOS則對JA信號通路和花青素合成途徑的影響較弱（圖4C）。為進一步解析AOS分子質量對色澤調控的獨立效應，后續研究采用mMAOS（分子質量為3 000 Da）和MAOS進行比較，發現較低分子質量的mMAOS可定位于細胞膜并滲入原生質體，通過激活JA合成基因（ FaLOX 、 FaAOS ）使FaMYB10表達量提升4.1 倍，驅動花青素合成酶基因（ FaANS 、 FaUFGT ）表達量增加2.8～3.5 倍，將白色果實轉紅周期縮短2～3 d。顏色分析顯示，mMAOS處理組草莓表皮的色調值在貯藏第6天降至18.76（清水對照組24.67），表明紅色顯色更早且更均勻（圖4A、B） 。可見，低分子質量通過滲透優勢增強調控效率，而高M/G則可能通過空間適配效應激活JA信號通路，二者協同為AOS發揮生物活性奠定了結構基礎。同時推測，分子質量分布集中的AOS可能通過增強活性成分與細胞受體的結合穩定性，進一步延長保鮮時間，但此機制仍需實驗驗證。

3.4 對抗氧化防御與細胞壁穩定性的雙重調控

抗氧化防御與細胞壁穩定性的協同作用對果蔬采后品質變化影響深遠。ROS作為雙重信使，在閾值濃度內參與正常成熟信號傳遞，但其過度積累時不僅會通過膜脂過氧化反應生成丙二醛（MDA），觸發氧化鏈式反應，還會破壞離子穩態和區室化結構，使酶-底物異常接觸，還會激活多聚半乳糖醛酸酶和果膠酯酶等細胞壁降解酶，加速果實軟化與腐敗。AOS憑借其低分子質量，通過清除ROS以維持膜完整性、抑制果膠酶以穩定細胞壁，成為延緩采后品質劣變的關鍵調控因子。有研究以紫紅色鏈霉菌（Streptomyces violaceoruber）海藻酸裂解酶降解褐藻膠獲得DP 2～10的AOS，將其配制成50 mg/L溶液對獼猴桃進行10 min浸泡處理，室溫風干后于25 ℃貯藏，發現AOS通過雙重調控機制顯著延緩果實衰老進程。一方面，AOS激活果實內源抗氧化系統，使過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性較清水對照組分別提高50%和71%，H2O2含量降低12%～44%，同時膜脂過氧化產物MDA積累量減少27.27%，有效緩解氧化損傷。另一方面，AOS通過特異性結合多聚半乳糖醛酸酶和果膠酯酶活性中心，使其活性分別下降40%和23%，從而使原果膠保留率維持在80%以上，有效延緩細胞壁結構解體。貯藏4 d后，AOS處理組果實硬度僅下降23.5%，而清水對照組硬度下降幅度達40%。還有研究發現，以50 mg/L ALG2A裂解酶制備DP 2～8的AOS溶液浸泡處理10 min可以顯著抑制獼猴桃中果膠甲酯酶和多半乳糖醛酸酶的基因表達及其編碼蛋白質的相應酶活性，延緩果膠的溶解；與此相對，AOS處理誘導了抗氧化基因的表達，同時也調節了過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性；通過抑制細胞壁降解、激發抗氧化防御，使處理組果實在25 ℃貯藏4 d后腐爛率僅為20%，而清水對照組的腐爛率高達65%。鑒于此，對上述效應的構效關系進行全面解析極具現實意義，對AOS結構的定向優化有助于進一步激發相關活性，從而誘導植物體形成多重防御屏障，提升保鮮功效。

綜上，對AOS保鮮作用機制的研究已取得顯著進展。但其對苯丙烷代謝途徑、類黃酮代謝途徑及其他潛在代謝途徑的深層調控機制仍亟待揭示。苯丙烷代謝途徑在果蔬采后抗病防御中具有核心作用，其通過關鍵酶系的級聯反應調控抗病物質的生物合成。其中，苯丙氨酸氨裂解酶、4-香豆酸輔酶A連接酶和肉桂酸4-羥化酶構成代謝核心酶系，催化苯丙氨酸轉化為4-香豆酰輔酶A，進而生成黃酮類化合物及木質素等防御物質。研究表明，那他霉素與山梨酸鉀通過特異性激活草莓果實中苯丙氨酸氨裂解酶、4-香豆酸輔酶A連接酶和肉桂酸4-羥化酶的活性，顯著增強苯丙烷代謝通量。該處理使總酚含量較對照組提升26.3%，通過酚類物質抑制病原菌活性、木質素強化細胞壁屏障、水解酶降解病原體細胞壁的協同作用，使草莓對灰霉病的抗性顯著增強。另一方面，類黃酮化合物具有抗氧化、抗菌等多種生物學功能，并具有激活次生代謝網絡的潛力，對修復損傷、抵抗微生物感染至關重要。以脫乙酰度為88.1%的殼聚糖靜電噴涂處理，可顯著激活甜櫻桃的類黃酮代謝通路，使類黃酮含量提升49.0%；非靶向代謝組學進一步鑒定出53 種京都基因與基因組百科全書注釋代謝物，其中27 種富集于類黃酮代謝通路；關鍵代謝物分析顯示表兒茶素、橙皮苷及蘆丁的積累得到特異性促進，證實了殼聚糖處理可通過調節類黃酮代謝途徑，延緩果實采后品質劣化。為此，未來研究還需結合多組學技術揭示AOS對多通路協同的深層調控機制，進一步完善AOS保鮮理論。此外，上述研究也揭示出殼聚糖通過差異化機制發揮保鮮活性，而AOS與其他天然活性物質的協同作用也值得未來研究關注，為探索基于天然產物的高效復合保鮮體系奠定基礎。

04

結語

來源于海洋的AOS在果蔬采后保鮮領域展現出高度的開發利用潛力。理化、生物協同降解技術的涌現為制備具有特定結構的AOS提供了多樣化的備選路徑。現有研究揭示AOS的保鮮活性與其分子質量、甘露糖醛酸與古羅糖醛酸殘基比例及多分散性等結構屬性密切相關。對AOS保鮮作用分子機制的研究已取得顯著進展，AOS處理可以通過調節ABA通路、激活JA途徑、抑制乙烯信號、平衡能量代謝、清除自由基并保護細胞結構等機制，協同干預果蔬采后代謝，抑制其在貯藏期間的品質劣化。通過可控制備技術優化AOS結構特征，有望進一步激發其多重生物活性，并使面向不同應用場景的定制化保鮮技術成為可能。未來還需運用多組學技術系統解析其構效關系及多通路協同保鮮機制，以期反哺前端的結構設計與工藝開發，為創制結構-功能精準匹配的AOS保鮮因子提供全方位理論支撐。

作者簡介

通信作者

武龍，教授，大連海洋大學食品科學與工程學院。2008年3月獲日本千葉大學生物資源應用科學專業博士學位，先后在日本國立食品綜合研究所、產業技術綜合研究所從事博士后研究。現任大連海洋大學教授，碩士生導師，食品科學與工程學院院長。主要從事海洋多糖與蛋白質資源的高效開發利用相關理論研究、技術研發、產品開發與服務推廣工作。主持科技部國家重點研發計劃“藍色糧倉科技創新”重點專項項目子課題等研究項目多項；公開發表學術論文60余篇，獲授權國家發明專利6 項、軟件著作權3 項；參與完成2019年大連市科技進步獎一等獎、2020年遼寧省科技進步獎一等獎。

第一作者

劉月，碩士研究生，大連海洋大學食品科學與工程學院，碩士期間主要從事褐藻膠寡糖制備工藝研究，并探究其在果蔬保鮮中的作用機制。參與發表學術論文3 篇，其中SCI和EI收錄3 篇。

引文格式：

劉月, 于曉慧, 胡梓博, 等. 功能性褐藻膠寡糖的可控制備及其果蔬保鮮作用的分子機制[J]. 食品科學, 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.

實習編輯：安宏琳；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為匯聚全球智慧共探產業變革方向，搭建跨學科、跨國界的協同創新平臺，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學、 重慶市農業科學院、 重慶市農產品加工業技術創新聯盟、重慶工商大學、重慶三峽學院、西華大學、成都大學、四川旅游學院、西昌學院、北京聯合大學協辦的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會 ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報到） 在中國 重慶召開。

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