Înmuierea fructelor și dezasamblarea pectinei au prezentat o imagine de ansamblu asupra modificărilor nanostructurale ale pectinei

Candelas Paniagua

1 Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea ‘La Mayora’ (IHSM-UMA-CSIC), Departamento de Biología Vegetal, Universidad de Málaga, 29071, Málaga, Spania

Sara Posé

1 Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea ‘La Mayora’ (IHSM-UMA-CSIC), Departamento de Biología Vegetal, Universidad de Málaga, 29071, Málaga, Spania

Victor J. Morris

2 Institute of Food Research, Norwich Research Park, Colney, Norwich NR4 7UA, Marea Britanie

Andrew R. Kirby

2 Institute of Food Research, Norwich Research Park, Colney, Norwich NR4 7UA, Marea Britanie

Miguel A. Quesada

3 Departamentul vegetal de biologie, Universitatea din Málaga, 29071, Málaga, Spania

José A. Mercado

1 Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea ‘La Mayora’ (IHSM-UMA-CSIC), Departamento de Biología Vegetal, Universidad de Málaga, 29071, Málaga, Spania

Abstract

fundal

Domeniul de aplicare

În această revizuire, sunt discutate mai întâi principalele caracteristici ale procesului de dezasamblare a pectinei în timpul maturării fructelor, iar apoi este revizuită caracterizarea nanostructurală a pectinelor de fructe de către AFM și relația sa cu textura și durata de valabilitate a fructelor după recoltare. În general, pectinele de fructe sunt vizualizate sub AFM ca lanțuri liniare, dintre care câteva prezintă ramuri lungi și agregate. Valorile medii ale numărului și ale greutății obținute din aceste imagini sunt în acord cu analizele cromatografice. Majoritatea studiilor AFM indică reduceri ale lungimii lanțurilor individuale de pectină și a frecvenței agregatelor ca fructe coapte. Pectinele extrase cu carbonat de sodiu, presupuse localizate în peretele celular primar, sunt cele mai afectate.

INTRODUCERE

Pectina este unul dintre cei mai complecși biopolimeri naturali ai plantelor (Vincken și colab., 2003; Voragen și colab., 2009). Această complexitate face dificilă caracterizarea poliuronidelor și deducerea rolului lor în peretele celular atunci când se utilizează tehnici de analiză convenționale, dintre care majoritatea se bazează pe măsurarea proprietăților și caracteristicilor coligative ale unei populații de polizaharide (Round și colab., 2001). Microscopia forței atomice (AFM) face posibilă analiza lanțurilor polimerice individuale și studierea gradului de eterogenitate într-o probă cu o pregătire minimă a probei (Morris și colab., 2010; Liu și Cheng, 2011). Această tehnică a fost utilizată pentru a determina structura și funcționalitatea polizaharidelor din diferite surse, concentrându-se în principal pe aspecte legate de caracteristicile alimentelor (Kirby și colab., 1995a; Morris și colab., 2001). Cu toate acestea, AFM a fost puțin folosit pentru a studia modificările pectinei în timpul înmuierii fructelor. Scopul acestei lucrări este de a revizui potențialul AFM ca instrument pentru a obține o perspectivă asupra procesului de dezasamblare a pectinei în timpul maturării fructelor.

DEZAMBLAREA PECTINEI ÎN TIMPUL MĂRTURII FRUCTELOR

În concluzie, procesele care duc la solubilizarea poliuronidelor în perete în timpul înmuierii fructelor sunt diverse și dovezile recente susțin un rol pentru depolimerizarea poliuronidelor ca unul dintre principalele mecanisme implicate, în ciuda respingerii sale inițiale ca posibilă cauză. Având în vedere dovezile împreună, este posibilă implicarea diferitelor mecanisme în funcție de specie. După cum sugerează Brummell (2006), o mai bună înțelegere a modului în care homogalacturonanul, RG-I și RG-II sunt legate între ele și de alți polimeri din perete ar ajuta la explicarea acestei probleme. Caracterizarea nanostructurală de către AFM a lanțurilor pectice prezente în aceste fracții și modificările lor structurale în timpul maturării ar arunca o lumină asupra modului în care are loc procesarea lanțului în timpul dedurizării. Potențialul acestei abordări de a oferi o mai bună cunoaștere a acestui proces este discutat în secțiunile următoare.

ANALIZA AFM A PECTINELOR DE FRUCTE

Fundamentele AFM

tabelul 1.

Rezumatul caracterizării nanostructurale AFM a pectinelor izolate din diferite fructe cărnoase

FruitCultivarStagePectin fraction Lungimea pectinei (nm) Lățimea pectinei * (nm) Starea imaginii Referință

Caise (Prunus armeniaca)	Jinhong	copt	CSP	500–3000	23–234	Aer; TM	Chen și colab. (2013)
Cireș (Prunus pseudocerasus)	Caode Bende	necoapte	WSP	ND	76–176	Aer; DC	Lai și colab. (2013)
			CSP	ND	37-61
			SSP	448–749	37–140		Zhang și colab. (2008)
		copt	WSP	ND	37-82		Lai și colab. (2013)
			CSP	ND	17–55
			SSP	123–749	37–140		Zhang și colab. (2008)
Jujube (Zizyphus jujuba)	Huanghua Zhanhua	necoapte	CSP	500,> 3000	23-98	Aer; TM	Wang și colab. (2012)
			SSP	500,> 3000	35–156
		copt	CSP	3000	16–78
			SSP	1 rezumă datele AFM disponibile despre fracțiunile de pectină extrase din mai multe fructe, inclusiv comparații între diferite etape de dezvoltare și soiuri cu proprietăți texturale diferite. Studiile timpurii AFM s-au concentrat pe analiza pectinelor din roșiile necoapte. Round și colab. (1997) au analizat probe de pectină extrase cu carbonat de sodiu. Imaginile au arătat o populație mixtă de polimeri și agregate unice. Interesant este că 20% dintre polimerii unici au prezentat ramuri lungi, aproximativ 30% dintre aceștia având mai multe ramuri. Lungimile coloanei vertebrale principale au fost cuprinse între 30 și 390 nm, iar distribuția dimensiunilor lor se potrivea unei curbe log-normale. Gama de dimensiuni de lungime pentru ramuri a fost mai îngustă (30-170 nm). Aparent, îndepărtarea grupărilor acetil și metil în timpul extracției alcaline pentru a obține fracțiunea SSP nu modifică nanostructura lanțului pectic, deoarece pectinele de roșii extrase cu CDTA și vizualizate de AFM au fost similare cu cele prezente în probele SSP. Cu toate acestea, lanțurile din fracțiunea CDTA au fost de aproximativ 3 ori mai lungi decât cele extrase cu carbonat de sodiu (Round și colab., 2001; Kirby și colab., 2008). Analizele complementare ale compoziției și legăturii zahărului neutru au sugerat că aceste ramuri nu corespund zaharurilor neutre (Round și colab., 2001) și s-a postulat că ramurile lungi observate în CSP (îmbogățite în homogalacturonan) și SSP (îmbogățite în RG- I) constau din acid poligalacturonic atașat la coloana vertebrală a pectinei, cu zaharurile neutre prezente ca ramuri scurte nedetectate de AFM (Round și colab., 2001). Acest rezultat a fost susținut de experimentele AFM ulterioare pe pectine din măr (Zareie și colab., 2003), piersică (Yang și colab., 2009) și fructe de căpșuni coapte roșii (Posé și colab., 2012). În această ultimă specie, atât CSP cât și SSP au prezentat un procent similar de polimeri ramificați (8-9%), dar SSP-urile au prezentat ramuri mai mici, dar mai multe pe coloana vertebrală (Posé și colab., 2012). Dimensiunea mai mică a SSP de căpșuni s-a corelat cu profilurile comparative ale ambelor fracții obținute prin cromatografie de excludere a dimensiunii (Posé și colab., 2012).

---