蔥屬蔬菜植物風(fēng)味前體物質(zhì)s-烴基半胱氨酸亞的形成機(jī)制

蔥屬蔬菜植物風(fēng)味前體物質(zhì)s-烴基半胱氨酸亞的形成機(jī)制

洋蔥、大蒜和其他蔬菜植物獨(dú)特的辣味來(lái)自于穩(wěn)定的味道。這是一種味道穩(wěn)定且風(fēng)景如畫的前體大蒜（s-cytopon）的物質(zhì)。CSOs在植物受到損傷后與蒜氨酸酶(alliinase)等酶類反應(yīng),生成易揮發(fā)、具有刺激性氣味的含硫化合物——風(fēng)味物質(zhì)[大蒜素(allicin)等]。有關(guān)風(fēng)味物質(zhì)的種類及功能的國(guó)內(nèi)外研究報(bào)道較多,但對(duì)于CSOs的報(bào)道很少,本文就CSOs的研究進(jìn)展概況作一系統(tǒng)介紹。1品嘗前物質(zhì)的類型和品味化合物對(duì)植物本身的影響1.1其它功能化合物蔥屬蔬菜植物的CSOs無(wú)氣味,難揮發(fā),目前研究較多的主要有四種(表1)。S-烯丙基-L-半胱氨酸亞砜(ACSO)是最早發(fā)現(xiàn)的大蒜的主要風(fēng)味物質(zhì),之后相繼發(fā)現(xiàn)了S-甲基-半胱氨酸亞砜(MCSO),S-丙基-半胱氨酸亞砜(PCSO)和S-1-丙烯基-L-半胱氨酸亞砜(PeCSO)。除蔥屬植物外的其他生物(如一些熱帶植物、真菌等)也存在含量較低的CSOs,如:S-乙基-半胱氨酸亞砜、S-丁基半胱氨酸亞砜,S-甲巰甲基半胱氨酸亞砜,S-芐基半胱氨酸亞砜等。它們?cè)谒獍彼崦傅淖饔孟乱部舍尫懦鲲L(fēng)味物質(zhì)。植物受到損傷時(shí),CSOs與蒜氨酸酶反應(yīng),生成丙酮酸鹽、氨和含硫化合物,后者進(jìn)一步降解生成有氣味、易揮發(fā)的風(fēng)味物質(zhì)。CSOs不同,形成的風(fēng)味也有區(qū)別。如MCSO降解后發(fā)出洋蔥或甘藍(lán)的味道,ACSO生成獨(dú)特的大蒜氣味。洋蔥的催淚效果過(guò)去認(rèn)為是丙基硫氧化物所致,然而,最近發(fā)現(xiàn)是蒜氨酸酶催化PeCSO后,在催淚因子合成酶的作用下產(chǎn)生γ谷氨酰肽(γGPs)類物質(zhì)是形成CSOs的中間產(chǎn)物,主要由谷胱甘肽衍生而來(lái),也作為N或S的庫(kù)源。1.2蔥屬蔬菜植物的一種風(fēng)味物質(zhì)風(fēng)味化合物在蔥屬蔬菜植物中的作用一直是一個(gè)誘人的研究課題。不參與蛋白質(zhì)合成的半胱氨酸和谷胱甘肽衍生物占蔥屬蔬菜植物干重的1%~5%然而,蔥屬蔬菜植物的特殊揮發(fā)性氣味對(duì)于一些昆蟲和病原菌又具有一定的引誘作用。嚴(yán)重影響洋蔥、大蒜生長(zhǎng)的真菌性病害——白腐病的結(jié)核菌孢子萌發(fā)強(qiáng)烈依賴揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。同樣,韭菜的韭蛆和洋蔥的蔥蠅都受它們各自宿主植物特有氣味的吸引激發(fā)子可誘發(fā)植物產(chǎn)生防御物質(zhì),但激發(fā)子或信號(hào)分子(如水楊酸)卻抑制洋蔥愈傷組織形成CSOs2洋蔥是蔬菜口感的前體材料的合成方法2.1合成路徑以γGPs作為中間物質(zhì)的CSOs合成途徑可能有兩種2.2合成過(guò)程中的相關(guān)物質(zhì)2.2.1gps在品味前物質(zhì)合成中的作用通過(guò)放射性示蹤研究[2.2.2半胱氨酸合成酶的合成半胱氨酸是蔥屬蔬菜植物合成CSOs的底物。蔥屬蔬菜植物中含有高水平的半胱氨酸,可能是由于其調(diào)節(jié)半胱氨酸合成的機(jī)制不同于其他植物。半胱氨酸合成是在絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶(SAT)和半胱氨酸合成酶依次催化下完成的,該過(guò)程把無(wú)機(jī)硫元素整合到有機(jī)硫化物中,同時(shí)伴隨碳和氮的同化。經(jīng)SAT催化后,O-乙?；砑拥浇z氨酸中,生成O-乙酰絲氨酸的氨基丙烯酸鹽化合物,其在半胱氨酸合酶(CS)的作用下與硫化物反應(yīng),生成S-烴基半胱氨酸半胱氨酸合酶有很廣泛的作用底物,它屬于β取代基丙氨酸合成酶家族。當(dāng)它與合適的底物結(jié)合時(shí),就會(huì)合成S-甲基(烯丙基或羧甲基等)半胱氨酸,其合成速率是半胱氨酸合成速率的1%~72%2.2.3-酮-s-2-羧丙基半胱氨酸衍生物的合成烴基類物質(zhì)是CSOs合成中不可缺少的基團(tuán)。半胱氨酸與甲基丙烯酸反應(yīng),生成S-2-羧基丙烯半胱氨酸,為ACSO、PeCSO和PCSO的合成提供了烴基基團(tuán)。CSOs的所有烴基側(cè)鏈(甲基除外)都來(lái)自于S-2-羧丙基類物質(zhì),這類物質(zhì)經(jīng)脫羧和還原反應(yīng),生成各種烴基(圖2)。在洋蔥中,S-2-羧丙基半胱氨酸能迅速轉(zhuǎn)變成PeCSO。此步驟涉及S-2-氧化脫羧過(guò)程。在脫羧過(guò)程中,3-酮-S-2-羧丙基半胱氨酸衍生物并非中間產(chǎn)物。S參與CSOs的形成并最后氧化為硫氧化物需要酶的催化。在半胱氨酸合酶的作用下,通過(guò)合成反應(yīng)把S添加到O-乙酰絲氨酸形成半胱氨酸,而且形成的半胱氨酸可進(jìn)一步烴基化。S-烴基半胱氨酸氧化后會(huì)形成相應(yīng)的硫氧化物C-絲氨酸和S-烴基半胱氨酸經(jīng)氧化可生成相應(yīng)的亞砜類物質(zhì)。洋蔥葉組織中的S-甲基半胱氨酸、S-乙基半胱氨酸、S-丙基半胱氨酸、S-丙烯基半胱氨酸等都可被氧化成亞砜類物質(zhì)。有趣的是,洋蔥鱗莖及大蔥組織中,還可把S-烯丙基半胱氨酸轉(zhuǎn)化成ACSO,這可能與參與氧化的酶的立體專一性有關(guān)細(xì)胞中纈氨酸脂肪側(cè)鏈的斷裂是形成甲基丙烯酸鹽的基礎(chǔ)。反應(yīng)的中間產(chǎn)物甲基丙烯酰-CoA可與游離的硫醇反應(yīng)烯丙基的另一個(gè)可能來(lái)源是植物次生代謝產(chǎn)物葡萄糖硫苷γGPs是烴基半胱氨酸亞砜的合成前體物質(zhì)谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶位于植物胞液和微體中,它能從液泡轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核,該酶特性的差異與其在細(xì)胞內(nèi)存在區(qū)間有關(guān)在蒜氨酸酶作用下,CSOs經(jīng)裂解后形成風(fēng)味物質(zhì)。蒜氨酸酶一般由約包含2200個(gè)核苷酸的mRNA翻譯而成。大蒜的蒜氨酸酶含448個(gè)氨基酸,洋蔥的蒜氨酸酶含445個(gè)氨基酸3洋蔥病及其貯藏器官谷胱甘肽存在于洋蔥鱗莖表皮細(xì)胞的葉綠體和細(xì)胞質(zhì)中,而γGPs和CSOs僅存在于細(xì)胞質(zhì)中,γ谷氨酰胺半胱氨酸則位于葉綠體中洋蔥的貯藏器官形成于膨大的葉基部,大蒜的貯藏器官是由膨大的側(cè)芽形成。洋蔥的蒜氨酸酶存在于細(xì)胞液泡洋蔥鱗莖形成期CSOs從葉片上部向基部運(yùn)輸。在鱗莖形成之前,葉上部含有大量三種CSOs(PeCSO、MCSO和PCSO)(PeCSO是洋蔥主要的CSOs),但當(dāng)鱗莖形成后,PeCSO和MCSO含量降低了約90%,只有PCSO繼續(xù)保持高水平。隨著鱗莖的逐漸成熟,外部衰老鱗片CSOs含量降低,而內(nèi)部鱗片的PCSO含量會(huì)增加。0~0.5℃下貯藏6個(gè)月,CSOs在內(nèi)部鱗片和鱗莖頂部及底部含量增加并高于外層鱗片4食品前物質(zhì)合成的監(jiān)管4.1csos的合成主要通過(guò)改色劑的作用進(jìn)行合成CSOs的合成并不局限于特定的組織或細(xì)胞中,但未分化細(xì)胞中合成次生代謝產(chǎn)物的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于完整植株,通過(guò)改變生長(zhǎng)條件可顯著增加次生代謝產(chǎn)物的合成。不同蔥屬植物在組織培養(yǎng)過(guò)程中合成CSOs的途徑不同:未分化、無(wú)色的洋蔥愈傷組織中CSOs含量不及鱗莖的10%,并且?guī)缀醵际荕CSO,而PeCSO的合成非常少。未分化的大蒜愈傷組織含有少量的ACSO和PCSO。細(xì)香蔥愈傷組織中存在微量的PCSO和PeCSO。當(dāng)愈傷組織在光條件下再分化形成綠芽或根后,就恢復(fù)合成全部CSOs的能力組織培養(yǎng)過(guò)程中,外加S-烴基供體或中間物質(zhì)能促進(jìn)CSOs的合成。當(dāng)大蒜愈傷組織分化芽時(shí),能合成很少量的MCSO、ACSO,并含有痕量的S-烯丙基半胱氨酸和S-甲基半胱氨酸4.2硫和氮代謝方面硫和氮元素在CSOs合成過(guò)程中具有重要的調(diào)控作用。硫是構(gòu)成蔥屬植物風(fēng)味成分的重要成分,植物早期對(duì)硫的吸收和同化是形成風(fēng)味的基礎(chǔ),硫的利用效率高其風(fēng)味就比較濃。氮可能會(huì)影響硫的吸收進(jìn)而影響CSOs的合成。硫的代謝與氮的代謝密切相關(guān),如半胱氨酸的合成需要硫和氮同時(shí)參與。施用硫和氮肥可以提高CSOs的含量PeCSO是洋蔥的主要CSOs,但通過(guò)改變生長(zhǎng)環(huán)境(如低硫、高氮水平),可以提高其中MCSO的含量。種植在高硫條件下,洋蔥鱗莖中CSOs含量較高,但其含量與土壤含硫量并不成正比氮的供應(yīng)會(huì)影響硫的吸收和CSOs的形成,但可能不影響鱗莖中無(wú)機(jī)硫的含量。隨著氮含量增加,洋蔥鱗莖中有機(jī)硫含量不斷上升,無(wú)機(jī)硫含量變化不大;當(dāng)環(huán)境中氮含量達(dá)到80mg/L時(shí),有機(jī)硫含量下降外界氮量低時(shí),洋蔥表現(xiàn)出明顯的缺氮癥狀,葉發(fā)黃、鱗莖小,除PeCSO外,MCSO、PCSO、γGPs含量很