Heat-Induced Cell Membrane Injury of Vegetable Tissues -An applied study on potatoes

Abstract: Popular Abstract in Swedish Värmebehandling av vegetabilier medför att man värmer till temperaturer över växtens ursprungliga fysiologiska och naturliga temperaturgränser och därmed förändras den enskilda grönsakens vävnadsstruktur. Detta leder till en serie händelser på cellnivå som i sin tur bestämmer transportegenskaperna hos vävnaden. En av cellens viktigaste komponenter för masstransport är cellmembranet som utgör den fysiska barriären för transport av näringsämnen till och från cellen. Potatis har använts som modell för att studera hur cellmembranets fysiologiska egenskaper påverkas och förändras vid värmebehandling. In vitro studier av plasmamembranets H+-ATPas aktivitet har gett en pseudo-första-ordningens modell som karaktäriseras av summan av två oberoende och simultana processer uppkomna vid olika ATPas nivåer. Studier av ATPas aktivitetens temperaturberoende har visat att cellmembranets funktion börjar att upphöra vid 55°C. Den förändrade funktionen karaktäriseras av en snabb sänkning av H+-ATPas aktiviteten och en drastisk sjufaldig minskning av aktiveringsenergi (Ea). Som en följd av den minskade aktiveringsenergin påverkas den H+-drivna processen som behövs för att underhålla cellens aktiva transportmekanismer och därmed cellens förmåga att behålla cytoplasmans lösningar. Eftersom H+-ATPas spelar en viktig roll för transporten genom cellmembranet, visar resultaten att temperaturer över 55°C påverkar både passiv och aktiv transport på cellnivå. Cellmembranets funktion har mätts på olika djup från ytan och in till mitten av potatisbitar som värmebehandlats på olika sätt. Datasimuleringar med finita-element metoden (programvara Femlab) har genomförts för att beräkna temperaturprofiler i de värmebehandlade potatisbitarna. Beräkningar och analysresultat visar hur olika temperaturer bestämmer graden av skador på cellmembranen. Värmebehandlingens skador på cellmembranet följde samma utveckling som de för H+-ATPas aktiviteten. Kinetiken för cellmembranets förändringar följer en pseudo-första-ordningens modell vilket tyder på att cellmembranets tillstånd i vävnaden är kopplad till värmestabiliteten hos växtens plasmamembran med avseende på H+-ATPase aktiviteten. Inaktiveringen av cellmembranet följer inte Arrhenius lag, utan ett sigmoidalt mönster vilket innebär en svag minskning vid låga processtemperaturer följda av en plötslig och snabb minskning efter det att vävnaden nått 50°C. Även PME:s resterande enzymaktivitet i vävnaden mättes på olika djup i den värmebehandlade potatisbiten och temperaturprofilerna beräknades med hjälp av Femlab. Enzymaktiviteten visade ett starkt samband med både temperaturnivån och hastigheten för värmepenetrationen i vävnaden. Förändringar i enzymaktiviteten observerades för vävnadstemperaturer över 52°C. Att värmeaktiveringen av enzymet sker samtidigt, dvs i samma temperaturområde som den drastiska nedgången av cellmembranets funktion kan bero på ett samband mellan de två processerna. Aktiveringen av enzymet PME i vävnaden kan vara en konsekvens av cellmembranets förändringar och efterföljande läckage av cytoplasmalösning till cellväggen.