Original article

Physiochemical changes in sunberry (Physalis minima L.) fruit during growth and ripening

Changements physico-chimiques du fruit de Physalis minima L. pendant sa croissance et sa maturation

Cambios físico-químicos del fruto de Physalis minima L. durante su crecimiento y su maduración

Dep. Biosci., Sardar Patel Univ., Vallabh Vidyanagar, Gujarat, 388120, India
e-mail: tadapanenirao@yahoo.com

^∗ Correspondence and reprints

Received: 3 July 2009
Accepted: 23 September 2009

Abstract

Introduction. Physalis minima is a widespread, quick-growing and high fruit-yielding annual herb belonging to the family Solanaceae. However, like many other underutilized fruit-bearing plants, P. minima is poorly studied and its nutritional potential is unknown. Since the edible sunberry is said to be a rich source of vitamin C, we studied the physiochemical changes during its fruit growth and ripening. Materials and methods. The changes in the physiochemical properties, such as pH, total soluble solids, titrable acidity, chlorophylls, carotenoids, carbohydrates (reducing sugars, non-reducing sugars, total sugars and starch), free amino acids, total proteins, total phenols, ascorbic acid, ethylene, and respiration and the activities of hydrolytic enzymes (amylase and invertase), antioxidant enzymes (catalase and peroxidase), and cell wall-degrading enzymes (cellulase, polygalacturonase and pectinmethylesterase), were analyzed in the fruit of sunberry at five sequential stages, viz., the young, premature, mature, preripe and ripe stages. Results and discussion. A gradual increase in the pH and total soluble solids occurred throughout the growth and ripening of sunberry fruit, while its titrable acidity increased up to the preripe stage and thereafter declined. A decreasing trend in the chlorophylls occurred simultaneously with an increase in the quantity of carotenoids. As the sunberry fruit proceeded towards ripening, the amount of its total starch decreased, with a concomitant sharp increase in the quantity of its reducing sugars, non-reducing sugars and total sugars. An increase in the quantity of free amino acids, proteins and phenols also occurred during the growth and ripening of the fruit, and the quantity of ascorbic acid increased at the mature stage. Moreover, sunberry fruit also exhibits a climacteric behavior with increased ethylene production and rate of respiration. The specific activity of amylase increased throughout the growth period of sunberry, but that of invertase decreased after maturity until ripening. The catalase and peroxidase enzymes showed higher activity, indicating better radical scavenger properties, while cellulase, polygalacturonase and pectinmethylesterase tended to remain at lower levels. Conclusion. The fruit of P. minima are nutritive and a rich source of sugars, starch, free amino acids, proteins, total phenols and ascorbic acid. They are metabolically active, showing a high specific activity of hydrolyzing and antioxidant enzymes, while the activity of cell wall-degrading enzymes is relatively low, indicating a better postharvest storage life.

Résumé

Introduction. L’espèce Physalis minima est largement répandue; c’est une plante fruitière herbacée annuelle, de la famille des solanacées, à croissance rapide et hauts rendements. Cependant, comme beaucoup d’autres plantes fruitières sous-utilisées, l’espèce P. minima est peu étudiée et les qualités nutritionnelles de son fruit sont peu connues. Puisque le physalis comestible est dit riche en vitamine C, nous avons étudié les modifications physico-chimiques qui interviennent au cours de la croissance et de la maturation de son fruit. Matériel et méthodes. Les changements de caractéristiques physico-chimiques, tels que le pH, les solides solubles totaux, l’acidité titrable, les chlorophylles, les caroténoïdes, les glucides (sucres réducteurs, non réducteurs, sucres totaux et amidon), les acides aminés libres, les protéines totales, les phénols totaux, l’acide ascorbique, l’éthylène et la respiration, l’activité des enzymes hydrolytiques (amylase et invertase), des enzymes antioxydants (catalase et peroxydase) et des enzymes de dégradation des parois cellulaires (cellulase, polygalacturonase et pectinmethylesterase), ont été analysés dans le fruit de P. minima à cinq stades de développement successif : jeune, prémature, mature, prémûr et mûr. Résultats et discussion. Une augmentation progressive du pH et des solides solubles totaux a été observée tout au long de la croissance et de la maturation du fruit, tandis que son acidité titrable augmentait jusqu’au stade prémûr pour ensuite diminuer. Les chlorophylles ont eu tendance à diminuer en même temps qu’augmentait la quantité des caroténoïdes. La quantité totale de l’amidon a nettement diminué avec la maturation du fruit et, de façon concomitante, la quantité des sucres réducteurs, non réducteurs et sucres totaux a augmenté. Une augmentation de la quantité d’acides aminés libres, de protéines, de phénols a eu lieu également au cours de la croissance et de la maturation du fruit de physalis. Par ailleurs, la quantité d’acide ascorbique a aussi augmenté au stade du fruit mûr. En outre, le physalis se comporte comme un fruit climactérique du fait de l’augmentation de sa production d’éthylène et de son taux respiratoire. L’activité spécifique de l’amylase a augmenté tout au long de la période de croissance du fruit, mais celle de l’invertase a diminué après la maturité. Les catalase et peroxydase ont montré une activité accrue, indiquant une meilleure aptitude au piégeage des radicaux libres, tandis que les cellulase, polygalacturonase et pectinmethylesterase ont eu tendance à rester à des niveaux inférieurs. Conclusion. Le fruit de P. minima est nutritif; il est une riche source en sucres, amidon, acides aminés libres, protéines, phénols totaux et acide ascorbique. Ce fruit est métaboliquement actif; il présente une activité spécifique élevée des enzymes hydrolysants et antioxydants, tandis que l’activité des enzymes de dégradation de la paroi cellulaire est relativement faible, indiquant une meilleure aptitude à la conservation après récolte.

Resumen

Introducción. La especie Physalis minima está muy extendida; se trata de una planta frutal herbácea anual, de la familia de las solanáceas, de crecimiento rápido y altos rendimientos. Sin embargo como ocurre con muchas otras plantas frutales insuficientemente utilizadas, la especie P. minima se investiga poco y las calidades nutricionales de su fruta apenas se conocen. Dado a que el physalis comestible es supuestamente rico en vitamina C, investigamos las modificaciones físico-químicas que intervienen en el curso del crecimiento y de la maduración de su fruto. Material y métodos. Los cambios de características físico-químicas, tales como el pH, los sólidos solubles totales, la acidez valorable, las clorofilas, los carotenoides, los carbohidratos (azúcares reductores, no reductores, azúcares totales y almidón), los aminoácidos libres, las proteínas totales, los fenoles totales, el ácido ascórbico, el etileno y la respiración, la actividad de las encimas hidrolíticas (amilasa e invertasa), encimas antioxidantes (catalasa y peroxidasa) y encimas de degradación de las paredes celulares (celulasa, poligalacturonasa y pectinmetilesterasa) fueron analizados en el fruto de P. minima en cinco fases de desarrollo sucesivo: joven, prematuro, maduro, antes de madurez, en estado de madurez. Resultados y discusión. Se observó un aumento progresivo del pH y de los sólidos solubles totales a lo largo del crecimiento y de la maduración del fruto, mientras que su acidez valorable aumentaba hasta la fase antes de madurez, tras la cual disminuía. Las clorofilas tuvieron tendencia a disminuir al mismo tiempo que aumentaba la cantidad de carotenoides. La cantidad total de almidón disminuyó significativamente con la maduración del fruto; y, de modo concomitante, aumentó la cantidad de azúcares reductores, no reductores y de azúcares totales. Asimismo, en el transcurso del crecimiento y de la maduración del fruto de physalis, tuvo lugar un aumento de la cantidad de aminoácidos libres, de proteínas, de fenoles. Por otro lado, la cantidad de ácido ascórbico aumentó igualmente en la fase del fruto en estado de madurez. Además, el physalis se comporta como un fruto climatérico debido al aumento de su producción de etileno y de su tasa respiratoria. La actividad específica de la amilasa aumentó a lo largo del periodo de crecimiento del fruto, pero la de la invertasa disminuyó tras la madurez. Las catalasas y peroxidasas mostraron una mayor actividad, lo que indicó una mejor aptitud para el atrape de los radicales libres; mientras que celulasa, poligalacturonasa y pectinmetilesterasa tuvieron tendencia a permanecer a niveles inferiores. Conclusión. El fruto de P. minima es nutritivo; es una fuente rica en azúcares, almidón, aminoácidos libres, proteínas, fenoles totales y ácido ascórbico. Este fruto es metabólicamente activo; presenta una actividad específica elevada de las enzimas hidrolizantes y antioxidantes, mientras que la actividad de las encimas de degradación de la pared celular es relativamente débil, lo que indica una aptitud mejor para la conservación después de la cosecha.