崔廣璨，李清清，王慶國，劉騰飛

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018）

馬鈴薯（SolanumtuberosumL.）是世界第四大作物，其營養(yǎng)豐富，是多種加工食品的重要原料。由馬鈴薯直接加工的油炸產(chǎn)品，如油炸薯?xiàng)l和薯片等在馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)中占比達(dá)70%以上[1]。在馬鈴薯加工工業(yè)中，為了抑制塊莖失水、發(fā)芽、腐爛及病害等采后問題，馬鈴薯塊莖通常在低溫條件下進(jìn)行貯藏[2]，但低溫會(huì)促進(jìn)馬鈴薯塊莖中的淀粉降解為蔗糖，蔗糖進(jìn)一步轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡，在液泡酸性轉(zhuǎn)化酶的作用下，分解為還原性的葡萄糖和果糖，導(dǎo)致還原性糖積累，這種現(xiàn)象稱為低溫糖化。對(duì)于馬鈴薯加工工業(yè)而言，低溫糖化是制約原料薯周年供應(yīng)的重要因素。糖化后的馬鈴薯塊莖在后期高溫油炸過程中易發(fā)生美拉德反應(yīng)[3]，即還原性糖和游離氨基酸發(fā)生非酶促反應(yīng)，產(chǎn)生褐色物質(zhì)以及有毒的潛在致癌物質(zhì)丙烯酰胺[4]，不僅使得油炸產(chǎn)品顏色變褐或變黑，口味發(fā)苦，也對(duì)人體健康造成危害，且貯藏溫度越低，低溫糖化現(xiàn)象越嚴(yán)重[5]。低溫糖化嚴(yán)重的馬鈴薯中還原性糖含量高，高溫油炸時(shí)更易產(chǎn)生有毒物質(zhì)丙烯酰胺、雜環(huán)胺等[6]。在工業(yè)生產(chǎn)中，因低溫糖化引起的塊莖淀粉向還原糖的過量轉(zhuǎn)化，是造成原料薯損失的重要因素[7]。對(duì)于馬鈴薯加工工業(yè)而言，低溫糖化問題非常重要，需引起廣泛關(guān)注。

關(guān)于針對(duì)低溫糖化過程中淀粉與糖的轉(zhuǎn)化機(jī)理及生物技術(shù)育種應(yīng)用等方面的研究較多，但缺乏對(duì)這些相關(guān)研究進(jìn)展的系統(tǒng)性總結(jié)和凝練。本文旨在闡明馬鈴薯低溫糖化的危害、發(fā)生的機(jī)制及影響因素，使人們合理規(guī)避馬鈴薯低溫糖化造成的不利影響，為油炸馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 馬鈴薯的碳水化合物組分對(duì)塊莖低溫糖化和油炸加工品質(zhì)影響

1.1 塊莖淀粉結(jié)構(gòu)對(duì)馬鈴薯低溫糖化的影響

1.1.1 直鏈淀粉與支鏈淀粉

馬鈴薯中淀粉含量豐富，淀粉由于結(jié)構(gòu)的差異可分為直鏈淀粉與支鏈淀粉[8]。直鏈淀粉分子量較小，聚合度為300～5 000，支鏈淀粉分子量較大，聚合度為9 000～16 000，一般情況下，支鏈淀粉比直鏈淀粉大幾十倍，在某些特殊情況下會(huì)大幾百倍。當(dāng)直鏈淀粉與支鏈淀粉兩者混合的比例不同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致淀粉的性質(zhì)不同，進(jìn)而對(duì)馬鈴薯貯藏加工產(chǎn)生不同影響。可知，直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例對(duì)淀粉的物理化學(xué)和功能特性產(chǎn)生決定性作用，對(duì)物理范疇修飾和化學(xué)范疇修飾的敏感性有一定影響作用[9]。

谷物淀粉中直鏈淀粉含量為15%～25%，馬鈴薯淀粉中直鏈淀粉含量略低，為10%～20%[10]。馬鈴薯中支鏈淀粉含量較高，在淀粉向糖轉(zhuǎn)化過程中影響作用較大。支鏈淀粉形成的晶型不穩(wěn)定，使得酶更容易作用在淀粉顆粒上。在低溫條件下，支鏈淀粉含量高的馬鈴薯淀粉向糖的轉(zhuǎn)化速度更快[11]。Jansky 等[12]發(fā)現(xiàn)，抗低溫糖化馬鈴薯品種的直鏈淀粉含量大于不抗低溫糖化品種。綜合來看，影響淀粉與馬鈴薯轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素之一為直鏈淀粉與支鏈淀粉的比值，比值越大，越能夠抑制淀粉向糖的轉(zhuǎn)化，比值越小，越能夠促進(jìn)淀粉向糖的轉(zhuǎn)化。在油炸馬鈴薯產(chǎn)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)選擇直鏈淀粉含量較高的品種，抑制淀粉向糖的轉(zhuǎn)化，以此獲得優(yōu)良的油炸加工品質(zhì)。

1.1.2 淀粉顆粒

大量淀粉分子聚合在一起形成淀粉顆粒，自然光下肉眼觀察淀粉顆粒呈白色，有輕微光澤。不同的物種中淀粉顆粒的形狀不同，有圓形、卵形、不規(guī)則形等。馬鈴薯淀粉顆粒形狀為卵圓形，相較于稻米淀粉顆粒、玉米淀粉顆粒等，馬鈴薯淀粉顆粒較大，粒徑為25～100μm。呂文河等[13]發(fā)現(xiàn)，淀粉顆粒在塊莖中的分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律，整體來說，在靠近塊莖皮層部位相對(duì)塊莖內(nèi)層部位淀粉顆粒密度大。淀粉在馬鈴薯塊莖中具有組織特異性，故在研究其性質(zhì)時(shí)要求均勻取樣，兩側(cè)、臍部、頂部、髓部均要等量的涵蓋在研究樣本中，同時(shí)不應(yīng)該忽略個(gè)體差異，在測量時(shí)應(yīng)選擇大量的樣本。淀粉粒大小對(duì)淀粉向糖的轉(zhuǎn)化也有一定的作用，淀粉在貯藏過程中，小淀粉粒比例減小，大淀粉粒比例增大[14]。小淀粉粒比大淀粉粒降解更快，可能是由于淀粉粒的相對(duì)表面積較大，與酶反應(yīng)的速度更快。

1.2 還原糖含量對(duì)塊莖油炸加工品質(zhì)的影響

還原糖類是馬鈴薯高溫油炸過程中產(chǎn)生丙烯酰胺的重要底物。因此，要加工出優(yōu)質(zhì)油炸馬鈴薯產(chǎn)品，必須選擇還原糖含量適宜的馬鈴薯塊莖。一般要求生產(chǎn)中用于油炸的馬鈴薯還原糖含量低于0.4%[15]。但在實(shí)際生產(chǎn)中馬鈴薯塊莖的還原糖含量存在幾種不同情況：1）剛采收時(shí)與在不利條件貯存后，還原糖含量均低于工業(yè)要求值；2）剛采收時(shí)還原糖含量可接受，但在不利條件貯存后，還原糖含量增至不可接受水平；3）剛采收時(shí)與在不利條件貯存后，還原糖含量均不可接受[16]。要解決馬鈴薯塊莖中還原糖含量過高的問題，可從育種和外源技術(shù)處理兩方面入手。針對(duì)后兩種情況可進(jìn)行合理育種，研發(fā)出更多更優(yōu)質(zhì)的第一類馬鈴薯品種，但育種工作較為復(fù)雜，耗費(fèi)人力物力較多。對(duì)于第2 種情況，應(yīng)使用合理控制技術(shù)，使得其在不利條件貯存后還原糖含量仍可接受，以此解決塊莖中還原糖含量較高的問題。Mccann 等[17]使用多元回歸法分析了塊莖油炸加工產(chǎn)品色澤與塊莖成分的關(guān)系，結(jié)果表明，游離氨基酸（如天冬酰胺）含量和干物質(zhì)百分比對(duì)薯片顏色的變化沒有顯著影響，還原糖（果糖或葡萄糖）含量是影響薯片顏色變化的主要原因；且在分析中同時(shí)存在葡萄糖和果糖時(shí)，對(duì)顏色變化影響的貢獻(xiàn)值不同，一半品種中葡萄糖貢獻(xiàn)值較大，另一半品種中果糖貢獻(xiàn)值較大，而蔗糖濃度對(duì)于薯片顏色變化的影響較小。

2 馬鈴薯低溫糖化發(fā)生的機(jī)理

2.1 淀粉體膜的穩(wěn)定性影響馬鈴薯低溫糖化

淀粉體膜一般含有半乳糖脂和磷脂。Gupta 等[18]認(rèn)為，馬鈴薯在發(fā)生低溫糖化的過程中淀粉體膜整體結(jié)構(gòu)基本保持完整。但O'Donoghue 等[19]認(rèn)為，在低溫糖化過程中淀粉體膜結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變化，即脂膜流動(dòng)性降低，膜通透性改變。低溫處理下，發(fā)現(xiàn)低溫糖化敏感型馬鈴薯淀粉體膜的衰老程度大于不敏感型馬鈴薯塊莖淀粉體膜，說明低溫糖化過程中淀粉向糖的轉(zhuǎn)化也與淀粉體膜穩(wěn)定性相關(guān)。在遇到低溫時(shí)所有生物膜的流動(dòng)性均會(huì)降低，但具體淀粉體膜結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)大的改變，可能與溫度閾值相關(guān)。膜結(jié)構(gòu)的破裂或變化會(huì)在低于特定溫度閾值時(shí)發(fā)生，這個(gè)閾值因品種而異。每種品種的低溫糖化溫度閾值不同，淀粉體膜結(jié)構(gòu)變化的閾值溫度與低溫糖化閾值溫度之間的差異也因品種而有所不同。未來，可進(jìn)行大量馬鈴薯品種的低溫糖化閾值溫度和淀粉體膜結(jié)構(gòu)改變閾值溫度測量比較，以確定不同品種間是否存在共性，進(jìn)而明確淀粉體膜結(jié)構(gòu)的變化對(duì)馬鈴薯低溫糖化過程中還原糖累積的影響。通過對(duì)淀粉體膜結(jié)構(gòu)改變閾值溫度的研究也可為探索淀粉體膜結(jié)構(gòu)與低溫糖化過程之間的關(guān)系提供基礎(chǔ)，進(jìn)一步揭示低溫糖化的機(jī)理和影響因素。

2.2 低溫糖化代謝途徑以及相關(guān)酶及其調(diào)控蛋白

馬鈴薯塊莖的低溫糖化與塊莖碳水化合物代謝途徑緊密相關(guān)。淀粉在淀粉磷酸化酶、葡萄糖磷酸變位酶等作用下轉(zhuǎn)化為6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate，G-6-P）。在適宜條件下，G-6-P 也會(huì)轉(zhuǎn)化為淀粉，其中關(guān)鍵限速酶為腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（adenosine diphosphoglucose pyrophosphprylase，AGPase）。G-6-P 是多個(gè)代謝途徑中的關(guān)鍵物質(zhì)，在細(xì)胞質(zhì)中，經(jīng)碳水化合物循環(huán)，使其轉(zhuǎn)化為蔗糖，其中關(guān)鍵限速酶為尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（udp-glucose pyrophosphorylase，UGPase）。蔗糖經(jīng)液泡內(nèi)的酸性轉(zhuǎn)化酶作用后進(jìn)一步降解為葡萄糖和果糖，在此過程中位于細(xì)胞質(zhì)中的堿性轉(zhuǎn)化酶和中性轉(zhuǎn)化酶對(duì)蔗糖也會(huì)起到一定的降解作用[20]，但整體作用不大。對(duì)低溫貯藏一段時(shí)間的馬鈴薯塊莖進(jìn)行代謝分析顯示，液泡內(nèi)酸性轉(zhuǎn)化酶活性是影響還原糖形成的關(guān)鍵因素[21]。

對(duì)于淀粉與糖的轉(zhuǎn)化過程有幾個(gè)比較關(guān)鍵的酶，如淀粉酶、AGPase、UGPase、液泡酸性轉(zhuǎn)化酶（vacuolar acid invertase，StvacINV1）等。淀粉酶活性升高，會(huì)促進(jìn)淀粉向糖方向的轉(zhuǎn)化。淀粉酶分為α-淀粉酶和β-淀粉酶，在淀粉向糖的轉(zhuǎn)化過程中，β-淀粉酶起到主要作用[22]。α-淀粉酶（α-amylase，Amy）的功能主要由Amy23基因控制，β-淀粉酶（β-amylase，BAM）的功能主要由StBAM1和StBAM9基因控制[23]。淀粉酶抑制子（amylase inhibitor，SbAI）能通過抑制低溫條件下淀粉降解從而減緩淀粉向糖方向的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步通過酵母雙雜交和雙分子熒光互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)證明，SbAI 蛋白與α-淀粉酶StAmy23 及β-淀粉酶StBAM1 和StBAM9 在植物細(xì)胞內(nèi)互作[24]。StAmy23 定位于細(xì)胞質(zhì)，而StBAM1 和StBAM9 分別定位于質(zhì)體基質(zhì)和淀粉顆粒[23]。StBAM1具有β-淀粉酶活性，主要通過降解淀粉發(fā)揮功能，StBAM9 不具有淀粉酶活性，但能通過與活性淀粉酶StBAM1 互作調(diào)控淀粉降解。StAmy23沉默導(dǎo)致糖原含量升高，還原糖含量降低，說明StAmy23 通過降解胞質(zhì)糖原進(jìn)行調(diào)控。環(huán)指蛋白1（ring finger protein 1，SbRFP1）可通過抑制淀粉酶活性和轉(zhuǎn)化酶活性來減緩塊莖淀粉降解和還原糖的積累，研究發(fā)現(xiàn)，其主要通過抑制β-淀粉酶StBAM1 的活性來減緩淀粉向糖方向的轉(zhuǎn)化，且SbRFP1 具有E3 泛素連接酶活性[25-26]。根據(jù)SbRFP1 的泛素連接酶活性可推斷該基因通過該途徑對(duì)淀粉與糖轉(zhuǎn)化過程中的酶活性進(jìn)行調(diào)控，未來可進(jìn)一步探究SbRFP1 調(diào)控的泛素化途徑與淀粉與糖轉(zhuǎn)化途徑中的關(guān)系。

AGPase 活性升高，會(huì)促進(jìn)糖向淀粉方向轉(zhuǎn)化，其為淀粉再合成的限速酶。馬鈴薯AGPase 為異源四聚體，由2 個(gè)小亞基和2 個(gè)大亞基組成，AGPase 大亞基只起調(diào)節(jié)作用，而活性則由小亞基sAGP 控制，通過調(diào)控AGPase 的活性可促進(jìn)還原糖向淀粉方向的轉(zhuǎn)化[27]。成善漢等[28]研究發(fā)現(xiàn)，隨著AGPase 活性降低，塊莖主要貯藏蛋白——馬鈴薯糖蛋白（patatin）含量隨之降低，patatin 是占?jí)K莖總蛋白40% 的糖蛋白，目前來看AGPase 活性與含量是否與patatin 存在關(guān)系、存在何種關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。AGPase 在低溫條件下活性后期低于常溫，總體趨勢(shì)隨低溫貯藏的時(shí)間增加而活性降低[21]，在研究淀粉與糖的轉(zhuǎn)化過程中該規(guī)律可提供一定的參考。Shi 等[29]發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯CBF/DREB-III 轉(zhuǎn)錄因子亞家族基因StTINY3，該基因能正向調(diào)控低溫糖化抗性，StTINY3能夠正調(diào)控AGPase的表達(dá)而提高AGPase 活性，同時(shí)激活轉(zhuǎn)化酶抑制子（invertase inhibitor，StInvInh2）的表達(dá)以抑制液泡酸性轉(zhuǎn)化酶活性，從而抑制低溫糖化過程的進(jìn)行。

UGPase 活性升高，也會(huì)促進(jìn)淀粉向糖方向轉(zhuǎn)化。該酶催化淀粉合成的前體物質(zhì)1-磷酸-葡萄糖合成尿苷二磷酸葡萄糖，從而促進(jìn)蔗糖的再合成。有研究對(duì)馬鈴薯進(jìn)行長時(shí)間低溫貯藏，結(jié)果顯示在貯藏期間塊莖中的蔗糖含量與UGPase 活性的相關(guān)性極強(qiáng)，說明在低溫糖化過程中UGPase 對(duì)蔗糖合成過程有顯著作用[30]。

低溫糖化過程中，蔗糖的合成發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中，UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化葡萄糖-1-磷酸生成UDP-葡萄糖，是蔗糖合成的速率限制步驟。研究發(fā)現(xiàn)，通過RNA 干擾抑制編碼馬鈴薯UGPase 的StUGPase基因，能夠明顯降低低溫貯藏后馬鈴薯塊莖中的還原糖含量，提高油炸加工品質(zhì)。該研究揭示了StUGPase通過調(diào)控低溫糖化過程中的蔗糖再合成從而影響還原性糖的累積以及馬鈴薯加工質(zhì)量[31]。蔗糖的分解主要在液泡中進(jìn)行，蔗糖如何進(jìn)入液泡這一過程一直未得到解釋。研究表明，低溫糖化過程中蔗糖由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡是由液泡膜糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（tonoplast sugar transporter，TST）StTST1 介導(dǎo)的[32]，通過抑制StTST1的表達(dá)，不僅能抑制低溫貯藏后塊莖還原性糖的累積，還能促進(jìn)冷藏塊莖中的淀粉合成并抑制淀粉的降解。由此可見，由StTST1 介導(dǎo)的蔗糖向液泡的轉(zhuǎn)運(yùn)過程是低溫糖化過程的關(guān)鍵因子之一。

酸性轉(zhuǎn)化酶是直接催化蔗糖轉(zhuǎn)化為還原糖的關(guān)鍵酶，其活性升高會(huì)促進(jìn)淀粉向糖方向的轉(zhuǎn)化。有研究比較不同溫度下、不同轉(zhuǎn)化酶的活性，發(fā)現(xiàn)在低溫4 ℃條件下酸性、堿性轉(zhuǎn)化酶活性上升均極顯著，12 ℃與20 ℃條件下酶活性差異不大；對(duì)不同轉(zhuǎn)化酶進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)酸性轉(zhuǎn)化酶活性明顯高于堿性轉(zhuǎn)化酶，說明酸性轉(zhuǎn)化酶在低溫貯藏塊莖中是主要的轉(zhuǎn)化酶，該酶對(duì)低溫條件較為敏感。對(duì)于調(diào)控酸性轉(zhuǎn)化酶的基因也有大量研究，將馬鈴薯糖蛋白啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的煙草酸性轉(zhuǎn)化酶抑制子基因全長cDNA 導(dǎo)入鄂馬鈴薯3 號(hào)植株，貯藏后發(fā)現(xiàn)酸性液泡轉(zhuǎn)化酶活性明顯降低，說明該基因能夠抑制該酶的活性[15]。有研究發(fā)現(xiàn)，ERF-VII 轉(zhuǎn)錄因子花瓣化相關(guān)2.3（relative to apetala 2.3，StRAP2.3）[33]，它可以直接調(diào)節(jié)StInvInh2基因的表達(dá)正向調(diào)控馬鈴薯低溫糖化抗性，這是由于StRAP2.3與StInvInh2啟動(dòng)子區(qū)域的ACCGAC 順式元件結(jié)合后激活轉(zhuǎn)錄，StInvInh2 是馬鈴薯內(nèi)源液泡酸性轉(zhuǎn)化酶StvacINV1 的抑制子，通過限制液泡轉(zhuǎn)化酶活性來抑制低溫糖化過程。此外Lin 等[34]研究發(fā)現(xiàn)，液泡酸性轉(zhuǎn)化酶StvacINV1 和其抑制子StInvInh2 能與植物的能量感應(yīng)器復(fù)合體蔗糖非發(fā)酵1 相關(guān)蛋白激酶1（sucrose nonfermenting-1-related protein kinase 1，StSnRK1）的α 和β 亞基形成轉(zhuǎn)化酶活性的精細(xì)調(diào)控復(fù)合體。StSnRK1β 能封阻抑制子StInvInh2 對(duì)轉(zhuǎn)化酶的抑制作用，而磷酸化的StSnRK1α 能拮抗StSnRK1β 的封阻，重新實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)化酶活性的抑制，從而通過StSnRK1α的磷酸化實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)化酶活性的精細(xì)調(diào)控。雖然大多數(shù)研究表明在淀粉與糖的轉(zhuǎn)化過程中酸性轉(zhuǎn)化酶起到較大的作用，但最近也有研究表明堿性及中性轉(zhuǎn)化酶（neutral invertase，StNI）的作用[20]，黃褐色伯班克品種塊莖中StNI5轉(zhuǎn)錄豐度高，還原糖含量高，推測塊莖對(duì)低溫糖化的敏感性可能是由于NI 對(duì)細(xì)胞質(zhì)中蔗糖的分解。在另一夏波蒂品種塊莖中StNI4和StNI6轉(zhuǎn)錄豐度較高，也表明蔗糖降解需要不同的NI 亞型。對(duì)于酸性轉(zhuǎn)化酶和堿性/中性轉(zhuǎn)化酶在馬鈴薯淀粉與糖轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮的作用有許多觀點(diǎn)，目前普遍認(rèn)可酸性轉(zhuǎn)化酶在過程中起到主要作用，堿性/中性轉(zhuǎn)化酶在還原糖調(diào)節(jié)和過程中也起到一定的作用，但其具體如何進(jìn)行調(diào)節(jié)還需要進(jìn)一步研究確認(rèn)。影響馬鈴薯淀粉與糖轉(zhuǎn)化的酶和調(diào)節(jié)因子如圖1 所示。

圖1 影響馬鈴薯淀粉與糖轉(zhuǎn)化的酶和調(diào)節(jié)因子Fig.1 Enzymes and regulatory factors affecting the conversion of starch to sugar in potatoes

由圖1 可知，6-磷酸葡萄糖在淀粉合成限速酶AGPase 的作用下最終形成淀粉，其中轉(zhuǎn)錄因子StTINY3和StRAP2.3 及激酶StPKIN1 能激活其表達(dá)；在淀粉降解過程中，在StGWD1 和StBAM1 的協(xié)同作用下淀粉被降解為麥芽糖，麥芽糖在Amy23 的作用下生成葡萄糖和雜多糖，隨后合成蔗糖；蔗糖由StTST1 轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡中，進(jìn)一步被StvacINV1 分解為葡萄糖和果糖，而StInvInh2 能抑制轉(zhuǎn)化酶的活性，同時(shí)該抑制作用又受到StSnRK1 復(fù)合體的調(diào)控[20，23，26-27，29，32-33，35-41]。

2.3 G-6-P 代謝對(duì)低溫糖化的影響

G-6-P 廣泛存在于動(dòng)植物體和微生物中，參與多種代謝途徑。在糖酵解中，葡萄糖被己糖激酶催化生成G-6-P，隨后通過磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化形成6-磷酸果糖（fructose-6-phosphate，F(xiàn)-6-P）。在磷酸戊糖途徑中，G-6-P 為第一個(gè)反應(yīng)底物，脫氫生成6-磷酸葡糖酸內(nèi)酯。低溫抑制了糖酵解，導(dǎo)致磷酸己糖積累而轉(zhuǎn)化為蔗糖，糖酵解過程若變慢，淀粉降解后蔗糖積累，在液泡轉(zhuǎn)化酶作用下就會(huì)形成還原糖積累[15，42]?？梢?，G-6-P 是連接了糖酵解、磷酸戊糖途徑以及低溫糖化的一個(gè)關(guān)鍵中間代謝產(chǎn)物。

3 影響馬鈴薯低溫糖化過程中淀粉與糖轉(zhuǎn)化的因素

3.1 品種與基因型

不同品種間以及相同品種不同生長環(huán)境下均存在著一定的淀粉與糖轉(zhuǎn)化的差異。將抗低溫糖化馬鈴薯品種和低溫糖化敏感的馬鈴薯品種塊莖分別貯藏于20 ℃和4 ℃，在20 ℃貯藏時(shí)，未發(fā)生糖化，在4 ℃貯藏時(shí)，低溫糖化敏感塊莖的還原糖含量在5～30 d 內(nèi)迅速上升到較高水平，從鮮重3.5 mg/g 上升到20.7 mg/g，抗低溫糖化塊莖的還原糖含量只有輕微增加，最大還原糖含量僅為3.4 mg/g。可見，不同品種或基因型在馬鈴薯淀粉與糖轉(zhuǎn)化過程中影響作用較大[43]。

3.2 栽培條件與時(shí)間

馬鈴薯栽培條件、生長環(huán)境、收獲期和塊莖的成熟度影響淀粉與糖的轉(zhuǎn)化過程。在生長環(huán)境中的土壤酸堿度也對(duì)淀粉與糖的轉(zhuǎn)化過程有影響[44]，生長環(huán)境偏酸性，會(huì)加速淀粉的分解，推測酸性環(huán)境下酸性轉(zhuǎn)化酶的活性會(huì)升高，利于將淀粉轉(zhuǎn)化為糖。馬鈴薯收獲期以及塊莖成熟度均會(huì)造成淀粉含量或形態(tài)結(jié)構(gòu)的不同，進(jìn)而影響整個(gè)淀粉糖的轉(zhuǎn)化過程[45]。

3.3 貯藏條件

3.3.1 溫度

溫度對(duì)淀粉與糖的轉(zhuǎn)化影響十分明顯，馬鈴薯塊莖尤其對(duì)低溫較為敏感，在低溫條件下極大促進(jìn)了淀粉向還原糖方向的轉(zhuǎn)化。以不同貯藏溫度條件下的兩種馬鈴薯為材料，分析表明在4 ℃貯藏條件下，腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶和蔗糖合成酶活性與塊莖還原糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)，酸性轉(zhuǎn)化酶和堿性轉(zhuǎn)化酶活性與塊莖還原糖的積累呈顯著正相關(guān)，由此可見，溫度通過改變上述幾種酶活性來影響淀粉與糖轉(zhuǎn)化的過程[46]。此外，溫度越低時(shí)，馬鈴薯塊莖淀粉向糖的轉(zhuǎn)化速度越快[21]。

3.3.2 外源物質(zhì)

乙烯和脫落酸均會(huì)促進(jìn)馬鈴薯中的淀粉向糖轉(zhuǎn)化，其促進(jìn)淀粉降解酶活性，抑制淀粉合成酶活性，而對(duì)酸性轉(zhuǎn)化酶活性無影響[47]。赤霉素也會(huì)促進(jìn)淀粉向糖的轉(zhuǎn)化，施用后使還原糖含量大幅增加384.4%，可溶糖增加35.3%，蔗糖增加20.8%，淀粉酶活性升高159%，處理后在低溫、常溫環(huán)境下，酸性液泡轉(zhuǎn)化酶活性發(fā)生顯著提高[9]。植物激素對(duì)馬鈴薯低溫糖化的影響研究較多，但是激素信號(hào)對(duì)低溫糖化的調(diào)控機(jī)理尚不清楚，今后仍需探索。

S-香芹酮是一種天然存在的化合物，其通過上調(diào)顆粒結(jié)合淀粉合成酶，會(huì)使淀粉合成速率加快，蔗糖分解速率減慢，最終抑制淀粉向糖方向的轉(zhuǎn)化。UV-C 處理也能顯著延緩馬鈴薯塊莖中還原糖的積累，其通過降低蔗糖合成速率，抑制蔗糖進(jìn)一步分解，最終減緩了馬鈴薯淀粉向糖的快速轉(zhuǎn)化[48]。對(duì)于新型糖化抑制劑的開發(fā)也是馬鈴薯的重要研究方向。

3.3.3 氣體條件

低氧條件下能夠減緩淀粉向糖的轉(zhuǎn)化，其作用在很大程度上是酸性轉(zhuǎn)化酶活性降低的結(jié)果，說明低氧條件對(duì)酸性轉(zhuǎn)化酶有一定的酶活抑制效果[49]，進(jìn)而對(duì)淀粉與糖的轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生影響。另有研究發(fā)現(xiàn)，乙烯結(jié)合1-甲基環(huán)丙烯氣調(diào)處理可有效減緩馬鈴薯淀粉向糖的過度轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，且在塊莖出現(xiàn)萌芽時(shí)進(jìn)行乙烯處理效果最佳[50]。目前主要通過物理、化學(xué)、生物方法對(duì)低溫糖化進(jìn)行抑制，不同處理方法對(duì)果蔬低溫糖化的影響如表1 所示。

表1 不同處理方法對(duì)果蔬低溫糖化的影響Table 1 Effects of different treatment methods on cold-induced sweeting of fruits and vegetables

4 展望

本文對(duì)馬鈴薯低溫糖化的機(jī)理、代謝途徑以及影響因素進(jìn)行歸納總結(jié)。關(guān)于馬鈴薯的低溫糖化過程的研究較多，但是仍存在很多科學(xué)問題需要解決。比如許多小分子信號(hào)物質(zhì)在馬鈴薯低溫糖化過程中的作用機(jī)理尚不明確；在不影響生長發(fā)育的前提下，根據(jù)遺傳轉(zhuǎn)化等手段可以調(diào)控低溫糖化過程中的關(guān)鍵基因，能夠改善低溫貯藏的馬鈴薯加工特性，但對(duì)于其特性改變是否引起其它重要營養(yǎng)物質(zhì)成分及含量變化尚未見報(bào)道；對(duì)于馬鈴薯低溫糖化現(xiàn)象深究，是塊莖低溫脅迫的一種反應(yīng)機(jī)制，推測采用適當(dāng)外源處理技術(shù)提高馬鈴薯對(duì)低溫脅迫的抗性，可改善低溫糖化現(xiàn)象，但新型馬鈴薯低溫糖化抑制劑的開發(fā)尚未有深入研究，高效馬鈴薯低溫糖化控制技術(shù)尚待研發(fā)。