從加工視角關(guān)注玉米產(chǎn)業(yè)鏈中的相關(guān)環(huán)節(jié)

李令金 李才明 班宵逢 程力 李兆豐 洪雁 顧正彪

摘要：玉米是我國三大主要糧食作物之一，是飼料和加工業(yè)原料的重要來源，也是一種主要的可再生能源作物。玉米產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)窃谟衩咨a(chǎn)和加工過程中形成的一條涵蓋多個(gè)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)流程，包括育種、種植、植物保護(hù)、采收、貯藏、加工、流通和消費(fèi)等環(huán)節(jié)。其中，加工環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)玉米價(jià)值的重要途徑，但加工品質(zhì)的提升不僅與加工工藝和技術(shù)有關(guān)，還與原料的自身品質(zhì)有關(guān)。通過對(duì)育種環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新，可賦予原料玉米特殊的加工屬性，實(shí)現(xiàn)玉米加工制品品質(zhì)的“從無到有”;通過對(duì)種植、植物保護(hù)、采收、貯藏和流通環(huán)節(jié)進(jìn)行把控，可減少原料玉米加工屬性的損失，避免玉米加工制品品質(zhì)的“從有到無”。因此，從加工的視角，對(duì)玉米產(chǎn)業(yè)鏈中的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行考量，旨在探究加工環(huán)節(jié)之前玉米原料的品質(zhì)提升途徑，為玉米加工特性的改善、加工效率的提高和加工品質(zhì)的提升提供思路。

關(guān)鍵詞：玉米;加工;品質(zhì);產(chǎn)業(yè)鏈;品種培育

中圖分類號(hào)： S513.09 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）17-0047-07

玉米是全球產(chǎn)量最大、產(chǎn)業(yè)鏈最長(zhǎng)、綜合利用水平高的糧食作物。通過對(duì)甜玉米和糯玉米2個(gè)品種的果穗進(jìn)行直接加工，可獲得具有營(yíng)養(yǎng)豐富、適口性較佳、風(fēng)味獨(dú)特等良好品質(zhì)的鮮食玉米;對(duì)玉米籽粒中各成分進(jìn)行分離、提取與轉(zhuǎn)化，可加工成 3 500 多種產(chǎn)品，涉及玉米淀粉、玉米油、玉米蛋白、變性淀粉、淀粉糖、糖醇、乙醇、有機(jī)酸、聚乳酸等玉米制品，以及酶工程、發(fā)酵工業(yè)、飼料工業(yè)等相關(guān)衍生制品，加工后的產(chǎn)品附加值與原料玉米相比可增加 3～400倍，是加工程度最高的糧食資源[1-3]。伴隨著我國糧食安全戰(zhàn)略的提出和糧食生產(chǎn)與消費(fèi)形勢(shì)的不斷變化，玉米產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和地位逐漸壯大，正在形成“糧-飼-經(jīng)-能”一體化的四元結(jié)構(gòu)屬性，進(jìn)而對(duì)玉米加工制品的品質(zhì)提出了更高要求。

玉米加工制品品質(zhì)的高低取決于加工環(huán)節(jié)的工藝和技術(shù)手段，也與原料本身的品質(zhì)有著密切關(guān)系。我國玉米加工工藝和技術(shù)已日趨成熟、穩(wěn)定，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)玉米制品的綠色化、高值化、功能化、營(yíng)養(yǎng)化，需對(duì)原料玉米的品質(zhì)進(jìn)行把控，以推動(dòng)我國玉米加工制品競(jìng)爭(zhēng)力的提升和國家糧食安全戰(zhàn)略的實(shí)施。目前，我國關(guān)于玉米產(chǎn)前、產(chǎn)中主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的研究與產(chǎn)后玉米加工品質(zhì)的需求存在一定程度的脫節(jié)，鮮食玉米、玉米制品及其衍生制品的加工遭遇發(fā)展瓶頸。新時(shí)期玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)著力于把控產(chǎn)前的育種和產(chǎn)中的種植、植物保護(hù)和貯藏等環(huán)節(jié)，分別從源頭和過程對(duì)玉米加工品質(zhì)進(jìn)行提升。通過分子遺傳學(xué)和基因組學(xué)手段，充分了解玉米籽粒中各組分的遺傳基礎(chǔ)，采用轉(zhuǎn)基因、基因編輯、倍性育種和分子育種等現(xiàn)代育種技術(shù)，定向改造和修飾玉米中各營(yíng)養(yǎng)組分的生物合成基因，賦予玉米加工制品優(yōu)異的理化特性和應(yīng)用性能。通過合理種植、綠色植保和科學(xué)貯藏，降低營(yíng)養(yǎng)組分損耗和真菌毒素污染，減輕后期玉米制品的加工負(fù)擔(dān)，推動(dòng)玉米加工的綠色化和高值化。

玉米產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且粋€(gè)整體，產(chǎn)后玉米的加工品質(zhì)與產(chǎn)前和產(chǎn)中密切相關(guān)。因此，本研究從加工角度出發(fā)，圍繞玉米產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，介紹與玉米加工品質(zhì)提升相關(guān)的主要生產(chǎn)要素和實(shí)現(xiàn)途徑，并著重對(duì)育種環(huán)節(jié)進(jìn)行闡述，以期為產(chǎn)前和產(chǎn)中玉米的研究和生產(chǎn)提供思路。

1 育種環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)玉米品種的培育一般以產(chǎn)量和抗病蟲害為核心，但對(duì)于玉米制品的加工而言，淀粉、蛋白質(zhì)、油脂等組分的得率及各組分的理化特性與玉米品種的品質(zhì)直接相關(guān)。以玉米中的主要成分淀粉為例，受限于其在玉米中的總含量和存在狀態(tài)，現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝僅能在有限范圍內(nèi)提高淀粉得率;另一方面，由于淀粉存在固有的性能缺陷，包括溶解度低、穩(wěn)定性差、易消化等，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中需要對(duì)其進(jìn)一步改性，這不僅增加了生產(chǎn)成本，也由于化學(xué)試劑的添加帶來了一定的安全隱患[4-5]。因此，新時(shí)期玉米品種培育應(yīng)在了解玉米中各組分生物合成機(jī)制的基礎(chǔ)上，從源頭調(diào)控淀粉、油脂、蛋白質(zhì)等組分的含量、分布及精細(xì)結(jié)構(gòu)，培育高淀粉、高油、低水分、高分支淀粉、高直鏈淀粉和特殊結(jié)構(gòu)淀粉玉米等專用玉米品種，促進(jìn)玉米加工品質(zhì)的提升。

1.1 玉米組分的生物合成

玉米中各組分的生物合成是一個(gè)復(fù)雜的代謝過程。以玉米中主要成分淀粉為例，其在玉米籽粒中的生物合成需要ADP-葡萄糖焦磷酸酶（AGPase）、淀粉合成酶（SS）、淀粉分支酶（SBE）和淀粉去分支酶（DBE）等酶的精準(zhǔn)調(diào)控和協(xié)同作用[6]。首先，AGPase以葡萄糖為底物，形成淀粉合成所需的單體原料;隨后，SS利用AGPase提供的單體合成直鏈淀粉和支鏈淀粉原型;而SBE和DBE則分別通過分支的創(chuàng)建和水解對(duì)淀粉原型進(jìn)行修飾，最終形成特定精細(xì)結(jié)構(gòu)的淀粉[7-10]。

玉米中各組分的生物合成過程主要受到相關(guān)酶的調(diào)控，而酶的表達(dá)與分泌則受到相關(guān)基因的調(diào)控。部分基因片段的缺失或外源基因片段的引入，會(huì)對(duì)相關(guān)酶的表達(dá)和功能產(chǎn)生重要影響。一方面，基因的改變會(huì)導(dǎo)致酶表達(dá)量的上調(diào)或下調(diào)，進(jìn)而對(duì)酶催化能力產(chǎn)生重要影響;另一方面，所表達(dá)的酶蛋白結(jié)構(gòu)中某些活性位點(diǎn)氨基酸可能會(huì)出現(xiàn)缺失或突變，不僅會(huì)導(dǎo)致酶結(jié)構(gòu)的變異，還會(huì)導(dǎo)致其亞功能化或產(chǎn)生新的功能[7]。

1.2 高淀粉玉米的培育

淀粉是非常重要的工業(yè)原料，而高淀粉含量的玉米能夠有效提高加工時(shí)的淀粉得率，并降低副產(chǎn)物的含量，進(jìn)而提高加工效率和產(chǎn)品收益。玉米籽粒中淀粉含量的高低與生物合成階段淀粉的合成速度有著緊密關(guān)系。淀粉的合成首先需要足夠的前體物質(zhì)ADP-葡萄糖（ADP-Glc），該物質(zhì)是由淀粉質(zhì)體內(nèi)的葡萄糖-1-磷酸（Glc-1-P）和ATP在AGPase催化下形成的，是淀粉生物合成過程中的限速步驟[11]。AGPase的催化過程是一個(gè)ADP-Glc供體的變構(gòu)過程，受到變構(gòu)效應(yīng)因子調(diào)節(jié)，當(dāng) 3-磷酸甘油酸（3-PGA）存在時(shí)，AGPase的催化活性被激活，反之，當(dāng)無機(jī)磷酸鹽存在時(shí)，其催化活性得到抑制[12]。因此，通過基因修飾手段提高AGPase或3-PGA的表達(dá)量，或?qū)GPase的重要功能區(qū)域進(jìn)行改造以降低其對(duì)無機(jī)磷酸鹽的敏感性，是培育高淀粉玉米品種的關(guān)鍵。

高淀粉玉米的培育不僅要提高玉米中淀粉的總含量，同時(shí)也要降低淀粉的分離難度。淀粉的制備一般采用傳統(tǒng)的濕磨工藝，其中，濕磨收率和可濕磨性（分離容易程度）是評(píng)價(jià)生產(chǎn)淀粉用玉米的重要指標(biāo)[13]。淀粉顆粒主要由蛋白質(zhì)基質(zhì)包裹存在于玉米的胚乳中，胚乳又分為角質(zhì)胚乳和粉質(zhì)胚乳，與角質(zhì)胚乳相比，粉質(zhì)胚乳粉質(zhì)區(qū)的細(xì)胞較大，淀粉團(tuán)粒既大且圓，蛋白質(zhì)基質(zhì)較薄，有利于淀粉制備時(shí)浸泡時(shí)間的降低、研磨效率的提高和淀粉收率的增加[14]。因此，當(dāng)玉米主要用于淀粉生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)培育高淀粉含量和粉質(zhì)區(qū)比例大的玉米品種。

1.3 高油玉米的培育

玉米中除了含有淀粉、蛋白質(zhì)和纖維素等主要成分外，油脂含量也占有較高的比例。玉米油富含不飽和脂肪酸、植物甾醇和生育酚等，主要分布在玉米籽粒的胚芽中，是一種健康優(yōu)質(zhì)的食用油脂[15-16]。其中，玉米油中的不飽和脂肪酸以多不飽和脂肪酸為主，如亞油酸;植物甾醇的含量高達(dá) 989 mg/100 g，約為橄欖油的5倍;生育酚含量達(dá)到89 mg/100 g，約為橄欖油的4倍[17-18]。玉米油的攝入能夠抑制膽固醇的內(nèi)源合成，促進(jìn)膽固醇排泄，改善腸道菌群混亂，從而保護(hù)高脂高膽固醇膳食造成的血脂異常和代謝紊亂，同時(shí)在預(yù)防和改善心血管疾病方面具有重要的應(yīng)用潛力[19-20]。我國是食用植物油加工和消費(fèi)大國，但食用油自給率連年下降[21]。大力開展高油玉米品種的培育，提高玉米油產(chǎn)量，能夠有效改善國產(chǎn)油脂的自給率和營(yíng)養(yǎng)健康水平。

三酰基甘油（TAG）的生物合成在玉米籽粒油的積累中起著重要作用，籽粒中油脂的積累速率與DGAT1的活性呈較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系[22]。DGAT1是一種限速酶，是催化甘油三脂生物合成中肯尼迪途徑的最后一步，通過改造DGAT1基因，調(diào)控玉米籽粒中DGAT1的活性，可以提高并改善玉米籽粒中油的含量和組成[23-24]。Zheng等發(fā)現(xiàn)，DGAT1基因的異位表達(dá)（該基因的469位含有苯丙氨酸），可使油脂和油酸含量分別增加41%和107%[25]。目前，一系列高油玉米品種相繼問世，但均未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模普及，主要是由于玉米籽粒含油量與籽粒產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，不利于玉米產(chǎn)油商業(yè)化的實(shí)現(xiàn)[26]。因此，新時(shí)期的高油玉米育種應(yīng)在保證玉米籽粒產(chǎn)量穩(wěn)定的同時(shí)，提高玉米籽粒含油量。

1.4 低水分玉米的培育

低水分玉米是由遺傳性狀決定的一類玉米品種，表現(xiàn)為在正常采收期條件下具有較低的水分含量。低水分玉米植株能夠在生理成熟期迅速降低籽粒水分，從而縮短采收后的干燥時(shí)間，避免籽粒霉變，實(shí)現(xiàn)玉米加工品質(zhì)的提高[27]。目前，在我國玉米主產(chǎn)區(qū)北方春玉米種植區(qū)，玉米采收時(shí)的平均水分含量約為30%，而美國品種的玉米成熟后籽粒中水分低至18%～20%[28-29]。玉米生理成熟度和籽粒成熟過程中的干燥速率（GDR）是決定玉米采收時(shí)水分含量的2個(gè)主要因素[27]。生理成熟度可由采收時(shí)間決定，而GDR則受遺傳基因性狀和環(huán)境的影響[30]。其中，環(huán)境因素是人為不可控因素，因此遺傳基因性狀的改善是提高GDR的關(guān)鍵。GDR受加性基因效應(yīng)控制，具有較高的遺傳力，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定遺傳。GDR是一種難以測(cè)定的遺傳性狀，研究生理成熟后玉米的天然GDR遺傳機(jī)制是尋找相關(guān)基因的基礎(chǔ)[27]。目前，已有研究報(bào)道采用基因定位的方法將與GDR相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn)定位在遺傳圖譜上，但具體的GDR調(diào)控機(jī)制仍不明確，有待進(jìn)一步研究[31]。

1.5 高分支淀粉玉米的培育

高分支淀粉玉米不等同于已規(guī)模化生產(chǎn)的高支鏈淀粉玉米（蠟質(zhì)玉米），高分支淀粉玉米加工得到的淀粉應(yīng)具有較高的分支程度，即α-1，6糖苷鍵比例與普通玉米淀粉相比顯著增加。高分支淀粉通過分支簇的空間位阻效應(yīng)，延緩或抑制淀粉重結(jié)晶，可以用來替代化學(xué)改性淀粉，提高淀粉基食品的貯藏穩(wěn)定性[32]。此外，通過提高淀粉的分支程度，能夠阻礙消化酶的有效結(jié)合，延緩消化進(jìn)程，促進(jìn)慢消化淀粉和抗消化淀粉比例的提高。慢消化淀粉可以為人體持續(xù)、緩慢供能，用來加工中低血糖生成指數(shù)（GI）值的產(chǎn)品，改善糖尿病人的血糖應(yīng)答;抗消化淀粉能夠在結(jié)腸發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸，改善腸道菌群，預(yù)防腸道疾病，調(diào)節(jié)糖脂代謝，具有較高的功能和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[33-34]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高和人類生活模式的改變，肥胖、糖尿病和結(jié)腸癌等問題逐漸涌現(xiàn)，并呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，嚴(yán)重困擾著人類的身體健康，因而高分支淀粉玉米品種的培育有著廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值[35]。

支鏈淀粉的合成需要大量酶的共同作用，包括SS、SBE、DBE和激酶等，它們?cè)谥ф湹矸鄣暮铣芍邪l(fā)揮著不同的作用[35]。玉米淀粉顆粒中的SBE亞型又細(xì)分為SBEⅠa、SBEⅡa和SBEⅡb[36]。其中，SBEⅡb主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)移DP 6和DP 7鏈段，在提高淀粉的分支程度方面扮演著核心角色[37]。有報(bào)道稱，在缺少SBEⅡb的玉米突變體中，支鏈淀粉具有較少的分支和較高比例的長(zhǎng)鏈，相似的研究結(jié)果在大米淀粉中也有報(bào)道[36，38]。通過調(diào)控SS和SBE的表達(dá)水平，或基因修飾SBE的活性，或改變SBE轉(zhuǎn)移鏈的長(zhǎng)度等，均可制備出預(yù)期的淀粉分支結(jié)構(gòu)[39]。相比于SBE在體內(nèi)表達(dá)水平的上調(diào)，SBE活性的改變和轉(zhuǎn)移鏈長(zhǎng)度的調(diào)控對(duì)淀粉分支精細(xì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步修飾有著重要意義，是未來值得關(guān)注的研究方向。

1.6 高直鏈淀粉玉米的培育

高直鏈淀粉具有抗剪切力強(qiáng)、成膜性好等特點(diǎn)，是一種重要的工業(yè)原料，可作為功能性成分、食品添加劑、藥物輔料或吸水劑，用于食品、醫(yī)療、紡織、造紙、包裝等行業(yè)[40-41]。此外，高直鏈淀粉是一類抗消化淀粉，能夠抵御胃腸道中淀粉酶類物質(zhì)的水解作用，是一種天然的膳食纖維，能夠調(diào)節(jié)糖尿病人群的血糖應(yīng)答，同時(shí)可被結(jié)腸中的益生菌作用產(chǎn)生短鏈脂肪酸，促進(jìn)腸道有益菌群的生長(zhǎng)繁殖，維護(hù)腸道健康，增加結(jié)腸血液流量，緩解結(jié)腸炎癥，降低結(jié)腸癌和其他癌癥的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[42-44]。目前，抗消化淀粉的制備主要包括物理法、酶法和化學(xué)法等，這些制備手段工藝繁瑣，存在安全隱患，且制備的抗消化淀粉在食品中的添加量受到一定限制，與具備天然抗消化特性的高直鏈淀粉相比，其應(yīng)用性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力基本處于劣勢(shì)[44]。

與支鏈淀粉的生物合成不同，直鏈淀粉主要是由顆粒結(jié)合型淀粉合成酶（GBSS）催化合成的，當(dāng)GBSS的表達(dá)下調(diào)時(shí)，直鏈淀粉的合成會(huì)受到嚴(yán)重抑制[6]。Yoo等分別沉默GBSS基因和下調(diào)GBSS表達(dá)水平后，顯著降低了直鏈淀粉的含量[45-46]。高直鏈淀粉玉米品種的培育可通過2種策略實(shí)現(xiàn)：通過上調(diào)GBSS的表達(dá)水平，直接提高淀粉顆粒中直鏈淀粉的含量;通過沉默SBE相關(guān)基因或下調(diào)SBE的表達(dá)水平，抑制支鏈淀粉的合成，可間接提高直鏈淀粉的相對(duì)含量[44]。相比于直接途徑中酶表達(dá)水平的上調(diào)，間接途徑的可操作性更強(qiáng)，如采用核糖核酸（RNA）干擾、反義RNA抑制和SBE相關(guān)基因敲除等手段[44，47]。直鏈淀粉含量的提高僅是培育高直鏈淀粉玉米品種的一個(gè)方面，對(duì)高直鏈淀粉植株淀粉總產(chǎn)量的提高和直鏈淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控，則是進(jìn)一步改善高直鏈淀粉應(yīng)用性能和功能、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)鍵，也是未來的研究重點(diǎn)。

1.7 特殊結(jié)構(gòu)淀粉玉米的培育

特殊結(jié)構(gòu)淀粉的構(gòu)建及目標(biāo)玉米加工制品的制備，可以從2個(gè)角度出發(fā)，即功能性和營(yíng)養(yǎng)性。通過模擬交聯(lián)、醚化和酯化等化學(xué)改性手段，采用基因編輯和分子育種等技術(shù)改造玉米中的淀粉合成基因，在淀粉分子的羥基位點(diǎn)引入醚鍵、酯鍵等特征性官能團(tuán)，可以合成天然改性玉米淀粉（馬鈴薯淀粉便是天然的含磷酸酯鍵的淀粉）。通過引入環(huán)化基因片段，合成具有較大分子內(nèi)空腔的特殊結(jié)構(gòu)淀粉，可用于功能因子和藥物活性成分的包埋。通過引入麥芽低聚糖生成酶基因片段，可以表達(dá)出作用于淀粉分子并形成麥芽低聚糖的酶類。

玉米籽粒中各營(yíng)養(yǎng)成分的生物合成是一個(gè)高度調(diào)控的代謝過程，需要多種酶的協(xié)同作用，而這些催化反應(yīng)中所涉及的酶組成了一個(gè)復(fù)雜的基因網(wǎng)絡(luò)，其中大多數(shù)是具有多種亞型的多基因組家族成員。玉米籽粒中相關(guān)生物合成基因的鑒定和篩選是轉(zhuǎn)基因、基因編輯和分子育種等現(xiàn)代育種手段的前提，也是實(shí)現(xiàn)玉米遺傳品質(zhì)改善的基礎(chǔ)。

2 種植環(huán)節(jié)

通過育種環(huán)節(jié)對(duì)玉米特定基因片段進(jìn)行改造和修飾，雖然能夠在根源上改善玉米加工品質(zhì)的遺傳特性，但由于受到栽培技術(shù)、土壤、氣候、肥料、農(nóng)藥等因素的影響，玉米植株和籽粒的發(fā)育過程不完全依賴于基因的調(diào)控，導(dǎo)致玉米成熟后籽粒的結(jié)構(gòu)、容重和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成等發(fā)生不同程度的改變，進(jìn)而對(duì)其加工特性產(chǎn)生影響[48-50]。對(duì)于不同加工用途的玉米，應(yīng)根據(jù)生長(zhǎng)期各組分合成階段的不同，特定調(diào)控籽粒容重大小和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成。

2.1 容重

玉米籽粒容重是受眾多基因控制的數(shù)量性狀，在影響容重的眾多因素中，不同基因型玉米的特定籽粒遺傳特性是決定容重的先天性因素，而種植環(huán)境的變化是影響容重的后天性因素[51-52]。容重可以真實(shí)地反映玉米的成熟度、完整度和使用價(jià)值，是國際上商品品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，但容重的高低不等同于加工的適宜程度，須要根據(jù)待加工的產(chǎn)品而定[53]。研究表明，玉米籽粒的容重大小與硬度值、蛋白質(zhì)含量等呈正相關(guān)關(guān)系，與淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[54-55]。對(duì)于生產(chǎn)淀粉用玉米，容重過低的玉米籽粒比重較輕，很難與浸泡水充分接觸，不利于浸泡工藝的進(jìn)行;而容重過高的玉米籽粒中的硬質(zhì)胚乳比例也較高，需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到充分溶脹，同樣會(huì)給浸泡工藝帶來負(fù)擔(dān)[13]。

2.2 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的組成與加工之間最密切的關(guān)聯(lián)是最終加工產(chǎn)品的收率。增施肥料可提高籽粒中粗蛋白含量、粗脂肪含量和氨基酸總量，氮、鉀是增加玉米籽粒蛋白質(zhì)及氨基酸含量的重要營(yíng)養(yǎng)因子，鉀肥能顯著提高籽粒中粗蛋白質(zhì)、淀粉、還原糖、水溶性糖、蔗糖含量[56-57]?？茖W(xué)合理施肥可以促進(jìn)玉米的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，增加玉米籽粒的有機(jī)養(yǎng)分，對(duì)改善玉米籽粒質(zhì)量具有一定的促進(jìn)作用，能明顯提高玉米的品質(zhì)。玉米籽粒在不同生長(zhǎng)期的營(yíng)養(yǎng)組分積累狀態(tài)，不僅與氣候、肥料等種植環(huán)境因素密切相關(guān)，也會(huì)受到組分與組分之間相互作用的影響。若灌漿前期蛋白質(zhì)大量合成，淀粉的積累受到影響，導(dǎo)致胚乳不夠充實(shí)飽滿;若成熟期蛋白質(zhì)大量合成，淀粉的積累基本完成，則蛋白質(zhì)的積累會(huì)填充胚乳空隙使容重升高[52，58]。

3 植物保護(hù)環(huán)節(jié)

植物保護(hù)環(huán)節(jié)一般與種植環(huán)節(jié)相輔相成，主要是對(duì)玉米植株在種植環(huán)節(jié)可能會(huì)遭受的昆蟲和病菌侵染進(jìn)行防控，避免植株受到病蟲害侵染，包括玉米大斑病、玉米小斑病、玉米圓斑病、玉米銹病、玉米紋枯病、玉米矮縮花葉病、玉米粗縮病、玉米黑粉病、玉米絲黑穗病、玉米莖軟腐病和玉米全蝕病等[59]。病蟲害的形成不僅會(huì)導(dǎo)致玉米產(chǎn)量大規(guī)?？s減，更會(huì)對(duì)玉米籽粒加工品質(zhì)帶來嚴(yán)重影響[60]。

病蟲害對(duì)玉米籽粒加工品質(zhì)的影響主要包括2個(gè)方面。首先，由于種植期間病蟲害的侵染，造成成熟后的玉米籽粒攜帶真菌毒素污染進(jìn)入儲(chǔ)藏環(huán)節(jié)，并在儲(chǔ)藏環(huán)節(jié)中進(jìn)一步擴(kuò)大污染范圍。待加工玉米籽粒若存在真菌毒素污染，在正式產(chǎn)品加工之前須要額外脫毒，不僅會(huì)導(dǎo)致工藝負(fù)擔(dān)的增加和加工成本的提高，同時(shí)加工產(chǎn)品的安全特性也無法得到保障。其次，由于植物保護(hù)措施不當(dāng)，導(dǎo)致成熟后的玉米籽粒攜帶化學(xué)農(nóng)藥污染進(jìn)入加工環(huán)節(jié)和待加工產(chǎn)品中。

全面防控生長(zhǎng)期間可能遭遇的病蟲害威脅，合理應(yīng)用植物保護(hù)措施，降低真菌毒素污染和化學(xué)農(nóng)藥殘留，對(duì)玉米加工品質(zhì)的提升有著重要意義。傳統(tǒng)植物保護(hù)手段一般采用甲基硫菌靈、高效氟氯氰菊酯、甲基阿維菌素苯甲酸鹽、多菌靈和代森錳鋅等化學(xué)農(nóng)藥對(duì)玉米植株可能遭遇的病蟲害進(jìn)行防控，但卻存在毒性高、易殘留、易產(chǎn)生抗藥性等缺點(diǎn)[59]。因此，新時(shí)期的玉米植物保護(hù)可以從以下2個(gè)方面進(jìn)行著手：（1）開發(fā)出高效、低毒、環(huán)保的新農(nóng)藥或植保素，如生物合成具有抗菌特性的玉米萜類植保素，用于玉米植株的抗菌、抗蟲[60];（2）依托玉米植株的病蟲害發(fā)生機(jī)制，進(jìn)行生物防控，如采用白僵菌、赤眼蜂、復(fù)合生物菌粉等[61-62]。

4 采收環(huán)節(jié)

采收環(huán)節(jié)對(duì)玉米加工特性的影響主要由采收時(shí)期和采收方式所決定。進(jìn)入灌漿期以后，淀粉合成較為迅速，隨后進(jìn)入乳熟期、蠟熟期和完熟期，蠟熟期后籽粒干質(zhì)量一般能夠達(dá)到最大值，而完熟期時(shí)，水分含量則逐漸降低，淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì)在含量及結(jié)構(gòu)上有所改變，籽粒也逐漸變硬[63]。其次，由于采收方式的不同，玉米籽粒會(huì)遭到不同程度的破壞，破損率的提高將為后期玉米制品的加工帶來負(fù)擔(dān)。因此，生產(chǎn)環(huán)節(jié)中應(yīng)把握玉米的最佳采收時(shí)期，并運(yùn)用適宜的采收方式，以確保后期玉米制品加工的便捷性及產(chǎn)品品質(zhì)的提升。

4.1 玉米淀粉含量及結(jié)構(gòu)

玉米淀粉含量決定加工后的淀粉收率，其結(jié)構(gòu)則決定了淀粉的理化特性和應(yīng)用性能。玉米籽粒發(fā)育過程中淀粉的合成受到多種酶的調(diào)控，且由于不同淀粉酶類在作用方式和作用時(shí)期方面存在差異，玉米籽粒中淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)在采收之前持續(xù)處于動(dòng)態(tài)變化之中[7]。目前，關(guān)于同采收期玉米品質(zhì)的報(bào)道更加關(guān)注于各組分含量的變化，對(duì)于淀粉、蛋白質(zhì)等組分精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究較為缺乏，而組分的精細(xì)結(jié)構(gòu)是決定其加工特性和應(yīng)用性能的關(guān)鍵因素。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)不同采收期各組分精細(xì)結(jié)構(gòu)差異的研究，為以加工為導(dǎo)向的玉米籽粒的采收提供理論支撐。

4.2 玉米破損率

破損玉米在貯藏期間易被微生物侵襲和破壞，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成發(fā)生變化和毒素的積累，增加了玉米的加工負(fù)擔(dān)，降低了加工收率。此外，破碎玉米的小碎片會(huì)影響浸泡液通過玉米物料時(shí)的正常流動(dòng)，使浸泡不均勻，同時(shí)，從裸露的胚乳表面沖刷下的淀粉團(tuán)粒易被洗入浸泡液，導(dǎo)致在蒸發(fā)時(shí)淀粉團(tuán)粒糊化形成黏稠的浸泡液，進(jìn)一步增加了淀粉濕磨工藝的難度。

4.3 玉米雜質(zhì)含量

玉米濕磨廠接收的大量脫芯籽粒可能含有大小不一的玉米芯、皮殼、沙子、野草種子及其他雜質(zhì)，直接增加了濕磨工藝的原料預(yù)處理負(fù)擔(dān)。此外，雜質(zhì)的脫除能力是有限的，一些不易脫除的雜質(zhì)會(huì)隨著玉米漿料共同進(jìn)入濕磨工藝，導(dǎo)致最終淀粉、蛋白類產(chǎn)品的純度受到影響。

5 貯藏環(huán)節(jié)

玉米籽粒是具有生物活性的有機(jī)體，其呼吸作用的強(qiáng)度會(huì)隨著貯藏過程中氧氣濃度、溫度和濕度等環(huán)境因素的變化而發(fā)生改變，且隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生自然陳化現(xiàn)象，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成及各組分的精細(xì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而對(duì)玉米的加工特性和應(yīng)用性能產(chǎn)生重要影響[64]。充分了解貯藏期間玉米籽粒組分分布及精細(xì)結(jié)構(gòu)的變化機(jī)制，并通過有效技術(shù)和手段對(duì)其進(jìn)行合理調(diào)控，可為玉米制品的加工和應(yīng)用方向提供理論指導(dǎo)。

5.1 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成

貯藏會(huì)影響玉米中各組分含量的變化，進(jìn)而影響目標(biāo)加工制品的收率。在貯藏過程中，影響玉米質(zhì)量的主要因素還包括溫度、水分、二氧化碳含量、氧氣含量、谷物特性、昆蟲、老鼠、地理位置和貯藏設(shè)施，這些因素會(huì)導(dǎo)致可溶性蛋白和消化性蛋白含量降低、脂肪酸增加，蛋白質(zhì)和脂肪酸與直鏈淀粉或支鏈淀粉形成復(fù)合物，最終改變產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)特性和物理特性[65]。酶活性的改變也會(huì)引起各組分的改變，最終導(dǎo)致能量的損失和游離脂肪酸的產(chǎn)生。因此，應(yīng)用適當(dāng)?shù)馁A藏條件和貯藏方法抑制玉米自身的生命活動(dòng)，降低營(yíng)養(yǎng)成分的劣變，可以改善玉米的加工品質(zhì)。

5.2 淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)

精細(xì)結(jié)構(gòu)與淀粉的理化特性密切相關(guān)，貯藏會(huì)影響淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響淀粉的加工特性和應(yīng)用性能。玉米籽粒中的內(nèi)源酶在長(zhǎng)期的貯藏過程中會(huì)緩慢作用于糖苷鍵，導(dǎo)致淀粉顆粒結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的改變;淀粉分子之間的相互作用也一直處于動(dòng)態(tài)變化之中，隨著水分、溫度等貯藏環(huán)境的變化，分子鏈的結(jié)合方式和結(jié)晶程度會(huì)相應(yīng)地發(fā)生改變[65]。貯藏時(shí)間與玉米的加工品質(zhì)之間不存在嚴(yán)格的正相關(guān)或者負(fù)相關(guān)關(guān)系，須明確貯藏期間各組分精細(xì)結(jié)構(gòu)變化的機(jī)制，并根據(jù)加工方向和產(chǎn)品用途選擇合適的貯藏時(shí)間的玉米原料。

6 結(jié)語

加工視角下的玉米產(chǎn)業(yè)鏈包括育種、種植、植物保護(hù)、采收和貯藏環(huán)節(jié)，涵蓋與玉米加工特性密切相關(guān)的諸多生產(chǎn)要素，同時(shí)也存在較多領(lǐng)域的研究空白。在以加工品質(zhì)提升為導(dǎo)向的推動(dòng)下，或有望改善玉米產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)和研究的盲目性，減輕產(chǎn)后玉米制品的加工負(fù)擔(dān)，并賦予玉米加工制品優(yōu)異的理化特性和應(yīng)用性能，推動(dòng)玉米加工產(chǎn)業(yè)的綠色化、高值化和功能化發(fā)展，為我國玉米加工制品競(jìng)爭(zhēng)力的提升和國家糧食安全戰(zhàn)略的實(shí)施提供新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]石桂春，劉 熙. 玉米加工利用的現(xiàn)狀與途徑[J]. 玉米科學(xué)，1998（4）：68-70.

[2]石桂春. 美國玉米加工業(yè)的歷史與現(xiàn)狀[J]. 玉米科學(xué)，2001 （2）：83-84，86.

[3]龔魁杰，李青，陳利容，等. 山東鮮食玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，49（1）：141-147.

[4]Bemiller J N. Starch modification：challenges and prospects[J]. Starch-Strke，1997，49（4）：127-131.

[5]Waliszewski K N，Aparicio M A，Bello L A，et al. Changes of banana starch by chemical and physical modification[J]. Carbohydrate Polymers，2003，52（3）：237-242.

[6]Zeeman S C，Kossmann J，Smith A M. Starch：its metabolism，evolution，and biotechnological modification in plants[J]. Annual Review of Plant Biology，2010，61（1）：209-234.

[7]Qu J Z，Xu S T，Zhang Z Q，et al. Evolutionary，structural and expression analysis of core genes involved in starch synthesis[J]. Scientific Reports，2018，8（1）：1-16.

[8]Cross J M，Clancy M，Shaw J R，et al. Both subunits of ADP-glucose pyrophosphorylase are regulatory[J]. Plant Physiology，2004，135（1）：137-144.

[9]Denyer K，Waite D，Motawia S，et al. Granule-bound starch synthase I in isolated starch granules elongates malto-oligosaccharides processively[J]. Biochemical Journal，1999，340（1）：183-191.

[10]Yamanouchi H，Nakamura Y. Organ specificity of isoforms of starch branching enzyme （Q-enzyme） in rice[J]. Plant and Cell Physiology，1992，33（7）：985-991.

[11]Ball S G，Morell M K. From bacterial glycogen to starch：understanding the biogenesis of the plant starch granule[J]. Annual Review of Plant Biology，2003，54：207-233.

[12]Hannah L C. Starch synthesis in the maize endosperm [J]. Maydica，2005，50（3/4）：497-506.

[13]楊 平，郭景勛. 高溫烘干對(duì)玉米濕法加工的影響[J]. 糧油食品科技，2009，17（2）：1-4.

[14]伊祖濤，張海艷. 不同玉米品種角質(zhì)和粉質(zhì)胚乳淀粉粒的粒度分布特征[J]. 吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，40（4）：108-112.

[15]Moral R，Escrich R，Solanas M，et al. Diets high in corn oil or extra-virgin olive oil differentially modify the gene expression profile of the mammary gland and influence experimental breast cancer susceptibility[J]. European Journal of Nutrition，2016，55（4）：1397-1409.

[16]Kim J Y，Kim M-J，Yi B，et al. Effects of relative humidity on the antioxidant properties of α-tocopherol in stripped corn oil[J]. Food Chemistry，2015，167：191-196.

[17]Maki K C，Lawless A L，Kelley K M，et al. Corn oil improves the plasma lipoprotein lipid profile compared with extra-virgin olive oil consumption in men and women with elevated cholesterol：results from a randomized controlled feeding trial[J]. Journal of Clinical Lipidology，2015，9（1）：49-57.

[18]楊波濤，陳鳳香，莫文蓮，等. 我國食用植物油維生素E含量研究[J]. 糧油加工，2009（9）：52-55.

[19]Maki K C，Lawless A L，Kelley K M，et al. Corn oil intake favorably impacts lipoprotein cholesterol，apolipoprotein and lipoprotein particle levels compared with extra-virgin olive oil[J]. European Journal of Clinical Nutrition，2017，71（1）：33-38.

[20]王軼菲. 玉米油甾醇對(duì)高脂高膽固醇膳食倉鼠膽固醇代謝調(diào)控及腸道菌群的影響[D]. 天津：天津科技大學(xué)，2016.

[21]Meng G Y，Li M Y，Zhou J，et al. Analysis of production and demand of main oil plants and oils in China[J]. China Oils and Fats，2016，41（10）：1-5.

[22]Kennedy E P. Biosynthesis of complex lipids[J]. Federation Proceedings，1961，20：934-940.

[23]Li Q Z，Hu L Z，Guo J J，et al. Molecular characterization of two type I acyl-CoA：diacylglycerol acyltransferase genes in maize[J]. Biotechnology & Biotechnological Equipment，2016，30（3）：453-461.

[24]Settlage S B，Kwanyuen P，Wilson R F. Relation between diacylglycerol acyltransferase activity and oil concentration in soybean[J]. Journal of the American Oil Chemists Society，1998，75（7）：775-781.

[25]Zheng P Z，Allen W B，Roesler K，et al. A phenylalanine in DGAT is a key determinant of oil content and composition in maize[J]. Nature Genetics，2008，40（3）：367-372.

[26]Moro G V，Santos M F，Bento D A V，et al. Genetic analysis of kernel oil content in tropical maize with design III and QTL mapping[J]. Euphytica，2012，185（3）：419-428.

[27]Wang Z H，Wang X，Zhang L，et al. QTL underlying field grain drying rate after physiological maturity in maize （Zea mays L.）[J]. Euphytica，2012，185（3）：521-528.

[28]Zhang L G，Wang Z H，Zhang L. Analysis of combining ability of kernel dehydration rate after physiological maturity in maize[J]. Crops，2007（3）：52-55.

[29]Cardoso W S，Borem A，Karam D，et al. Influence of the moisture at harvest and drying process of the grains on the level of carotenoids in maize （Zea mays）[J]. Food Science and Technology，2015，35（3）：481-486.

[30]Friske E，Schuelter A，Schuster I，et al. Genetic diversity of maize lines for traits related to maturity and yield components[J]. Australian Journal of Crop Science，2018，12（12）：1820-1828.

[31]Sala R G，Andrade F H，Camadro E L，et al. Quantitative trait loci for grain moisture at harvest and field grain drying rate in maize （Zea mays L.）[J]. Theoretical and Applied Genetics，2006，112（3）：462-471.

[32]Li W W，Li C M，Gu Z B，et al. Relationship between structure and retrogradation properties of corn starch treated with 1，4-α-glucan branching enzyme[J]. Food Hydrocolloids，2016，52（52）：868-875.

[33]Ren J Y，Li C M，Gu Z B，et al. Digestion rate of tapioca starch was lowed through molecular rearrangement catalyzed by 1，4-α-glucan branching enzyme[J]. Food Hydrocolloids，2018，84：117-124.

[34]Li Y，Ren J Y，Liu J，et al. Modification by α-D-glucan branching enzyme lowers the in vitro digestibility of starch from different sources[J]. International Journal of Biological Macromolecules，2018，107：1758-1764.

[35]Li C，Gilbert R G. Progress in controlling starch structure by modifying starch-branching enzymes[J]. Planta，2016，243（1）：13-22.

[36]Yuan R C，Thompson D B，Boyer C D. Fine-strcture of amylopectin in relation to gelatinization and retrogradation behavior of maize starches from 3 wx-containing genotypes in 2 inbred lines [J]. Cereal Chemistry，1993，70（1）：81-89.

[37]Nakamura Y，Utsumi Y，Sawada T，et al. Characterization of the reactions of starch branching enzymes from rice endosperm[J]. Plant and Cell Physiology，2010，51（5）：776-794.

[38]Butardo V M，F(xiàn)itzgerald M A，Bird A R，et al. Impact of down-regulation of starch branching enzyme IIb in rice by artificial microRNA- and hairpin RNA-mediated RNA silencing[J]. Journal of Experimental Botany，2011，62（14）：4927-4941.