鮮食糯玉米室溫貨架期間籽粒糖代謝規(guī)律研究

李志文, 王 奕, 彭 博, 王 娜,*

（1.天津農學食品科學與生物工程學院，天津 300384；2.天津市農作物研究所，天津市農作物遺傳育種重點實驗室，天津 300384）

糯玉米又稱蠟質型玉米，具有籽粒柔軟細膩、甜黏清香、皮薄無渣、適口性好等特點，而且具有較高的營養(yǎng)保健價值。研究表明，鮮食糯玉米不僅可以降壓、降脂、降血糖，還具有護膚養(yǎng)顏、延緩衰老的功效，現已被營養(yǎng)學家稱之為“新型營養(yǎng)保健食品”、“綠色蔬菜”和“長壽食品”[1-2]。但由于糯玉米果穗籽粒淀粉含量高，水分和可溶性糖含量相對較低，果穗采后生理變化與其他果蔬存在較大差異[3]，進而為其采后品質調控造成困難，目前國內外對高淀粉含量的果蔬采后生理研究報道比較少，大部分集中于采后品質調控方法的選擇上[4-5]。

鮮食糯玉米采后糖和淀粉的代謝十分活躍，但國內外關于糯玉米采后糖類物質代謝的研究報道較少，一部分報道主要集中于采前領域。Simla 等[6]研究發(fā)現，糯玉米授粉后籽粒所有的糖類組分含量均先升后降，而總淀粉和支鏈淀粉含量逐漸增加。龔魁杰等[7]和馬鵬等[8]先后對鮮食糯玉米采后籽粒可溶性糖含量的變化進行研究，結果表明糯玉米采后籽?？扇苄蕴呛棵黠@下降，但并未對多種可溶性糖含量的變化規(guī)律進行系統(tǒng)研究。陳利容等[9]研究了糯玉米采后多糖類物質的變化，但對導致其變化的生理指標并未深入探索。目前關于鮮食糯玉米采后糖代謝途徑的深入研究報道仍然較少，不同糖類物質成分含量變化規(guī)律尚無定論，而針對不同熟期的鮮食糯玉米品種采后糖代謝研究更是鮮有報道。本研究通過測定室溫貨架保鮮期間，3 種不同熟期的鮮食糯玉米品種籽粒中可溶性糖、淀粉含量及相關酶活性的變化，進而明確鮮食糯玉米采后籽粒中不同種類可溶性糖及多糖的變化規(guī)律，并分析規(guī)律變化原因，以期為鮮食型糯玉米的采后貯藏保鮮研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

鮮食糯玉米：天津農作物研究所研發(fā)的早熟品種澳早60（以下簡稱早熟）、中熟品種墾粘1 號（以下簡稱中熟）、晚熟品種京科糯2000（以下簡稱晚熟），于2020 年7 月下旬至8 月陸續(xù)采收于天津市農作物研究所武清實驗基地。

亞鐵氰化鉀、無水葡萄糖、鹽酸、冰乙酸、氫氧化鈉、硫酸銅、亞甲藍、酒石酸鉀鈉、乙酸鋅，天津市風船化學試劑科技有限公司；果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、甘露醇標準品，美國Sigma 公司；色譜級乙腈，天津科密歐試劑公司。

1.1.2 儀器與設備

CP114 電子天平：奧豪斯儀器（上海）有限公司；Eppendorf 多功能臺式冷凍離心機：上海埃德思生物科技有限公司；HWS24 型電熱恒溫水浴鍋:上海一恒科技有限公司；KQ3200E 型超聲波清洗器: 江蘇昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 試驗方案設計

采收時每個品種選取大小接近的果穗20 個置于室溫（25±1）℃條件下，分別于貨架0、2、4、6、8 d 時取樣測定，取樣時每個品種取3 個果穗的中部籽粒混勻后分為兩部分，一部分用液氮速凍后保存，用于測定籽粒中葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖和山梨醇含量及其關鍵酶活性；另一部分在80 ℃下烘干48 h，粉碎后用于測定直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量，共設3 次重復。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 可溶性糖含量

參照Giannoccaro 等[10]采用HPLC 法測定蔗糖、果糖、葡萄糖、甘露醇和麥芽糖含量。

1.2.2.2 淀粉含量

淀粉含量：采用GB/T 20378—2006《原淀粉 淀粉含量的測定 旋光法》[11]中的方法測定；直鏈淀粉含量：采用雙波長法[12]進行測定。

1.2.2.3 淀粉合成相關酶活性

腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADPGPPase）和尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（UDPGPPase）活性測定參照Jiang 等[13]以及代立剛[14]的方法測定。

1.2.3 數據處理

采用Excel 2016、SPSS 20.0 軟件對試驗數據進行分析整理。

2 結果與分析

2.1 室溫貨架期間鮮食糯玉米籽?？扇苄蕴呛孔兓?guī)律

2.1.1 蔗糖含量變化

鮮食糯玉米采前和采后的糖代謝過程變化很大。采前葉片通過光合作用生成蔗糖，之后蔗糖被運輸到果穗時，需要在穗軸、小穗柄和籽粒中分解為有利于卸載的果糖和葡萄糖等還原糖，而后在籽粒的淀粉體中經過一系列酶的作用合成淀粉[15-17]；而采后由于蔗糖由葉片向果穗的轉運停止，果穗中蔗糖、還原糖和淀粉的含量均會發(fā)生顯著變化。由圖1 可知，貨架0 d時，晚熟玉米籽粒蔗糖含量最高，為38.6 mg·g-1，貨架2 d 時，3 個玉米品種籽粒中蔗糖含量均顯著下降，可能由于此時葉片向籽粒蔗糖轉運途徑終止，而籽粒中的蔗糖分解還在進行，所以導致蔗糖含量大幅下降，之后隨著貨架時間的延長，蔗糖含量無顯著變化，這可能是因為隨著蔗糖向還原糖轉化的進程逐漸終止，籽粒中蔗糖含量趨于穩(wěn)定。

圖1 貨架期玉米籽粒蔗糖含量變化Fig.1 Changes of sucrose content in maize kernel during shelf life

2.1.2 葡萄糖含量變化

由圖2 可以看出，采后貨架期間糯玉米葡萄糖含量均呈下降趨勢，3 個品種表現出一致的變化趨勢，貨架0 d 時，早熟玉米籽粒的葡萄糖含量最高，為64.4 mg·g-1，采后2 d 時，早熟和中熟玉米葡萄糖含量變化幅度較小，晚熟玉米的變化幅度略高于其他兩個品種，從54.7 mg·g-1降至42.6 mg·g-1，這可能是由于蔗糖轉化途徑尚未完全終止，蔗糖仍舊向葡萄糖轉化的緣故；之后隨著蔗糖轉化途徑的終止，而籽粒中的可溶性糖向淀粉的轉化仍在進行，導致葡萄糖含量快速下降，到采后8 d 時降至最低點，3 種糯玉米葡萄糖含量差異很小，其中晚熟品種葡萄糖含量最低（0.35 mg·g-1）。整個貨架期間，早熟、中熟和晚熟玉米葡萄糖含量分別下降96.4%、99.2%、99.4%。

圖2 貨架期玉米籽粒葡萄糖含量變化Fig.2 Changes of glucose content in maize kernel during shelf life

2.1.3 果糖含量變化

由圖3 可見，采后貨架期糯玉米籽粒中果糖含量變化呈下降趨勢，貨架0 d 時果糖含量為早熟（55.2 mg·g-1）＞中熟（53.4 mg·g-1）＞晚熟（48.1 mg·g-1）；貨架2 d 時可能由于蔗糖轉化為還原糖的過程尚未終止，籽粒中果糖含量變化很小；之后隨著蔗糖含量轉化途徑的逐漸終止，果糖不斷向淀粉轉化，籽粒中的果糖含量快速下降；中、晚熟品種果糖含量下降速度要高于早熟品種，貨架8 d 時，晚熟品種籽粒中果糖幾乎全部轉化為淀粉，含量降至最低，為1.3 mg·g-1，較初值下降97.3%；早熟和中熟玉米果糖含量也降至較低的水平，其中中熟玉米果糖含量在貨架6 d時達到最低（7.8 mg·g-1），而早熟玉米果糖含量在貨架8 d時最低（12.1 mg·g-1），較初值下降78.1%。

圖3 貨架期玉米籽粒果糖含量變化Fig.3 Change of fructose content in maize kernel during shelf life

2.1.4 麥芽糖含量變化

如圖4 所示，隨著貨架時間的延長，玉米籽粒中麥芽糖含量總體呈下降趨勢，不同熟期品種間麥芽糖含量有明顯差異，貨架0 d 時早熟玉米麥芽糖含量最高，為217.5 mg·g-1，中、晚熟玉米差異很小。隨著貨架時間的延長，麥芽糖含量迅速下降，其中中熟和晚熟玉米在貨架4 d 時麥芽糖含量降至極低水平，之后無顯著變化；而早熟玉米的麥芽糖含量在貨架期間都高于中熟和晚熟玉米；3 個熟期玉米貨架8 d 時麥芽糖含量都降至最低水平，早熟、中熟和晚熟玉米較初值分別下降94.1%、99.6%和99.8%。玉米籽粒麥芽糖含量整體變化趨勢與蔗糖、葡萄糖和果糖有區(qū)別，可以推斷玉米采后麥芽糖代謝途徑與其他幾種糖不同。

圖4 貨架期玉米籽粒麥芽糖含量變化Fig.4 Changes of maltose content in maize kernel during shelf life

2.1.5 山梨醇含量變化

采后貨架期間玉米籽粒山梨醇含量變化如圖5所示，總體來看，山梨醇含量隨時間延長呈下降趨勢；貨架0 d 時，早熟和中熟玉米籽粒山梨醇含量較高，分別為91.0 mg·g-1和90.6 mg·g-1，顯著高于晚熟玉米（P＜0.05）；中熟玉米山梨醇含量在貨架8 d 時降至最低，為13.2 mg·g-1，早熟和中熟期品種在前6 天含量保持較高，隨后下降較大；晚熟玉米在采后貨架初期（0~4 d）山梨醇含量略有增加，貨架4 d 后開始迅速下降?？梢酝茰y玉米籽粒山梨醇含量可能隨著其貨架時間的延長而下降。

圖5 貨架期玉米籽粒山梨醇含量變化Fig.5 Changes of sorbitol content in maize kernel during shelf life

2.2 室溫貨架期間鮮食糯玉米籽粒中淀粉含量變化規(guī)律

2.2.1 總淀粉含量變化

鮮食糯玉米果穗籽粒中具有較高的淀粉含量，不同熟期鮮食糯玉米采后總淀粉含量變化如圖6 所示。3 個熟期品種玉米籽粒中總淀粉含量在貨架期內均呈現明顯的上升趨勢，貨架0 d 時，晚熟品種淀粉總含量為51.11%，顯著高于早熟和中熟玉米（P＜0.05），其在貨架初期（0~4 d）總淀粉含量的增加速度平緩，而后期（4~8 d）增速較大。早熟和中熟品種在貨架初期（0~4 d）籽粒中總淀粉含量增加較快，后期（4~8 d）增加速度減緩。鮮食糯玉米籽粒中蔗糖、還原糖等可溶性糖作為淀粉合成的前體物質，采后其含量的改變會直接引起淀粉含量的變化，結合前文可溶性糖的數據分析結果來看，不同熟期品種籽?？偟矸酆吭谡麄€貨架期間的變化規(guī)律與幾種可溶性糖含量的變化規(guī)律具有一定的互補性，尤其與葡萄糖、果糖和麥芽糖含量的變化互補性關聯(lián)更大。

圖6 貨架期玉米籽?？偟矸酆孔兓疐ig.6 Changes of total starch content in maize kernel during shelf life

2.2.2 支鏈淀粉含量變化

鮮食糯玉米籽粒中淀粉種類以支鏈淀粉為主，其含量直接影響糯玉米的口感及鮮食品質，不同熟期鮮食糯玉米采后籽粒支鏈淀粉含量變化如圖7 所示，3個熟期糯玉米品種籽粒中支鏈淀粉含量在貨架期間的變化趨勢與總淀粉含量基本一致，隨貨架時間的延長均呈上升趨勢，晚熟品種玉米籽粒中支鏈淀粉含量在貨架初期（0~4 d）變化較小，而在貨架后期（4~8 d）明顯增加；而中、早熟品種玉米籽粒中的直鏈淀粉含量則從貨架初期（0~4 d）開始即明顯增加，至貨架后期（4~8 d）變化趨于平緩。由此可以推斷，采后鮮食糯玉米籽粒中支鏈淀粉含量的變化同樣與果實葡萄糖、果糖和麥芽糖等含量的變化具有一定程度的互補性。

圖7 貨架期玉米籽粒支鏈淀粉含量變化Fig.7 Changes of amylopectin content in maize kernel during shelf life

2.2.3 直鏈淀粉含量變化

直鏈淀粉含量在采后糯玉米籽粒中僅占小部分比重，其含量的增加會影響糯玉米的口感和商品性，不同熟期鮮食糯玉米采后籽粒中直鏈淀粉含量變化如圖8 所示，3 個熟期玉米品種籽粒中直鏈淀粉含量明顯低于上述支鏈淀粉含量，且在采后貨架期內總體均呈緩慢增加趨勢，其增加幅度明顯小于支鏈淀粉。隨貨架時間的延長，晚熟和中、早熟品種籽粒中直鏈淀粉變化規(guī)律稍有差異，晚熟品種玉米籽粒中直鏈淀粉含量變化較平緩，至貨架末期含量略有增加，而中、早熟品種玉米籽粒中直鏈淀粉含量在貨架初期（0~2 d）明顯增加，隨后呈波動上升趨勢，這種變化規(guī)律與上述可溶性糖中蔗糖變化規(guī)律互補性較高，其原因可能是蔗糖轉化過程終止，從而間接引起直鏈淀粉含量增速放緩。

圖8 貨架期玉米籽粒直鏈淀粉含量變化Fig.8 Changes of amylose content in maize kernel during shelf life

2.3 室溫貨架期間鮮食糯玉米籽粒中關鍵酶活性變化規(guī)律

2.3.1 腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADPGPPase）活性變化

ADPGPPase 的作用是催化1-磷酸葡萄糖（Glucose-1-phosphate, G-1-P） 轉化為腺苷二磷酸葡萄糖（ADPG）[16-17]，而ADPG 是淀粉合成的直接底物，因此ADPGPPase 參與了采后糯玉米籽粒中淀粉的合成。如圖9 所示，不同熟期鮮食糯玉米采后籽粒中的ADPGPPase 活性呈現單峰曲線型變化趨勢，采后0 d時，3 個品種間酶活性差異不大，早熟和晚熟品種籽粒中ADPGPPase 活性峰值出現在貨架期2 d，而中熟品種籽粒中酶活性峰值出現在貨架期4 d。峰值過后所有熟期籽粒中酶活性均迅速下降，貨架末期（6~8 d）隨著籽粒商品性的下降，3 個熟期品種玉米籽粒中ADPGPPase 活性亦降至趨于平穩(wěn)的低值。

圖9 貨架期玉米籽粒ADPGPPase 活性變化Fig.9 Changes of ADPGPPase activity in maize kernel during shelf life

2.3.2 尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（UDPGPPase）活性變化

鮮食糯玉米籽粒生長發(fā)育過程中UDPGPPase 可催化尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）生成G-1-P，G-1-P對于淀粉合成直接底物ADPG 的生成具有重要作用[18-20]，因此UDPGPPase 的活性可間接的反應籽粒中淀粉的合成水平。不同熟期鮮食糯玉米采后籽粒中ADPGPPase 活性變化如圖10 所示。由圖10 可見，鮮食糯玉米籽粒中UDPGPPase 活性在室溫貨架期間也呈單峰曲線型變化趨勢，早熟和中熟品種玉米籽粒中UDPGPPase 活性高峰于室溫貨架2 d 時出現，晚熟品種峰值出現較晚，在貨架4 d 時出現，之后除中熟糯玉米籽粒中UDPGPPase 活性在貨架6 d 時略有升高外，各品種玉米籽粒中UDPGPPase 活性總體仍呈現下降趨勢，至貨架8 d 時已降至初值以下。

圖10 貨架期玉米籽粒UDPGPPase 活性變化Fig.10 Changes of UDPGPPase activity in maize kernel during shelf life

從上述研究結果可以看出，不同熟期鮮食糯玉米籽粒中兩種與淀粉合成相關性密切的酶活性的變化規(guī)律，在一定程度上可以用來解釋貨架期間糯玉米籽粒中可溶性糖含量的變化與淀粉含量變化的互補性。

3 討論與結論

鮮食糯玉米果穗籽粒具有較高的淀粉含量，其中以支鏈淀粉為主，直鏈淀粉含量最多為總淀粉含量的3%。支鏈淀粉含量越高，糯性越大，越容易被人體消化吸收，商品性越佳[21]。已有研究表明[22]，甜質型玉米果穗采收后，通過玉米植株向果穗籽粒中輸送可溶性糖的途徑終止，而果穗內部的淀粉合成代謝仍處于較高水平，其相關酶活性仍然很強。本研究發(fā)現：3 個熟期鮮食糯玉米品種在采后室溫貨架期內，籽粒中可溶性糖含量總體呈下降趨勢，貨架初期糖含量下降速度較快，到貨架中后期可溶性糖含量下降速度緩慢，說明玉米籽粒中的可溶性糖作為淀粉合成途徑的前體物質被轉化為淀粉，其中早熟和中熟玉米籽粒中葡萄糖和麥芽糖整個貨架期間下降幅度較大，達到了94.9%~99.6%，晚熟玉米則是果糖、葡萄糖和麥芽糖含量下降幅度較大，達到97.3%~99.8%；而淀粉含量則隨著貨架時間的延長呈增加的趨勢，其中早熟玉米上升幅度最大，貨架8 d 時其含量上升幅度超過了20%；淀粉合成相關酶ADPGPPase 和UDPGPPase活性呈單峰曲線變化，其峰值出現在貨架2~4 d，這種趨勢與可溶性糖含量在貨架初期的快速下降有一定關系，酶活性曲線中峰值出現的時間恰好與蔗糖、葡萄糖和麥芽糖含量快速下降以及淀粉含量明顯增加的趨勢能夠契合，可以推測這兩個酶對采后鮮食糯玉米籽粒中的淀粉積累存在明顯的調控作用，并且蔗糖、葡萄糖和麥芽糖在玉米籽粒淀粉合成過程中可能起到更大的作用，可溶性糖含量、淀粉含量及酶活性三者之間可能存在一定的相關性，但具體的相關性分析有賴于進一步深入研究。

本研究還發(fā)現，在室溫貨架期間，不同熟期的鮮食糯玉米籽粒中可溶性糖、淀粉含量的變化規(guī)律不完全一致。晚熟品種采收初期籽粒中蔗糖含量最高，而麥芽糖、葡萄糖、果糖、山梨醇含量卻低于早、中熟品種，且籽粒中可溶性糖降解速度高于早、中熟品種；晚熟品種采收初期直鏈和支鏈淀粉以及總淀粉含量均高于早、中熟品種。這可能由于晚熟品種生長季長，在植株生長后期籽粒中可溶性糖向淀粉的轉化速度明顯高于早熟和中熟品種。進一步可推測，貯藏初期晚熟鮮食糯玉米品種籽粒糯性、質地好于早、中熟品種，但其糖分積累低于早、中熟品種。鮮食糯玉米以食用新鮮果穗為根本目的，以適宜貯藏為保鮮手段，以適時采收為基本條件[15]。因此上述研究結果可以為適宜貯藏的鮮食糯玉米品種選擇和適期貯藏提供理論依據。