鲜食糯玉米室温货架期间籽粒糖代谢规律研究

李志文, 王 奕, 彭 博, 王 娜,*

（1.天津农学食品科学与生物工程学院，天津 300384；2.天津市农作物研究所，天津市农作物遗传育种重点实验室，天津 300384）

糯玉米又称蜡质型玉米，具有籽粒柔软细腻、甜黏清香、皮薄无渣、适口性好等特点，而且具有较高的营养保健价值。研究表明，鲜食糯玉米不仅可以降压、降脂、降血糖，还具有护肤养颜、延缓衰老的功效，现已被营养学家称之为“新型营养保健食品”、“绿色蔬菜”和“长寿食品”[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对较低，果穗采后生理变化与其他果蔬存在较大差异[3]，进而为其采后品质调控造成困难，目前国内外对高淀粉含量的果蔬采后生理研究报道比较少，大部分集中于采后品质调控方法的选择上[4-5]。

鲜食糯玉米采后糖和淀粉的代谢十分活跃，但国内外关于糯玉米采后糖类物质代谢的研究报道较少，一部分报道主要集中于采前领域。Simla 等[6]研究发现，糯玉米授粉后籽粒所有的糖类组分含量均先升后降，而总淀粉和支链淀粉含量逐渐增加。龚魁杰等[7]和马鹏等[8]先后对鲜食糯玉米采后籽粒可溶性糖含量的变化进行研究，结果表明糯玉米采后籽粒可溶性糖含量明显下降，但并未对多种可溶性糖含量的变化规律进行系统研究。陈利容等[9]研究了糯玉米采后多糖类物质的变化，但对导致其变化的生理指标并未深入探索。目前关于鲜食糯玉米采后糖代谢途径的深入研究报道仍然较少，不同糖类物质成分含量变化规律尚无定论，而针对不同熟期的鲜食糯玉米品种采后糖代谢研究更是鲜有报道。本研究通过测定室温货架保鲜期间，3 种不同熟期的鲜食糯玉米品种籽粒中可溶性糖、淀粉含量及相关酶活性的变化，进而明确鲜食糯玉米采后籽粒中不同种类可溶性糖及多糖的变化规律，并分析规律变化原因，以期为鲜食型糯玉米的采后贮藏保鲜研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

鲜食糯玉米：天津农作物研究所研发的早熟品种澳早60（以下简称早熟）、中熟品种垦粘1 号（以下简称中熟）、晚熟品种京科糯2000（以下简称晚熟），于2020 年7 月下旬至8 月陆续采收于天津市农作物研究所武清实验基地。

亚铁氰化钾、无水葡萄糖、盐酸、冰乙酸、氢氧化钠、硫酸铜、亚甲蓝、酒石酸钾钠、乙酸锌，天津市风船化学试剂科技有限公司；果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、甘露醇标准品，美国Sigma 公司；色谱级乙腈，天津科密欧试剂公司。

1.1.2 仪器与设备

CP114 电子天平：奥豪斯仪器（上海）有限公司；Eppendorf 多功能台式冷冻离心机：上海埃德思生物科技有限公司；HWS24 型电热恒温水浴锅:上海一恒科技有限公司；KQ3200E 型超声波清洗器: 江苏昆山市超声仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 试验方案设计

采收时每个品种选取大小接近的果穗20 个置于室温（25±1）℃条件下，分别于货架0、2、4、6、8 d 时取样测定，取样时每个品种取3 个果穗的中部籽粒混匀后分为两部分，一部分用液氮速冻后保存，用于测定籽粒中葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和山梨醇含量及其关键酶活性；另一部分在80 ℃下烘干48 h，粉碎后用于测定直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量，共设3 次重复。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 可溶性糖含量

参照Giannoccaro 等[10]采用HPLC 法测定蔗糖、果糖、葡萄糖、甘露醇和麦芽糖含量。

1.2.2.2 淀粉含量

淀粉含量：采用GB/T 20378—2006《原淀粉 淀粉含量的测定 旋光法》[11]中的方法测定；直链淀粉含量：采用双波长法[12]进行测定。

1.2.2.3 淀粉合成相关酶活性

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）活性测定参照Jiang 等[13]以及代立刚[14]的方法测定。

1.2.3 数据处理

采用Excel 2016、SPSS 20.0 软件对试验数据进行分析整理。

2 结果与分析

2.1 室温货架期间鲜食糯玉米籽粒可溶性糖含量变化规律

2.1.1 蔗糖含量变化

鲜食糯玉米采前和采后的糖代谢过程变化很大。采前叶片通过光合作用生成蔗糖，之后蔗糖被运输到果穗时，需要在穗轴、小穗柄和籽粒中分解为有利于卸载的果糖和葡萄糖等还原糖，而后在籽粒的淀粉体中经过一系列酶的作用合成淀粉[15-17]；而采后由于蔗糖由叶片向果穗的转运停止，果穗中蔗糖、还原糖和淀粉的含量均会发生显著变化。由图1 可知，货架0 d时，晚熟玉米籽粒蔗糖含量最高，为38.6 mg·g-1，货架2 d 时，3 个玉米品种籽粒中蔗糖含量均显著下降，可能由于此时叶片向籽粒蔗糖转运途径终止，而籽粒中的蔗糖分解还在进行，所以导致蔗糖含量大幅下降，之后随着货架时间的延长，蔗糖含量无显著变化，这可能是因为随着蔗糖向还原糖转化的进程逐渐终止，籽粒中蔗糖含量趋于稳定。

图1 货架期玉米籽粒蔗糖含量变化Fig.1 Changes of sucrose content in maize kernel during shelf life

2.1.2 葡萄糖含量变化

由图2 可以看出，采后货架期间糯玉米葡萄糖含量均呈下降趋势，3 个品种表现出一致的变化趋势，货架0 d 时，早熟玉米籽粒的葡萄糖含量最高，为64.4 mg·g-1，采后2 d 时，早熟和中熟玉米葡萄糖含量变化幅度较小，晚熟玉米的变化幅度略高于其他两个品种，从54.7 mg·g-1降至42.6 mg·g-1，这可能是由于蔗糖转化途径尚未完全终止，蔗糖仍旧向葡萄糖转化的缘故；之后随着蔗糖转化途径的终止，而籽粒中的可溶性糖向淀粉的转化仍在进行，导致葡萄糖含量快速下降，到采后8 d 时降至最低点，3 种糯玉米葡萄糖含量差异很小，其中晚熟品种葡萄糖含量最低（0.35 mg·g-1）。整个货架期间，早熟、中熟和晚熟玉米葡萄糖含量分别下降96.4%、99.2%、99.4%。

图2 货架期玉米籽粒葡萄糖含量变化Fig.2 Changes of glucose content in maize kernel during shelf life

2.1.3 果糖含量变化

由图3 可见，采后货架期糯玉米籽粒中果糖含量变化呈下降趋势，货架0 d 时果糖含量为早熟（55.2 mg·g-1）＞中熟（53.4 mg·g-1）＞晚熟（48.1 mg·g-1）；货架2 d 时可能由于蔗糖转化为还原糖的过程尚未终止，籽粒中果糖含量变化很小；之后随着蔗糖含量转化途径的逐渐终止，果糖不断向淀粉转化，籽粒中的果糖含量快速下降；中、晚熟品种果糖含量下降速度要高于早熟品种，货架8 d 时，晚熟品种籽粒中果糖几乎全部转化为淀粉，含量降至最低，为1.3 mg·g-1，较初值下降97.3%；早熟和中熟玉米果糖含量也降至较低的水平，其中中熟玉米果糖含量在货架6 d时达到最低（7.8 mg·g-1），而早熟玉米果糖含量在货架8 d时最低（12.1 mg·g-1），较初值下降78.1%。

图3 货架期玉米籽粒果糖含量变化Fig.3 Change of fructose content in maize kernel during shelf life

2.1.4 麦芽糖含量变化

如图4 所示，随着货架时间的延长，玉米籽粒中麦芽糖含量总体呈下降趋势，不同熟期品种间麦芽糖含量有明显差异，货架0 d 时早熟玉米麦芽糖含量最高，为217.5 mg·g-1，中、晚熟玉米差异很小。随着货架时间的延长，麦芽糖含量迅速下降，其中中熟和晚熟玉米在货架4 d 时麦芽糖含量降至极低水平，之后无显著变化；而早熟玉米的麦芽糖含量在货架期间都高于中熟和晚熟玉米；3 个熟期玉米货架8 d 时麦芽糖含量都降至最低水平，早熟、中熟和晚熟玉米较初值分别下降94.1%、99.6%和99.8%。玉米籽粒麦芽糖含量整体变化趋势与蔗糖、葡萄糖和果糖有区别，可以推断玉米采后麦芽糖代谢途径与其他几种糖不同。

图4 货架期玉米籽粒麦芽糖含量变化Fig.4 Changes of maltose content in maize kernel during shelf life

2.1.5 山梨醇含量变化

采后货架期间玉米籽粒山梨醇含量变化如图5所示，总体来看，山梨醇含量随时间延长呈下降趋势；货架0 d 时，早熟和中熟玉米籽粒山梨醇含量较高，分别为91.0 mg·g-1和90.6 mg·g-1，显著高于晚熟玉米（P＜0.05）；中熟玉米山梨醇含量在货架8 d 时降至最低，为13.2 mg·g-1，早熟和中熟期品种在前6 天含量保持较高，随后下降较大；晚熟玉米在采后货架初期（0~4 d）山梨醇含量略有增加，货架4 d 后开始迅速下降。可以推测玉米籽粒山梨醇含量可能随着其货架时间的延长而下降。

图5 货架期玉米籽粒山梨醇含量变化Fig.5 Changes of sorbitol content in maize kernel during shelf life

2.2 室温货架期间鲜食糯玉米籽粒中淀粉含量变化规律

2.2.1 总淀粉含量变化

鲜食糯玉米果穗籽粒中具有较高的淀粉含量，不同熟期鲜食糯玉米采后总淀粉含量变化如图6 所示。3 个熟期品种玉米籽粒中总淀粉含量在货架期内均呈现明显的上升趋势，货架0 d 时，晚熟品种淀粉总含量为51.11%，显著高于早熟和中熟玉米（P＜0.05），其在货架初期（0~4 d）总淀粉含量的增加速度平缓，而后期（4~8 d）增速较大。早熟和中熟品种在货架初期（0~4 d）籽粒中总淀粉含量增加较快，后期（4~8 d）增加速度减缓。鲜食糯玉米籽粒中蔗糖、还原糖等可溶性糖作为淀粉合成的前体物质，采后其含量的改变会直接引起淀粉含量的变化，结合前文可溶性糖的数据分析结果来看，不同熟期品种籽粒总淀粉含量在整个货架期间的变化规律与几种可溶性糖含量的变化规律具有一定的互补性，尤其与葡萄糖、果糖和麦芽糖含量的变化互补性关联更大。

图6 货架期玉米籽粒总淀粉含量变化Fig.6 Changes of total starch content in maize kernel during shelf life

2.2.2 支链淀粉含量变化

鲜食糯玉米籽粒中淀粉种类以支链淀粉为主，其含量直接影响糯玉米的口感及鲜食品质，不同熟期鲜食糯玉米采后籽粒支链淀粉含量变化如图7 所示，3个熟期糯玉米品种籽粒中支链淀粉含量在货架期间的变化趋势与总淀粉含量基本一致，随货架时间的延长均呈上升趋势，晚熟品种玉米籽粒中支链淀粉含量在货架初期（0~4 d）变化较小，而在货架后期（4~8 d）明显增加；而中、早熟品种玉米籽粒中的直链淀粉含量则从货架初期（0~4 d）开始即明显增加，至货架后期（4~8 d）变化趋于平缓。由此可以推断，采后鲜食糯玉米籽粒中支链淀粉含量的变化同样与果实葡萄糖、果糖和麦芽糖等含量的变化具有一定程度的互补性。

图7 货架期玉米籽粒支链淀粉含量变化Fig.7 Changes of amylopectin content in maize kernel during shelf life

2.2.3 直链淀粉含量变化

直链淀粉含量在采后糯玉米籽粒中仅占小部分比重，其含量的增加会影响糯玉米的口感和商品性，不同熟期鲜食糯玉米采后籽粒中直链淀粉含量变化如图8 所示，3 个熟期玉米品种籽粒中直链淀粉含量明显低于上述支链淀粉含量，且在采后货架期内总体均呈缓慢增加趋势，其增加幅度明显小于支链淀粉。随货架时间的延长，晚熟和中、早熟品种籽粒中直链淀粉变化规律稍有差异，晚熟品种玉米籽粒中直链淀粉含量变化较平缓，至货架末期含量略有增加，而中、早熟品种玉米籽粒中直链淀粉含量在货架初期（0~2 d）明显增加，随后呈波动上升趋势，这种变化规律与上述可溶性糖中蔗糖变化规律互补性较高，其原因可能是蔗糖转化过程终止，从而间接引起直链淀粉含量增速放缓。

图8 货架期玉米籽粒直链淀粉含量变化Fig.8 Changes of amylose content in maize kernel during shelf life

2.3 室温货架期间鲜食糯玉米籽粒中关键酶活性变化规律

2.3.1 腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADPGPPase）活性变化

ADPGPPase 的作用是催化1-磷酸葡萄糖（Glucose-1-phosphate, G-1-P） 转化为腺苷二磷酸葡萄糖（ADPG）[16-17]，而ADPG 是淀粉合成的直接底物，因此ADPGPPase 参与了采后糯玉米籽粒中淀粉的合成。如图9 所示，不同熟期鲜食糯玉米采后籽粒中的ADPGPPase 活性呈现单峰曲线型变化趋势，采后0 d时，3 个品种间酶活性差异不大，早熟和晚熟品种籽粒中ADPGPPase 活性峰值出现在货架期2 d，而中熟品种籽粒中酶活性峰值出现在货架期4 d。峰值过后所有熟期籽粒中酶活性均迅速下降，货架末期（6~8 d）随着籽粒商品性的下降，3 个熟期品种玉米籽粒中ADPGPPase 活性亦降至趋于平稳的低值。

图9 货架期玉米籽粒ADPGPPase 活性变化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）活性变化

鲜食糯玉米籽粒生长发育过程中UDPGPPase 可催化尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）生成G-1-P，G-1-P对于淀粉合成直接底物ADPG 的生成具有重要作用[18-20]，因此UDPGPPase 的活性可间接的反应籽粒中淀粉的合成水平。不同熟期鲜食糯玉米采后籽粒中ADPGPPase 活性变化如图10 所示。由图10 可见，鲜食糯玉米籽粒中UDPGPPase 活性在室温货架期间也呈单峰曲线型变化趋势，早熟和中熟品种玉米籽粒中UDPGPPase 活性高峰于室温货架2 d 时出现，晚熟品种峰值出现较晚，在货架4 d 时出现，之后除中熟糯玉米籽粒中UDPGPPase 活性在货架6 d 时略有升高外，各品种玉米籽粒中UDPGPPase 活性总体仍呈现下降趋势，至货架8 d 时已降至初值以下。

图10 货架期玉米籽粒UDPGPPase 活性变化Fig.10 Changes of UDPGPPase activity in maize kernel during shelf life

从上述研究结果可以看出，不同熟期鲜食糯玉米籽粒中两种与淀粉合成相关性密切的酶活性的变化规律，在一定程度上可以用来解释货架期间糯玉米籽粒中可溶性糖含量的变化与淀粉含量变化的互补性。

3 讨论与结论

鲜食糯玉米果穗籽粒具有较高的淀粉含量，其中以支链淀粉为主，直链淀粉含量最多为总淀粉含量的3%。支链淀粉含量越高，糯性越大，越容易被人体消化吸收，商品性越佳[21]。已有研究表明[22]，甜质型玉米果穗采收后，通过玉米植株向果穗籽粒中输送可溶性糖的途径终止，而果穗内部的淀粉合成代谢仍处于较高水平，其相关酶活性仍然很强。本研究发现：3 个熟期鲜食糯玉米品种在采后室温货架期内，籽粒中可溶性糖含量总体呈下降趋势，货架初期糖含量下降速度较快，到货架中后期可溶性糖含量下降速度缓慢，说明玉米籽粒中的可溶性糖作为淀粉合成途径的前体物质被转化为淀粉，其中早熟和中熟玉米籽粒中葡萄糖和麦芽糖整个货架期间下降幅度较大，达到了94.9%~99.6%，晚熟玉米则是果糖、葡萄糖和麦芽糖含量下降幅度较大，达到97.3%~99.8%；而淀粉含量则随着货架时间的延长呈增加的趋势，其中早熟玉米上升幅度最大，货架8 d 时其含量上升幅度超过了20%；淀粉合成相关酶ADPGPPase 和UDPGPPase活性呈单峰曲线变化，其峰值出现在货架2~4 d，这种趋势与可溶性糖含量在货架初期的快速下降有一定关系，酶活性曲线中峰值出现的时间恰好与蔗糖、葡萄糖和麦芽糖含量快速下降以及淀粉含量明显增加的趋势能够契合，可以推测这两个酶对采后鲜食糯玉米籽粒中的淀粉积累存在明显的调控作用，并且蔗糖、葡萄糖和麦芽糖在玉米籽粒淀粉合成过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间可能存在一定的相关性，但具体的相关性分析有赖于进一步深入研究。

本研究还发现，在室温货架期间，不同熟期的鲜食糯玉米籽粒中可溶性糖、淀粉含量的变化规律不完全一致。晚熟品种采收初期籽粒中蔗糖含量最高，而麦芽糖、葡萄糖、果糖、山梨醇含量却低于早、中熟品种，且籽粒中可溶性糖降解速度高于早、中熟品种；晚熟品种采收初期直链和支链淀粉以及总淀粉含量均高于早、中熟品种。这可能由于晚熟品种生长季长，在植株生长后期籽粒中可溶性糖向淀粉的转化速度明显高于早熟和中熟品种。进一步可推测，贮藏初期晚熟鲜食糯玉米品种籽粒糯性、质地好于早、中熟品种，但其糖分积累低于早、中熟品种。鲜食糯玉米以食用新鲜果穗为根本目的，以适宜贮藏为保鲜手段，以适时采收为基本条件[15]。因此上述研究结果可以为适宜贮藏的鲜食糯玉米品种选择和适期贮藏提供理论依据。