科学家发现生产更美味、更健康薯片的关键所在

密歇根州立大学教授蒋继明（Jiming Jiang）和大卫-杜奇（David Douches）领导的科学家团队发现了冷藏马铃薯变黑和潜在健康问题背后的关键机制，可以降低冷藏块茎在油炸过程中产生的致癌物质水平，为休闲食品行业带来了突破性进展。

他们的研究结果发表在《植物细胞》（The Plant Cell）杂志上，为开发可在低温条件下储存的马铃薯品种、生产更健康、更美味的薯片和薯条带来了希望。

这些零食在美国拥有价值数十亿美元的市场。在密歇根州--全美薯片用马铃薯的主要生产地--马铃薯产业的年产值达 2.4 亿美元。

密歇根州立大学研究人员David Douches（左）和Jiming Jiang（右）在密歇根州立大学农艺农场温室中与马铃薯植株一起工作。图片来源：Paul Henderson/密歇根州立大学

但农民不可能一年四季都种植马铃薯，零食生产商需要不断供应新鲜马铃薯来满足他们的需求。在冷库中保存马铃薯可确保薯片和油炸食品生产商获得所需的马铃薯，但低温也会引发一种称为冷诱导增甜（CIS）的过程，使淀粉转化为糖分。

加工含糖块茎会导致薯条和薯片变黑。它还会产生丙烯酰胺，这是一种在高温加工过程中形成的致癌化合物，与包括癌症风险增加在内的健康问题有关。

虽然有一些技术可以减少冷藏块茎中的糖分，但这些技术不仅增加了成本，还会影响最终产品的风味。因此，Jiang 和他的同事从问题的根源入手，努力使马铃薯从一开始就不受 CIS 的影响。

"我们已经确定了负责 CIS 的特定基因，更重要的是，我们已经发现了在低温条件下开启 CIS 的调控元件，"密苏里大学植物生物学和园艺学系研究基金会教授 Jiang 解释说。"通过研究这种基因是如何开启和关闭的，我们就有可能开发出天然抗 CIS 的马铃薯，从而不会产生有毒化合物"。

通过关闭马铃薯空泡转化酶基因（VInv），密歇根州立大学的研究人员证明，在低温下油炸储存的马铃薯可以制成更健康、更诱人的薯片。图片来源：改编自Bhaskar, P.B., et al. Plant Physiology, 2010, 154 (2), 939-948, https://doi.org/10.1104/pp.110.162545

从实验室到温室，再到薯片袋

从事马铃薯研究20多年的江致力于解决这一难题。

为了解决马铃薯产业中最紧迫的问题之一，Jiang在威斯康星大学麦迪逊分校开始了最大限度减少薯片和薯条中丙烯酰胺的工作。在那里，Jiang和他的团队于2010年发表了一篇论文，确定了导致马铃薯CIS的一个关键基因。2017年来到密苏里大学后，Jiang和他的团队一直致力于确定该基因的哪些元素可以被修改，以阻止冷诱导的甜化过程。

研究小组成员包括密苏里大学校园内以及其他研究型大学的合作者，他们综合运用基因表达分析、蛋白质鉴定和增强子图谱等方法，确定了控制CIS基因的调控元件。

MSU 的合作研究环境和设施，包括由 Dave Douches 领导的世界一流的马铃薯育种项目，对这项研究至关重要，下一步，研究人员将利用这些知识，在Douches博士的温室中通过基因编辑或其他育种技术培育出抗CIS的马铃薯品系。

研究人员正在密歇根州立大学的农艺农场温室里种植更健康、更适合当零食的马铃薯。图片来源：Paul Henderson/密歇根州立大学

作为 MSU 马铃薯育种和遗传项目的负责人，Douches 将 Jiang 开发的一种通过基因编辑阻止 CIS 的技术付诸实践。

"我们的所有设施都在校园内，因此研究工作可以高效地完成，"Douches说。"通过我们的合作，我们能够得出一项发现，为创造抗寒马铃薯品种的有针对性的基因改造方法铺平了道路"。

这项研究的潜在益处不仅仅在于提高休闲食品的质量。减少马铃薯中丙烯酰胺的形成可能会对其他加工淀粉食品产生影响。此外，耐寒马铃薯还能为储存和运输提供更大的灵活性，从而减少食物浪费，降低成本。

抗 CIS 的新型马铃薯在不久的将来就能投入商业使用。"这一发现标志着我们对马铃薯发育及其对食品质量和健康影响的认识取得了重大进展，"Jiang说。"它有可能影响到全世界的每一袋薯片"。

编译来源：ScitechDaily