板栗失水导致淀粉含量及结构变化机理的研究

Chestnut is very sensitive to loss of moisture. The calcification phenomenon of fresh chestnut seeds after harvest happens often during storage at room temperature with the moisture loss, which results in great loss of both edible value and economic value. Starch is main storage substance in chestnut. Our former researches showed that the changes of content and structure of starch in chestnut were main factor inducing calcification phenomenon happening.Unfortunately,the relationship between moisture loss and changes of content and structure of starch in chestnut and mechanism of molecule regulation is unclear.In this program,the activities of α-amylase, β-amylase, starch branching enzyme,starch debranching enzyme and so on and relevant gene expression would be studied by using some analysis and test methods including molecular biology,biochemical and et al. during storage of fresh chestnut seeds in which moisture will loss with different degree.Meanwhile,the content and proportion of amylose and amylopectin ,amylopectin chain length distribution properties , crystal structure of starch and other indexes would be investigated.The relationship between loss of moisture in chestnut and indexes changes above would be analyzed so as to confirm the key factors leading to changes of content and structure of starch in chestnut induced by loss of moisture,and to propose the mechanism of molecule regulation.The results could open out further the mechanism of calcification of chestnuts in theory and provide scientific basis for studing on control technology of calcification of chestnuts and keep quality of starch in practice.

板栗对脱水十分敏感，常温贮藏失水，易产生"石灰化"现象，产品失去食用价值，造成较大经济损失。淀粉是板栗的主要贮藏物质，我们前期研究发现，板栗淀粉含量及结构发生改变是导致"石灰化"发生的主要原因。但板栗失水与淀粉变化的关系及调控机理仍不清楚。本项目拟采用分子生物学和生物化学等分析检测技术，重点研究板栗贮藏期间发生不同程度脱水时淀粉分解酶（α-淀粉酶、β-淀粉酶、淀粉去分支酶（DBE）及淀粉磷酸化酶）、淀粉合成酶（SS）和淀粉分支酶（SBE）等酶活性及相关基因表达的变化，结合直链淀粉和支链淀粉含量和比例、支链淀粉链长和链长分布特征以及晶体结构等变化，在分析上述指标变化与板栗失水相关性的基础上，明确板栗失水导致淀粉含量及结构变化的关键因素，进而提出相应的分子调控机理。研究结果在理论上可进一步揭示板栗 "石灰化"发生机理，在实践上可为研究板栗"石灰化"控制技术及保持板栗淀粉利用价值提供科学依据。

板栗对脱水十分敏感,极不耐贮藏，常温贮藏失水，易发生“石灰化”现象。板栗含水量与“石灰化”发生率呈负相关关系，发生“石灰化”的板栗完全失去食用价值，给板栗生产造成极大经济损失。淀粉是板栗的主要贮藏物质，含量在50%～80%，是构成板栗营养价值和品质的重要成分。本课题组前期研究发现，板栗贮藏过程中随着失水增加，“石灰化” 程度逐渐加深，板栗总淀粉含量明显降低；同时，发生“石灰化”的板栗其淀粉晶体结构发生了变化，导致淀粉多项性能指标发生改变，使淀粉利用价值大大降低，表明淀粉含量及结构发生改变与板栗“石灰化”的发生密切相关。因此，研究探明板栗失水与淀粉含量及结构变化的关系及调控机理，不仅对于深层次探明板栗“石灰化”发生的机理具有重要的理论研究价值，丰富板栗贮藏理论，而且对于进一步于研究板栗“石灰化”调控技术、保持板栗淀粉利用价值具有重要的实践指导意义。本课题按照研究计划完成了全部研究内容。主要研究内容有：1.测定了板栗在25℃、50~55%相对湿度下和25℃、85~90% 相对湿度下贮藏过程中的含水量、α-淀粉酶、β-淀粉酶、淀粉去分支酶(DBE)和淀粉磷酸化酶（SP）、淀粉分支酶（SBE）以及淀粉合成酶（SSS和GBSS）活性的变化；2.检测了板栗样品中上述淀粉分解酶和淀粉合成酶相关基因表达的差异；3.检测了板栗样品中直链淀粉和支链淀粉含量及比例的变化，以及支链淀粉链长和链长分布特征的变化；4.采用X-射线衍射仪检测板栗样品中淀粉晶体结构变化情况。研究结果表明：1. 板栗贮藏前期快速失水导致了板栗淀粉分解酶β-淀粉酶、淀粉去分支酶(DBE)基因表达下调和活性下降，从而抑制了总淀粉尤其是支链淀粉的分解，影响了板栗采后正常的生理代谢活性，导致板栗贮藏品质的劣变；2.板栗采后贮藏初期的快速失水促进了淀粉合成酶SSS活性，导致支链淀粉长链比例、相对结晶度和结晶数量增加，结晶构型发生改变。可见，板栗采后贮藏初期的快速失水导致的支链淀粉分解受到抑制和结构发生改变可能是导致板栗低湿度下贮藏过程品质劣变即石灰化发生的重要原因。诱导因子是快速失水，起关键调控作用的因子是淀粉分解酶β-淀粉酶、淀粉去分支酶(DBE)基因的表达受到抑制以及淀粉合成酶SSS活性受到促进，研究结果为揭示板栗低湿度下贮藏过程中石灰化发生的机理具有重要意义以及为今后板栗贮藏过程中“石灰化”发生的控制奠定了科学依据。