科學家發現了一種防止冷藏馬鈴薯變黑和健康風險的機制，這項突破有望使這種風靡全球的零食更健康、更美味，並解決數十億美元市場面臨的挑戰。他們的研究揭示了一種負責冷誘導變甜（CIS）的基因，可能會培育出避免丙烯酰胺形成的新馬鈴薯品種，使休閒食品行業受益，並有可能減少食品浪費和成本。

密西根州立大學教授蔣繼明（Jiming Jiang）和大衛-杜奇（David Douches）領導的科學家團隊發現了冷藏馬鈴薯變黑和潛在健康問題背後的關鍵機制，可以降低冷藏塊莖在油炸過程中產生的致癌物質水平，為休閒食品產業帶來了突破性進展。

他們的研究結果發表在《植物細胞》（The Plant Cell）雜誌上，為開發可在低溫條件下儲存的馬鈴薯品種、生產更健康、更美味的薯片和薯條帶來了希望。

這些零食在美國擁有價值數十億美元的市場。在密西根州–全美薯片用馬鈴薯的主要生產地–馬鈴薯產業的年產值達2.4 億美元。

密西根州立大學研究人員David Douches（左）和Jiming Jiang（右）在密西根州立大學農藝農場溫室中與馬鈴薯植株一起工作。圖片來源：Paul Henderson/密西根州立大學

但農民不可能一年四季都種植馬鈴薯，零食生產商需要不斷供應新鮮馬鈴薯來滿足他們的需求。在冷庫中保存馬鈴薯可確保薯片和油炸食品生產商獲得所需的馬鈴薯，但低溫也會引發一種稱為冷誘導增甜（CIS）的過程，使澱粉轉化為糖。

加工含糖塊莖會導致薯條和薯片變黑。它還會產生丙烯酰胺，這是一種在高溫加工過程中形成的致癌化合物，與包括癌症風險增加的健康問題有關。

雖然有一些技術可以減少冷藏塊莖中的糖分，但這些技術不僅增加了成本，還會影響最終產品的風味。因此，Jiang 和他的同事從問題的根源入手，努力使馬鈴薯從一開始就不受CIS 的影響。

「我們已經確定了負責CIS 的特定基因，更重要的是，我們已經發現了在低溫條件下開啟CIS 的調控元件，」密蘇里大學植物生物學和園藝學系研究基金會教授Jiang 解釋。”透過研究這種基因是如何開啟和關閉的，我們就有可能開發出天然抗CIS 的馬鈴薯，不會產生有毒化合物”。

透過關閉馬鈴薯空泡轉化酶基因（VInv），密西根州立大學的研究人員證明，在低溫下油炸儲存的馬鈴薯可以製成更健康、更誘人的薯片。圖片來源：改編自Bhaskar, PB, et al. Plant Physiology, 2010, 154 (2), 939-948, https://doi.org/10.1104/pp.110.162545

從實驗室到溫室，再到薯片袋

從事馬鈴薯研究20多年的江致力於解決這個難題。

為了解決馬鈴薯產業中最迫切的問題之一，Jiang在威斯康辛大學麥迪遜分校開始了最大限度減少薯片和薯條中丙烯酰胺的工作。在那裡，Jiang和他的團隊在2010年發表了一篇論文，確定了導致馬鈴薯CIS的一個關鍵基因。2017年來到密蘇里大學後，Jiang和他的團隊一直致力於確定基因的哪些元素可以被修改，以阻止冷誘導的甜化過程。

研究小組成員包括密蘇里大學校園內以及其他研究型大學的合作者，他們綜合運用基因表現分析、蛋白質鑑定和增強子圖譜等方法，確定了控制CIS基因的調控元件。

MSU 的合作研究環境和設施，包括由Dave Douches 領導的世界一流的馬鈴薯育種項目，對這項研究至關重要，下一步，研究人員將利用這些知識，在Douches博士的溫室中通過基因編輯或其他育種技術培育出抗CIS的馬鈴薯品系。

研究人員正在密西根州立大學的農藝農場溫室種植更健康、更適合當零食的馬鈴薯。圖片來源：Paul Henderson/密西根州立大學

身為MSU 馬鈴薯育種和遺傳計畫的負責人，Douches 將Jiang 開發的一種透過基因編輯阻止CIS 的技術付諸實踐。

“我們的所有設施都在校園內，因此研究工作可以有效率地完成，”Douches說。”透過我們的合作，我們能夠得出一項發現，為創造抗寒馬鈴薯品種的有針對性的基因改造方法鋪平了道路”。

這項研究的潛在益處不僅在於提高休閒食品的品質。減少馬鈴薯中丙烯酰胺的形成可能會對其他加工澱粉食品產生影響。此外，耐寒馬鈴薯還能為儲存和運輸提供更大的靈活性，從而減少食物浪費，並降低成本。

抗CIS 的新型馬鈴薯在不久的將來就能投入商業使用。”這項發現標誌著我們對馬鈴薯發育及其對食品品質和健康影響的認識取得了重大進展，」Jiang說。”它有可能影響到全世界的每一袋薯片”。

編譯來源：ScitechDaily