综述：“失控的酶在起作用——解析珍珠粟面粉中脂肪酶与脂氧合酶的相互作用，以解决变质问题”

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Rogue Enzymes at Work–Unraveling the Interplay Between Lipase and Lipoxygenase in Pearl Millet Flour for Solving the Problem of Rancidity

　　珍珠大麦面粉酸败主要由脂酶（TAG-lipase）和脂氧化酶（LOX）引发，前者水解甘油三酯释放游离脂肪酸，后者氧化脂肪酸生成醛类等挥发性物质。研究揭示了基因编辑（如CRISPR/Cas9抑制脂酶和LOX基因）和加工技术（微波、红外加热、抗氧化剂）可有效延缓酸败。遗传多样性分析表明，杂交种比野生种脂酶活性更高，而基因敲除可显著降低酸败速率。非酶氧化及微生物作用亦影响酸败进程，需综合调控。

　　珍珠高粱是一种营养丰富且具有气候适应性的谷物，因其在食品和营养安全中的重要地位而受到广泛关注。然而，其加工后的面粉在储存过程中面临显著的氧化变质问题，这大大限制了其保质期和商业价值。为了提高珍珠高粱面粉的稳定性和市场潜力，科学家们正在深入研究其变质机制，并探索多种方法来延缓这一过程。

珍珠高粱的变质主要由酶促反应引起，特别是两种关键酶——三酰甘油脂肪酶（TAG-脂肪酶）和脂氧合酶（LOX）。TAG-脂肪酶是一种丝氨酸水解酶，属于α/β水解酶家族，它通过水解三酰甘油（TAGs）生成游离脂肪酸（FFAs）。这些FFAs，如油酸和亚油酸，进一步成为LOX的底物，通过氧化反应生成过氧化物、醛类、酮类等挥发性化合物，从而产生不愉快的气味和味道。TAG-脂肪酶在这一过程中起到了关键作用，因为它生成的FFA池为LOX的活性提供了基础。因此，抑制TAG-脂肪酶的活性可以有效延缓面粉的变质过程。

目前，针对TAG-脂肪酶和LOX的研究主要集中在它们的结构特征、催化机制以及底物偏好上。TAG-脂肪酶通常被分为三类：底物特异性、区域特异性和对映体特异性。这些分类反映了它们在不同条件下的反应特性。例如，一些TAG-脂肪酶对特定的脂肪酸具有高度选择性，而另一些则表现出更广泛的底物适应性。LOX则根据其插入氧的位置和立体化学特性被进一步分类，如9-LOX和13-LOX。这些分类有助于理解它们在不同组织中的作用，以及如何影响变质过程。

研究还发现，珍珠高粱中存在不同的TAG-脂肪酶同工酶，它们在不同组织中的活性差异显著。例如，某些高脂变性品种在胚乳和糊粉层表现出较高的TAG-脂肪酶活性，而传统品种则相对较低。这种差异与珍珠高粱的基因型有关，表明遗传和生理因素共同影响了脂肪的酶促水解。通过基因组编辑和育种技术，可以有针对性地选择和改良这些基因，从而培育出具有较低变质倾向的品种。

为了减少变质，一些短期策略已经被提出，如热处理（微波加热、红外辐射、烘烤）、抗氧化剂的添加、以及脱脂处理。这些方法在一定程度上能够抑制酶活性，延长面粉的保质期。然而，这些方法在保留营养成分和感官特性方面仍需优化。此外，真空包装、氮气冲洗和改良气氛包装（MAP）也被认为是有效的中长期策略，它们通过减少氧气和水分的暴露，抑制氧化反应和微生物活动。

在长期解决方案中，基因编辑技术如CRISPR/Cas9被证明是一种非常有前景的方法。通过编辑与变质相关的基因，可以实现对TAG-脂肪酶和LOX活性的精准调控，从而有效延缓面粉的变质过程。然而，基因编辑在珍珠高粱中的应用仍面临诸多挑战，如组织培养效率低、转基因作物的监管限制等。因此，需要开发更高效的组织培养方法和基因编辑技术，以提高变质控制的可行性。

此外，非酶促氧化和微生物相互作用也是影响变质的重要因素。非酶促氧化通常在储存过程中发生，尤其是在高温、光照和微量金属离子的影响下，导致脂肪酸与氧气反应生成过氧化物和挥发性化合物。微生物，如霉菌、酵母和氧化细菌，也会通过分泌脂肪酶和氧化酶来加速变质过程。因此，构建一个全面的变质模型，包括酶促、非酶促和微生物途径，对于开发更有效的保质策略至关重要。

为了评估变质，科学家们使用了一系列分析方法，如过氧化值（PV）、酸值（AV）测定、气相色谱（GC）和固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GC-MS）。这些方法能够提供变质的量化数据，并帮助筛选具有较长保质期的基因型。通过结合这些技术，可以更全面地评估珍珠高粱面粉的变质情况，并验证不同处理方法的效果。

总之，通过综合运用酶促、非酶促和微生物控制策略，以及基因编辑和育种技术，可以有效提高珍珠高粱面粉的保质期和商业价值。这些方法不仅有助于解决变质问题，还能促进珍珠高粱在现代食品系统中的应用，使其成为营养和经济潜力兼具的重要谷物。未来的研究需要进一步探索这些方法的可行性，并解决当前存在的技术瓶颈，以实现更广泛的推广和应用。