貯藏期不同類型甘薯塊根營養品質與淀粉特性變化

趙 琳，葉夏芳，董 韋，石 江，駱樂談，*，陸國權，*

(1.杭州市農業科學研究院 農作物(生態)研究所，浙江 杭州 310024；2.浙江農林大學 農業與食品科學學院，浙江 杭州 311300)

甘薯根據用途與本身品質特點可分為兼用型、淀粉型、食用型、特用型、葉菜型5個類型[1-2]。淀粉在自然界分布廣泛，是高等植物中碳水化合物的主要貯藏形式，在甘薯塊根中大量存在。塊根既是儲藏養分的器官，又是重要的營養繁殖器官[3]。甘薯品質主要包括外觀品質、營養品質、貯藏品質與加工品質[4]。其中，外觀品質包括薯塊大小、形狀、皮色和肉色等，營養品質包括淀粉、可溶性糖、維生素、蛋白質與氨基酸含量等[5]。甘薯不同發育時期生物學特性變化不同，生長前中期莖葉快速生長，以便維持較高的光合速率，更多地積累光合產物，生長后期以塊根膨大為主，此時莖葉生長速度變慢[6-7]。

由于甘薯塊根的體積大、皮薄肉嫩、含水量高(通常塊根的2/3是水)、呼吸較為旺盛，因此在貯藏過程中甘薯會流失很多營養物質，且易感染黑斑病和軟腐病[8]。甘薯塊根呼吸旺盛會消耗大量氧氣產生二氧化碳，無法進行正常有氧呼吸產生能量，細胞因缺少能量而產生生理病害，進而腐爛發霉[9]。甘薯在貯藏過程中能量處于代謝消耗狀態，其營養成分和淀粉品質會發生變化。柳洪鵑等[10]對甘薯貯藏期內主要營養品質指標變化及其內在的生理機制進行了研究；呂尊富等[11]在短期貯藏研究中發現：60d是甘薯食味品質發生變化的分界線，60d之內食味品質達到最大值，隨后塊根理化特征劣變顯著。前人對甘薯貯藏的營養品質研究報道較多，而對貯藏期甘薯淀粉品質特性的研究卻鮮有報道。實際應用中，為了提高甘薯種植綜合效益，甘薯采后通常通過合理貯藏延遲售賣或加工，同時反季銷售增加市場花色品種，最終實現農民增收。本實驗選取ZH1042、ZZ1-358和心香3個不同類型的甘薯材料作為研究對象，分析貯藏時間對不同淀粉含量甘薯品質變化的影響，以期明確貯藏對甘薯營養品質和淀粉品質特性的影響，解決實際生產問題，提高應用價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試甘薯品種(系)：ZH1042、心香和ZZ1-358 3個不同類型的甘薯品種(系)。ZH1042為杭州市農業科學研究院自主選育甘薯品系，命名為杭薯2號，目前在登記中，該品系紅皮白心，干率高，經江蘇徐州甘薯研究中心檢測，干率為36.90%，淀粉率為74.80%，蛋白質含量為3.89%，可溶性糖含量為6.64%，還原糖含量為1.23%，β-胡蘿卜素含量為7.8 mg·kg-1；心香為浙江省農業科學院自主選育的迷你型甘薯品種，該品種適應性廣，干率34.5%，紅皮黃心；ZZ1-358為杭州市農業科學研究院自主選育甘薯品系，紅皮黃心，經江蘇徐州甘薯研究中心檢測，干率為23.5%，適合鮮食或烘烤用。

1.2 試驗方法

甘薯貯藏期的最適溫度為11～14 ℃，這一溫度范圍高于甘薯臨界低溫(9 ℃)、低于甘薯的發芽溫度(15～16 ℃)，此溫度下甘薯呼吸強度低且平穩，既不易受冷害又不會發芽糠心，貯藏效果最好；因此，本試驗將不同類型甘薯品種(系)貯藏在14 ℃冷藏室，貯藏40、70、100、130、160 d時記錄甘薯的失水率和腐爛率。同時分別取3份甘薯樣品，一份鮮樣用于測定淀粉酶等指標，一份樣品凍干用于測定甘薯的可溶性糖、蛋白質和總淀粉含量等指標，第三份樣品用于測定甘薯淀粉品質等相關指標。

1.3 樣品制備

凍干粉樣制備：選取5個250 g左右的完好薯塊，洗凈晾干后用切片機切成3 mm的薄片，液氮浸泡后移至冷凍干燥機中冷凍干燥，待完全冷凍干燥后用錘式旋風磨磨粉，過80目篩，裝入密封袋，置于-20 ℃冰箱保存，待用。

甘薯淀粉的制備：甘薯淀粉提取采用組織搗碎法，將洗凈的鮮薯先切成丁，再用組織搗碎機加水搗碎，過濾100目篩，洗出淀粉，淀粉漿沉淀8h后，棄去上清液后用去離子水洗2次，取出淀粉并在較低溫度下(40～45 ℃)鼓風烘干。用研缽磨碎后過100目篩，裝入封口塑料袋內密封，5 ℃保存，以防變質。

鮮樣制備：選取5個250 g左右的完整薯塊，洗凈晾干后切成小薯丁，混勻裝入自封袋中置于冷凍冰箱中，待用。

1.4 指標測定

1.4.1 失水率

失水率(%)=(甘薯貯藏前質量-甘薯貯藏后質量)/甘薯貯藏前質量×100。

1.4.2 腐爛率

腐爛率(%)=腐爛甘薯質量/貯藏甘薯質量×100。

1.4.3 鮮食甘薯塊根營養成分

凍干率、可溶性總糖、淀粉與蛋白質含量在甘薯收獲后測定。

凍干率：選取完好無損、大小相近的薯塊3塊，將薯塊切成薄片后隨機取300 g，在凍干機中凍干，計算薯塊凍干率，3次重復，取平均值。

淀粉含量參考陸國權[12]的鹽酸酸解DNS比色法測定，在此基礎上稍作更改，具體操作方法如下：準確稱取預先烘干至質量恒定的分析純葡萄糖1.00 g，將其溶解后定容至1 000 mL，制成葡萄糖標準液。吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL標準液于刻度試管中，分別補加蒸餾水至2 mL，然后加1.5 mL 3，5-二硝基水楊酸試劑(DNS)顯色劑，沸水浴5 min后取出冷卻至室溫，加水定容至25 mL，然后搖勻，于540 nm測定吸光度，制作標準曲線。稱取甘薯凍干樣1.00 g，將稱量好的樣品完全轉移到50 mL的離心管中，加入85%的乙醇8 mL，50℃水浴保溫30 min后取出快速冷卻至室溫，4 000×g離心5 min，棄去上清液，沉淀重復清洗3次，即得到脫糖后的薯渣。然后向得到的沉淀中加入10 mL 6 mol·L-1鹽酸和14 mL蒸餾水，震蕩混勻。沸水浴30 min后用碘-碘化鉀(I-KI)溶液檢驗水解的程度。水解完全后取出冷卻至室溫，過濾去雜，然后濾液用40% NaOH中和至中性或微堿性，將調好pH值的濾液完全轉移到100 mL容量瓶中，定容至刻度即得待測液。在540 nm處測液吸光度，計算淀粉含量。

可溶性糖含量參考馬琴國等[13]的蒽酮比色法測定，在此基礎上稍作更改，具體操作方法如下：稱取1 g蒽酮加乙酸乙酯50 mL配成蒽酮試劑，制做標準曲線，再稱1 g蔗糖定容至100 mL，搖勻，取1 mL蔗糖溶液定容至100 mL，得到0.1 mg·mL-1蔗糖標準溶液。吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL標準液于8支刻度試管中，分別補加蒸餾水至2 mL，再在每個試管中加入蒽酮試劑0.5 mL和濃硫酸5 mL，沸水浴1 min，冷卻，630 nm測吸光度，并記錄數據，得到標準曲線。稱取凍干樣1 g于25 mL離心管中，加入蒸餾水兩兩配平，加蓋后在60 ℃水浴保持20 min，然后7 000×g離心10 min，重復提取3次，上清液合并定容至100 mL，待測。取待測液1 mL稀釋10倍，取0.5 mL稀釋后的待測液，加1.5 mL水、0.5 mL蒽酮試劑、5 mL濃硫酸，搖勻后，沸水浴1 min，冷卻，630 nm測吸光度。

ω(%)=(c×VT×N)/Vs×m×100。 (1)

式(1)中：ω為可溶性糖含量；c為標準曲線上得到的質量(mg)；VT為總待測液體積；N為稀釋倍數；Vs為吸取待測液體積；m為總樣品量。

粗蛋白含量參考陸國權[12]的DD法檢測。

1.4.4 鮮食甘薯淀粉品質

淀粉含量檢測方法同1.4.3節。

甘薯淀粉的黏滯特性用快速黏度儀RVA測定。甘薯淀粉的晶體結構用粉末X射線儀-6000測定。

1.5 數據處理

用Excel 2016錄入和整理數據，然后用SAS JMP 14 pro 和OriginPro8.5軟件進行數據分析和作圖。圖中數值為平均值±標準差，為驗證鮮食甘薯的食用品質和淀粉品質在貯藏期間的差異，對上述指標(數據均有3次重復)進行單因素方差分析，并采用最小顯著性差異法進行檢驗，不同小寫字母代表處理之間存在顯著差異(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 貯藏期間鮮食甘薯品種間的失水率與腐爛情況

甘薯在貯藏過程中能量處于代謝消耗狀態，自身會散失大量水分。從圖1可看出，隨著貯藏時間的延長，不同類型的甘薯品種失水率都逐漸升高，尤其是淀粉型甘薯品系ZH1042，其失水率從40 d的0增長到160 d的32%，在不同貯藏期該品系的失水率均高于其他類型甘薯品種(系)。鮮食型甘薯ZZ1-358和對照品種心香的失水率變化差異不顯著。

柱上無相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

由于貯藏過程中塊根能量的代謝消耗和水分的流失，且貯藏過程中氧氣不足，二氧化碳濃度過高等原因，甘薯出現腐爛現象。14 ℃是適宜甘薯貯藏的溫度，甘薯可安全貯藏100 d以上，到130 d時淀粉型甘薯品系ZH1042的腐爛率最高，鮮食型甘薯心香并未腐爛；貯藏160 d，ZH1042的腐爛率高于鮮食型品系ZZ1-358和對照品種心香，雖然心香已出現腐爛，但比例在三者中最低(圖2)。樊吳靜等[14]研究發現，采后塊根中的淀粉含量與抗變質能力有密切關系，淀粉含量高的木薯品種采摘后塊根更易變質。本研究與該結論一致，說明甘薯和木薯類似，淀粉含量高的品種采后易變質。

圖2 貯藏期間甘薯的腐爛率

2.2 鮮食甘薯品種間營養品質差異

2.2.1 凍干率差異

從圖3可以看出，淀粉型甘薯ZH1042的凍干率隨著貯藏時間的延長而升高，從貯藏40 d的41.22%到貯藏160 d的46.59%，差異顯著；對照品種心香的凍干率則隨著貯藏時間的延長先下降后緩慢上升，從貯藏40 d的40.25%到貯藏160 d的38.05%，變化幅度??；鮮食型品系ZZ1-358的凍干率則隨著時間的延長總體呈現下降趨勢，從貯藏40 d的30.52%到貯藏160 d的27.11%。

圖3 不同貯藏時間甘薯的凍干率

2.2.2 貯藏期間鮮食甘薯品種間淀粉含量的差異

由圖4可知：ZH1042的淀粉含量在貯藏40～70 d表現出明顯的下降趨勢，從貯藏40 d的78.00%下降到貯藏70 d的70.15%，然后隨著貯藏時間的延長而上升，到160 d時達到77.02%；心香的淀粉含量在貯藏40～70 d表現出輕微下降趨勢，后期隨著貯藏時間的延長呈顯著上升趨勢，總體上從貯藏40 d的72.00%增長到貯藏160 d的75.91%；ZZ1-358的淀粉含量在貯藏40～70 d表現出顯著下降趨勢，貯藏100 d時顯著上升，隨后變化趨勢比較平穩?？傮w而言，3種類型的甘薯淀粉含量基本呈現先下降后上升并逐漸趨于平穩的狀態。說明甘薯在貯藏過程中淀粉酶發生作用，將淀粉轉化為可溶性糖。

圖4 不同貯藏時間甘薯的淀粉含量

2.2.3 可溶性糖含量差異

ZH1042的可溶性糖含量在貯藏70 d最高，隨后下降并趨于平穩；心香的可溶性糖含量總體上呈現緩慢下降的趨勢；ZZ1-358的可溶性糖含量在貯藏40～70 d緩慢上升，70 d以后下降趨勢明顯。說明ZH1042在貯藏前期淀粉轉化為可溶性糖(圖5)。

圖5 不同貯藏時間甘薯的可溶性糖含量

2.2.4 蛋白質含量

由圖6可知，ZH1042的蛋白質含量隨著貯藏時間的延長呈現先升高后降低的趨勢，從貯藏40 d的3.60%增長到70 d的4.06%，貯藏160 d下降為3.60%；心香的蛋白質含量從貯藏40 d的4.05%升高到70 d的4.22%，在100 d下降為3.97%，160 d升高為4.15%，總體隨著時間的延長呈現先升高后降低再升高的趨勢；ZZ1-358的蛋白質含量變化趨勢與心香相同。不同貯藏時期ZZ1-358的蛋白質含量均高于ZH1042和心香。

圖6 不同貯藏時間甘薯的蛋白質含量

2.2.5 淀粉酶變化

由圖7可知，3個品種甘薯的總淀粉酶活性和β-淀粉酶活性隨著貯藏時間的延長總體呈現先上升后下降再上升的趨勢，α-淀粉酶活性隨著貯藏時間的延長變化不顯著。其中，淀粉型甘薯ZH1042貯藏100 d和160 d時總淀粉酶活性和β-淀粉酶活性顯著高于其他貯藏時間，鮮食型甘薯ZZ1-358貯藏70 d和130 d時總淀粉酶活性和β-淀粉酶活性顯著低于其他貯藏時間，對照品種心香貯藏100 d和160 d時總淀粉酶活性和β-淀粉酶活性顯著高于其他貯藏時間。

圖7 不同貯藏時間甘薯的淀粉酶活性

2.3 鮮食甘薯品種間淀粉品質特性差異

2.3.1 總淀粉含量

甘薯淀粉中總淀粉的含量代表淀粉的純度。由圖8可看出：淀粉型甘薯ZH1042的總淀粉含量在貯藏100 d時最高，之后緩慢降低；鮮食型甘薯ZZ1-358和對照品種心香的總淀粉含量在貯藏70 d時最高，后隨著貯藏時間的延長逐漸降低。由此可見，貯藏70～100 d提取甘薯淀粉，其純度較其他時間高。

圖8 不同貯藏時間甘薯淀粉的純度

2.3.2 淀粉的RVA特性

由表1可以看出，3種類型甘薯品種(系)在不同貯藏時間提取的淀粉，其黏度特性有差異。淀粉型甘薯ZH1042的最高黏度、最終黏度、回復值和熱漿黏度在貯藏70 d達到峰值，貯藏100 d顯著下降，后隨貯藏時間的延長而上升；崩解值在貯藏70 d顯著上升，貯藏100 d顯著下降，后隨貯藏時間的延長而上升，貯藏160 d達到峰值。鮮食型甘薯ZZ1-358淀粉的最高黏度、最終黏度、熱漿黏度和崩解值隨著貯藏時間的延長而下降，到貯藏100 d降到低谷，在貯藏130 d顯著上升，160 d又顯著下降；回復值隨著貯藏時間的延長而下降，直到貯藏100 d下降到低谷，后隨著貯藏時間的延長而上升。對照品種心香淀粉的最高黏度、最終黏度、回復值和熱漿黏度值隨著貯藏時間的延長而下降，到貯藏100 d降到低谷，后又顯著上升；崩解值在貯藏70 d輕微上升，貯藏100 d下降到低谷，后又顯著上升。由此可見，甘薯在貯藏100 d時淀粉的最高黏度、最終黏度、回復值和熱漿黏度顯著小于貯藏70 d和130 d時。

表1 貯藏期間鮮食甘薯淀粉的RVA特性

2.3.3 淀粉的晶體結構特性

不同農作物淀粉的結晶結構不同，主要分為3種類型的X衍射粉末衍射圖：(1)谷物類，以稻米、小麥、玉米淀粉為特征的A型模式，其特征峰表現為15°～23°有3個明顯的強峰；(2)塊莖和果實，以馬鈴薯、西米和香蕉淀粉為特征的B型模式，其特征峰表現為5.6°、17°、22°和24°出現較強的衍射峰；(3)一些塊根和豆類淀粉屬于C型模式。C型是A型和B型的綜合，和A型相比，衍射圖譜在5.6°處有一個中強峰，該峰在樣品干燥或部分干燥時可能消失，和B型的衍射圖譜相比，在23°展現的是一個單峰[15]。

如圖9-A所示，淀粉X衍射分析發現，不同貯藏時間淀粉型品種ZH1042的淀粉衍射強度不同，貯藏100 d之內該品種的淀粉衍射強度大致相同，隨著貯藏時間的延長，X射線衍射強度逐漸變強，說明甘薯貯藏期間淀粉的晶體結構不會改變，但X射線衍射強度會增加，影響其結晶度。如圖9-B所示，不同貯藏時間鮮食型甘薯ZZ1-358的淀粉衍射強度不同，在貯藏100 d之內，該品種的淀粉衍射強度大致相同，貯藏130 d和160 d的晶體結構大致相同，但其峰值衍射強度明顯比貯藏100 d之內的淀粉衍射強度大。如圖9-C所示，不同貯藏時間對照品種心香的淀粉衍射強度不同，貯藏40 d和70 d該品種的淀粉衍射強度大致相同，貯藏100 d其峰值衍射強度最大，貯藏130 d和160 d的X射線衍射強度大致相同，但比貯藏70 d之前的淀粉衍射強度大。3個品種(系)甘薯的淀粉X射線衍射表現為2θ在15°、17°和23°處有3個強峰，晶體結構均為A型。

圖9 不同貯藏時間不同品種甘薯的淀粉X射線衍射圖譜

3 結論與討論

柳洪鵑等[10]指出，甘薯貯藏過程中可溶性糖含量的變化大致有3種：(1)先升后降，(2)一直上升，(3)先降后升；淀粉含量在貯藏過程中的變化特點主要有4種：(1)先降后升，(2)基本穩定，(3)持續降低，(4)先升后降；影響其變化的因素主要有貯藏方式、貯藏溫度、氧氣濃度和品種等。本研究針對不同類型的甘薯品種(系)，在不同貯藏時間下分析其品質與淀粉特性的變化規律，結果發現：隨著貯藏時間的延長，所有甘薯品種失水率和腐爛率都逐漸升高，高淀粉含量甘薯品系ZH1042在貯藏過程中失水率和腐爛率最高，心香在整個貯藏期的腐爛率最低。3個甘薯品種(系)的總淀粉酶活性和β-淀粉酶活性隨著貯藏時間的延長，呈現先上升后下降再上升的趨勢且差異顯著，而α-淀粉酶活性隨著貯藏時間的延長差異并不顯著，說明總淀粉酶活性中β-淀粉酶起主要作用。ZH1042淀粉含量呈現先下降后上升的趨勢，可溶性糖含量和蛋白質含量總體呈現先上升后下降趨勢，整個貯藏期前后可溶性糖的含量變化不顯著，而蛋白質含量在貯藏100 d后顯著性下降，該品系最適宜的貯藏時間為70 d。ZZ1-358淀粉含量呈現先下降后上升趨勢，可溶性糖含量呈下降趨勢，而蛋白質含量卻先上升后下降又上升，貯藏100 d該品系塊根內淀粉含量趨于穩定，淀粉酶活性最高，適宜貯藏時間為100 d。心香的淀粉含量在貯藏100 d后顯著上升，可溶性糖含量隨著貯藏時間的延長而降低，蛋白質含量則隨著貯藏時間的延長而呈現先升高后降低再升高的趨勢，該品種適宜貯藏時間為160 d。3個甘薯材料在貯藏70～100 d提取的淀粉純度最高。在不同貯藏時間下測定的晶體結構均為A型，說明在整個甘薯貯藏期甘薯淀粉的晶體結構都很穩定。

淀粉型甘薯品系ZH1042失水率和腐爛率均最高，這一結果與木薯的有關報道[16]類似。相關報道表明，選育耐貯藏木薯品種時，貯藏過程中淀粉含量的穩定性能更直觀地反映其品質變化情況[17]。甘薯貯藏期間碳水化合物的主要變化是淀粉轉化為糖，所形成的糖一部分作為呼吸底物被消耗損失，另一部分貯藏于塊根中。有研究表明，甘薯貯藏4～5個月后，淀粉含量降低5%～6%，糖分增加3%左右，特別是可溶性全糖顯著增加。本研究中ZH1042的淀粉含量在貯藏后總體下降，心香和ZZ1-358的淀粉含量在貯藏后出現輕微上升趨勢，可能是由于甘薯體內比淀粉更為復雜的化合物分解，重新合成淀粉，這和林汝湘[18]對普薯13、PR-S19-12、陸紅二號3個品種收獲后的研究結果有相似之處。

貯藏期間不同類型甘薯總淀粉酶活性和β-淀粉酶活性隨著貯藏時間的延長，均呈現出先上升后下降再上升的趨勢且差異顯著，α-淀粉酶的變化趨勢不明顯。β-淀粉酶在甘薯中含量豐富，20世紀50年代首次從甘薯中分離得到[19]，是塊根中僅次于甘薯貯藏蛋白的一種成分，約占塊根可溶性蛋白的5%[20-21]。王煒等[22]研究發現，甘薯貯藏過程中α-淀粉酶活性的變化趨勢與甘薯總淀粉含量的變化密切相關，α-淀粉酶活性在貯藏90～120 d處于高峰期，此時總淀粉含量也出現下降，其中，黃心甘薯的α-淀粉酶活性明顯高于白心甘薯，而本研究中β-淀粉酶活性與總淀粉酶活性變化一致。3種類型甘薯品種在貯藏70～100 d提取的淀粉純度最高。同時，貯藏會影響甘薯淀粉的黏度特性。另外，貯藏會改變甘薯淀粉X射線的衍射強度但不改變其晶體結構，3種類型甘薯品種淀粉的最高黏度、最終黏度、回復值和熱漿黏度在貯藏100 d會顯著下降。