贮藏期不同类型甘薯块根营养品质与淀粉特性变化

赵 琳，叶夏芳，董 韦，石 江，骆乐谈，*，陆国权，*

(1.杭州市农业科学研究院 农作物(生态)研究所，浙江 杭州 310024；2.浙江农林大学 农业与食品科学学院，浙江 杭州 311300)

甘薯根据用途与本身品质特点可分为兼用型、淀粉型、食用型、特用型、叶菜型5个类型[1-2]。淀粉在自然界分布广泛，是高等植物中碳水化合物的主要贮藏形式，在甘薯块根中大量存在。块根既是储藏养分的器官，又是重要的营养繁殖器官[3]。甘薯品质主要包括外观品质、营养品质、贮藏品质与加工品质[4]。其中，外观品质包括薯块大小、形状、皮色和肉色等，营养品质包括淀粉、可溶性糖、维生素、蛋白质与氨基酸含量等[5]。甘薯不同发育时期生物学特性变化不同，生长前中期茎叶快速生长，以便维持较高的光合速率，更多地积累光合产物，生长后期以块根膨大为主，此时茎叶生长速度变慢[6-7]。

由于甘薯块根的体积大、皮薄肉嫩、含水量高(通常块根的2/3是水)、呼吸较为旺盛，因此在贮藏过程中甘薯会流失很多营养物质，且易感染黑斑病和软腐病[8]。甘薯块根呼吸旺盛会消耗大量氧气产生二氧化碳，无法进行正常有氧呼吸产生能量，细胞因缺少能量而产生生理病害，进而腐烂发霉[9]。甘薯在贮藏过程中能量处于代谢消耗状态，其营养成分和淀粉品质会发生变化。柳洪鹃等[10]对甘薯贮藏期内主要营养品质指标变化及其内在的生理机制进行了研究；吕尊富等[11]在短期贮藏研究中发现：60d是甘薯食味品质发生变化的分界线，60d之内食味品质达到最大值，随后块根理化特征劣变显著。前人对甘薯贮藏的营养品质研究报道较多，而对贮藏期甘薯淀粉品质特性的研究却鲜有报道。实际应用中，为了提高甘薯种植综合效益，甘薯采后通常通过合理贮藏延迟售卖或加工，同时反季销售增加市场花色品种，最终实现农民增收。本实验选取ZH1042、ZZ1-358和心香3个不同类型的甘薯材料作为研究对象，分析贮藏时间对不同淀粉含量甘薯品质变化的影响，以期明确贮藏对甘薯营养品质和淀粉品质特性的影响，解决实际生产问题，提高应用价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试甘薯品种(系)：ZH1042、心香和ZZ1-358 3个不同类型的甘薯品种(系)。ZH1042为杭州市农业科学研究院自主选育甘薯品系，命名为杭薯2号，目前在登记中，该品系红皮白心，干率高，经江苏徐州甘薯研究中心检测，干率为36.90%，淀粉率为74.80%，蛋白质含量为3.89%，可溶性糖含量为6.64%，还原糖含量为1.23%，β-胡萝卜素含量为7.8 mg·kg-1；心香为浙江省农业科学院自主选育的迷你型甘薯品种，该品种适应性广，干率34.5%，红皮黄心；ZZ1-358为杭州市农业科学研究院自主选育甘薯品系，红皮黄心，经江苏徐州甘薯研究中心检测，干率为23.5%，适合鲜食或烘烤用。

1.2 试验方法

甘薯贮藏期的最适温度为11～14 ℃，这一温度范围高于甘薯临界低温(9 ℃)、低于甘薯的发芽温度(15～16 ℃)，此温度下甘薯呼吸强度低且平稳，既不易受冷害又不会发芽糠心，贮藏效果最好；因此，本试验将不同类型甘薯品种(系)贮藏在14 ℃冷藏室，贮藏40、70、100、130、160 d时记录甘薯的失水率和腐烂率。同时分别取3份甘薯样品，一份鲜样用于测定淀粉酶等指标，一份样品冻干用于测定甘薯的可溶性糖、蛋白质和总淀粉含量等指标，第三份样品用于测定甘薯淀粉品质等相关指标。

1.3 样品制备

冻干粉样制备：选取5个250 g左右的完好薯块，洗净晾干后用切片机切成3 mm的薄片，液氮浸泡后移至冷冻干燥机中冷冻干燥，待完全冷冻干燥后用锤式旋风磨磨粉，过80目筛，装入密封袋，置于-20 ℃冰箱保存，待用。

甘薯淀粉的制备：甘薯淀粉提取采用组织捣碎法，将洗净的鲜薯先切成丁，再用组织捣碎机加水捣碎，过滤100目筛，洗出淀粉，淀粉浆沉淀8h后，弃去上清液后用去离子水洗2次，取出淀粉并在较低温度下(40～45 ℃)鼓风烘干。用研钵磨碎后过100目筛，装入封口塑料袋内密封，5 ℃保存，以防变质。

鲜样制备：选取5个250 g左右的完整薯块，洗净晾干后切成小薯丁，混匀装入自封袋中置于冷冻冰箱中，待用。

1.4 指标测定

1.4.1 失水率

失水率(%)=(甘薯贮藏前质量-甘薯贮藏后质量)/甘薯贮藏前质量×100。

1.4.2 腐烂率

腐烂率(%)=腐烂甘薯质量/贮藏甘薯质量×100。

1.4.3 鲜食甘薯块根营养成分

冻干率、可溶性总糖、淀粉与蛋白质含量在甘薯收获后测定。

冻干率：选取完好无损、大小相近的薯块3块，将薯块切成薄片后随机取300 g，在冻干机中冻干，计算薯块冻干率，3次重复，取平均值。

淀粉含量参考陆国权[12]的盐酸酸解DNS比色法测定，在此基础上稍作更改，具体操作方法如下：准确称取预先烘干至质量恒定的分析纯葡萄糖1.00 g，将其溶解后定容至1 000 mL，制成葡萄糖标准液。吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL标准液于刻度试管中，分别补加蒸馏水至2 mL，然后加1.5 mL 3，5-二硝基水杨酸试剂(DNS)显色剂，沸水浴5 min后取出冷却至室温，加水定容至25 mL，然后摇匀，于540 nm测定吸光度，制作标准曲线。称取甘薯冻干样1.00 g，将称量好的样品完全转移到50 mL的离心管中，加入85%的乙醇8 mL，50℃水浴保温30 min后取出快速冷却至室温，4 000×g离心5 min，弃去上清液，沉淀重复清洗3次，即得到脱糖后的薯渣。然后向得到的沉淀中加入10 mL 6 mol·L-1盐酸和14 mL蒸馏水，震荡混匀。沸水浴30 min后用碘-碘化钾(I-KI)溶液检验水解的程度。水解完全后取出冷却至室温，过滤去杂，然后滤液用40% NaOH中和至中性或微碱性，将调好pH值的滤液完全转移到100 mL容量瓶中，定容至刻度即得待测液。在540 nm处测液吸光度，计算淀粉含量。

可溶性糖含量参考马琴国等[13]的蒽酮比色法测定，在此基础上稍作更改，具体操作方法如下：称取1 g蒽酮加乙酸乙酯50 mL配成蒽酮试剂，制做标准曲线，再称1 g蔗糖定容至100 mL，摇匀，取1 mL蔗糖溶液定容至100 mL，得到0.1 mg·mL-1蔗糖标准溶液。吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL标准液于8支刻度试管中，分别补加蒸馏水至2 mL，再在每个试管中加入蒽酮试剂0.5 mL和浓硫酸5 mL，沸水浴1 min，冷却，630 nm测吸光度，并记录数据，得到标准曲线。称取冻干样1 g于25 mL离心管中，加入蒸馏水两两配平，加盖后在60 ℃水浴保持20 min，然后7 000×g离心10 min，重复提取3次，上清液合并定容至100 mL，待测。取待测液1 mL稀释10倍，取0.5 mL稀释后的待测液，加1.5 mL水、0.5 mL蒽酮试剂、5 mL浓硫酸，摇匀后，沸水浴1 min，冷却，630 nm测吸光度。

ω(%)=(c×VT×N)/Vs×m×100。 (1)

式(1)中：ω为可溶性糖含量；c为标准曲线上得到的质量(mg)；VT为总待测液体积；N为稀释倍数；Vs为吸取待测液体积；m为总样品量。

粗蛋白含量参考陆国权[12]的DD法检测。

1.4.4 鲜食甘薯淀粉品质

淀粉含量检测方法同1.4.3节。

甘薯淀粉的黏滞特性用快速黏度仪RVA测定。甘薯淀粉的晶体结构用粉末X射线仪-6000测定。

1.5 数据处理

用Excel 2016录入和整理数据，然后用SAS JMP 14 pro 和OriginPro8.5软件进行数据分析和作图。图中数值为平均值±标准差，为验证鲜食甘薯的食用品质和淀粉品质在贮藏期间的差异，对上述指标(数据均有3次重复)进行单因素方差分析，并采用最小显著性差异法进行检验，不同小写字母代表处理之间存在显著差异(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 贮藏期间鲜食甘薯品种间的失水率与腐烂情况

甘薯在贮藏过程中能量处于代谢消耗状态，自身会散失大量水分。从图1可看出，随着贮藏时间的延长，不同类型的甘薯品种失水率都逐渐升高，尤其是淀粉型甘薯品系ZH1042，其失水率从40 d的0增长到160 d的32%，在不同贮藏期该品系的失水率均高于其他类型甘薯品种(系)。鲜食型甘薯ZZ1-358和对照品种心香的失水率变化差异不显著。

柱上无相同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

由于贮藏过程中块根能量的代谢消耗和水分的流失，且贮藏过程中氧气不足，二氧化碳浓度过高等原因，甘薯出现腐烂现象。14 ℃是适宜甘薯贮藏的温度，甘薯可安全贮藏100 d以上，到130 d时淀粉型甘薯品系ZH1042的腐烂率最高，鲜食型甘薯心香并未腐烂；贮藏160 d，ZH1042的腐烂率高于鲜食型品系ZZ1-358和对照品种心香，虽然心香已出现腐烂，但比例在三者中最低(图2)。樊吴静等[14]研究发现，采后块根中的淀粉含量与抗变质能力有密切关系，淀粉含量高的木薯品种采摘后块根更易变质。本研究与该结论一致，说明甘薯和木薯类似，淀粉含量高的品种采后易变质。

图2 贮藏期间甘薯的腐烂率

2.2 鲜食甘薯品种间营养品质差异

2.2.1 冻干率差异

从图3可以看出，淀粉型甘薯ZH1042的冻干率随着贮藏时间的延长而升高，从贮藏40 d的41.22%到贮藏160 d的46.59%，差异显著；对照品种心香的冻干率则随着贮藏时间的延长先下降后缓慢上升，从贮藏40 d的40.25%到贮藏160 d的38.05%，变化幅度小；鲜食型品系ZZ1-358的冻干率则随着时间的延长总体呈现下降趋势，从贮藏40 d的30.52%到贮藏160 d的27.11%。

图3 不同贮藏时间甘薯的冻干率

2.2.2 贮藏期间鲜食甘薯品种间淀粉含量的差异

由图4可知：ZH1042的淀粉含量在贮藏40～70 d表现出明显的下降趋势，从贮藏40 d的78.00%下降到贮藏70 d的70.15%，然后随着贮藏时间的延长而上升，到160 d时达到77.02%；心香的淀粉含量在贮藏40～70 d表现出轻微下降趋势，后期随着贮藏时间的延长呈显著上升趋势，总体上从贮藏40 d的72.00%增长到贮藏160 d的75.91%；ZZ1-358的淀粉含量在贮藏40～70 d表现出显著下降趋势，贮藏100 d时显著上升，随后变化趋势比较平稳。总体而言，3种类型的甘薯淀粉含量基本呈现先下降后上升并逐渐趋于平稳的状态。说明甘薯在贮藏过程中淀粉酶发生作用，将淀粉转化为可溶性糖。

图4 不同贮藏时间甘薯的淀粉含量

2.2.3 可溶性糖含量差异

ZH1042的可溶性糖含量在贮藏70 d最高，随后下降并趋于平稳；心香的可溶性糖含量总体上呈现缓慢下降的趋势；ZZ1-358的可溶性糖含量在贮藏40～70 d缓慢上升，70 d以后下降趋势明显。说明ZH1042在贮藏前期淀粉转化为可溶性糖(图5)。

图5 不同贮藏时间甘薯的可溶性糖含量

2.2.4 蛋白质含量

由图6可知，ZH1042的蛋白质含量随着贮藏时间的延长呈现先升高后降低的趋势，从贮藏40 d的3.60%增长到70 d的4.06%，贮藏160 d下降为3.60%；心香的蛋白质含量从贮藏40 d的4.05%升高到70 d的4.22%，在100 d下降为3.97%，160 d升高为4.15%，总体随着时间的延长呈现先升高后降低再升高的趋势；ZZ1-358的蛋白质含量变化趋势与心香相同。不同贮藏时期ZZ1-358的蛋白质含量均高于ZH1042和心香。

图6 不同贮藏时间甘薯的蛋白质含量

2.2.5 淀粉酶变化

由图7可知，3个品种甘薯的总淀粉酶活性和β-淀粉酶活性随着贮藏时间的延长总体呈现先上升后下降再上升的趋势，α-淀粉酶活性随着贮藏时间的延长变化不显著。其中，淀粉型甘薯ZH1042贮藏100 d和160 d时总淀粉酶活性和β-淀粉酶活性显著高于其他贮藏时间，鲜食型甘薯ZZ1-358贮藏70 d和130 d时总淀粉酶活性和β-淀粉酶活性显著低于其他贮藏时间，对照品种心香贮藏100 d和160 d时总淀粉酶活性和β-淀粉酶活性显著高于其他贮藏时间。

图7 不同贮藏时间甘薯的淀粉酶活性

2.3 鲜食甘薯品种间淀粉品质特性差异

2.3.1 总淀粉含量

甘薯淀粉中总淀粉的含量代表淀粉的纯度。由图8可看出：淀粉型甘薯ZH1042的总淀粉含量在贮藏100 d时最高，之后缓慢降低；鲜食型甘薯ZZ1-358和对照品种心香的总淀粉含量在贮藏70 d时最高，后随着贮藏时间的延长逐渐降低。由此可见，贮藏70～100 d提取甘薯淀粉，其纯度较其他时间高。

图8 不同贮藏时间甘薯淀粉的纯度

2.3.2 淀粉的RVA特性

由表1可以看出，3种类型甘薯品种(系)在不同贮藏时间提取的淀粉，其黏度特性有差异。淀粉型甘薯ZH1042的最高黏度、最终黏度、回复值和热浆黏度在贮藏70 d达到峰值，贮藏100 d显著下降，后随贮藏时间的延长而上升；崩解值在贮藏70 d显著上升，贮藏100 d显著下降，后随贮藏时间的延长而上升，贮藏160 d达到峰值。鲜食型甘薯ZZ1-358淀粉的最高黏度、最终黏度、热浆黏度和崩解值随着贮藏时间的延长而下降，到贮藏100 d降到低谷，在贮藏130 d显著上升，160 d又显著下降；回复值随着贮藏时间的延长而下降，直到贮藏100 d下降到低谷，后随着贮藏时间的延长而上升。对照品种心香淀粉的最高黏度、最终黏度、回复值和热浆黏度值随着贮藏时间的延长而下降，到贮藏100 d降到低谷，后又显著上升；崩解值在贮藏70 d轻微上升，贮藏100 d下降到低谷，后又显著上升。由此可见，甘薯在贮藏100 d时淀粉的最高黏度、最终黏度、回复值和热浆黏度显著小于贮藏70 d和130 d时。

表1 贮藏期间鲜食甘薯淀粉的RVA特性

2.3.3 淀粉的晶体结构特性

不同农作物淀粉的结晶结构不同，主要分为3种类型的X衍射粉末衍射图：(1)谷物类，以稻米、小麦、玉米淀粉为特征的A型模式，其特征峰表现为15°～23°有3个明显的强峰；(2)块茎和果实，以马铃薯、西米和香蕉淀粉为特征的B型模式，其特征峰表现为5.6°、17°、22°和24°出现较强的衍射峰；(3)一些块根和豆类淀粉属于C型模式。C型是A型和B型的综合，和A型相比，衍射图谱在5.6°处有一个中强峰，该峰在样品干燥或部分干燥时可能消失，和B型的衍射图谱相比，在23°展现的是一个单峰[15]。

如图9-A所示，淀粉X衍射分析发现，不同贮藏时间淀粉型品种ZH1042的淀粉衍射强度不同，贮藏100 d之内该品种的淀粉衍射强度大致相同，随着贮藏时间的延长，X射线衍射强度逐渐变强，说明甘薯贮藏期间淀粉的晶体结构不会改变，但X射线衍射强度会增加，影响其结晶度。如图9-B所示，不同贮藏时间鲜食型甘薯ZZ1-358的淀粉衍射强度不同，在贮藏100 d之内，该品种的淀粉衍射强度大致相同，贮藏130 d和160 d的晶体结构大致相同，但其峰值衍射强度明显比贮藏100 d之内的淀粉衍射强度大。如图9-C所示，不同贮藏时间对照品种心香的淀粉衍射强度不同，贮藏40 d和70 d该品种的淀粉衍射强度大致相同，贮藏100 d其峰值衍射强度最大，贮藏130 d和160 d的X射线衍射强度大致相同，但比贮藏70 d之前的淀粉衍射强度大。3个品种(系)甘薯的淀粉X射线衍射表现为2θ在15°、17°和23°处有3个强峰，晶体结构均为A型。

图9 不同贮藏时间不同品种甘薯的淀粉X射线衍射图谱

3 结论与讨论

柳洪鹃等[10]指出，甘薯贮藏过程中可溶性糖含量的变化大致有3种：(1)先升后降，(2)一直上升，(3)先降后升；淀粉含量在贮藏过程中的变化特点主要有4种：(1)先降后升，(2)基本稳定，(3)持续降低，(4)先升后降；影响其变化的因素主要有贮藏方式、贮藏温度、氧气浓度和品种等。本研究针对不同类型的甘薯品种(系)，在不同贮藏时间下分析其品质与淀粉特性的变化规律，结果发现：随着贮藏时间的延长，所有甘薯品种失水率和腐烂率都逐渐升高，高淀粉含量甘薯品系ZH1042在贮藏过程中失水率和腐烂率最高，心香在整个贮藏期的腐烂率最低。3个甘薯品种(系)的总淀粉酶活性和β-淀粉酶活性随着贮藏时间的延长，呈现先上升后下降再上升的趋势且差异显著，而α-淀粉酶活性随着贮藏时间的延长差异并不显著，说明总淀粉酶活性中β-淀粉酶起主要作用。ZH1042淀粉含量呈现先下降后上升的趋势，可溶性糖含量和蛋白质含量总体呈现先上升后下降趋势，整个贮藏期前后可溶性糖的含量变化不显著，而蛋白质含量在贮藏100 d后显著性下降，该品系最适宜的贮藏时间为70 d。ZZ1-358淀粉含量呈现先下降后上升趋势，可溶性糖含量呈下降趋势，而蛋白质含量却先上升后下降又上升，贮藏100 d该品系块根内淀粉含量趋于稳定，淀粉酶活性最高，适宜贮藏时间为100 d。心香的淀粉含量在贮藏100 d后显著上升，可溶性糖含量随着贮藏时间的延长而降低，蛋白质含量则随着贮藏时间的延长而呈现先升高后降低再升高的趋势，该品种适宜贮藏时间为160 d。3个甘薯材料在贮藏70～100 d提取的淀粉纯度最高。在不同贮藏时间下测定的晶体结构均为A型，说明在整个甘薯贮藏期甘薯淀粉的晶体结构都很稳定。

淀粉型甘薯品系ZH1042失水率和腐烂率均最高，这一结果与木薯的有关报道[16]类似。相关报道表明，选育耐贮藏木薯品种时，贮藏过程中淀粉含量的稳定性能更直观地反映其品质变化情况[17]。甘薯贮藏期间碳水化合物的主要变化是淀粉转化为糖，所形成的糖一部分作为呼吸底物被消耗损失，另一部分贮藏于块根中。有研究表明，甘薯贮藏4～5个月后，淀粉含量降低5%～6%，糖分增加3%左右，特别是可溶性全糖显著增加。本研究中ZH1042的淀粉含量在贮藏后总体下降，心香和ZZ1-358的淀粉含量在贮藏后出现轻微上升趋势，可能是由于甘薯体内比淀粉更为复杂的化合物分解，重新合成淀粉，这和林汝湘[18]对普薯13、PR-S19-12、陆红二号3个品种收获后的研究结果有相似之处。

贮藏期间不同类型甘薯总淀粉酶活性和β-淀粉酶活性随着贮藏时间的延长，均呈现出先上升后下降再上升的趋势且差异显著，α-淀粉酶的变化趋势不明显。β-淀粉酶在甘薯中含量丰富，20世纪50年代首次从甘薯中分离得到[19]，是块根中仅次于甘薯贮藏蛋白的一种成分，约占块根可溶性蛋白的5%[20-21]。王炜等[22]研究发现，甘薯贮藏过程中α-淀粉酶活性的变化趋势与甘薯总淀粉含量的变化密切相关，α-淀粉酶活性在贮藏90～120 d处于高峰期，此时总淀粉含量也出现下降，其中，黄心甘薯的α-淀粉酶活性明显高于白心甘薯，而本研究中β-淀粉酶活性与总淀粉酶活性变化一致。3种类型甘薯品种在贮藏70～100 d提取的淀粉纯度最高。同时，贮藏会影响甘薯淀粉的黏度特性。另外，贮藏会改变甘薯淀粉X射线的衍射强度但不改变其晶体结构，3种类型甘薯品种淀粉的最高黏度、最终黏度、回复值和热浆黏度在贮藏100 d会显著下降。