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甘薯糖化特性鉴定及其基因型差异研究
叶夏芳，邱天越，王永徐，吕尊富，陆国权*
（浙江农林大学薯类作物研究所，杭州临安，311300）
摘要：【目的】甘薯的甜度主观影响消费者对其的总体评价，为探明甘薯糖化机理，筛选优势品种【方法】通过对不同品种甘薯的各指标测定以及不同加工途径后其糖分变化情况进行分析。【结果】贮藏期甘薯糖分主要来源为淀粉，糖含量的高低由淀粉含量决定，与淀粉酶活性相关性不显著；蒸制时淀粉酶酶活性得到充分发挥，糖分增率由淀粉酶活性决定，但总体糖分增加量较低；烤制时淀粉酶活性受到抑制，但作用时间长，能产生较多糖分。【结论】依据试验结果筛选出渝217为最优糖化品种。
关键词：甘薯；糖化；品质性状指标
中图分类号：S531 文献标志码：A
Saccharification characteristics identification and genotypic difference of sweetpotatoes
YE Xia-fang, QIU Tian-yue, WANG Yong-xu, LV Zun-fu, LU Guo-quan *
(Institute of potato crops, Zhejiang agriculture and Forestry University, Ling'an, Hangzhou, 311300)
Abstract：[Objective] Sweetness of sweetpotatoes subjectively affects consumers'overall evaluation. In order to find out the mechanism of sweetpotatoes saccharification and select the dominant varieties, the sugar changes of different varieties of sweetpotatoes were analyzed through the determination of various indicators and different processing routes. [Result] The main source of sugar in sweetpotatoes during storage was starch, and the level of sugar content was determined by starch content, but the correlation between amylase activity and amylase activity was not significant. Amylase activity was fully developed during steaming, and the rate of sugar increase was determined by amylase activity, but the total sugar increase was low. Amylase activity was inhibited during baking. However, it can produce more polysaccharides for a long time. [Conclusion] According to the experimental results, Yu217 was selected as the best saccharifying variety.
Key words：sweetpotato; saccharification; quality traits index
我国拥有丰富的甘薯资源，2015年年总产量达1.06亿吨[1]。甘薯用途广泛，除食用外还可用于饮料加工、色素提取、淀粉加工、药用及饲料等。在较早就有关于甘薯糖化现象的发现，但这方面的研究还不完善。甘薯中含有α-淀粉酶和β-淀粉酶，α-淀粉酶又称液化淀粉酶，它能断开淀粉内部的α-1,4-糖苷键，从而产生糊精、低聚糖和少量单糖，在甘薯中含量较少[2]。甘薯中含有大量的β-淀粉酶，能断开α-1,4-糖苷键,从淀粉分子非还原性末端依次切下1个麦芽糖单位[3]。谢逸萍等[3]对甘薯淀粉酶活性在贮藏期和淀粉率下降的动态研究认为，甘薯淀粉酶活性和鲜薯的淀粉水解有关，但淀粉酶活性高低与淀粉率下降速度不相关，可得出淀粉酶不一定是甘薯糖分和其淀粉降解的来源的结论。卞科等[4]对甘薯蒸煮、烘烤等不同熟化加工的研究表明，甘薯加工后其还原糖含量显著增加，可溶性糖含量变化不大。理论上α－淀粉酶仅能水解糊化后的淀粉，对原淀粉的水解能力极低，可见在加工过程中，淀粉边糊化边糖化从而使得加工后可溶性糖含量大幅增加，而在加工过程中β－淀粉酶对可溶性多糖的进一步糖化使还原糖含量大幅增加。由此可见，甘薯中α－淀粉酶、β－淀粉酶应该具有较好的耐高温性，尤其是α－淀粉酶应在淀粉糊化温度点以上仍具有较高的活性[5]。类似的结果出现在TakahataY等[6]的研究中:在高麦芽糖品系中甘薯β－淀粉酶的耐高温性差异较大，并且淀粉颗粒在加热过程中的提早糊化及β－淀粉酶良好的热稳定性对高麦芽糖品系的作用十分重要。
为探究甘薯品种间糖化差异以及在加工过程中的糖化特点，通过对多个甘薯品种的品质性状以及熟化前后的薯块的干率、淀粉率、直链淀粉含量、淀粉酶活性、可溶性糖含量、还原糖含量等指标的分析，找出决定甘薯熟化糖化的内在因素和熟化方法因素。选择蒸制、烤制两种熟化方法，然后对熟化后的薯块进行感官评价，直观地分析熟化方法对不同品种甘薯糖化程度的影响。高路[7]的研究表明鲜薯的还原糖含量和可溶性糖含量在经过蒸煮和烘烤后都增加了一定数值。但该研究在加工过程中使用的是鲜薯片样品，因为薯片较薄，加工过程中细胞各处温度快速上升，所以易导致其内部β–淀粉酶钝化或失活，进而导致经蒸煮和烘烤处理后甘薯糖化程度较弱。而实际生活中的烘烤是将整块甘薯放置于烘箱中进行烤制，烘烤过程中薯块内温度并非均匀上升，而是从外向内逐渐传递，因此，普通烘烤时β–淀粉酶得到较充分的发挥，从而使烘烤后薯块甜度高，效果好。为使试验结果更实用，试验采用整块甘薯烤制和蒸制。
1 材料与方法
1.1 材料
从全国育成的甘薯新品种中筛选24个有代表性品种（渝217、10-17-2、万薯56、烟25、万薯5号、济农76、渝薯12-2-8、渝薯9-14-27、商19、商1320-3、渝薯12-3-10、济农95、济农45、棉薯8号、万薯7号、烟24、桂紫微薯1号、湘09-8、心香、桂薯11-196、济农277、绵薯12、商135-3、渝薯11-15-15）为材料。于2017年育苗，并于五月中旬种植于校官塘农场，每个品种种植5株，株距25cm，在十月下旬收获，并贮藏于甘薯保鲜库中备用。
1.2 糖化加工工艺
1.2.1 蒸制：
取大小适中的甘薯，洗净晾干，沸水蒸制30min。
1.2.2 烤制：
取大小适中的甘薯，洗净晾干， 225℃烤箱中烤制30min。
1.3 指标测定方法[8-12]
1.3.1 干率测定：
取大小适中、无破损的薯块，洗净切片，准确称量记为M1，平整铺于烤盘上， 65℃烘干至恒重，准确称量记为M2，干率X由下式计算：
1.3.2 淀粉率测定[10]
按照国家甘薯试验制定的统一记载标准提出的公式：淀粉率%=0.7781*干率%-0.0074，推算出淀粉率。
1.3.3 直链淀粉含量测定
参考肖昕[11]等人的研究利用近红外光谱法分析测定。
1.3.4 淀粉酶活性测定
准确称取薯块中心部位1g的样品，研磨粉碎，室温下静置15-20min，3000r·min-1离心10min，取上清液定容至100mL制得淀粉酶待测液，测定并计算。
1.3.5 可溶性糖含量的测定[12]
准确称取0.1g的样品，研磨粉碎，沸水浴30min，过滤，定容至25ml，制得可溶性糖待测液，测定并计算。
1.3.6 还原糖含量测定
准确称取1g(蒸制和烤制则为0.3g)样品，研磨粉碎， 50℃恒温水浴20min，4000r·min-1下离心5min，取上清液。重复三次提取，合并上清液，蒸馏水定容至100ml，得到还原糖待测液，测定并计算。
1.3.7 食味品质感官评价[13]
将样品分别切条装袋，依次摆放在桌上，保证室内明亮，气温在23℃左右，无异味。选定敏感度高的5男5女评价。评价前两小时无进食，不介绍具体品种信息，遵循先看、后闻、再尝的原则，按照香味、褐变度、质地、纤维量、甜味、粘性和总评七个项目进行评价，采用五分制，最后取平均值。
1.4 数据处理和统计分析
采用Excel 2003进行数据整理；数据分析采用SPSS 19.0，方差分析采用One-way ANOVA，多重比较采用Tukey HSDa法，相关性分析采用Pearson相关双尾T检测。
2 结果与分析
2.1 淀粉酶活性
由图1可知，渝217的淀粉酶活性最高，为1255.81μg·g-1·min，渝薯11-15-15的淀粉酶活性最低，为241.86μg·g-1·min，极差达到1013.95μg·g-1·min，平均值为604.65μg·g-1·min，标准差为269.31，品种间淀粉酶活性差异显著。
图1 品种间甘薯淀粉酶活性的差异
Fig. 1 Differences in amylase activity among sweetpotatoes varieties
2.2 干率、淀粉率和直链淀粉含量
由图2可知，品种间甘薯干率、淀粉率、直连淀粉含量差异较大[14]，其中渝217、10-17-2、渝薯9-14-27、商1320-2、湘09-8和绵薯12有较高的干率、淀粉率和直链淀粉含量，烟25各指标含量都很低。
图2 品种间甘薯干率、淀粉率和直链淀粉含量的差异
Fig. 2 Differences in dry rate, starch content and amylose content of sweetpotatoes varieties
2.3 鲜薯还原糖含量
由图3可知，贮藏期间万薯7号、绵薯8号、济农277、渝薯12-3-10有较高的还原糖含量，其中济农277还原糖含量最高，为6.19%，各品种中渝薯9-14-27还原糖含量最低，为1.12%，平均值为3.41，标准差为1.50，品种间还原糖含量差异显著。
图3 品种间甘薯还原糖含量的差异
Fig. 3 Difference of reducing sugar content among sweetpotatoes
2.4 鲜薯可溶性糖含量
比较图3和图4可知，除了万薯7号、绵薯8号、济农277，其余品种可溶性糖含量都比还原糖含量高。渝薯9-14-27有最高的可溶性糖含量，为6.19%，商1320-3可溶性糖含量最低，为3.98%，平均值为5.56%，标准差为0.50，品种间可溶性糖含量差异不显著。
图4 品种间甘薯可溶性糖含量的差异
Fig. 4 Difference of soluble sugar content between sweetpotatoes varieties
2.5 蒸、烤后的甘薯淀粉酶活性
由表1可知，淀粉酶在完全熟化后已经失活，对熟化的甘薯样品淀粉酶活性检测不具备分析价值，因此加工后还原糖含量和可溶性糖含量及其变化以鲜薯淀粉酶活性大小排序比较。
表1 部分品种甘薯熟化后淀粉酶活性
Table 1 Amylase activity of some varieties of sweetpotatoes after ripening
|
品种 |
酶活性/μg·g-1·min |
|
渝217 |
-9.30±14.41 |
|
10-17-2 |
-18.60±14.41 |
|
万薯56 |
18.60±14.41 |
|
商135-3 |
-18.60±51.96 |
|
绵薯12 |
18.60±14.41 |
|
渝薯11-15-15 |
-9.30±14.41 |
2.6 蒸制后甘薯还原糖含量变化
由图5可知，蒸制过后万薯56、渝薯12-3-10、万薯7号和济农277有较高的还原糖含量，其中万薯56还原糖含量最高，为10.63%，各品种中湘09-8和渝薯11-15-15还原糖含量最低，为2.69%，平均值为7.01，标准差为2.68，品种间还原糖含量差异仍然显著。
图5 蒸制后品种间甘薯还原糖含量的差异
Fig. 5 Differences in reducing sugar content of sweetpotatoes varieties after steaming
由图6可知，蒸制过后各品种甘薯还原糖含量都有一定的增加，其中万薯56增加量最多，有6.88%，湘09-8增加量最少，为1.01%，平均值为3.60%，标准差为1.62，可见各品种还原糖增量存在差异。图中品种序列是根据鲜薯淀粉酶活性从高到低排序的，图中还原糖增量没有明显变化趋势，可以推测蒸制过后各品种甘薯还原糖增量与鲜薯淀粉酶活性之间不存在线性关系。图中还原糖增率曲线存在一定递减趋势，可以推测蒸制过后各品种甘薯还原糖增率与鲜薯淀粉酶活性之间可能存在一定线性关系。
注：Z=蒸薯；下同
图6 蒸制后各品种甘薯还原糖含量变化
Fig. 6 Changes of reducing sugar content of sweetpotatoes varieties after steaming
2.7 蒸制后甘薯可溶性糖含量变化
由图7可知，蒸制过后烟25、渝薯9-14-27、商19和心香有较高的可溶性糖含量，其中心香可溶性含量最高，为16.93%，商1320-3可溶性糖含量最低，为10.76%，平均值为14.74，标准差为1.39，品种间可溶性糖含量差异显著。
图7 蒸制后品种间甘薯可溶性糖含量的差异
Fig. 7 Differences in soluble sugar content of sweetpotatoes varieties after steaming
由图8可知，蒸制过后各品种甘薯可溶性糖含量都有一定的增加，其中心香增加量最多，有10.96%，商1320-3增加量最少，为6.78%，平均值为9.18%，标准差为0.99，品种间甘薯可溶性增量存在差异，但差异不明显。图中可溶性糖增量没有明显变化趋势，可以推测蒸制过后可溶性糖增量与鲜薯淀粉酶活性之间不存在线性关系。图中可溶性糖增率曲线没有明显变化趋势，可以推测蒸制过后可溶性糖增率与鲜薯淀粉酶活性之间不存在线性关系。
图8 蒸制后品种间品种甘薯可溶性糖含量变化的差异
Fig. 8 Variation of soluble sugar content of sweetpotatoes varieties after steaming
2.8 烤制后甘薯还原糖含量变化
由图9可知，烤制过后万薯56、渝薯12-3-10、济农277、绵薯8号、万薯7号和烟24有较高的还原糖含量，其中渝薯12-3-10还原糖含量最高，为10.45%，万薯5号还原糖含量最低，为3.55%。平均值为7.17%，标准差为2.34，品种间还原糖含量差异显著，但相较蒸制过后还原糖含量差异有所减小。
图9 烤制后各品种甘薯还原糖含量
Fig. 9 Reducing sugar content of sweetpotatoes varieties after roasting
由图10可知，烤制过后各品种甘薯还原糖含量都有一定的增加，其中万薯56增加量最多，有6.17%，桂薯11-196增加量最少，为1.05%，平均值为3.76%，标准差为1.20，可见各品种还原糖增量存在差异，但相较蒸制过后还原糖含量增量差异有所减小。图中品种序列是根据鲜薯淀粉酶活性从高到低排序的，图中还原糖增量没有明显变化趋势，可以推测烤制过后各品种甘薯还原糖增量与鲜薯淀粉酶活性之间不存在线性关系。图中还原糖增率曲线没有明显变化趋势，可以推测烤制过后各品种甘薯还原糖增率与鲜薯淀粉酶活性之间不存在线性关系。
注：K=烤薯；下同
图10 烤制后各品种甘薯还原糖含量变化
Fig. 10 Changes of reducing sugar content of sweetpotatoes varieties after roasting
2.9 烤制后甘薯可溶性糖含量变化
由图11可知，烤制过后渝217、烟25、商19和心香有较高的可溶性糖含量，其中心香可溶性含量最高，为17.02%，商1320-3可溶性糖含量最低，为11.10%，平均值为14.13%，标准差为1.26，品种间可溶性糖含量差异显著。
图11 烤制后品种间甘薯可溶性糖含量的差异
Fig. 11 Differences in soluble sugar content of sweetpotatoes varieties after roasting
由图12可知，烤制过后各品种甘薯可溶性糖含量都有一定的增加，其中心香增加量最多，有11.05%，商1320-3增加量最少，为7.13%，极值为3.92%，平均值为8.56%，标准差为0.93，品种间甘薯可溶性增量存在差异，但差异不明显，相较蒸制过后可溶性糖含量增量差异有所减小。图中可溶性糖增量没有明显变化趋势，可以推测烤制过后可溶性糖增量与鲜薯淀粉酶活性之间不存在线性关系。图中可溶性糖增率曲线没有明显变化趋势，可以推测烤制过后可溶性糖增率与鲜薯淀粉酶活性之间不存在线性关系。
图2-12 烤制后各品种甘薯可溶性糖含量变化
Fig. 2-12 Changes of soluble sugar content of sweetpotatoes varieties after roasting
2.10 烤薯食味品质感官评价
如表2所示，渝217、济农76、商1320-3、渝薯12-3-10、商135-3和渝薯11-15-15有较高总评分，可视为优质烤薯品种。
表2烤薯食味品质感官评价
Table 2 Sensory evaluation of eating quality of baked potatoes
|
品种 |
香味1淡-5浓 |
褐变度1重-5轻 |
质地1软烂-5粉面 |
纤维量1多-5少 |
甜味1低-5高 |
粘性1弱-5强 |
总评1差-5强 |
|
渝217 |
3 |
4 |
3.5 |
2.5 |
3.5 |
2.5 |
4 |
|
济农76 |
3 |
3 |
2 |
3.5 |
3.5 |
3 |
3.5 |
|
渝薯12-2-8 |
3 |
2 |
2.5 |
3 |
3 |
2 |
3.1 |
|
渝薯9-14-27 |
2 |
4 |
4 |
4 |
3 |
2 |
3.1 |
|
商1320-3 |
2 |
4 |
3 |
3 |
2 |
2 |
3.5 |
|
渝薯12-3-10 |
3 |
2 |
3 |
3 |
3.5 |
3 |
3.7 |
|
万薯7号 |
3 |
4 |
2 |
2.5 |
3 |
2.5 |
3.1 |
|
桂紫微薯1号 |
2 |
3 |
3 |
3 |
2.5 |
3 |
3.4 |
|
商135-3 |
3 |
3 |
3.5 |
4 |
3 |
3 |
3.7 |
|
渝薯11-15-15 |
3.5 |
3 |
3 |
3 |
4 |
2 |
4.1 |
|
注：n=24;表中删除了总评分在小于等于3的品种数据 |
|||||||
2.11 各指标相关性分析
由表3和表4可知，鲜薯可溶性糖含量与淀粉酶活性相关性不显著，与干率、淀粉率和直链淀粉含量相关性显著；还原糖含量与淀粉酶活性相关性显著，与可溶性糖含量、干率、淀粉率和直链淀粉含量相关性极显著。可以得出贮藏期间影响甘薯糖分含量最重要的因素是淀粉含量，还原糖一部分来自淀粉的水解一部分来自可溶性糖的进一步水解，而可溶性糖的水解必定有除淀粉酶外的酶参与。蒸制过后还原糖含量与鲜薯还原糖含量、可溶性糖含量、干率、淀粉率和直链淀粉含量相关性极显著，说明其一部分来自贮藏期的还原糖，一部分来自蒸制过程中可溶性糖和淀粉的水解；可溶性糖含量与鲜薯可溶性糖含量相关性极显著，与干率、淀粉率和直链淀粉含量相关性显著，说明其一部分来自贮藏期的可溶性糖，一部分来自蒸制过程中淀粉的水解。蒸制过后还原糖含量增率与鲜薯还原糖含量、淀粉酶活性、干率、淀粉率、直链淀粉含量和蒸制后还原糖含量相关性极显著，和可溶性糖含量相关性显著，说明蒸制过程中还原糖含量的增加主要来自淀粉酶水解淀粉和可溶性糖的进一步水解，淀粉酶活性发挥得较充分；蒸制过后可溶性糖含量增率与鲜薯可溶性糖含量和蒸制后可溶性糖含量相关性极显著，与鲜薯淀粉酶活性、干率、淀粉率和直链淀粉含量相关性显著，说明蒸制过程中一部分淀粉水解产生可溶性糖，但由于一部分可溶性糖在酶的水解作用下转化为还原糖所以增率减小[5]。烤制过后还原糖含量与鲜薯还原糖含量、可溶性糖含量、干率、淀粉率和直链淀粉含量相关性极显著，说明其一部分来自贮藏期的还原糖，一部分来自烤制过程中可溶性糖和淀粉的水解；可溶性糖含量仅与鲜薯可溶性糖含量相关性极显著，与干率、淀粉率和直链淀粉含量相关性不显著，说明在蒸烤时可溶性糖的进一步水解更充分。烤制过后还原糖含量增率与鲜薯还原糖含量、干率、淀粉率、直链淀粉含量和烤制后还原糖含量相关性极显著，与鲜薯可溶性糖含量相关性显著，与淀粉酶活性相关不显著，说明烤制过程中可溶性糖的水解作用显著，淀粉的水解作用不显著；烤制过后可溶性糖含量增率仅与鲜薯可溶性糖含量和烤制后可溶性糖含量相关性极显著，说明烤制过程中淀粉的水解作用不显著。
表3 甘薯各指标之间的相关系数
Table 3 Correlation coefficient between sweetpotatoes indexes
|
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淀粉率 |
干率 |
总评 |
甜味 |
KKZL |
可溶性糖K |
KHZL |
还原糖K |
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KHZL |
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