甘薯貯藏過程中營養品質變化及生理機制研究進展

柳洪鵑，史春余，張海峰，姚海蘭，張 超

(山東農業大學農學院，山東泰安 271018)

甘薯是世界上重要的糧食作物之一;其中，中國甘薯(Ipomaea batatas LAM.)年產量約占全球總產量的80%，是繼水稻、小麥和玉米之后的第四大糧食作物［1］。目前甘薯的應用已經從作為糧食作物轉變到工業原料、飼料和鮮食上來［2］，與此相適應的品種類型是淀粉型品種和食用型品種。食用型品種的主要用途是鮮食和作為保健食品加工原料，食用甘薯塊根中除含大量淀粉、可溶性糖和膳食纖維外，還含有豐富的胡蘿卜素、維生素C、葉酸、脫氫表雄酮和糖蛋白等生理活性物質［3，4］;其中，脫氫表雄酮具有良好的抗癌功效，糖蛋白有降血脂和膽固醇的作用，而胡蘿卜素和維生素C等是很好的抗氧化劑，可以預防衰老，具有良好的營養保健功能。隨著人們生活水平的提高和營養保健意識的增強，優質食用型甘薯及其制品越來越受到消費者的青睞。

食用型甘薯存在著集中收獲與分期銷售的矛盾，貯藏成為解決這一矛盾的關鍵。但是，甘薯塊根體積大、水分含量高、呼吸旺盛，而且皮薄肉嫩、組織脆弱、易受冷害等，所以在一般條件下貯藏時間短、營養損失多［5］。因此，圍繞著貯藏期間塊根的品質變化特點以及貯藏方法和貯藏條件對品質的影響，國內外學者進行了一系列的研究工作。

1 塊根貯藏過程中碳水化合物的變化及其生理機制

甘薯在收獲后生長已停止，但生命活動沒有停止，收獲初期呼吸代謝仍較為旺盛，生命活動的方向已從合成為主轉變成將體內高分子化合物分解成簡單分子為主，如淀粉等多糖分解成雙糖、單糖，并放出能量，維持其正常代謝［6］。

1.1 塊根貯藏過程中碳水化合物的變化特點

植物組織中的糖包括可溶性糖和非可溶性糖，而甘薯塊根在貯藏中發生變化的主要是可溶性糖和非可溶性糖中的淀粉。甘薯塊根貯藏過程中可溶性糖的變化特點大致有如下幾種:(1)可溶性糖含量先上升后下降。林汝湘［6］在短期貯藏研究中發現，PR－S19－12、陸紅二號、普薯13、美1－110、蓮薯等品種收獲后前5 d，糖含量迅速增加，大部分品種淀粉含量減少，而且糖增加越多，淀粉減少就越多;后5 d，糖含量有所下降，其中，PR－S19－12和陸紅二號下降速度較快，而普薯13、美l－l10和蓮薯則下降緩慢，這是甘薯呼吸作用消耗的結果。龐杰、馮彤等［7］應用軟庫貯藏研究也表明:可溶性糖含量先升高，然后下降。王樹佃［8］以52－45為研究對象得出類似結論，52－45在貯藏0～60 d時可溶性糖含量迅速增加，60～120 d期間增加緩慢，120～180 d期間略有降低。(2)可溶性糖含量一直上升。林汝湘［6］的研究表明，品種W191在短期貯藏過程中的可溶性糖含量一直上升。王樹佃［8］以勝利百號為試材得到類似的研究結果，整個貯藏期中勝利百號的可溶性糖含量一直上升，且前2個月上升較快，后4個月上升緩慢。J.Amer［9］指出愈傷處理期間的碳水化合物代謝利于可溶性糖的凈合成，貯藏期間所用4個桔色薯肉品種的可溶性糖含量持續增加。其中的蔗糖含量在愈傷處理期間和貯藏期間一直增加，其形成的基質可能是淀粉，因為在貯藏期間AIS(非醇溶固形物)的含量(大部分是淀粉)減少了;4個品種(Jsper除外)還原糖含量在愈傷處理和貯藏期間也是持續增加的，尤其是在第4周和第14周，增幅最大，其可能來源于淀粉而不是蔗糖的降解，因為蔗糖的含量在此期間沒有下降。(3)可溶糖含量先降低然后升高。D.H，Ficha［9］對兩個白色薯肉品種Rojo Blanco和白星的研究結果表明，Rojo Blanco在最初4周、白星在最初14周總糖含量逐漸減少，之后又略微增加。

甘薯塊根貯藏過程中淀粉的的變化特點主要有如下幾種:(1)淀粉含量先降低后升高。林汝湘［6］的研究表明，普薯13、PR－S19－12、陸紅二號3個品種收獲后前5 d淀粉含量降幅較大，收獲后10 d淀粉含量開始回升，并接近收獲時的水平，這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，以求保持原有平衡的自我調節造成的。蓮薯和美1－110兩個品種收獲前5d淀粉含量降幅較小，收獲后10 d其含量略有增加。(2)淀粉含量基本穩定。李鵬霞［10］在研究甘薯低溫貯藏下品質變化規律時發現，貯藏期間塊根的淀粉含量基本保持平穩。(3)淀粉含量持續降低。王樹佃等［8］以勝利百號和52－45兩個品種為實驗材料研究表明:甘薯在長期貯藏過程中，薯塊內的淀粉不斷分解轉化為糖和糊精，因而淀粉含量逐漸降低。Christopher C等［11］也指出，貯藏期間塊根淀粉含量降低。(4)淀粉含量先升高后降低。林汝湘［6］的研究結果表明，品種W191在收獲后的前5 d淀粉含量升高，收獲后10 d淀粉含量卻下降了。

1.2 塊根貯藏過程中影響碳水化合物變化的因素

塊根貯藏過程中對碳水化合物變化產生影響的因素主要有品種、貯藏方式、氧氣濃度和貯藏溫度等。分述如下:

(1)品種 貯藏期間塊根可溶性總糖含量的變化特點因品種而異。林汝湘［6］在短期貯藏研究中發現，PR－S19－12、陸紅二號、普薯13、美1－110、蓮薯等品種收獲后前5 d，糖含量迅速增加;后5d，糖含量有所下降，而且不同品種下降速度存在差異。但是，品種W191在貯藏過程中的可溶性糖含量一直上升。王樹佃［8］的研究結果表明，品種52－45在貯藏0～60 d時可溶性糖含量迅速增加，60～120 d期間增加緩慢，120～180 d期間略有降低;而勝利百號在整個貯藏期中的可溶性糖含量一直上升。D.H，Ficha［9］指出，貯藏期間4個桔色薯肉品種的可溶性糖含量持續增加，除Jasper外其它3個品種的還原糖含量也是持續增加的;兩個白色薯肉品種貯藏前期總糖含量逐漸減少，之后又略微增加。李鵬霞［10］采用品種“寧紫1號”和“寧選1號”在低溫下貯藏，寧紫1號貯藏到105 d時可溶性糖含量已經極顯著下降(p＜0.01);寧選1號到貯藏結束時可溶性總糖含量與其最大值之間仍無顯著性差異。貯藏期間塊根淀粉含量的變化特點也與品種有關。林汝湘［6］的研究表明，普薯13、PR－S19－12、陸紅二號3個品種收獲后的前5 d淀粉含量大幅降低，收獲后10 d淀粉含量開始回升;蓮薯和美1－110兩個品種收獲后的前5d淀粉含量有所降低，收獲后10 d其含量略有增加。但是，品種W191在收獲后的前5 d淀粉含量升高，收獲后10 d淀粉含量卻下降了。而王樹佃等［8］以勝利百號和52－45兩個品種為實驗材料研究表明:甘薯在長期貯藏過程中，淀粉含量不斷降低，其變化幅度因品種不同而存在差異。

(2)貯藏方式 龐杰等［7］以軟庫、普通房和高溫窖3種貯藏方式研究表明:在貯藏期間，軟庫貯藏的塊根可溶性糖含量在前60d基本穩定，此后至貯藏終期持續降低;而高溫窖藏和室溫貯藏的塊根在整個貯藏期間其可溶性糖含量一直下降，但其終期含量均高于軟庫貯藏。

(3)氧氣濃度 早期已有研究表明:在極端的氧氣濃度(0%和100%)下，蔗糖和總糖增多而還原糖減少。L.A.Chang，S，J.Kays等［12］將甘薯塊根在30℃、90%相對濕度下處理7 d之后，再在13～16℃、85%相對濕度下貯藏，研究表明貯于低氧濃度(6%)中的塊根可比貯于高氧中累積更多的總糖量。同時，他所進行的研究還表明不同氧氣濃度對塊很中淀粉量無顯著影響。

(4)貯藏溫度 L.A.Chang，S，J.Kays［12］研究表明，貯藏期間，甘薯塊根碳水化合物的轉化，包括淀粉最初分解形成還原糖和糊精，以及從還原糖合成蔗糖。其中，淀粉轉化為蔗糖的過程依賴于溫度和時間，而且當溫度高于15℃時，轉化速率顯著增大，當低于13℃時則迅速減小。李鵬霞［10］認為，在低溫貯藏條件下，淀粉含量基本穩定，說明低溫貯藏有助于甘薯淀粉含量的保持，這有利于甘薯淀粉類產品的加工。

1.3 塊根貯藏過程中碳水化合物變化的生理機制

塊根貯藏過程中，淀粉酶的存在引起淀粉分解，導致淀粉含量降低。而α－淀粉酶和β－淀粉酶是貯藏中引起淀粉分解的主要酶。其中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［13］，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%［14，15］。β－淀粉酶作用于非還原性末端的倒數第二個糖苷鍵，生成麥芽糖和小分子量的極限糊精，包含α－和β－淀粉酶不分解的α－1，6糖苷鍵。而α－淀粉酶切斷α－1，4糖苷鍵，其終產物主要為麥芽糖和極限糊精［16］。貯藏中淀粉含量的變化與上述兩種酶的活性密切相關。

龐杰等［16］以軟庫為貯藏方式研究指出:淀粉酶和磷酸化酶作為薯塊貯藏期間碳水化合物相互轉化的關鍵酶，隨溫度變化相互消長，并且磷酸化酶活性極低，在試驗溫度范圍內作用有限;在貯藏過程中，淀粉酶的活性先升高后下降;淀粉酶在軟庫貯藏的前后期活性較對照低，中期較對照高。謝逸萍等［17］以徐薯22、徐薯18、徐25－2、徐9912、冀99、蘇渝303、徐薯25為試材研究表明:貯藏期間各品種淀粉酶活性變化趨勢基本相同，多數品種酶活性高峰值出現在貯藏30 d至45 d之間，在貯藏60 d后酶活性逐漸下降，且大部分品種在酶活性達高峰時淀粉率下降較快。而Christopher C等［12］在研究Hidry、煙1、潮1、豫北白、廣16和廣7幾個品種的貯藏特性時發現:a－淀粉酶在收獲時活性較低，貯藏60d后達到較高水平，貯藏180 d后降低到剛收獲時的水平。許傳琴等［18］研究表明，a－淀粉酶活性通常收獲后上升，貯藏期間活性發生波動;貯藏中a－淀粉酶活性的變幅與基因型有關。

2 塊根貯藏中其它營養物質的變化及生理機制

2.1 塊根貯藏過程中維生素C的變化

王樹佃等［8］以勝利百號和52－45兩個品種為實驗材料研究表明:甘薯體內的維生素C在收獲時含量較高，貯藏過程中明顯減少，貯藏30d損失近10%，繼續貯藏到60 d，維生素C含量只相當于剛收獲時的70%左右。林汝湘［6］采用6個冬種夏收的甘薯品種，在研究甘薯常溫室內短期(貯藏10 d)存放營養變化的試驗中，也得到了維生素C在存放過程中含量不斷減少的結論。此外，龐杰、馮彤等［7］應用軟庫貯藏研究表明:與室溫貯藏和高溫貯藏相比，軟庫貯藏的薯塊還原型VC含量在前期維持較高水平，后期下降較緩，最終含量較高。

甘薯塊根中含有豐富的維生素C，前人對塊根貯藏過程中維生素C含量變化進行了一些研究。但是，有關甘薯貯藏過程中維生素C代謝酶的研究尚未見報道。

2.2 塊根貯藏期間胡蘿卜素含量的變化

謝一芝等［19］的研究表明，甘薯塊根經愈合處理和貯藏后其胡蘿卜素含量有所增加，但在不同貯藏時期其變化存在一定的差異，表現為在貯藏的前30 d其含量增加較多，而在以后貯藏過程中則一直下降。而林汝湘［6］采用6個冬種夏收甘薯品種，在甘薯短期存放實驗中發現:甘薯短期存放胡蘿卜素含量不斷增加。Maurice W.Hoover等［20］將各品種收獲后于29.4℃下愈傷處理10 d，后在15.6℃下貯藏105 d，結果表明:貯藏的前21 d胡蘿卜素含量顯著升高。但是，也有人認為愈合處理及貯藏對胡蘿卜素含量沒有明顯的影響［21－23］。此外，貯藏期的溫度對胡蘿卜素的含量有一定的影響，溫度較低(10℃)時大部分品種的胡蘿卜素有下降的趨勢，貯藏溫度較高時(15－20℃)則含量顯著增加;塊根貯藏過程中，不同品種間胡蘿卜素的變化特點存在一定的差異［19，20］。

雖然有關甘薯貯藏過程中胡蘿卜素含量變化特點的研究較多，但是胡蘿卜素含量變化生理機制的研究鮮見報道。

2.3 塊根貯藏過程中黃酮苷含量的變化

黃酮化合物是甘薯塊根中重要的營養保健成分。李鵬霞［10］在研究寧紫1號和寧選1號的貯藏特性時發現:甘薯的黃酮甙含量呈現先增后降的變化趨勢，其峰值出現在貯藏45 d時;與峰值比較，采用低溫貯藏的處理，到105 d時仍然沒有顯著下降。

2.4 塊根貯藏過程中蛋白質和糖蛋白含量的變化

甘薯除含豐富的糖類外，其塊根中一般還含有1.2～10 g/100 gDW的蛋白質［24］。李鵬霞［10］的研究表明:在貯藏期間塊根可溶性蛋白質含量總體上有所下降，但均未與貯藏前出現顯著性差異。

糖蛋白是由蛋白質分子和除核酸外的包含有碳水化合物基團的物質共同組成的一類復合物［25］。在生物體內糖蛋白以不同的形式存在而發揮作用，是細胞膜、細胞間基質、血漿、粘液、激素等的重要構成成分［26］。日本營養學家最近發現甘薯中含有一種獨特的粘蛋白，具有抑制膽固醇在體內沉積、增強機體免疫力、減少高血壓發生率、減慢人體器官老化速度等特殊生理功能［27，28］。目前，國內研究已測定出甘薯糖蛋白組成，并對其性質進行初步研究［29］，而對貯藏過程中糖蛋白含量變化的研究鮮見報道。

2.5 塊根貯藏中硝酸鹽、亞硝酸鹽含量的變化及生理機制

2.5.1 硝酸鹽、亞硝酸鹽含量的變化

硝酸鹽和亞硝酸鹽是植物產品中的不良成分。不同種類作物新鮮可食部分中的硝酸鹽含量為:根菜類＞薯芋類＞綠葉菜類＞白菜類＞蔥蒜類＞豆類＞瓜類＞茄果類蔬菜;即便如此，同一蔬菜種類的不同品種之間、同一種蔬菜的不同部位之間的NO3－含量也相差很大［30，31］。由上可知，薯芋類的硝酸鹽含量高于綠葉菜類，姚海蘭［32］等研究表明甘薯塊根的硝態氮含量達到136 mg/kgFW。目前對葉菜類短期貯藏中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量變化研究較多［33］，而有關甘薯塊根長期貯藏過程中硝酸鹽變化特點的研究尚未見報道。

2.5.2 硝酸鹽、亞硝酸鹽含量變化的生理機制

硝態氮(NO3－－N)是植物吸收氮的主要形式，進入植物體后必須還原為NH+4－N后才能參與氨基酸與蛋白質的合成。植物體吸收的硝酸鹽在硝酸還原酶(NR)和亞硝酸還原酶(NiR)的作用下生成氨態氮，繼而在谷氨酰胺合成酶(GS)等的作用下生成氨基酸，進而合成蛋白質［34］。甘薯塊根中硝酸鹽、亞硝酸鹽含量較高，對其貯藏過程中含量變化的生理機制進行研究很有必要。

3 結語

甘薯的營養保健作用，已日益為世界所公認，它必將成為21世紀的理想保健食品之一［35］。甘薯除了具備良好的營養保健功能，還有一定的藥用價值，可以預防癌癥、抑制膽固醇、降血脂及增強免疫力等［36，37］。日本國立癌癥預防研究所調查數據表明，甘薯位居抗癌蔬菜的榜首［38］。目前甘薯食品就其制作工藝來看，大致可分為發酵類和非發酵類。發酵類食品目前在國內主要是利用鮮薯或薯片釀造白酒、黃酒、醬油、食醋、酒精、果啤飲料、乳酸發酵紅薯飲料及紅薯格瓦斯;非發酵食品主要是鮮食和各種以甘薯為原料的休閑小食品［39］。甘薯良好的營養保健功能在人們的日常生活中發揮越來越重要的作用，進而對其營養品質提出了更高的要求，了解塊根貯藏過程中營養品質的變化特點及其生理機制就顯得格外重要。本文對甘薯貯藏過程中主要的營養品質指標及其變化的生理機制進行綜述，對甘薯塊根貯藏品質的研究有一定的指導意義。

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