甘薯及其加工產品的質地研究進展

薛冠煒，李　臣，黃靜艷，崔　鵬，陸國權

(浙江農林大學農業與食品科學學院浙江省農產品品質改良技術研究重點實驗室 薯類作物研究所，浙江 杭州　311300)

甘薯是中國重要的糧食、飼料、工業原料作物[1-2]和新興能源作物[3-4]。由于其豐富的營養價值和特殊的風味，深受廣大消費者歡迎。隨著社會發展，我國的甘薯產業已經形成以加工為主的結構體系，因此對甘薯的品質也表現出多元化的需求[5]。以往的研究集中在營養品質評價上，結合簡單的物理品質的評價，如外觀、色澤、大小等，而很少觸及甘薯薯塊的質地。食品的流變特性、組成分子特性和微觀結構決定食品的質地特性。研究表明，甘薯薯塊質地變化與其生長過程中營養物質的積累、加工和貯藏過程中品質的變化都有著密切的相關[6]。化學組成相似的薯塊，由于其分布和組織結構等質地方面的不同，會呈現不同的加工適應性和耐儲性。甘薯的質地特性是評估其質量優劣的重要指標之一，因此，研究甘薯薯塊質地具有十分重要的理論意義和現實意義[7]。

1　質地評價方法

甘薯及其加工產品的質地評價方法主要有感官評價和儀器測定2種。感官評價是人們運用視覺、嗅覺、味覺、聽覺和觸覺這5種感知途徑來測量、分析和解釋食品或原料的特征或性質的一種科學方法。對鮮食甘薯的質地評價主要采取標度檢驗法，該方法以數字來表示樣品性質的強度(如甜度、硬度、黏度)，又使用詞匯來表達對該性質的感受(如太軟、正合適、太硬)，它可以綜合評價樣品的主要性質，是目前鮮食甘薯評價體系中廣泛應用的食味評價方法。而儀器測定法是通過使用質構儀等儀器設備，依靠設備對樣品進行測量和分析，將樣品的質地特性精確地量化，從而達到評價食品質地的目的。質構剖面分析法(TPA)在食品領域的廣泛應用[8]，也為甘薯及其加工產品的質地評價提供一種新的評價方法和思路，這種方法可以很好地模擬食品在人體口腔中被二次咀嚼和吞咽過程，儀器通過信息采集可以得到硬度、彈性、黏附性、內聚性、脆裂性、膠黏性、咀嚼度等質地特性參數[9]，從而對食品做出客觀評價。在將質地剖面分析法應用于甘薯及其產品方面，許多學者也為此做出大量的嘗試和努力。

感官評價的測定結果除了受食品本身性質的影響外，還與評價人員的喜好、評價過程中的情緒或狀態和評價所處的環境等因素有密切相關，不穩定因素較多，實驗結果的可靠性、可比性差。想要解決這一問題就必須滿足評價人員需接受過專業培訓且數量足夠多這2個條件，這在實際評價過程中不容易做到。就這方面問題而言，應用TPA的儀器測定法就可以完美的解決，它可以很好的規避人為評價帶來的誤差，精確的測定食品質地特性，其結果具有較高的靈敏性與客觀性。但是，儀器測定法對于鮮食甘薯的粉面或軟糯這類有針對性的綜合力學性質卻很難用某類單一的力學性質來準確表達。

國內外專家一直致力于研究客觀、簡單、易行、標準化程度高的食品品質鑒定方法，來準確地描述和控制質地，以確保評價結果的客觀準確性。目前，將儀器測定法和感官評定法相結合，對食品做出綜合評價，是普遍使用的方法。

2　質地研究現狀

2.1　生薯質地

在甘薯生長發育過程中，薯塊的營養品質一直是被熱切關注的對象，營養品質的好壞直接決定了商品薯的食用價值。而目前在甘薯營養成分的檢測方面，如干物質含量、淀粉含量、糖含量等，現有的測定方法耗時耗能，不適用于大樣本量的檢測，無法滿足甘薯育種實踐等方面的需要。唐道彬等[10]研究發現，甘薯硬度與干物質含量之間呈極顯著正相關，并以129份甘薯品種(系)建立甘薯干物質含量與硬度的預測模型，回歸方程為y=0.674 3x+3.618 4 (20≤x≤60,R2=0.712)，擬合度較好。驗證試驗結果表明，用硬度預測甘薯干物質含量的相對誤差為0.2%，可用于準確、快速、低消耗測定甘薯塊根干物質含量，可以有效地提高育種效率。陳麗[11]對19個不同品種甘薯薯塊的12項品質特性指標進行測定，進行相關性及主成分分析，結果表明，干率與硬度存在極顯著正相關，這與唐道彬等[10]的研究結果相同。

將營養品質與質地品質關聯，通過測定質地特性來預測營養品質特性，從而達到快速檢測目的的方法，同樣可以應用于對甘薯不同加工適應性的篩選。吳列洪等[12]研究甘薯品種干率與薯片含油量、硬度間的相關性，結果表明，薯片硬度與干率呈非線性正相關，含油量與干率呈線性負相關，硬度與含油量呈非線性負相關。因此，油炸薯片含油量和硬度不可能同時達到最佳值。而當甘薯品種的干率為24%～26%，硬度值為650～700 g，薯片含油量在25%左右時，具有較好的油炸品質。Hagenimana等[13]研究發現，干率與含油量之間存在顯著的線性負相關，與吳列洪等[12]的結果相一致。可以為油炸薯片專用品種的選育提供理論指導。所以，這證明了甘薯質地特性與營養品質之間存在緊密的聯系，同時，甘薯質地的不同也影響著加工適應性。

2.2　熟薯質地

比較常見的熟化方式有蒸煮、微波、烘烤和油炸等，楊燁等[14]采用TPA對多種不同熟化方法的甘薯薯塊進行質構特性測定，將測定質構指標與相應的感官評價指標進行相關性分析，結果表明，感官硬度與質構硬度、膠黏性和咀嚼性間存在極顯著的正相關，感官黏度與質構硬度、膠黏性和咀嚼性間存在極顯著的負相關。而在這些方法中，蒸煮是在甘薯熟化方式中最廣泛應用的。在蒸煮過程中，隨著溫度的上升，甘薯細胞內的淀粉顆粒糊化，體積膨大，對細胞壁產生壓力，使細胞壁結構破壞，胞間層逐步松散化，進而導致甘薯質地軟化。Nakamura等[15]研究甘薯塊根蒸煮后的細胞顯微結構和淀粉性質，2種不同質地類型的甘薯品種其細胞微結構差異明顯。粉質結構品種的細胞在蒸煮后仍可以保持原來單個分離的狀態，而在軟質結構品種經過蒸煮后細胞間進行了融合。結果表明，甘薯蒸煮后的質地實際上與細胞內淀粉的糊化特性相關。熟化過程中，甘薯質地受蒸煮時間和蒸煮溫度的影響。吳玲艷等[16]選擇不同蒸煮溫度和蒸煮時間組合的9組汽蒸工藝，對甘薯品種心香薯塊進行熟化，用質構儀測定質構特性，發現熟化后甘薯的硬度在251～570 g，黏性在239～421 g，兩者的變化幅度均較大，達顯著差異水平。

Truong等[17]測定甘薯質構特性并進行感官評定，發現口感和儀器測定感覺高度相關。Laurie等[18]測定對不同品種甘薯薯塊的質構特性，并進行消費者可接受性評價，發現儀器測定結果可以更好地區分不同品種，儀器硬度與感官硬度之間相關，與Truong等[17]的研究結果一致。這進一步證明了甘薯質地特性與營養品質之間存在緊密的聯系，而且使用儀器測定的甘薯質地特性與人為感官評價得到的指標之間高度吻合，可以客觀全面地評價甘薯質地。

2.3　淀粉產品質地

甘薯淀粉結構由直鏈淀粉和支鏈淀粉聚合而成，其質地主要受品種、加工方式等的影響。史春余等[19]研究了不同品種甘薯塊根淀粉粒度的分布特征，發現鮮食型甘薯塊根中小型淀粉粒所占比例較高，而淀粉型甘薯塊根中大型淀粉粒所占比例較高。黏性薯塊與粉性薯塊的質地之間存在極顯著差異[20]。通過不同的加工方式可以獲得質地差異較大的甘薯淀粉。Singh等[21]測定天然淀粉、濕熱處理淀粉和酸改性淀粉糊化后的凝膠特性，濕熱處理會顯著降低淀粉硬度、黏附性和凝膠彈性，而酸改性會提高硬度和黏附性，顯著降低凝膠彈性。吳麗晶等[22]研究發現，茶多酚可以延緩或抑制甘薯淀粉回生過程中形成結晶結構的過程，從而使淀粉膠體硬度顯著降低，防止老化。南沖等[23]研究認為，在甘薯淀粉中添加糖醇可以顯著降低甘薯淀粉的內聚性和恢復性，顯著增加淀粉硬度。陳素芹等[24-25]研究發現，甘薯粉絲的質地特性和感官評定特性高度相關，可通過儀器檢測的質地指標評價粉絲品質的優劣。甘薯淀粉是最主要的甘薯產品之一，淀粉的糊化與回生問題一直被學者們熱切關注，而淀粉糊化和回生過程中伴隨著質地的變化[26-27]，因此可以通過研究甘薯淀粉的質地變化來進一步揭示、解決淀粉糊化和回生的問題。

2.4　全粉產品質地

甘薯全粉是甘薯塊根經去皮、熟化、干燥、粉碎后得到的產物，可以最大限度地保留原有的營養、芳香等物質，一般作為輔料添加進入食品而改善其質地。Ji等[28]研究認為，濕熱處理會引起甘薯全粉結晶度的破壞，雙螺旋結構的解離，形成顆粒中空區，降低黏度和穩定性。Liu等[29]研究認為，將不同量紫薯全粉添加入松餅，添加紫薯全粉會導致松餅水分含量和面筋量的下降，硬度、黏著性和咀嚼度的上升，紫薯全粉添加量為9%的松餅彈性，與添加量為3%、6%的存在顯著差異。馬名揚等[30]發現，適量添加甘薯全粉可以使饅頭的硬度、黏著性和咀嚼性均顯著增大，增加口感。但是過多甘薯全粉會破壞面筋網絡的構成，使氣團變小，未能充分膨大，而導致饅頭的彈性、黏聚性及回復性下降。胡阿麗[31]的研究結果與馬名揚等[30]相同，同時還發現紫薯全粉添加量為10%～15%時饅頭的質地品質最佳。Jin等[32]將不同比例的紫薯全粉添加入豬肉香腸進行儲藏試驗，每2周測定質構特性，結果表明，不同添加量水平下的豬肉香腸的脆性和硬度均存在顯著性差異。Collins等[33]將甘薯以全粉和原漿的形式添加進入面條，發現2種添加方式都可以增加面條的黏性，且添加原漿增加的黏性更大，但差異不顯著。在食品加工過程中，甘薯全粉是良好的輔料，它可以增加食品的黏性，豐富產品的質地和口感。

2.5　薯渣產品質地

薯渣是淀粉加工過程中產生的廢棄物，它含有豐富的膳食纖維，合理的利用可以降低成本，提高經濟效益，而且可以避免環境污染。目前，薯渣主要用途有2種，一是發酵后用作飼料，二是以膳食纖維的形式添加入食品。王軼等[34]在餅干中添加不同比例的濕薯渣，探究其質地品質，結果表明，硬度與薯渣添加量呈正相關，隨著添加量的增加，餅干的脆性和韌性先升高后降低，最適添加量為30%。賴愛萍[35]在餅干制作過程中添加不同比例的甘薯膳食纖維，結果表明，添加甘薯膳食纖維可以減小餅干的切斷力，增加酥松性，降低餅干的黏附性，防止黏牙，增加餅干的適口度。當膳食纖維添加量為4%或6%時，餅干的質地品質最佳。宋歡[36]探究不同添加量對面包質地特性的影響，結果表明，當薯渣添加量為10%，餅干的硬度、咀嚼性和恢復性存在顯著性差異，但添加量對面包彈性并無顯著影響。李小平等[37]在面包制作過程中添加2%、5%和8%的甘薯渣膳食纖維，采用TPA測定面包質構特性，結果表明，隨著添加量的增加，面包的硬度和咀嚼性逐漸增加，彈性和回復性逐漸減少，這與宋歡[36]的研究結果相一致。綜合考慮各項指標，得出甘薯渣膳食纖維適宜添加量為5%。這些研究為開發薯類新型產品，提高甘薯資源利用率提供新的想法和思路。

3　小結與展望

甘薯及其產品的質地受品種、加工方式和外界環境等的影響。目前，甘薯的質地越來越受到生產者和消費者的重視。合適的質地可以提供優質的口感，是鮮食甘薯的基本要求，同時多樣的加工方式也要求甘薯有相應的質地，為了滿足這些要求，研究甘薯的質地變化規律及其影響機理是十分必要的。如何了解甘薯質地的遺傳規律，通過對質地的科學調控，滿足生產、加工、消費上的多種需要，今后還有許多工作要做。

國內外有關甘薯及其產品的質地研究主要集中在對原料或產品進行儀器測定和感官評定，缺少系統全面、統一公認的評價標準，容易出現各學者取樣方式、參數設定等存在差異，不具備橫向比較的可能性，容易出現多散雜等問題[38]，無法形成統一有效、層次分明的整體，所以科學地建立甘薯質地特性評價體系具有十分重要的意義。

甘薯薯塊營養成分的變化直接影響著甘薯的質地，我們可以通過快速測定薯塊的質地特性，建立模型，對其營養成分進行預測，既可以縮短時間，同時又為今后實現無損檢測奠定基礎。傳統甘薯淀粉的提取方法無法有效地保證淀粉的品質，超聲場等新技術可以改善淀粉的質地，如何將新興技術應用于甘薯淀粉的提取來提高品質是值得研究的課題。甘薯全粉保留了薯塊大部分的營養和風味，其加工工藝已經較完善，如何優化工藝或以何種方式添加可以讓食品獲得更突出的質地和風味還有待進一步研究。

參考文獻：

[1]陸漱韻,劉慶昌,李惟基.甘薯育種學[M].北京:中國農業出版社, 1998:1-4.

[2]HUANG J K, SONG J, QIAO F B, et al. Sweetpotato in China: economic aspects and utilization in pig production[C]//Bogor, Indonesia: International Potato Center, East, Southeast Asia and the Pacific Region (CIP-ESEAP), 2003:19-23.

[3]MAYS D A, BUCHANAN W, BRADFORD B N, et al. Fuel production potential of several agricultural crops[M]//Janick J，Simon J E. Advances in New Crops. Portland: Timber Press, 1990:260-263.

[4]YU B J, ZHANG F M, ZHENG Y G, et al. Alcohol fermentation from the mash of dried sweet potato with its dregs using immobilised yeast[J].Process Biochemistry, 1996,31: 1-6.

[5]梁美風, 夏延斌. 甘薯在食品工業中的研究進展[J]. 工藝探討, 2008, 4:58-61.

[6]NAKAMURA Y, KURANOUCHI T, TAKADA A, et al. The changes in texture and sweetness of steamed tuberous roots of sweetpotato during the storage at low temperature, and their cytomorphological and cytochemical factors[J]. 日本作物學會紀事, 2009, 78:184-185.

[7]馬代夫, 李強, 曹清河. 中國甘薯產業及產業技術的發展與展望[J]. 江蘇農業學報, 2012, 28(5):969-973.

[8]胡亞云. 質構儀在食品研究中的應用現狀[J]. 食品研究與開發, 2013(11):101-104.

[9]孫彩玲, 田紀春, 張永祥. TPA質構分析模式在食品研究中的應用[J]. 實驗科學與技術, 2007(2):1-4.

[10]唐道彬, 安建剛, 丁祎, 等. 甘薯塊根硬度與干物質含量的相關性[J]. 作物學報, 2017, 43(8):1234-1244.

[11]陳麗. 甘薯塊根質構特性的評價研究[D]. 杭州：浙江農林大學, 2013.

[12]吳列洪, 沈升法, 李兵. 甘薯品種干率與油炸薯片含油量和硬度間的相關性[J]. 中國糧油學報, 2009, 24(11):47-49.

[13]HAGENIMANA V, KARURI E G, OYUNGA M A. Oil content in fried processed sweetpotato products [J]. Journal of Food Processing and Preservation, 2010, 22(2):123-137.

[14]楊燁, 俞涵琛, 陸國權. 熟化方法對迷你甘薯品質和質構特性的影響[J]. 食品科技, 2016(8):45-50.

[15]NAKAMURA Y, KUMAGAI T. Cell structure and starch properties associated with the texture of steamed tuberous roots for different sweetpotato cultivars[C]//3rd China-Japan-Korea Workshop on Sweetpotato(第三屆中日韓甘薯學術研討會). 北京：中國作物學會, 2008.

[16]吳玲艷, 申燕飛, 趙曉飛, 等. 不同汽蒸工藝對甘薯薯塊口感和抗氧化能力的影響[J]. 食品科學, 2016, 37(9):66-70.

[17]TRUONG V D, HAMANN D D, JR W M W. Relationship between instrumental and sensory parameters of cooked sweetpotato texture[J]. Journal of Texture Studies, 1997, 28(2):163-185.

[18]LAURIE S M, FABER M, CALITZ F J, et al. The use of sensory attributes, sugar content, instrumental data and consumer acceptability in selection of sweet potato varieties[J]. J Sci Food Agric, 2013, 93(7):1610-1619.

[19]史春余, 姚海蘭, 張立明, 等. 不同類型甘薯品種塊根淀粉粒粒度的分布特征[J]. 中國農業科學, 2011, 44(21):4537-4543.

[20]NAKAMURA Y, TAKADA A, KURANOUCHI T, et al. 27 Simple Quantitative evaluation for texture of steamed sweetpotato associated with starch contents of raw roots and firmness of steamed tissues[J]. 日本作物學會関東支部會報, 2012:64-65.

[21]SINGH S, RAINA C S, BAWA A S, et al. Effect of heat-moisture treatment and acid modification on rheological, textural, and differential scanning calorimetry characteristics of sweetpotato starch[J]. Journal of Food Science, 2010, 70(6):373-378.

[22]吳麗晶, 車黎明, 陳曉東. 茶多酚對甘薯淀粉的抗老化研究[J]. 食品工業科技, 2014, 35(21):123-127.

[23]南沖, 熊柳, 孫慶杰, 等. 糖醇對甘薯淀粉理化性質的影響[J]. 中國糧油學報, 2013, 28(2):22-26.

[24]陳素芹. 甘薯粉絲的品質改進與質量評價[D]. 無錫：江南大學, 2006.

[25]譚洪卓. 甘薯淀粉流變學、熱力學特性和分子結構研究及其在粉絲生產中的應用[D]. 無錫：江南大學, 2007.

[26]熊柳, 張兆麗, 呂傳萍, 等. 谷朊粉對不同淀粉糊化特性和質構特性的影響[J]. 中國糧油學報, 2010, 25(11):29-32.

[27]唐敏敏. 黃原膠對大米淀粉回生性質的影響及其機理初探[D]. 無錫：江南大學, 2013.

[28]JI H A, BAEK H R, KIM K M, et al. Slowly digestible sweetpotato flour: Preparation by heat-moisture treatment and characterization of physicochemical properties[J]. Food Science and Biotechnology, 2013, 22(2): 383-391.

[29]LIU Y N, JEONG D H, JUNG J H, et al. Quality characteristics and antioxidant activities of cookies added with purple sweet potato powder[J]. Korean Journal of Weed Science, 2013, 29(3)：248-252.

[30]馬名揚, 關二旗, 卞科, 等. 甘薯全粉對面團性質及饅頭品質的影響[J]. 河南工業大學學報(自然科學版), 2016, 37(3):31-36.

[31]胡阿麗. 紫薯顆粒全粉加工工藝優化及在饅頭中的應用研究[D]. 保定： 河北農業大學, 2015.

[32]JIN S K, KIM Y J, PARK J H, et al. Effects of purple-fleshed sweet potato (Ipomoera batatas Cultivar Ayamurasaki) powder addition on color and texture properties and sensory characteristics of cooked pork sausages during storage[J]. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2012, 25(9):1329-1337.

[33]COLLINS J L, PANGLOLI P. Chemical, physical and sensory attributes of noodles with added sweetpotato and soy flour[J]. Journal of Food Science, 1997, 62(3):622-625.

[34]王軼, 王晨, 郭鵬. 甘薯渣膳食纖維餅干制作工藝及優化[J]. 湖北農業科學, 2015, 54(22):5698-5701.

[35]賴愛萍. 不同加工技術對甘薯膳食纖維特性的影響[D]. 杭州：浙江農林大學, 2014.

[36]宋歡. 添加膳食纖維對面團特性及面包品質的影響[D]. 重慶：西南大學, 2008.

[37]李小平, 陳春. 2種膳食纖維面包的研制及品質評價[J]. 農產品加工·學刊:中, 2013(12):42-44.

[38]TSUJI S. Recent research in food texture(mouthfeel) and its instrumental measurement in Japan[J]. Journal of Texture Studies, 2010, 15(3):195-225.