不同采收期褐苞薯蕷品質變化規律

張武君，陳菁瑛 ，劉保財，趙云青，黃穎楨，程遠航

（1. 福建省農業科學院農業生物資源研究所, 福建 福州 350003；2. 福建省農業科學院藥用植物研究中心, 福建 福州 350003）

0 引言

【研究意義】褐苞薯蕷（Dioscorea persimilisPrain et Burkill）為薯蕷科（Dioscoreaceae）薯蕷屬（DioscoreaL.）植物，廣泛分布于我國南方各地，適應性強，產量大，是山藥市場的重要組成部分，在廣西、福建、海南等地被用作山藥地區習用品[1]，并被福建省、廣東省、廣西省地方藥材標準收載[2-4]。褐苞薯蕷塊莖富含蛋白質、氨基酸、淀粉、粗多糖、尿囊素等成分，具有健脾養胃、生津益肺、補腎澀精等功效[5]，可鮮食、藥用，又可加工成各類保健食品。采收期對褐苞薯蕷的營養和藥用價值有直接影響，研究褐苞薯蕷不同采收期的品質變化，并根據品質變化調整銷售方式，對其產品的品質提升具有重要意義。【前人研究進展】適宜采收期需綜合考慮有效成分、產量的動態積累及市場需求狀況，目前關于山藥采收期的研究主要集中于薯蕷(Dioscorea oppositaThunb.)[6,7]，參薯(DioscoreaalataL.)[8]和山薯(Dioscorea fordiiPrain et Burkill)[9]，鮮有對褐苞薯蕷采收期的研究報道，且主要是對塊莖發育過程的物質積累變化研究[8,10-12]，對地上部枯萎后塊莖就地貯藏期間的成分變化研究較少。評價指標主要為生物量、折干率、多糖、淀粉、可溶性糖、蛋白質、尿囊素等，對氨基酸變化的研究較少[13]。【本研究切入點】一般認為，山藥的采收期為地上部莖葉枯萎后，但產地調查發現，由于福建冬季大部分地區的土溫在0 ℃以上且雨水較少，多數種植區的褐苞薯蕷塊莖可留在地里過冬，實際采收期受市場行情影響較大，可從塊莖生物量積累基本完成至翌年3—4月份，采收期為半年左右，期間的營養成分變化尚無研究報道。【擬解決的關鍵問題】本研究以福建寧化地區的特色褐苞薯蕷地方品種為材料，探究從10月下旬到翌年5月上旬塊莖的折干率、蛋白質、淀粉、氨基酸、可溶性糖、蔗糖、總酚、多糖、尿囊素含量的變化規律，根據品質變化及生產實際情況確定最適采收期及銷售方式，旨在提高褐苞薯蕷類山藥品質，保證營養價值，為褐苞薯蕷的規范化種植及采收加工提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以寧化當地的特色褐苞薯蕷地方品種為材料，種植于三明市寧化縣三黃村（E116°58′29.42″，N26°05′11.39″），該地區屬于中亞熱帶山地氣候，年平均氣溫15～18 ℃，夏無酷暑，冬無嚴寒，春季長達4個月，無霜期214～248 d，年平均降水量1700～1800 mm，土壤為沙壤土。采用隨機區組種植，按當地常規進行田間管理，2020年4月上旬種植，10月下旬塊莖生物量積累基本完成，11月上旬地上部莖葉開始轉黃，12月初地上部莖葉基本枯萎，翌年4月初塊莖剛開始發芽，5月初塊莖長出新生嫩莖。分別于2020年10月20日、11月10日、12月5日、12月30日和2021年1月25日、2月20日、3月15日、4月10日、5月5日每隔25 d從試驗田每次隨機采收塊莖30個， 9批次共采收塊莖270個。取塊莖中部10 cm洗凈去皮切片60 ℃烘干，測定折干率，粉碎過40目篩后4 ℃低溫密封保存，用于可溶性糖、蔗糖、粗多糖、淀粉、蛋白質、尿囊素、總酚、氨基酸等含量測定。

試劑采用的磷酸二氫鉀、磷酸、無水乙醇、葡萄糖、濃硫酸、高氯酸等均為國產分析純，尿囊素對照品購自中國藥品生物制品檢定研究所（111501-200202）。

1.2 儀器與設備

1260高效液相色譜儀（美國Agilent公司），BSA224S-CW電子分析天平（德國Sartorius公司），UV-1780分光光度計（日本SHIMADZU公司），LHH-2數顯恒溫水浴鍋（常州金壇良友儀器有限公司），KQ-400DE數控超聲波清洗儀（江蘇昆山超聲儀器有限公司）， H-2050R離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司），JSP-200 高速多功能粉碎機（浙江省永康市金穗機械制造），電熱鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 測定指標和方法 折干率Drying rate(DR)測定為取塊莖中部10 cm洗凈去皮切成5mm厚片，稱量鮮重， 60 ℃烘干后稱量干重。計算公式：折干率%=干重/鮮重×100%；可溶性糖Soluble sugar（SS）含量參考王學奎[14]的方法測定；蔗糖含量參考薛應龍[15]的方法測定；粗多糖Crude polysaccharide（CP）含量參考華樹妹等[16]的方法測定；淀粉含量參考曹建康等[17]的方法測定；蛋白質含量根據《食品中蛋白質的測定（凱氏定氮法）》（GB 5009.5—2010）的方法測定；尿囊素含量參照黃瑞平[18]的方法測定；總酚Total phenol(TP)含量采用南京建成生物工程研究所的植物總酚測試盒（比色法）測定；氨基酸含量根據《食品中氨基酸的測定》（GB/T 5009.124—2016）的方法測定并計算總氨基酸Total amino acids（TAA）、必需氨基酸Essential amino acid（EAA）和呈味氨基酸Flavored amino acid（FAA）含量，每個指標生物學重復測定3次。

1.3.2 數據處理 采用Excel 2010 軟件進行數據整理，計算平均值、標準差，應用SPSS 19.0軟件進行多重比較和雙變量相關性分析，相關性采用Pearson相關系數表示。

2 結果與分析

2.1 主要品質變化趨勢分析

2.1.1 折干率含量變化 塊莖的折干率含量為（32.80±0.41）%～(39.70±1.10)%，呈升-降-升-降的波動態勢(圖1-A)。可能原因是，10月20日至11月10日塊莖處于生長末期，成分繼續積累，莖葉維持蒸騰作用，折干率上升；11月10日至12月5日莖葉發黃枯萎，成分積累下降，蒸騰作用減少，折干率下降；12月5日至翌年2月20日塊莖處于休眠狀態，隨著在地下保存時間的延長，水分逐漸消耗，且此階段雨水較少，折干率上升；翌年2月20日至5月5日隨著氣溫升高，雨水增加，塊莖逐漸解除休眠，長出新的根毛吸收水分，折干率下降。根據變化趨勢，11月10日左右以及12月底至翌年3月初的塊莖的折干率高于36%，其中翌年1月25日至2月20日塊莖的折干率高達39%左右，在此期間采收塊莖韌性不足，極易造成折斷，折斷塊莖可用于烘干加工，且能耗更小，但塊莖折斷后必須馬上處理，否則極易腐爛；10月20日前、12月5日左右及翌年3月15日后采收折干率相對較低，采收更不易折斷。

2.1.2 可溶性糖、蔗糖含量變化 塊莖的可溶性糖含量為（1.43±0.04）%～（10.60±0.37）%、蔗糖含量為（0.79±0.03）%～（5.29±0.19）%，且在10月20日至1月25日含量接近，表明在此期間塊莖內的主要可溶性糖是蔗糖，二者的變化趨勢均為先快速下降，再小幅波動，再快速上升（圖1-B、C）。可能原因是，10月20日至12月5日為植株生長末期，隨著莖葉的衰老，光合能力逐漸減弱，蔗糖作為光合作用的主要產物向塊莖的運輸減少，且不斷轉化為淀粉； 12月5日至翌年2月20日地上部完全枯萎，新的同化產物不再合成，塊莖休眠期代謝減弱，碳水化合物僅進行少量轉化；2月20日至5月5日塊莖逐漸解除休眠，貯藏的碳水化合物重新轉化為蔗糖等可溶性糖，為萌發提供能量。可溶性糖具有甜味，對鮮食口感有重要影響，10月20日采收的塊莖可溶性糖、蔗糖含量分別可達5.69%、5.29%，4月10日至5月5日則分別可達4.01%～10.60%、1.39%～4.39%，口感較其他采收期更甜。

2.1.3 粗多糖含量變化 塊莖的粗多糖含量為（0.89±0.03）%～（2.98±0.04）%，變化趨勢為10月20日至12月30日下降，12月30日至翌年4月10日上升，4月10日至5月5日下降（圖1-D）。由于植物多糖及糖復合物參與了細胞的各種生命現象的調節及結構物質的組成，因此多糖的變化受到環境變化、生長狀態變化等影響，有待進一步研究。山藥粗多糖具有增強免疫、抗衰老、抗腫瘤、降血糖、解酒[19,20]等多種藥理作用，是被公認的重要活性物質之一，若以多糖含量為采收標準，則10月20日至11月10日及翌年2月20至4月10日的含量較高，分別為1.72%～2.73%及2.40%～2.98%，較適合采收。

2.1.4 淀粉含量變化 塊莖的淀粉含量為（70.92±1.50）%～（78.39±1.64）%，變化趨勢為先上升再下降（圖1-E）。可能原因是10月20日至12月5日地上部莖葉仍有光合能力，同化產物運輸到塊莖部位以淀粉的形式貯藏；12月5日至翌年5月5日地上部枯萎，淀粉不再合成，塊莖原先貯藏的淀粉不斷分解用于維持休眠及解除休眠后塊莖生長的養分供應。淀粉是山藥塊莖干物質中的最主要成分，其中的抗性淀粉含量高，消化性差[21]，可作為糖尿病，肥胖患者的飲食原料又有促進排泄、改善腸道菌群環境等作用[22]，若以淀粉含量為采收標準，則11月10日～翌年4月10日的較適合采收，含量為73.14%～78.12%。

圖1 不同采收日期塊莖品質變化趨勢Fig. 1 Tuber quality at time of harvesting

2.1.5 蛋白質、尿囊素含量變化 塊莖的蛋白質含量為（5.06±0.15）%～（6.51±0.25）%、尿囊素含量為（2.84±0.01）～（4.29±0.17）mg·g-1，二者均呈升-降-升-降的變化趨勢（圖1-F、G）。可能原因是，10月20日至12月5日塊莖仍處于生長階段，蛋白質及含氮生物堿類物質尿囊素繼續形成和積累； 12月5日至翌年2月20日塊莖處于休眠期，蛋白質和尿囊素消耗或轉化為其他物質； 翌年2月20日至5月5日塊莖逐漸解除休眠恢復生長，貯藏的其他物質轉化為蛋白質等含氮物質供應植株生長。蛋白質是人體必需的營養物質；尿囊素具有促進細胞生長、加快傷口愈合等生理功能，與山藥傳統上養胃的功效密切相關[23]，若以蛋白和尿囊素含量為采收標準，則12月5日左右及翌年3月15日至4月10日較適合采收，含量分別為6.33%～6.51%和3.95～4.29 mg·g-1。

2.1.6 總酚含量變化 塊莖的總酚含量為（0.51±0.00）～（1.81±0.03）μg·g-1，變 化 趨 勢 為10月20日至11月10日快速下降，11月10日至翌年4月10日小幅波動，翌年4月10日至5月5日快速上升（圖1-H）。總酚含量越高越易導致褐變[24]，因此，11月10日前及翌年4月10日后采收，塊莖較易褐變，不利于采后加工和儲藏。

2.1.7 氨基酸含量變化 塊莖富含17種氨基酸，包含6種必需氨基酸和4種呈甜味或鮮味的氨基酸。總氨基酸含量為40.6 ～50.8 mg·g-1，必需氨基酸含量為12.9 ～15.5 mg·g-1，呈味氨基酸含量為15.9 ～20.2 mg·g-1，3者均呈波動變化趨勢(表1)。谷氨酸是山藥中含量最高的氨基酸，也是所有呈味氨基酸中鮮味最強的氨基酸，不僅是一種重要的鮮味劑，同時具有預防治療肝昏迷及保護肝臟的功能，甘氨酸有清香甜味，能有效降低苦味[25]，二者在3月15日后采收的含量較高。塊莖總氨基酸、必需氨基酸在12月5日、翌年3月15日和4月10日采收時均表現出較高的含量，在10月20日、11月10日、12月30日及翌年2月20日采收的含量偏低，若綜合考慮氨基酸的營養和口感，則12月5日左右、翌年3月15日至4月10日較適合采收。

表1 不同采收日期塊莖氨基酸變化趨勢Table 1 Amino acids in tubers harvested in different time periods

2.2 主要品質指標相關性分析

對9個采收期的主要品質指標進行相關性分析(表2)。可以看出，折干率與蛋白質含量呈顯著負相關（P＜0.05）表明塊莖水分減少的同時伴隨著蛋白質的消耗。蔗糖含量與可溶性糖含量呈顯著正相關（P＜0.05），與淀粉含量呈顯著負相關（P＜0.05），表明蔗糖等可溶性糖與淀粉含量的此消彼長，也驗證了光合產物“源”和貯藏物質 “庫”之間的運輸轉化。總氨基酸、必需氨基酸和呈味氨基酸三者含量呈極顯著正相關（P＜0.01），并同時與蛋白質含量呈顯著相關（P＜0.05）；尿囊素含量與蛋白質、必需氨基酸含量呈極顯著正相關（P＜0.01），與總氨基酸含量呈顯著正相關（P＜0.05），表明蛋白質、氨基酸、尿囊素三者的含量變化規律相似，可通過其中一種成分的測定來推斷3種成分的變化趨勢。總酚含量和蔗糖含量呈極顯著相關（P＜0.01），表明蔗糖含量較高時塊莖的總酚含量也高，因此采收前、后期塊莖口感較甜，適合鮮食，但不適于采收加工。

表2 品質指標相關性分析Table 2 Correlations among quality indices

3 討論與結論

福建山藥栽培歷史悠久，種質資源豐富，栽培面積達5000 hm2以上，是我國山藥主要原產地和重要的生產基地之一[26]。李麗紅等[27]收集的72份福建省不同地區代表性地方山藥品種中，褐苞薯蕷占56%，張武君等[28]2018年收集的37份福建山藥地方主栽品種中，褐苞薯蕷占調查總數的51%，表明褐苞薯蕷為省內主要的山藥栽培類型。福建省地處亞熱帶，全省年均氣溫17～21 ℃，中南部低海拔地區冬季霜凍少，褐苞薯蕷塊莖在生長結束后可就地貯藏，根據市場行情調整采收期，與北方山藥錯峰供應，現挖現賣，在保證營養品質的前提下新鮮上市，符合新鮮零添加的消費理念，采收期可達半年。

李丹等[6]以多糖和淀粉為采收標準，研究了懷山藥成分動態變化，認為最佳采收期與傳統采收期一致，為10月份以后；馬蕊等[7]對不同生長期的懷山藥（品種）和鐵棍山藥的折干率、浸出物、粗多糖、尿囊素、腺苷、淀粉等化學成分進行分析研究，認為2種山藥適合12月中旬采收，懷山藥若冬后采收，建議次年2月底前采收完畢；張培通等[8]分析了長江中下游地區參薯塊莖發育動態特征，認為播種180 d之后，塊莖仍有膨大趨勢，但需要在霜凍風險到來前及時收獲完畢；陳華龍等[9]以尿囊素為采收標準，研究了不同生長期的粵北產廣山藥成分動態變化，認為最適采收期為生長的第8～10個月。以上研究主要是針對薯蕷、參薯和山薯類山藥，獲得的最佳采收期往往是生物量達到最大時或最后的采收批次，由于氣候條件及種植習慣等原因并未進行較長時間的就地貯藏，在塊莖完成生長進入休眠到翌年恢復生長這一階段的品質變化尚未有相關研究報道，因此對福建省褐苞薯蕷的采收不能起到較好的指導作用。

本研究根據測定的各品質指標變化趨勢及相關性分析結果，結合植株整體的生長發育變化可以得出：寧化褐苞薯蕷塊莖在10月20日（塊莖生物量積累基本完成）至翌年4月10日（塊莖剛開始發芽）期間均可根據市場需求和加工利用偏好進行采收。10月20日左右采收，塊莖的可溶性糖、蔗糖含量較高，口感較佳且粗多糖含量較高，但總酚含量較高，較適合鮮食，若僅考慮鮮食口感、多糖成分，以及有提早上市的需求，可早于10月20日采收。12月5日左右（莖葉恰好完全枯萎）及翌年3月15日（塊莖解除休眠）至4月10日采收，生物量積累完成、折干率相對較低，且淀粉、蛋白質、尿囊素、氨基酸含量均較高，其中3月15日至4月10日采收的多糖含量也較高，以上2個采收期即適合鮮食又適合加工。11月10日左右以及12月底至翌年3月初，折干率較高，采收易折斷，但折斷塊莖可供烘干加工。4月10日至5月5日，塊莖重新萌發成新的植株，總酚含量增加，營養及外觀品質下降，且一般福建春季在清明（4月4日）左右開始種植，太遲采收影響下一茬種植，因此不適合就地貯藏到該階段采收。

綜合考慮產量、采收折斷率、采后褐變、外觀及營養品質及茬口安排，則寧化褐苞薯蕷塊莖最適采收期為12月5日左右，即莖葉大部分枯萎到完全枯萎期間，以及翌年3月15日至4月10日塊莖休眠解除至剛開始發芽期間。本研究得到的品質變化規律及所對應的植株長發育狀態可作為褐苞薯蕷塊莖采收及加工的參考依據，但具體的采收時間和品質變化時間由于受到種植時間、管理方式、種植生境及具體品種的影響，須根據實際情況進行調整。