不同熟化方式對(duì)食用型甘薯中可溶性糖分組成的影響

孫寧慧， 石彩玲， 王少霞， 劉 慶

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，青島 266109)

甘薯[Ipomoeabatatas(L.) Lam.]是世界上居水稻、小麥、馬鈴薯、玉米和木薯之后的第六大糧食作物，是一些發(fā)展中國(guó)家保證糧食安全的底線作物[1,2]。根據(jù)其塊根的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)和用途，甘薯品種分為食用型、淀粉型和加工型等，可滿足不同人群和行業(yè)的需要[3]。其中，食用型甘薯是指薯肉黃色、桔紅色或紅色，可溶性糖和胡蘿卜素等含量較高，具有良好的蒸煮食味與較高的營(yíng)養(yǎng)保健功能的一類甘薯[4]。可溶性糖含量是食用型甘薯食味品質(zhì)和加工性能的重要指標(biāo)，是影響甘薯甜度、黏度、質(zhì)地、香味等食味指標(biāo)的重要因子[5,6]，且甘薯甜度和食味與熟薯中可溶性糖含量之間的相關(guān)性遠(yuǎn)大于生薯[7]。已有研究表明，在生薯中可溶性糖主要包括葡萄糖、果糖、蔗糖3種，而熟薯中可溶性糖除這3種糖組分外，還含有大量的麥芽糖[8]，這主要由于熟化過(guò)程薯塊中淀粉酶催化淀粉水解產(chǎn)生大量的麥芽糖所致[9]。

提取液中可溶性糖含量的測(cè)定方法主要有分光光度法、氣相色譜法、液相色譜法、離子色譜法等[10-13]。由于分光光度法只能測(cè)定糖分總量，氣相色譜法所測(cè)糖組分種類有限，離子色譜法靈敏度高，測(cè)定時(shí)易受基質(zhì)中其他成分影響，而液相色譜法在保證檢出限的基礎(chǔ)上相對(duì)穩(wěn)定，因此，在甘薯可溶性糖研究中用得最多的為液相色譜法[14]。如Lewthwaite等[15]利用液相色譜法研究了分別來(lái)自美國(guó)、新西蘭和日本的3個(gè)甘薯品種在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中葡萄糖、果糖和蔗糖含量的變化，發(fā)現(xiàn)在3個(gè)品種中均為蔗糖含量最高且品種間差異顯著；Den等[16]利用液相色譜法測(cè)定了美國(guó)4個(gè)高產(chǎn)甘薯品種生、熟樣品中可溶性糖含量，發(fā)現(xiàn)除葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖外，還在部分樣品中檢測(cè)到了麥芽三糖(棉子糖)，但未檢測(cè)到水蘇糖和毛蕊花糖；Lai等[17]利用液相色譜法測(cè)定了烘烤甘薯中葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖4種糖分的組成，發(fā)現(xiàn)烘烤后麥芽糖含量顯著增加，導(dǎo)致總可溶性糖增加，而生薯中麥芽糖含量極少；Wei等[18]利用液相色譜法測(cè)定了蒸、煮、烤等熟化后甘薯中葡萄糖、果糖和蔗糖4種糖分的組成，發(fā)現(xiàn)熟化后還原糖含量增加，尤其是麥芽糖含量，但非還原糖含量變化不顯著；卞科等[19]利用液相色譜法測(cè)定甘薯可溶性糖分組成及其在蒸、煮、烤、微波等加工過(guò)程中的變化，在熟化后樣品中，檢測(cè)出了葡萄糖、果糖、麥芽糖和蔗糖，但未檢測(cè)出棉子糖等其他糖組分；沈升法等[20]利用液相色譜法測(cè)定了11 份甘薯重要種質(zhì)資源的生薯和熟薯4種主要可溶性糖分含量，發(fā)現(xiàn)在生薯中蔗糖含量最高，麥芽糖含量最低，在熟薯中麥芽糖含量最高，而果糖、葡萄糖、蔗糖與生薯相比變化較小。由此認(rèn)為熟薯可溶性糖含量變化主要由麥芽糖含量變化引起的。雖然應(yīng)用液相色譜法對(duì)甘薯中葡萄糖、果糖、麥芽糖和蔗糖等含量較高的糖組分研究報(bào)道較多，但與離子色譜法相比，因其檢出限偏高，使得甘薯中含量偏低的其他糖組分如半乳糖、甘露糖、棉子糖、水蘇糖等單糖或低聚糖在多數(shù)情況下無(wú)法檢出，導(dǎo)致了甘薯可溶性糖分組成及其在加工過(guò)程中變化的研究不夠完整。

本研究針對(duì)甘薯塊根中基質(zhì)組成的特點(diǎn)，采用80%的乙醇水溶液低溫振蕩提取其中可溶性糖組分，同時(shí)，基于離子色譜—脈沖積分安培檢測(cè)法(IC-PAD)測(cè)定糖組分具有高靈敏度和低檢出限的特點(diǎn)，用該方法同時(shí)測(cè)定提取液中葡萄糖、果糖、麥芽糖、蔗糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖、阿拉伯糖、棉子糖、水蘇糖等10種可溶性糖組分，以生薯為對(duì)照，研究蒸制、烤制、微波3種不同熟化方式對(duì)甘薯中可溶性糖分組成及其變化的影響，為其進(jìn)一步加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

煙薯25號(hào)取自本課題組位于山東省萊陽(yáng)市高格莊鎮(zhèn)胡城行政村實(shí)驗(yàn)基地，土壤類型為沙質(zhì)潮土，于2020年5月10日栽插，10月28日收獲，收獲后室溫放置14 d后開(kāi)始處理樣品。每個(gè)處理方式隨機(jī)選擇形狀類似紡錘形、質(zhì)量為400 g左右薯塊5個(gè)，分別進(jìn)行蒸制、微波、烘烤熟化，熟化后的甘薯樣品與生薯一起進(jìn)行冷凍干燥除去水分，磨細(xì)過(guò)篩后備用。

1.2 儀器與設(shè)備

5005D-5電烤箱，M1-L213C微波爐，SCIENTZ-12ND冷凍干燥機(jī)，Neofge15R冷凍離心機(jī)，配備有Carbo Pac PA20(3 mm×150 mm)分析柱和Carbo Pac PA20(3 mm×50 mm)保護(hù)柱的ICS-5000離子色譜儀。

1.3 甘薯樣品制備

1.3.1 樣品熟化

根據(jù)前期探索不同方式甘薯樣品熟化經(jīng)驗(yàn)，并參考和借鑒相關(guān)文獻(xiàn)中描述的甘薯樣品熟化方法，本研究按照以下參數(shù)進(jìn)行樣品的熟化[18]。

蒸制：取薯形一致(長(zhǎng)度與胸徑的比例2∶1左右)，5個(gè)質(zhì)量約為400 g的薯塊，洗凈，置于事先放入1 000 mL自來(lái)水的電熱鍋水線上方蒸煮盒中，1 300 W功率至水沸騰后，再以500 W功率繼續(xù)保持30 min。冷卻至室溫，取出。

烤制：取薯形一致(長(zhǎng)度與胸徑的比例2∶1左右)，5個(gè)質(zhì)量約為400 g的薯塊，洗凈晾干，用錫紙包裹，放入烤箱中，設(shè)定烤制溫度為200 ℃，上下火烤制60 min。冷卻后取出。

微波：取薯形一致(長(zhǎng)度與胸徑的比例2∶1左右)，5個(gè)質(zhì)量約為400 g的薯塊，洗凈晾干，用保鮮膜包裹，放微波爐(微波輸出功率700 W)加熱10 min。冷卻后取出。

1.3.2 樣品干燥與粉狀樣品制備

將熟化后的薯塊縱向切開(kāi)成4份，各取其中1份，同生薯?xiàng)l(需事先去皮切絲)一起放入-40 ℃冰箱冷凍，再用冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥至恒重。取出，粉碎，磨細(xì)過(guò)100目篩后用于可溶性糖分的提取和測(cè)定。

1.4 可溶性糖的提取

取0.5 g(精確至0.000 1 g)樣品置于50 mL帶蓋玻璃瓶中，加入40 mL 80%的乙醇水溶液(乙醇∶水=8∶2)，超聲萃取60 min后(超聲時(shí)加自來(lái)水循環(huán)控制水溫不超過(guò)15 ℃)，再放入振蕩器繼續(xù)振蕩提取2 h，放置澄清。取上清液2 mL于冷凍離心機(jī)中10 000 r/min冷凍離心5 min，取1 mL上清液用超純水定容至100 mL容量瓶，將稀釋后樣品使用注射器通過(guò)已活化的RP柱(活化方法：以甲醇通過(guò)RP柱放置10 min，使用超純水清洗數(shù)次)除疏水有機(jī)物雜質(zhì)，棄去前約0.5 mL樣品，收集后續(xù)樣品上機(jī)測(cè)定其中鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、棉子糖和水蘇糖等不同組分含量。

1.5 儀器配置與色譜條件

離子色譜儀配備安培檢測(cè)器、AS-AP自動(dòng)進(jìn)樣器，Carbo Pac PA20(3 mm×150 mm)分析柱和Carbo Pac PA20(3 mm×30 mm)保護(hù)柱。淋洗液分別為：18.2 MΩ超純水(A)、250 mmol/LNaOH(B)、1.0 mol/LNaOAc(C)。樣品進(jìn)樣體積10 μL；柱溫30 ℃；檢測(cè)器為電化學(xué)檢測(cè)器，金電極，標(biāo)準(zhǔn)糖電位。色譜柱梯度條件見(jiàn)表1，混合標(biāo)準(zhǔn)液各組分譜圖見(jiàn)圖1。

表1 離子色譜色譜柱梯度條件

圖1 糖組分混合標(biāo)準(zhǔn)液譜圖

1.6 數(shù)據(jù)分析

用 Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表繪制。利用DPS14.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Duncan 法進(jìn)行平均數(shù)間的顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平取P<0.05。

2 結(jié)果與分析

不同熟化方式樣品中因鼠李糖、阿拉伯糖、棉子糖3種糖組分含量較低，低于本研究中樣品測(cè)定方法檢出限，故僅對(duì)其他7種糖組分含量及可溶性糖組分總量進(jìn)行分析。

2.1 不同熟化方式下可溶性糖組分總量

將檢出的7種不同形態(tài)的糖組分含量相加，得到不同熟化方式各樣品中可溶性糖組分總量，結(jié)果見(jiàn)圖2。不同熟化方式中，烤制樣品可溶性糖組分總量最高，為410.4 g/kg，生薯粉中可溶性糖組分總量最低，為121.5 g/kg，僅占烤制樣品可溶性糖組分總量的29.6%。不同熟化方式樣品可溶性糖組分總量高低的順序?yàn)榭局?微波>蒸制>生薯，差異達(dá)顯著水平。

圖2 不同熟化方式樣品中可溶性糖組分總量

2.2 不同熟化方式下單糖含量

由圖3可見(jiàn)，不同熟化方式下，葡萄糖與果糖含量顯著高于半乳糖與甘露糖，且各單糖組分均以生薯最低，熟化后各單糖組分含量有所增加。不同熟化方式下，半乳糖含量以微波熟化樣品中最高，為0.638 g/kg，生薯樣品中含量最低，為0.492 g/kg，微波、烤制和蒸制3種處理方式半乳糖含量差異不顯著，但與生薯的差異均達(dá)顯著水平。甘露糖含量以蒸制樣品中含量最高，為0.620 g/kg，生薯樣品中含量最低，為0.523 g/kg，蒸制、烤制和微波3種處理方式甘露糖含量的差異不顯著，但與生薯的差異也均達(dá)顯著水平。葡萄糖和果糖是甘薯中含量較高的兩種單糖，從不同熟化方式樣品的含量比較看，葡萄糖含量以蒸制樣品中最高，為59.69 g/kg，生薯中含量最低，為41.28 g/kg，不同處理樣品中葡萄糖含量高低順序?yàn)檎糁?微波>烤制>生薯，差異均達(dá)顯著水平。果糖含量與葡萄糖類似，以蒸制樣品中最高，為50.48 g/kg，但以烤制樣品中最低，為38.91 g/kg，不同處理樣品中葡萄糖含量高低順序?yàn)檎糁?微波>烤制和生薯，差異顯著，但烤制與生薯中果糖含量差異未達(dá)顯著水平。

圖3 不同熟化方式下單糖含量

2.3 不同熟化方式下蔗糖和麥芽糖含量

圖4反映了不同熟化方式樣品中蔗糖和麥芽糖含量差異。蔗糖是由一分子葡萄糖的半縮醛羥基與一分子果糖的半縮醛羥基彼此縮合脫水而成，具有明顯的甜味，而麥芽糖則是由2個(gè)葡萄糖單位經(jīng)由α-1,4糖苷鍵連接而成的二糖，其甜度為蔗糖的40%[21]。不同熟化方式樣品中，蔗糖和麥芽糖均以烤制樣品中含量最高，分別為98.13、215.43 g/kg，以生薯樣品中含量最低，分別為34.68、3.05 g/kg。不同處理蔗糖含量高低順序?yàn)榭局?蒸制和微波>生薯，蒸制和微波處理之間差異不顯著；麥芽糖含量高低順序均為烤制>蒸制>微波>生薯，各個(gè)處理之間差異顯著。從蔗糖和麥芽糖含量的比較還可以看出，生薯樣品中，蔗糖含量遠(yuǎn)高于麥芽糖，而熟化的樣品中，麥芽糖含量遠(yuǎn)高于蔗糖含量，說(shuō)明熟化過(guò)程更有利于麥芽糖的形成，其效應(yīng)遠(yuǎn)大于對(duì)蔗糖或其他糖組分的影響。

圖4 不同熟化方式下蔗糖和麥芽糖含量

2.4 不同熟化方式下水蘇糖含量

圖5反映了不同熟化方式樣品中水蘇糖含量的差異。水蘇糖是蔗糖的葡萄糖基一側(cè)以1,6-糖苷鍵結(jié)合2個(gè)α-半乳糖而形成的4糖，廣泛存在于蔬菜和一些治療疾病的中藥材中，因其含有活性因子，可吸附胃腸道有毒物質(zhì)及病原菌，提高機(jī)體免疫能力。此外，因其不易被消化酶水解，且代謝不依賴胰島素，可滿足患有糖尿病、肥胖病和高脂血癥等特殊人群的需要[22]。熟化后樣品中水蘇糖含量均顯著高于生薯，其中含量最高的是微波熟化方式，其樣品中水蘇糖含量為8.613 g/kg，含量最低的生薯樣品中，水蘇糖含量?jī)H為1.78 g/kg，不同處理樣品水蘇糖含量由高到低的順序?yàn)槲⒉ê涂局?蒸制>生薯。除微波處理和烤制的樣品中含量差異不顯著外，其他處理之間水蘇糖含量差異均達(dá)到顯著水平。

圖5 不同熟化方式下水蘇糖含量

2.5 不同熟化方式下各糖分占可溶性糖組分總量的比例

為進(jìn)一步了解不同糖組分在熟化過(guò)程中彼此之間的消長(zhǎng)規(guī)律，分別計(jì)算了各糖組分占可溶性糖組分總量的比例，結(jié)果見(jiàn)表2，可以看出，在生薯中，占比最大的3種糖組分別是葡萄糖、果糖和蔗糖，三者占可溶性總糖的95%以上；而熟化后的樣品中占比最大的為麥芽糖，其比例可達(dá)到可溶性糖組分總量的50%，其次為蔗糖、葡萄糖和果糖，麥芽糖、蔗糖、葡萄糖和果糖4種糖分占可溶性糖組分總量的比例在97%～98%之間。由此還可以看出，與生薯樣品相比，不同熟化方式顯著增加了蔗糖、麥芽糖含量，使得可溶性糖組分總量增加明顯，但隨著可溶性糖組分總量的增加，除麥芽糖和水蘇糖占比有顯著增加外，其他5種糖組分占可溶性總糖的比例均有所下降。

表2 不同熟化方式下各糖組分占可溶性糖組分總量的比例/%

3 討論

已有報(bào)道顯示，鮮薯可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.25%～12.90%之間(鮮基)，不同甘薯品種之間可溶性糖含量存在較大差異[23]。對(duì)食用型甘薯品種來(lái)講，可溶性糖含量是影響甘薯甜度和食味的重要指標(biāo)之一[14]。生薯中主要可溶性糖組分為葡萄糖、果糖和蔗糖，其中葡萄糖與果糖含量接近，二者含量均高于蔗糖；而熟化后的甘薯樣品中，會(huì)出現(xiàn)大量的麥芽糖，且麥芽糖和蔗糖的含量遠(yuǎn)高于葡萄糖和果糖，這與大多數(shù)研究結(jié)果一致[20]。不同熟化過(guò)程使得薯塊中可溶性糖含量顯著增加，從而增加了甘薯的甜度。這主要是由于熟化過(guò)程中溫度的升高使淀粉酶活性增強(qiáng)，從而促進(jìn)了淀粉向可溶性糖的轉(zhuǎn)化[24]。

但是，甘薯熟化過(guò)程中可溶性糖的變化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，既包括淀粉向可溶性糖的轉(zhuǎn)化，也包括不同可溶性糖組分之間的相互轉(zhuǎn)化[25]。本研究中，不同熟化方式甘薯中各糖組分含量具有較大差異，這可能和不同熟化方式下溫度的變化過(guò)程不同有關(guān)[18]。在不同的溫度變化過(guò)程影響下，淀粉向可溶性糖的轉(zhuǎn)化以及不同可溶性糖組分之間的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程不同，導(dǎo)致甘薯中不同糖組分含量發(fā)生較大差異。如烤制過(guò)程葡萄糖和果糖含量普遍低于蒸制和微波熟化過(guò)程，而蔗糖和麥芽糖含量普遍高于蒸制和微波熟化過(guò)程等。不同熟化過(guò)程對(duì)甘薯中糖分變化的影響機(jī)理，尚需進(jìn)一步的深入研究。

同時(shí)，與大多數(shù)前人研究結(jié)果相比，本研究除了在熟化后的甘薯樣品中，檢測(cè)出果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖外，還檢測(cè)出了少量半乳糖、甘露糖、水蘇糖等單糖和低聚糖等糖組分。關(guān)于甘薯中多糖的研究中，曾報(bào)道甘薯多糖的單糖組成中包括鼠李糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖等組分[26]，只是由于以往對(duì)糖分的檢測(cè)多采用HPLC方法進(jìn)行，由于HPLC檢測(cè)方法靈敏低于離子色譜法[10]，使得甘薯中含量較低的糖組分如半乳糖、甘露糖、水蘇糖等未能檢出。本研究在利用80%乙醇超聲振蕩提取的基礎(chǔ)上，利用優(yōu)化了各項(xiàng)色譜參數(shù)的離子色譜方法進(jìn)行測(cè)定，提高了測(cè)定儀器的靈敏性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)甘薯中半乳糖、甘露糖、水蘇糖等單糖和低聚糖等糖組分的定量檢測(cè)。

4 結(jié)論

樣品中除鼠李糖、阿拉伯糖和棉子糖外，共檢測(cè)出葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、蔗糖、麥芽糖、水蘇糖共7種糖組分。不同熟化方式下以烤制樣品中可溶性糖組分總量最高，達(dá)410.4 g/kg，生薯粉中可溶性糖組分總量最低，為121.5 g/kg，僅占烤制樣品的29.6%，這也是烤制甘薯甜度高于蒸制和微波加工的原因。葡萄糖和果糖在蒸制過(guò)程中含量增幅最大，麥芽糖和蔗糖在烤制過(guò)程中含量增幅最大，而水蘇糖在微波過(guò)程中含量增幅最大。不同熟化過(guò)程樣品中，含量占比最高的均為麥芽糖，占可溶性糖組分總量的比例為47.74%～52.48%；其次為蔗糖，占可溶性糖組分總量的比例為20.01%～23.91%；再次為葡萄糖和果糖，占可溶性糖組分總量的比例分別為11.76%～16.20%和9.49%～13.70%，半乳糖、甘露糖和水蘇糖在熟化后樣品仍處于較低水平，占可溶性糖組分總量的比例均在1%以下。