蔓薯并長期遮蔭對商薯19淀粉加工品質及營養品質的影響

關鍵詞：商薯19；遮蔭；淀粉；加工品質；營養品質

中圖分類號：S531.01 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）11-0044-08

甘薯是一種適應性強的高產穩產塊根作物，在我國各地均有種植。20世紀80年代以來，我國甘薯生產面積呈下降態勢，種植中心偏向西南及華南地區。近年來我國甘薯種植面積和產量逐漸趨于平穩。相關統計數據顯示，2015-2018年，我國甘薯年均種植面積為284.27萬公頃，平均每年總產量達1233.4萬噸（折糧）。可見甘薯對保障我國糧食安全發揮著重要作用。此外，甘薯幼嫩莖段可作為優良蔬菜食用，且甘薯莖葉含有種類多樣的營養及功能成分，可用于醫療保健等方面產品的開發。

甘薯是喜光的短日照作物，與高稈作物間套作種植時形成田間立體冠層結構，然而光分配不均會產生不同程度的遮蔭，遮蔭使光合速率下降，對甘薯生長發育及塊根產量和品質有較大影響。王慶美等研究表明，膨大期遮蔭有助于改善紫薯的食味品質，但會降低塊根干物質、總淀粉、花青素等的含量，導致其加工品質降低。趙文婷等研究發現，遮蔭降低紫薯的鮮薯產量，但提高其花色苷含量。吳巧玉等研究發現，甘薯與鮮食玉米套作時，甘薯的一些農藝性狀表現低于單作甘薯，光合效率下降，產量降低。Hozyo、Tsurio、Kumano等的研究表明，塊根暴露會使其淀粉含量下降，初級形成層細胞厚壁化，導管數下降，抑制塊根膨大。劉魯林等研究表明，遮蔭處理下，紫薯塊根淀粉含量和淀粉積累速率顯著降低，可溶性糖含量顯著增加。淀粉作為甘薯主要營養成分之一，是衡量甘薯塊根品質的重要指標。遮蔭條件下，甘薯葉片光合酶活性降低，光合速率下降，源器官產生和轉運到塊根的光合產物不足，影響塊根淀粉積累。不同品種甘薯塊根淀粉含量有較大差異，且淀粉含量與食用口感有密切聯系。林汝湘等對298份南方甘薯品種資源的研究表明，甘薯食味與淀粉含量等指標呈正相關；王曉慶等對28份紅、黃肉甘薯的研究表明，甘薯粗淀粉含量與食味性狀呈顯著正相關：黃潔等對21份紫薯種質資源的研究表明，干物質含量和粗淀粉含量與食味有較強聯系。

本試驗以商薯19為材料，設置3種遮蔭處理，研究遮蔭對甘薯加工品質及營養品質的影響，以期為貴州優質甘薯產品的加工生產及進一步開發利用提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料及試驗概況

本試驗以高淀粉型甘薯品種商薯19為材料。商薯19是以SL-01為母本、豫薯7號為父本有性雜交育成的新品種。其頂葉微紫.葉片呈心臟形，莖蔓粗壯；結薯早且集中，薯塊多而勻，表面光滑，呈紡錘狀，大薯率和商品薯率高；薯塊紅皮白肉，淀粉含量達23%～25%，質量極優，是我國種植面積比較大的高淀粉型甘薯品種。

1.2試驗設計

試驗在貴州省銅仁市思南縣（108.208601°E，27.984329°N）開展。采用單因素隨機區組設計，設置3個遮光處理：蔓薯并長期30%遮光度遮蔭40d后復光（復光）、蔓薯并長期一收獲期持續30%遮光度遮蔭（全遮）、全生育期不遮蔭（CK）。遮蔭程度采用遮陽網控制，遮陽網懸掛于距地面1.5m處，小區四周也以遮陽網遮擋。

于2022年5月1日起壟栽植，薯苗選取長勢一致帶莖尖的莖段，橫插種植，科土三節。每小區8壟，壟距0.8m，株距0.5m。處理間留0.8m過道，試驗地周圍留1.6 m保護行。小區長8m，寬2.4m，每處理重復3次，共9個小區。肥料為尿素、磷酸二氫鈣和硫酸鉀，N、P₂O₅、K₂O施用量分別為135、67.5、202 kg/hm²，全部基肥條施。

甘薯進入蔓薯并長期后進行遮蔭處理，分別于T1（遮蔭40 d）、T2（遮蔭80d）、T3（遮蔭120d，即收獲期）3個時期選取具有代表性的植株塊根，每處理至少取10個。塊根取樣后迅速帶回實驗室，部分-80℃冷凍保存，部分烘干后粉碎機粉碎過篩，編號后置于干燥器中保存，用于相關指標測定。

1.3測定項目及方法

1.3.1甘薯淀粉膨脹勢和溶解度測定 取淀粉樣品0.5 g于50 mL離心管中，加入蒸餾水30mL，90℃水浴30min，冷卻至室溫后1500g離心30 min，上清液倒人已知質量的鋁盒，稱取沉淀濕重。上清液在105℃下干燥16 h后稱取上清液干重。溶解度和膨脹勢計算公式如下：

溶解度（%）=（上清液干重/樣品干重）×100；

膨脹勢（g/g）=沉淀濕重×100/[樣品干重×（100-溶解度）]。

1.3.2甘薯淀粉老化特性測定 配制6%的淀粉懸浮液，稱量其質量為mi，95℃水浴20min至淀粉充分糊化，室溫冷卻至30℃后，4℃保存24h，30℃平衡2h，3000r/min離心20 min，稱取上清液質量為m₂，計算老化值：

老化值（%）=（m₂/m₁）×100。

1.3.3甘薯干物質量及品質指標測定 采用烘干法測定甘薯塊根干物質量；酸水解-蒽酮比色法測定總淀粉含量；雙波長比色法測定直鏈淀粉和支鏈淀粉含量；3，5-二硝基水楊酸法測定還原糖含量；考馬斯亮藍染色法測定可溶性蛋白含量；蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用pH=3.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液法測定花青素含量。

1.4數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2010整理數據及制作表格，利用IBM SPSS Statistics 26軟件進行相關性分析，LSD法進行差異顯著性檢驗，使用Graph-Pad Prism9和AI（Adobe Illustrator 2023）軟件繪圖。

2結果與分析

2.1不同遮蔭處理對甘薯塊根總淀粉含量和干物質量的影響

由圖1A可知，各取樣時期全遮和復光處理的甘薯塊根總淀粉含量均顯著低于CK。隨取樣時期推遲，甘薯塊根總淀粉含量逐漸增加，其中，T3時期CK、全遮和復光處理較Tl時期分別增加15.08%、15.75%、14.23%，全遮處理增幅最大。

由圖1B可知，T1、T3時期全遮和復光處理的甘薯塊根干物質量均顯著低于CK;T2時期各處理間無顯著差異。隨取樣時期推遲，甘薯干物質量呈先降低后升高趨勢，這可能與T2時期試驗點氣溫高、降水少抑制了甘薯根部生長有關。

由圖1C可知，Tl時期全遮和復光處理的單株薯重均低于CK，但各處理間無顯著差異；T2時期全遮處理的單株薯重高于CK，但差異不顯著，復光處理則顯著低于CK; T3時期復光處理的單株薯重極顯著低于CK，全遮處理低于CK，但差異不顯著。

2.2不同遮蔭處理對甘薯塊根淀粉組成的影響

由表1可知，全遮處理甘薯塊根直鏈淀粉含量在3個取樣時期與CK均差異顯著，復光處理僅T3時期與CK差異顯著。全遮處理甘薯塊根支鏈淀粉含量在T2、T3時期與CK差異顯著，復光處理仍僅T3時期與CK差異顯著。甘薯塊根直鏈淀粉含量的變化范圍在44.99%～47.41%之間，支鏈淀粉含量的變化范圍在52.59%～55.01%之間。同時，全遮處理甘薯塊根直鏈淀粉含量較CK有降低趨勢，支鏈淀粉含量較CK有增加趨勢：復光處理甘薯塊根直鏈淀粉含量較CK有增加趨勢，支鏈淀粉含量較CK有降低趨勢。

2.3不同遮蔭處理對甘薯淀粉膨脹勢、溶解度與老化特性的影響

由圖2A可知，T1時期全遮處理甘薯淀粉的膨脹勢較CK極顯著增加，復光處理較CK顯著增加；T2時期，全遮處理較CK極顯著增加，復光處理與CK無顯著差異：T3時期各處理間差異不顯著。不同取樣時期，全遮和復光處理甘薯淀粉的膨脹勢較CK均有不同程度增加，且全遮處理增幅更大。

由圖2B可知，T1、T3時期全遮處理甘薯淀粉的溶解度均顯著高于CK，T2時期復光處理甘薯淀粉的溶解度顯著低于CK，其余處理間差異不顯著。不同取樣時期，全遮處理甘薯淀粉的溶解度較CK均有不同程度的增加，而復光處理則均表現為不同程度的降低。

由圖2C可知，不同取樣時期，全遮和復光處理甘薯淀粉的老化值均極顯著低于CK，且復光處理的降低幅度大于全遮處理。

由淀粉組分與淀粉物化特性的相關性分析（圖3）可以看出，直鏈淀粉含量與溶解度、支鏈淀粉含量呈極顯著負相關.支鏈淀粉含量與溶解度呈極顯著正相關，膨脹勢與老化值呈極顯著負相關。

2.4不同遮蔭處理對甘薯塊根還原糖和可溶性糖含量的影響

由圖4A可知，T1、T2時期甘薯塊根還原糖含量處理間無顯著差異，T3時期全遮處理極顯著低于CK，復光處理極顯著高于CK。隨取樣時期推遲，甘薯塊根還原糖含量逐漸降低。T1時期全遮處理甘薯塊根還原糖含量高于CK，T2、T3時期則低于CK，復光處理的還原糖含量在3個取樣時期均高于CK。

由圖4B可知，T3時期全遮處理甘薯塊根可溶性糖含量極顯著低于CK，復光處理顯著高于CK。隨取樣時期推遲，CK和全遮處理甘薯塊根的可溶性糖含量逐漸降低，復光處理則逐漸增加。圖4不同遮蔭處理下甘薯塊根還原糖、可溶性糖含量

2.5不同遮蔭處理對甘薯塊根可溶性蛋白含量的影響

由圖5可知，T1時期甘薯塊根可溶性蛋白含量處理間無顯著差異，T2、T3時期，全遮和復光處理的甘薯塊根可溶性蛋白含量均顯著高于CK。T1、T2、T3時期，全遮處理甘薯可溶性蛋白含量較CK分別增加2.29%、7.06%、14.82%，復光處理分別增加1.95%、6.58%、10.60%。

2.6不同遮蔭處理對甘薯塊根花青素含量的影響

由圖6可知，遮蔭處理降低甘薯塊根花青素含量。全遮處理甘薯塊根花青素含量T1、T2、T3時期均顯著低于CK;復光處理甘薯塊根花青素含量在T1時期顯著低于CK，T2、T3時期極顯著低于CK。復光處理甘薯塊根花青素含量較CK降幅明顯大于全遮處理，T1、T2、T3時期較CK分別降低11.55%、56.18%、73.50%，T3時期含量最低，僅為11.04μg/g。

3討論與結論

光照是植物進行光合作用的必要條件，是植物生長發育的能量來源，對作物生長及產質量形成有重要影響。甘薯作為一種喜光作物，蔭蔽弱光條件影響其光合作用，不利于其生長發育和產量品質形成。淀粉約占甘薯塊根干物質含量的50%～80%，甘薯淀粉在食品工業中被廣泛應用為穩定劑、保水劑等，同時也作為直接生產淀粉粉條的原料。王慶美等研究表明，隨著遮蔭時間和強度的增加，植株干物質分配失調，甘薯塊根淀粉積累量減少，干物質積累減少，產量降低。本試驗結果表明，遮蔭處理降低商薯19的干物質含量和淀粉積累量，這與王慶美、閔義等的研究結果相一致。同時，可能是因為輕度（30%）遮蔭雖然降低植株的凈光合速率，卻對呼吸速率的影響不大，使得該試驗條件下塊根總淀粉含量與CK相比下降幅度不大。

甘薯淀粉的物化特性不僅與品種本身有關，同時也受到外界環境的影響，比如氣候條件、光照強度、水分等。而甘薯淀粉的物化特性直接影響甘薯塊根的產后加工性能。淀粉的基本組分、膨脹勢、溶解度以及老化特性等是影響加工粉條品質的重要指標。淀粉含有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種主要組分，直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例結構被作為預測淀粉加工性質和營養品質的重要指標。楊俊等研究表明，直鏈淀粉含量是決定淀粉加工品質的重要因素，對甘薯產量也有影響。程明凱等在灌漿成熟期對不同水稻品種進行人工遮蔭處理的研究表明，遮蔭處理后水稻籽粒直鏈淀粉含量普遍升高。魏春燕等對不同光環境下七子花生長規律的研究表明，隨著遮蔭程度的增加，其淀粉、可溶性糖含量顯著降低。石鵬兵等研究表明，遮蔭不僅降低冬小麥的干物質量，其籽粒淀粉和還原糖含量也隨光照強度的降低而逐漸降低。閔義等對木薯進行遮蔭處理的研究表明，弱光顯著影響其淀粉含量及組成，遮蔭處理下塊根中的直鏈淀粉含量升高，淀粉含量和支鏈淀粉含量下降。有研究發現，不同光照強度對籽粒直鏈淀粉含量有顯著影響，影響的變幅達1.6%～7.7%。當淀粉懸濁液受熱糊化時，直鏈淀粉析出增加淀粉的溶解度，支鏈淀粉析出增加淀粉的膨脹勢。高膨脹勢的甘薯淀粉制作的粉條被認為具有更好的蒸煮品質。本研究發現，不同遮蔭處理影響甘薯塊根淀粉的組成，所以也可能會影響粉條的加工、蒸煮和質地特性；全遮處理下，甘薯塊根淀粉的膨脹勢和溶解度顯著增加，這可能跟遮蔭影響了直鏈淀粉含量有關；同時，遮蔭處理顯著降低甘薯塊根淀粉的老化值，這可能與其膨脹勢升高有關。淀粉老化程度低，會增強淀粉的消化特性，降低硬度，從而改善食品的穩定性和質量，提高食品品質。全遮處理甘薯塊根中直鏈淀粉含量降低，支鏈淀粉含量增加，直／支比值降低，淀粉的軟糯適口性增加。

可溶性蛋白和可溶性糖是植物體內的有效滲透調節物質，主要在滲透調節和活性氧自由基清除方面發揮重要作用，在逆境條件下其含量會發生累積。陳乾等研究表明，遮蔭下福建柏幼苗的可溶性蛋白、可溶性糖含量均明顯降低。弱光可使小麥籽粒的蛋白質含量降低，加工品質變差，導致其商品價值降低。本試驗中，全遮處理下甘薯塊根可溶性糖含量下降，并且各處理的可溶性蛋白含量都有不同程度升高，這與聞小霞、王麗娟等的研究結果一致，具體機理還需要進一步試驗探明：對于復光處理而言，其支鏈淀粉含量下降，而可溶性糖含量升高，這與史春余等的研究結果類似，我們推測可能與淀粉酶的分解作用有關。本試驗中，塊根還原糖含量在全遮蔭處理下整體表現為下降，這與石鵬兵等的研究結果相一致，說明弱光照對還原糖生成有一定的抑制作用。復光處理下甘薯塊根還原糖含量升高，我們推測可能是短時間遮蔭后復光刺激了還原糖的生成，使其含量升高。花青素廣泛存在于植物的果實和種子中，起到保護植物免受紫外線等非生物損傷等的作用；花青素還有利于人體健康，可以提高視力、預防慢性疾病等。本試驗結果表明，遮蔭顯著或極顯著降低甘薯塊根花青素含量，這與王慶美的研究結果相一致。

總體而言，本試驗中遮蔭條件下甘薯塊根的干物質、總淀粉含量及淀粉老化值均下降，即甘薯產量、塊根淀粉積累以及食味品質在弱光下受到抑制。復光處理甘薯塊根淀粉的膨脹勢增加、溶解度下降，表明由短期遮蔭處理的甘薯塊根淀粉加工而成的粉條產品品質更優，商薯19塊根的加工品質得到提高。遮蔭處理甘薯塊根的可溶性蛋白含量增加，即甘薯的食用口感得到改善，但遮蔭會抑制甘薯塊根中花青素的生成。可溶性糖含量變化規律受遮蔭時長影響明顯，短期遮蔭處理甘薯塊根可溶性糖含量增加，有利于其鮮食品質的提高。

綜上，作為高淀粉型甘薯品種的商薯19，在貴州寡光照地區種植有助于其塊根加工品質和營養品質的改良。該結論可為寡光照地區甘薯栽培提供數據支持，并有望帶動寡光照地區甘薯產業的可持續發展。