甘薯貯藏過程中營養(yǎng)品質(zhì)變化及生理機(jī)制研究進(jìn)展

柳洪鵑，史春余，張海峰，姚海蘭，張 超

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)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(chǎn)量約占全球總產(chǎn)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(yīng)用已經(jīng)從作為糧食作物轉(zhuǎn)變到工業(yè)原料、飼料和鮮食上來［2］，與此相適應(yīng)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(zhì)［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(yù)防衰老，具有良好的營養(yǎng)保健功能。隨著人們生活水平的提高和營養(yǎng)保健意識(shí)的增強(qiáng)，優(yōu)質(zhì)食用型甘薯及其制品越來越受到消費(fèi)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(guān)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(shí)間短、營養(yǎng)損失多［5］。因此，圍繞著貯藏期間塊根的品質(zhì)變化特點(diǎn)以及貯藏方法和貯藏條件對(duì)品質(zhì)的影響，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)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(jī)制

甘薯在收獲后生長已停止，但生命活動(dòng)沒有停止，收獲初期呼吸代謝仍較為旺盛，生命活動(dòng)的方向已從合成為主轉(zhuǎn)變成將體內(nèi)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(diǎn)

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(fā)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(diǎn)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(fā)現(xiàn)，PR－S19－12、陸紅二號(hào)、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(hào)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(jié)果。龐杰、馮彤等［7］應(yīng)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(duì)象得出類似結(jié)論，52－45在貯藏0～60 d時(shí)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(hào)為試材得到類似的研究結(jié)果，整個(gè)貯藏期中勝利百號(hào)的可溶性糖含量一直上升，且前2個(gè)月上升較快，后4個(gè)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(gè)桔色薯肉品種的可溶性糖含量持續(xù)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(zhì)可能是淀粉，因?yàn)樵谫A藏期間AIS(非醇溶固形物)的含量(大部分是淀粉)減少了;4個(gè)品種(Jsper除外)還原糖含量在愈傷處理和貯藏期間也是持續(xù)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?yàn)檎崽堑暮吭诖似陂g沒有下降。(3)可溶糖含量先降低然后升高。D.H，F(xiàn)icha［9］對(duì)兩個(gè)白色薯肉品種Rojo Blanco和白星的研究結(jié)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(diǎn)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(hào)3個(gè)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(shí)的水平，這是由于甘薯體內(nèi)比淀粉更為復(fù)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(diào)節(jié)造成的。蓮薯和美1－110兩個(gè)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(wěn)定。李鵬霞［10］在研究甘薯低溫貯藏下品質(zhì)變化規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，貯藏期間塊根的淀粉含量基本保持平穩(wěn)。(3)淀粉含量持續(xù)降低。王樹佃等［8］以勝利百號(hào)和52－45兩個(gè)品種為實(shí)驗(yàn)材料研究表明:甘薯在長期貯藏過程中，薯塊內(nèi)的淀粉不斷分解轉(zhuǎn)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(jié)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(duì)碳水化合物變化產(chǎn)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(diǎn)因品種而異。林汝湘［6］在短期貯藏研究中發(fā)現(xiàn)，PR－S19－12、陸紅二號(hào)、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(jié)果表明，品種52－45在貯藏0～60 d時(shí)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(hào)在整個(gè)貯藏期中的可溶性糖含量一直上升。D.H，F(xiàn)icha［9］指出，貯藏期間4個(gè)桔色薯肉品種的可溶性糖含量持續(xù)增加，除Jasper外其它3個(gè)品種的還原糖含量也是持續(xù)增加的;兩個(gè)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(hào)”和“寧選1號(hào)”在低溫下貯藏，寧紫1號(hào)貯藏到105 d時(shí)可溶性糖含量已經(jīng)極顯著下降(p＜0.01);寧選1號(hào)到貯藏結(jié)束時(shí)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(diǎn)也與品種有關(guān)。林汝湘［6］的研究表明，普薯13、PR－S19－12、陸紅二號(hào)3個(gè)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(gè)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(hào)和52－45兩個(gè)品種為實(shí)驗(yàn)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(wěn)定，此后至貯藏終期持續(xù)降低;而高溫窖藏和室溫貯藏的塊根在整個(gè)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(duì)濕度下處理7 d之后，再在13～16℃、85%相對(duì)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(shí)，他所進(jìn)行的研究還表明不同氧氣濃度對(duì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為蔗糖的過程依賴于溫度和時(shí)間，而且當(dāng)溫度高于15℃時(shí)，轉(zhuǎn)化速率顯著增大，當(dāng)?shù)陀?3℃時(shí)則迅速減小。李鵬霞［10］認(rèn)為，在低溫貯藏條件下，淀粉含量基本穩(wěn)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(chǎn)品的加工。

1.3 塊根貯藏過程中碳水化合物變化的生理機(jī)制

塊根貯藏過程中，淀粉酶的存在引起淀粉分解，導(dǎo)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(jì)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?jí)K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(shù)第二個(gè)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(chǎn)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(guān)。

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(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶，隨溫度變化相互消長，并且磷酸化酶活性極低，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)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(duì)照低，中期較對(duì)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(shù)品種酶活性高峰值出現(xiàn)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(dá)高峰時(shí)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(gè)品種的貯藏特性時(shí)發(fā)現(xiàn):a－淀粉酶在收獲時(shí)活性較低，貯藏60d后達(dá)到較高水平，貯藏180 d后降低到剛收獲時(shí)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(fā)生波動(dòng);貯藏中a－淀粉酶活性的變幅與基因型有關(guān)。

2 塊根貯藏中其它營養(yǎng)物質(zhì)的變化及生理機(jī)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(hào)和52－45兩個(gè)品種為實(shí)驗(yàn)材料研究表明:甘薯體內(nèi)的維生素C在收獲時(shí)含量較高，貯藏過程中明顯減少，貯藏30d損失近10%，繼續(xù)貯藏到60 d，維生素C含量只相當(dāng)于剛收獲時(shí)的70%左右。林汝湘［6］采用6個(gè)冬種夏收的甘薯品種，在研究甘薯常溫室內(nèi)短期(貯藏10 d)存放營養(yǎng)變化的試驗(yàn)中，也得到了維生素C在存放過程中含量不斷減少的結(jié)論。此外，龐杰、馮彤等［7］應(yīng)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(duì)塊根貯藏過程中維生素C含量變化進(jìn)行了一些研究。但是，有關(guān)甘薯貯藏過程中維生素C代謝酶的研究尚未見報(bào)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(jīng)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(shí)期其變化存在一定的差異，表現(xiàn)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(gè)冬種夏收甘薯品種，在甘薯短期存放實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):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(jié)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(rèn)為愈合處理及貯藏對(duì)胡蘿卜素含量沒有明顯的影響［21－23］。此外，貯藏期的溫度對(duì)胡蘿卜素的含量有一定的影響，溫度較低(10℃)時(shí)大部分品種的胡蘿卜素有下降的趨勢，貯藏溫度較高時(shí)(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(diǎn)存在一定的差異［19，20］。

雖然有關(guān)甘薯貯藏過程中胡蘿卜素含量變化特點(diǎn)的研究較多，但是胡蘿卜素含量變化生理機(jī)制的研究鮮見報(bào)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(yǎng)保健成分。李鵬霞［10］在研究寧紫1號(hào)和寧選1號(hào)的貯藏特性時(shí)發(fā)現(xiàn):甘薯的黃酮甙含量呈現(xiàn)先增后降的變化趨勢，其峰值出現(xiàn)在貯藏45 d時(shí);與峰值比較，采用低溫貯藏的處理，到105 d時(shí)仍然沒有顯著下降。

2.4 塊根貯藏過程中蛋白質(zhì)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(zhì)［24］。李鵬霞［10］的研究表明:在貯藏期間塊根可溶性蛋白質(zhì)含量總體上有所下降，但均未與貯藏前出現(xiàn)顯著性差異。

糖蛋白是由蛋白質(zhì)分子和除核酸外的包含有碳水化合物基團(tuán)的物質(zhì)共同組成的一類復(fù)合物［25］。在生物體內(nèi)糖蛋白以不同的形式存在而發(fā)揮作用，是細(xì)胞膜、細(xì)胞間基質(zhì)、血漿、粘液、激素等的重要構(gòu)成成分［26］。日本營養(yǎng)學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)甘薯中含有一種獨(dú)特的粘蛋白，具有抑制膽固醇在體內(nèi)沉積、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、減少高血壓發(fā)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(nèi)研究已測定出甘薯糖蛋白組成，并對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行初步研究［29］，而對(duì)貯藏過程中糖蛋白含量變化的研究鮮見報(bào)道。

2.5 塊根貯藏中硝酸鹽、亞硝酸鹽含量的變化及生理機(jī)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(chǎn)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(tài)氮含量達(dá)到136 mg/kgFW。目前對(duì)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(guān)甘薯塊根長期貯藏過程中硝酸鹽變化特點(diǎn)的研究尚未見報(bào)道。

2.5.2 硝酸鹽、亞硝酸鹽含量變化的生理機(jī)制

硝態(tài)氮(NO3－－N)是植物吸收氮的主要形式，進(jìn)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(zhì)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(tài)氮，繼而在谷氨酰胺合成酶(GS)等的作用下生成氨基酸，進(jìn)而合成蛋白質(zhì)［34］。甘薯塊根中硝酸鹽、亞硝酸鹽含量較高，對(duì)其貯藏過程中含量變化的生理機(jī)制進(jìn)行研究很有必要。

3 結(jié)語

甘薯的營養(yǎng)保健作用，已日益為世界所公認(rèn)，它必將成為21世紀(jì)的理想保健食品之一［35］。甘薯除了具備良好的營養(yǎng)保健功能，還有一定的藥用價(jià)值，可以預(yù)防癌癥、抑制膽固醇、降血脂及增強(qiáng)免疫力等［36，37］。日本國立癌癥預(yù)防研究所調(diào)查數(shù)據(jù)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(fā)酵類和非發(fā)酵類。發(fā)酵類食品目前在國內(nèi)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(fā)酵紅薯飲料及紅薯格瓦斯;非發(fā)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(yǎng)保健功能在人們的日常生活中發(fā)揮越來越重要的作用，進(jìn)而對(duì)其營養(yǎng)品質(zhì)提出了更高的要求，了解塊根貯藏過程中營養(yǎng)品質(zhì)的變化特點(diǎn)及其生理機(jī)制就顯得格外重要。本文對(duì)甘薯貯藏過程中主要的營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)及其變化的生理機(jī)制進(jìn)行綜述，對(duì)甘薯塊根貯藏品質(zhì)的研究有一定的指導(dǎo)意義。

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