甘薯中糖組分含量與甜度的相關(guān)性分析

張毅 孫健 鈕福祥 徐飛 朱紅 岳瑞雪 張文婷 馬晨

摘要：以50份甘薯種質(zhì)資源為研究對(duì)象，采用高效液相色譜法測(cè)定熟化前后薯塊中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖含量并計(jì)算生化甜度，再與食味評(píng)價(jià)的甜度結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，生鮮薯和熟化薯中均含有4 種可溶性糖組分，生鮮薯中蔗糖含量最高;而熟化薯塊中，麥芽糖含量大幅增加，可溶性總糖含量高低主要由麥芽糖含量決定。熟化薯生化甜度與食味甜度的相關(guān)系數(shù)最大（r=0.97），因此選擇熟化薯中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖含量作為自變量，食味甜度作為因變量，進(jìn)行多元線性逐步回歸分析，選擇R2最大（0.938）時(shí)擬合模型，建立的回歸方程較好，因變量對(duì)自變量的解釋度較高。熟化薯可溶性總糖組分對(duì)甜度的貢獻(xiàn)大小依次為果糖>麥芽糖>蔗糖>葡萄糖，其中果糖和麥芽糖2種組分對(duì)甜度的貢獻(xiàn)超過60%，處于主導(dǎo)地位，可以作為反映甘薯甜度的核心指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：甘薯;糖組分;甜度;相關(guān)性分析;高效液相色譜;熟化薯;可溶性總糖

中圖分類號(hào)： S531.01? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）23-0190-05

收稿日期：2021-06-14

基金項(xiàng)目：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（編號(hào)：CARS-10-B20）;江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院探索性顛覆性創(chuàng)新計(jì)劃[編號(hào)：ZX（21）1228];徐州市科技項(xiàng)目（編號(hào)：KC19243）;徐州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研基金（編號(hào)：XK2020007）。

作者簡(jiǎn)介：張 毅（1987—），男，江蘇徐州人，碩士，助理研究員，主要從事甘薯產(chǎn)后加工研究。E-mail：zhangyijsnu@163.com。

通信作者：孫 鍵，碩士，副研究員，主要從事薯類深加工研究。E-mail：sjsg9902@126.com。

甘薯生產(chǎn)一直在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要位置，在甘薯作為主糧的年代，“一季甘薯半年糧”為解決人口激增帶來的溫飽問題作出了重要貢獻(xiàn)[1]。在糧食結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)程中，淀粉型甘薯又作為重要的飼料和淀粉工業(yè)原料，為農(nóng)業(yè)全面發(fā)展提供了巨大的調(diào)整空間。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，甘薯的作用再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，鮮食型甘薯作為健康輔食得以迅速發(fā)展，其食用品質(zhì)備受關(guān)注。

與淀粉型品種相比，食用型品種淀粉含量較低，可溶性糖含量較高[2]。甘薯中可溶性總糖包括還原糖（果糖、葡萄糖、麥芽糖）和非還原糖（蔗糖）[3-4]，是甜味的主要來源。甘薯的甜度是消費(fèi)者對(duì)品質(zhì)的追求，是種植者對(duì)品質(zhì)的核量，也是育種者的育種目標(biāo)之一。在育種實(shí)踐和現(xiàn)有文獻(xiàn)中，通常以生鮮薯可溶性總糖含量作為甘薯品質(zhì)分析和品種評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)[5]。但是甘薯不宜生食，熟化后的甘薯塊根甜度明顯增加，可能與生鮮薯可溶性總糖含量不一致。李良等研究發(fā)現(xiàn)，塊根蒸煮后的適口性和風(fēng)味與塊根的淀粉含量呈負(fù)相關(guān)，與還原糖含量呈正相關(guān)[6]，而吳列洪等測(cè)定了357 個(gè)甘薯育種選種圃群體蒸煮前后的糖組分，發(fā)現(xiàn)近80%的甜度增量來自蒸熟過程中產(chǎn)生的可溶性總糖[7]。因此甘薯熟化前后的糖分含量及相關(guān)性值得探究。

由于人們對(duì)各種糖組分甜度的感覺不同，可溶性總糖含量越高，并不意味著口感越甜，還與單體的組成成分有關(guān)。本研究以50份甘薯種質(zhì)資源為研究對(duì)象，準(zhǔn)確測(cè)定它們熟化前后果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖含量并計(jì)算生化甜度，再與食味評(píng)價(jià)的甜度結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，以期望找到適宜作為甘薯甜度評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)，為后續(xù)種質(zhì)資源利用和高糖化鮮食品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

50份甘薯種質(zhì)資源由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘薯研究所提供，本次試驗(yàn)所有樣品在相同的土壤、氣候、栽培及管理?xiàng)l件下統(tǒng)一收獲，收獲后12 ℃貯藏。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料于2020年6月22日栽插，10月22日收獲，甘薯貯藏15 d后在江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所進(jìn)行測(cè)定與評(píng)價(jià)，選取薯皮光滑，薯塊無畸形、無創(chuàng)傷、無開裂、無蟲傷、無病害，質(zhì)量約300 g的典型薯塊，橫向切半，一半測(cè)定生鮮薯干物率及糖組分含量，另一半測(cè)定蒸熟后薯塊中糖組分含量并進(jìn)行食味評(píng)價(jià)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

生鮮薯塊根干物率的測(cè)定采用筆者所在實(shí)驗(yàn)室之前的測(cè)定方法[8];熟化前后甘薯的果糖、葡萄糖、蔗糖和麥芽糖含量，采用高效液相色譜法[9]測(cè)定，檢測(cè)設(shè)備：Agilent 1260，色譜柱：Repromer H，9 μm（300 mm×4.6 mm），流速：0.5 mL/min，流動(dòng)相：純水，檢測(cè)器ELSD，溫度：80 ℃，氮?dú)饬魉?2.5 mL/min，進(jìn)樣量4.0 μL;熟化薯塊根的食味評(píng)價(jià)采用筆者所在實(shí)驗(yàn)室之前的評(píng)價(jià)方法[8];生化甜度（biochemical sweetness，Bcs）=1.75×果糖含量值+0.70×葡萄糖含量值+1.00×蔗糖含量值+0.35×麥芽糖含量值[10]。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)性分析和回歸分析，P<0.05表示具有顯著性差異，P<0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試品種的干物率

試驗(yàn)群體的干物率為20.55%～40.65%。由圖1可知，低干物率（≤29.9%）品種15份，其中<25.0%的僅有1份;中干（30.0%～34.99%）的品種較多，共21份;高干（≥35.0%）品種14份，其中>40.0%的僅有1份。本次試驗(yàn)群體的干物率呈正態(tài)分布，能包含育種中可能出現(xiàn)的各種干物率類型，同時(shí)50個(gè)參試材料平均干物率為32.37%，中高干物率品種（系）較多，由于烘烤加工方式會(huì)導(dǎo)致失水多，僅適宜干物率較低的品種，故本次試驗(yàn)選擇蒸煮熟化。

2.2 糖組分及含量

由表1可知，參試品種熟化前后均含有果糖、葡萄糖、蔗糖和麥芽糖4種組分。生鮮薯中，還原糖和可溶性總糖的平均值分別為20.73、52.50 mg/g鮮質(zhì)量，屬于還原糖的果糖、葡萄糖和麥芽糖含量分別為7.96、8.76、4.01 mg/g鮮質(zhì)量，可溶性總糖還包括上述3種組分外的蔗糖，含量為 31.77 mg/g 鮮質(zhì)量，占生鮮薯總糖分的60.51%。熟化薯的還原糖含量為20.55～165.92 mg/g鮮質(zhì)量，可溶性總糖

含量為54.03～208.81 mg/g鮮質(zhì)量，平均值分別為61.48、97.07 mg/g鮮質(zhì)量。其中，麥芽糖含量最高，平均值為43.33 mg/g鮮質(zhì)量，占熟化薯總糖分的44.64%。蔗糖、葡萄糖和果糖在熟化薯中總糖分占比依次減小，與生鮮薯中對(duì)應(yīng)的組分含量相比變化幅度較小。在變異系數(shù)上，無論在生鮮薯還是熟化薯中，果糖、葡萄糖和麥芽糖3 種組分的變異系數(shù)均較高，品種間變異系數(shù)差異較大，蔗糖的變異系數(shù)相對(duì)較小。

2.3 熟化后糖組分含量的變化

由表2可知，在蒸煮后甘薯塊根糖組分含量發(fā)生了明顯變化，熟化薯中可溶性總糖平均含量增加了44.57 mg/g鮮質(zhì)量，50份材料全部正增長(zhǎng)。其中麥芽糖含量變化最大，平均增加了39.32 mg/g鮮質(zhì)量，蔗糖和葡萄糖分別平均增加了3.82、1.58 mg/g 鮮質(zhì)量，其中有4個(gè)品種蔗糖含量蒸煮后變低。果糖含量蒸煮后變化很小，且94%的品種果糖含量略有下降。各種糖組分的甜度值不同，蔗糖甜度為1.00，果糖、葡萄糖和麥芽糖甜度分別為1.75、0.70和0.35。由表3可知，生鮮薯生化甜度普遍較低，均值為53.24;熟化后，生化甜度增長(zhǎng)到71.67，其中分?jǐn)?shù)小于70的26個(gè)，大于80的15個(gè)，成U形曲線分布;食味甜度的評(píng)價(jià)均值為74.85，與生化甜度計(jì)算值相似，但分?jǐn)?shù)小于70的12個(gè)，大于80的12個(gè)，品種分布成倒U形。

2.4 糖組分含量與甜度的相關(guān)性

對(duì)薯塊的糖組分與甜度進(jìn)行相關(guān)性分析。由表4可知，生鮮薯中，果糖、葡萄糖、蔗糖和麥芽糖之間無明顯相關(guān)性，可溶性總糖與蔗糖含量的相關(guān)系數(shù)r=0.86，關(guān)系密切。熟化薯中，可溶性總糖與麥芽糖含量關(guān)系較大，相關(guān)系數(shù)為0.93，因此，熟化薯可溶性總糖含量高低主要由麥芽糖含量決定。而生鮮薯與熟化薯之間的可溶性總糖含量相關(guān)系數(shù)r=0.67，呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。生鮮薯可溶性總糖含量與熟化前生化甜度的相關(guān)系數(shù)為0.96;熟化薯可溶性總糖含量與熟化后生化甜度的相關(guān)系數(shù)為0.88，呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），表明無論是生鮮薯還是熟化薯，可溶性總糖含量都是反映生化甜度的最適宜指標(biāo)。

2.5 糖組分對(duì)甜度的貢獻(xiàn)

由表4可知，在糖組分與甜度的關(guān)系上，熟化薯食味評(píng)價(jià)甜度與熟化薯生化甜度的相關(guān)系數(shù)最大（r=0.97），表明食味評(píng)價(jià)甜度可以非常準(zhǔn)確地反映熟化后品種（系）間差異。參試品種生鮮薯和熟化薯的果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、還原糖和可溶性總糖均與食味評(píng)價(jià)甜度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），其線性回歸方程、R2和P值見表5。

以熟化薯果糖（X熟化薯果糖）、葡萄糖（X熟化薯葡萄糖）、蔗糖（X熟化薯蔗糖）和麥芽糖（X熟化薯麥芽糖）含量為自變量，食味甜度（Y）為因變量，自變量數(shù)據(jù)經(jīng)零-均值規(guī)范化處理后，進(jìn)行多元線性逐步回歸分析。共線性診斷結(jié)果，4個(gè)自變量VIF值均小于1.3，即不存在多重共線性問題，可以進(jìn)行分析;殘差統(tǒng)計(jì)表中的Cook距離最大值為0.608，即不存在強(qiáng)影響點(diǎn)，可以進(jìn)行下一步分析。對(duì)多元線性逐步回歸分析擬合的4個(gè)方程進(jìn)行比較，4個(gè)自變量在模型中的常量顯著性檢驗(yàn)結(jié)果小于0.01，均可納入擬合方程，隨著模型中自變量個(gè)數(shù)的增加，擬合優(yōu)度逐漸增大，選擇r2最大（0.938）時(shí)擬合模型，建立的回歸方程較好，因變量對(duì)自變量的解釋度較高。表5結(jié)果表明，熟化薯中果糖、葡萄糖、蔗糖和麥芽糖含量能共同解釋食味甜度變異的93.80%，表明熟化薯果糖、葡萄糖、蔗糖和麥芽糖含量對(duì)食味甜度均具有較強(qiáng)的影響，可溶性總糖組分對(duì)甜度的貢獻(xiàn)率依次為：果糖（34.97%）>麥芽糖（25.96%）>蔗糖（23.77%）>葡萄糖（15.30%），果糖和麥芽糖2種組分對(duì)甜度的貢獻(xiàn)超過60%，處于主導(dǎo)地位，可以作為甘薯品種評(píng)價(jià)體系建立的核心指標(biāo)。

3 結(jié)論與討論

甘薯塊根中具有較高的α淀粉酶和β淀粉酶，2種酶分解淀粉從而產(chǎn)生構(gòu)成甜度的各類糖組分，生鮮薯和熟化薯中的還原糖由果糖、葡萄糖和麥芽糖組成，還原糖再加上蔗糖組成甘薯可溶性總糖。本研究結(jié)果表明，生鮮薯中蔗糖含量最高，平均含量占可溶性總糖的60.51%，與前人研究結(jié)果[11]一致。其次是葡萄糖和果糖含量，占比分別為16.69%和15.16%，兩者均來源于蔗糖在蔗糖合成酶和轉(zhuǎn)化酶催化下的分解[12]，因此含量相似，葡萄糖含量略高于果糖，也與前人得到的結(jié)果[13]一致。

Wei等研究認(rèn)為，熟化后的甘薯會(huì)產(chǎn)生大量的麥芽糖而大幅度提升甜度，而不同品種的熟化方法也會(huì)影響糖化效果[14]。Lebot研究發(fā)現(xiàn)，243份甘薯樣本微波熟化后的麥芽糖含量增加到約占可溶性總糖的40%[15]，結(jié)果與本次試驗(yàn)相似。本研究結(jié)果表明，熟化薯中麥芽糖含量最高，平均含量占可溶性總糖的44.64%，與可溶性總糖的相關(guān)系數(shù) r=0.93，即麥芽糖含量占熟化薯可溶性總糖的主導(dǎo)地位。Takahata等研究認(rèn)為，在高麥芽糖甘薯品系中，β淀粉酶耐熱性差異較大，熱穩(wěn)定性較好的淀粉酶及加熱過程中淀粉顆粒的提早糊化對(duì)提高麥芽糖含量起到關(guān)鍵的作用[16]。

生鮮薯的可溶性總糖通常被作為評(píng)價(jià)甘薯甜度或食用品質(zhì)的指標(biāo)，本研究表明，生鮮薯可溶性總糖雖然與甜度有極顯著的相關(guān)性（P<0.01），但不是甜度的直接來源，其作用是間接的。熟化薯可溶性總糖與甜度具有極顯著的相關(guān)性（P<0.01），是甜度的主要來源，更適合作為食用甘薯甜度的指標(biāo)?；貧w分析結(jié)果表明，各組分對(duì)甜度的貢獻(xiàn)率依次為果糖>麥芽糖>蔗糖>葡萄糖，雖與沈升法等的研究結(jié)果[9]在前2位排列順序不同，但果糖和麥芽糖2種組分對(duì)甜度的貢獻(xiàn)超過60%，處于主導(dǎo)地位，與此結(jié)論相似。

綜上所述，生鮮薯和熟化薯中均含有果糖、葡萄糖、蔗糖和麥芽糖4 種可溶性糖，生鮮薯中蔗糖含量最高，麥芽糖含量較低，蔗糖含量是反映甘薯生鮮薯甜度的重要指標(biāo);而熟化后的薯塊中，麥芽糖含量大幅增加，占可溶性總糖的44%以上，熟化薯可溶性總糖含量高低主要由麥芽糖含量決定。熟化薯生化甜度與食味甜度的相關(guān)系數(shù)最大，因此當(dāng)以熟化薯糖組分的指標(biāo)為準(zhǔn)，通過回歸分析，建立回歸方程，Y甜度=74.848+3.231X熟化薯果糖+1.413X熟化薯葡萄糖+2.196X熟化薯蔗糖+2.398X熟化薯麥芽糖，其中R2=0.938，熟化薯可溶性總糖組分對(duì)甜度的貢獻(xiàn)大小依次為果糖>麥芽糖>蔗糖>葡萄糖，其中果糖和麥芽糖2種組分對(duì)甜度的貢獻(xiàn)超過60%，處于主導(dǎo)地位，可以作為反映甘薯甜度的核心指標(biāo)。

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