不同檳榔香芋品種淀粉粒徑的比較研究

黃紹力 羅燕羽 劉紹欽 魏利國(guó) 劉偉光 張木清

（廣州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 廣東廣州 510000）

芋（Colocasia esculentaL.Schott）是天南星科芋屬多年生草本植物，常作一年生栽培，又稱(chēng)芋頭、艿芋、毛芋，原產(chǎn)于中國(guó)、印度馬來(lái)半島等熱帶沼澤地，在世界上廣為栽培[1-2]。芋作為世界第5大塊莖類(lèi)作物和第14大蔬菜作物[3]，含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維等，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與馬鈴薯相似，且不含龍葵素，既可食用又可藥用，深受消費(fèi)者青睞[4]。在中國(guó)，芋主要作為蔬菜用，其主要食用器官為球莖，某些品種的葉、葉柄和花也可食用[5]。近幾年，隨著粵港澳大灣區(qū)“菜籃子工程”建設(shè)，芋頭作為市場(chǎng)流通的主要大宗農(nóng)副產(chǎn)品之一，銷(xiāo)量也越來(lái)越高，在《特色農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域布局（2013—2020）》中，芋頭被列入14種重點(diǎn)發(fā)展的特色蔬菜[6]，可見(jiàn)芋頭在蔬菜中的地位越來(lái)越高。

檳榔芋又稱(chēng)香芋，是芋屬魁芋類(lèi)糧菜兼用的作物，其食用部位為植株根部球莖，莖形狀橢圓，皮粗糙，剖面呈檳榔紋，名“檳榔芋”[7-8]。其肉質(zhì)細(xì)膩，風(fēng)味獨(dú)特[9]，除鮮食外，還被加工成芋圓、芋片、芋條、芋粉等，作為原料或配料也可添加到面包、奶茶、冰淇淋等食品中[10]。近幾年，隨著奶茶市場(chǎng)的發(fā)展，對(duì)檳榔香芋的需求量更是逐年攀升。

淀粉是芋的重要組成部分，但與其他根莖類(lèi)作物相比，國(guó)內(nèi)外對(duì)芋淀粉的研究報(bào)道較少，主要集中在芋淀粉的提取及其性質(zhì)方面[11-13]。芋不僅淀粉含量高，顆粒小，極易被消化吸收，是亞洲、非洲和印度等地區(qū)的重要主食之一[14]，還被廣泛應(yīng)用于嬰幼兒食物[15]。與其他作物相比，芋淀粉的熱穩(wěn)定性和冷穩(wěn)定性?xún)?yōu)于玉米淀粉，直鏈淀粉的重聚合度和分散度要大于稻米的直鏈淀粉[16]，芋淀粉糊比馬鈴薯和甘薯的淀粉糊更能承受苛刻的加工條件[17]。

淀粉品質(zhì)主要取決于淀粉粒粒度分布特性[18-19]。淀粉粒粒度分布對(duì)淀粉的糊化特性、凝膠特性等化學(xué)特性有顯著影響[20]，研究芋頭淀粉粒大小分布特性，有助于揭示芋頭淀粉品質(zhì)差異的內(nèi)在原因。不同的用途需要不同品種的芋頭，不同品種的芋頭其淀粉的粒度分布特性亦不同[14]。廣東作為檳榔香芋的重要產(chǎn)區(qū)之一[21]，其知名的品種有廣州的文岡香芋和樂(lè)昌的張溪香芋，亦是目前廣東地區(qū)栽培的主要芋頭品種[22]。隨著市場(chǎng)的發(fā)展，近幾年荔浦香芋在廣東地區(qū)的栽培面積也在逐年提高，比如茂名和湛江地區(qū)，其栽培的檳榔香芋幾乎都是荔浦香芋。因此，研究目前在廣東市場(chǎng)上比較受歡迎的3個(gè)檳榔香芋品種：文岡香芋、張溪香芋和荔浦香芋，分析其成熟期主芋中淀粉粒數(shù)目、體積和表面積的分布，揭示檳榔香芋淀粉粒度分布特性，為預(yù)測(cè)香芋淀粉品質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試材 選用市場(chǎng)上知名的文岡香芋、張溪香芋和荔浦香芋為供試材料。供試材料分別來(lái)自廣州市花都區(qū)炭步鎮(zhèn)文岡香芋合作社、賀州正地發(fā)展有限公司蔬菜種植基地、樂(lè)昌市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心。

1.1.2 主要試劑和器材 主要試劑：0.5%亞硫酸鈉、75%乙醇。

主要器材：馬爾文激光粒度儀 Mastersizer-3000（Malvern Instruments Ltd, Worcestershire，UK）進(jìn)行濕法檢測(cè)，配備Hydro LV濕法分散器，采用無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)模型，以超純水為溶劑，遮光系數(shù)為 1.333 0，淀粉遮光系數(shù)為 1.50；遮光為12%～17%。每測(cè)定一個(gè)樣品之前都對(duì)儀器進(jìn)行清洗和校準(zhǔn)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 于2021年2—10月分別在廣州市花都區(qū)炭步鎮(zhèn)文岡香芋合作社芋頭種植園種植文岡香芋、張溪香芋和荔浦香芋，種植密度1 000株/667 m2；在賀州正地發(fā)展有限公司蔬菜種植基地種植荔浦香芋，種植密度1 000株/ 667 m2；在樂(lè)昌市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心種植張溪香芋，種植密度1 000株/667 m2。各品種種植面積667 m2。試驗(yàn)期間香芋生長(zhǎng)發(fā)育正常，于2021年10月28日收獲香芋主芋，送至蘇州飛凡標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司進(jìn)行淀粉的提取與淀粉粒度分布的測(cè)定分析，淀粉粒度分布的測(cè)定采用激光粒度儀Mastersizer 3000經(jīng)動(dòng)態(tài)光掃射法（DLS）。

1.2.2 淀粉的提取 （1）將芋頭塊莖切成厚片烘干，加入0.5%亞硫酸鈉水溶液進(jìn)行浸泡，待芋頭片充分吸水膨脹后，轉(zhuǎn)移至勻漿機(jī)中勻漿粉碎。

（2）將勻漿后的混合水樣轉(zhuǎn)移至200目篩網(wǎng)中過(guò)濾，并用亞硫酸鈉水溶液充分清洗濾渣，收集濾液。

（3）將濾液靜置過(guò)夜，倒掉上清液，加入新的亞硫酸鈉水溶液，靜置。

（4）重復(fù)步驟（3）5～8次。

（5）待淀粉呈白色，上清液透明時(shí)，徹底倒掉上清液，將淀粉自然晾干，后轉(zhuǎn)移至25℃恒溫箱中水分平衡一周。

1.2.3 淀粉粒度分布的測(cè)定 （1）將水分平衡后的樣品取出，研缽研磨分散，過(guò)200目樣品篩。

（2）稱(chēng)取樣品100～200 mg，于干凈EP管中，加入1 mL 75%乙醇溶液，渦旋混勻后超聲混勻。

（3）將混勻后的樣品加入到Mastersizer 3000進(jìn)行粒度分布測(cè)定，每樣測(cè)定3次。收集數(shù)據(jù)。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表制作，用SPSS17.0軟件中的最小顯著差異法（least-significant difference, LSD）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同香芋淀粉粒徑分布特性

由圖 1可以看出，3個(gè)品種香芋淀粉粒數(shù)量分布均呈單峰曲線(xiàn)，峰值出現(xiàn)在2 μm左右。炭步文岡香芋與張溪香芋的表面積分布呈單峰曲線(xiàn)，峰值出現(xiàn)在2.4 μm左右；荔浦香芋的表面積分布呈雙峰分布，峰值分別在2.4和5.9 μm附近，兩峰值間低谷點(diǎn)出現(xiàn)在4.5 μm左右。荔浦香芋與文岡香芋體積分布均呈單峰分布，荔浦香芋峰值在9.8 μm左右，文岡香芋峰值在3.1 μm左右；張溪香芋的體積分布呈雙峰分布，峰值分別在 3.1和7.6 μm附近，兩峰值間低谷點(diǎn)出現(xiàn)在3.5 μm左右。3個(gè)品種香芋淀粉粒粒徑均在1.2～35 μm，說(shuō)明3個(gè)品種香芋淀粉粒粒徑分布范圍無(wú)顯著差異。

圖1 不同品種檳榔香芋淀粉粒數(shù)量、表面積和體積的分布特征

2.2 香芋淀粉粒數(shù)量分布

由表1可以看出，粒徑＜2 μm的淀粉粒約占總淀粉粒的30.23%～41.41%，粒徑＜5 μm的淀粉粒占總淀粉粒的92.56%～96.74%，粒徑＞10 μm的淀粉粒所占的比例微乎其微，表明香芋淀粉粒中主要組成部分是小型淀粉粒。品種間比較，粒徑＜2 μm的淀粉粒所占比例大小為：文岡香芋＞張溪香芋＞荔浦香芋；粒徑2～5 μm的淀粉粒所占比例大小為：荔浦香芋＞張溪香芋＞文岡香芋；粒徑＜5 μm的淀粉粒中，文岡香芋所占比例最大，達(dá)到96.74%。

表1 檳榔香芋淀粉粒的數(shù)量分布 單位：%

2.3 香芋淀粉粒表面積分布

由表2可知，3個(gè)香芋品種中，粒徑＜2、2～5、＜5和＜10 μm 的淀粉粒表面積占比分別為8.87%～17.11%、50.43%～62.32%、59.30%～79.43%和88.16%～97.57%，且占比大小均表現(xiàn)為：文岡香芋＞張溪香芋＞荔浦香芋，表明香芋淀粉粒表面積主要是由粒徑＜10 μm 的淀粉粒組成。粒徑＞10 μm的淀粉粒表面積占比僅為 2.43%～11.84%，其中粒徑＞10 μm比例最多的是荔浦香芋，為11.84%。

表2 檳榔香芋淀粉粒的表面積分布 單位：%

2.4 香芋淀粉粒體積分布

由表 3可知，淀粉?？傮w積的大部分（67.94%～91.78%）是由小于10 μm的淀粉粒組成，只有8.22%～32.06%的體積來(lái)自于＞10 μm的淀粉粒。在3個(gè)參試的品種中，＜5 μm的淀粉粒體積占總體積的 31.36%～59.07%，5～10 μm的淀粉粒體積占總體積的 32.71%～37.76%，以文岡香芋的百分比值最高，其次是張溪香芋，荔浦香芋最低。與之相對(duì)應(yīng)，粒徑＞10 μm的淀粉粒中，荔浦香芋的百分比值最高，文岡香芋的最低。

表3 檳榔香芋淀粉粒的體積分布 單位：%

2.5 不同栽培環(huán)境對(duì)香芋淀粉粒徑分布特性的影響

由圖2可知，不同的栽培環(huán)境對(duì)荔浦香芋淀粉粒數(shù)量的分布影響較小，都呈單峰分布，峰值在2 μm左右；對(duì)表面積和體積的分布影響較大，在賀州栽培的荔浦香芋表面積呈單峰分布，峰值出現(xiàn)在2.4 μm左右；炭步地區(qū)栽培的呈雙峰分布，峰值分別在2.7和5.8 μm附近；兩地栽培的荔浦香芋的體積分布雖然都呈單峰分布，但峰值不同，賀州地區(qū)栽培的荔浦香芋體積峰值在 8.7 μm 左右，而炭步地區(qū)栽培的荔浦香芋其體積峰值在9.9 μm 左右。

圖2 不同栽培環(huán)境對(duì)荔浦香芋淀粉粒徑分布特性的影響

由圖 3可知，2個(gè)地方栽培的張溪香芋淀粉粒分布情況較一致，數(shù)量與表面積都成單峰分布，數(shù)量分布峰值在1.8 μm左右，表面積分布峰值在2.4 μm左右；其體積都成雙峰分布，峰值分別在3.1和7.6 μm附近。

圖3 不同栽培環(huán)境對(duì)張溪香芋淀粉粒徑分布特性的影響

3 討論

淀粉是檳榔香芋的重要組成成分，含量高達(dá)67.8%[15]。前人對(duì)芋頭淀粉的研究主要集中在芋頭淀粉的提取及其性質(zhì)方面，對(duì)其淀粉粒的研究較少。本試驗(yàn)選用的3個(gè)檳榔香芋品種淀粉粒分布特征表明，香芋淀粉粒的粒徑分布為1.2～ 35.3 μm，且92.56%～96.74%粒徑小于5 μm，說(shuō)明香芋淀粉粒中主要組成部分是小型淀粉粒，這與Perez等[23]的研究結(jié)果一致。有研究表明，芋淀粉顆粒是所有塊莖類(lèi)淀粉中粒徑最小的[24]，較小的淀粉顆粒使芋淀粉具有廣闊的應(yīng)用前景，但同時(shí)也給芋淀粉的提取帶來(lái)了困難[25]。3個(gè)品種香芋的數(shù)量分布都呈單峰分布，且分布均在1.2～ 35.0 μm，峰值也無(wú)顯著差異，主要是由粒徑＜5 μm的小型淀粉粒組成；其體積和表面積分布存在差異，但主要都是由粒徑＜10 μm的淀粉粒組成，其中文岡香芋與張溪香芋淀粉粒表面積呈單峰分布，荔浦香芋淀粉粒表面積呈雙峰分布；荔浦香芋與文岡香芋的體積分布均呈單峰分布，張溪香芋的體積分布呈雙峰分布。雖然3個(gè)品種同屬魁芋類(lèi)檳榔香芋，學(xué)者們也經(jīng)常將其放在一起進(jìn)行比較研究，但3個(gè)品種之間無(wú)論是在淀粉品質(zhì)[26]還是親緣關(guān)系上[27]都存在差異。本研究對(duì)其淀粉粒度分布特性的研究也證明3個(gè)檳榔香芋品種之間存在差異。

淀粉粒分布是決定淀粉品質(zhì)的重要因素之一，其與基因型密切相關(guān)，但也受栽培環(huán)境影響[28]。本試驗(yàn)中，賀州香芋淀粉粒分布受栽培環(huán)境的影響較大，不同栽培地區(qū)的荔浦香芋其表面積與體積分布均存在差異，荔浦栽培的表面積呈單峰分布，炭步地區(qū)栽培的呈雙峰分布；兩地栽培的荔浦香芋的體積分布雖然都呈單峰分布，但峰值不同。不同栽培環(huán)境對(duì)張溪香芋淀粉粒分布的影響較小，數(shù)量與表面積都呈單峰分布，且峰值差異不顯著，體積分布雖存在一定的差異，但總體趨勢(shì)與峰值點(diǎn)都相同?？梢?jiàn)，栽培環(huán)境對(duì)檳榔香芋的淀粉粒分布影響不大，這可能與栽培地均在適宜檳榔香芋生長(zhǎng)的環(huán)境有關(guān)，土壤性質(zhì)與氣候條件存在一定的共性，適宜檳榔香芋的生長(zhǎng)。