不同熟化方式对食用型甘薯中可溶性糖分组成的影响

孙宁慧， 石彩玲， 王少霞， 刘 庆

(青岛农业大学资源与环境学院，青岛 266109)

甘薯[Ipomoeabatatas(L.) Lam.]是世界上居水稻、小麦、马铃薯、玉米和木薯之后的第六大粮食作物，是一些发展中国家保证粮食安全的底线作物[1,2]。根据其块根的营养特点和用途，甘薯品种分为食用型、淀粉型和加工型等，可满足不同人群和行业的需要[3]。其中，食用型甘薯是指薯肉黄色、桔红色或红色，可溶性糖和胡萝卜素等含量较高，具有良好的蒸煮食味与较高的营养保健功能的一类甘薯[4]。可溶性糖含量是食用型甘薯食味品质和加工性能的重要指标，是影响甘薯甜度、黏度、质地、香味等食味指标的重要因子[5,6]，且甘薯甜度和食味与熟薯中可溶性糖含量之间的相关性远大于生薯[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种，而熟薯中可溶性糖除这3种糖组分外，还含有大量的麦芽糖[8]，这主要由于熟化过程薯块中淀粉酶催化淀粉水解产生大量的麦芽糖所致[9]。

提取液中可溶性糖含量的测定方法主要有分光光度法、气相色谱法、液相色谱法、离子色谱法等[10-13]。由于分光光度法只能测定糖分总量，气相色谱法所测糖组分种类有限，离子色谱法灵敏度高，测定时易受基质中其他成分影响，而液相色谱法在保证检出限的基础上相对稳定，因此，在甘薯可溶性糖研究中用得最多的为液相色谱法[14]。如Lewthwaite等[15]利用液相色谱法研究了分别来自美国、新西兰和日本的3个甘薯品种在生长发育过程中葡萄糖、果糖和蔗糖含量的变化，发现在3个品种中均为蔗糖含量最高且品种间差异显著；Den等[16]利用液相色谱法测定了美国4个高产甘薯品种生、熟样品中可溶性糖含量，发现除葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖外，还在部分样品中检测到了麦芽三糖(棉子糖)，但未检测到水苏糖和毛蕊花糖；Lai等[17]利用液相色谱法测定了烘烤甘薯中葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖4种糖分的组成，发现烘烤后麦芽糖含量显著增加，导致总可溶性糖增加，而生薯中麦芽糖含量极少；Wei等[18]利用液相色谱法测定了蒸、煮、烤等熟化后甘薯中葡萄糖、果糖和蔗糖4种糖分的组成，发现熟化后还原糖含量增加，尤其是麦芽糖含量，但非还原糖含量变化不显著；卞科等[19]利用液相色谱法测定甘薯可溶性糖分组成及其在蒸、煮、烤、微波等加工过程中的变化，在熟化后样品中，检测出了葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖，但未检测出棉子糖等其他糖组分；沈升法等[20]利用液相色谱法测定了11 份甘薯重要种质资源的生薯和熟薯4种主要可溶性糖分含量，发现在生薯中蔗糖含量最高，麦芽糖含量最低，在熟薯中麦芽糖含量最高，而果糖、葡萄糖、蔗糖与生薯相比变化较小。由此认为熟薯可溶性糖含量变化主要由麦芽糖含量变化引起的。虽然应用液相色谱法对甘薯中葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖等含量较高的糖组分研究报道较多，但与离子色谱法相比，因其检出限偏高，使得甘薯中含量偏低的其他糖组分如半乳糖、甘露糖、棉子糖、水苏糖等单糖或低聚糖在多数情况下无法检出，导致了甘薯可溶性糖分组成及其在加工过程中变化的研究不够完整。

本研究针对甘薯块根中基质组成的特点，采用80%的乙醇水溶液低温振荡提取其中可溶性糖组分，同时，基于离子色谱—脉冲积分安培检测法(IC-PAD)测定糖组分具有高灵敏度和低检出限的特点，用该方法同时测定提取液中葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖、阿拉伯糖、棉子糖、水苏糖等10种可溶性糖组分，以生薯为对照，研究蒸制、烤制、微波3种不同熟化方式对甘薯中可溶性糖分组成及其变化的影响，为其进一步加工利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

烟薯25号取自本课题组位于山东省莱阳市高格庄镇胡城行政村实验基地，土壤类型为沙质潮土，于2020年5月10日栽插，10月28日收获，收获后室温放置14 d后开始处理样品。每个处理方式随机选择形状类似纺锤形、质量为400 g左右薯块5个，分别进行蒸制、微波、烘烤熟化，熟化后的甘薯样品与生薯一起进行冷冻干燥除去水分，磨细过筛后备用。

1.2 仪器与设备

5005D-5电烤箱，M1-L213C微波炉，SCIENTZ-12ND冷冻干燥机，Neofge15R冷冻离心机，配备有Carbo Pac PA20(3 mm×150 mm)分析柱和Carbo Pac PA20(3 mm×50 mm)保护柱的ICS-5000离子色谱仪。

1.3 甘薯样品制备

1.3.1 样品熟化

根据前期探索不同方式甘薯样品熟化经验，并参考和借鉴相关文献中描述的甘薯样品熟化方法，本研究按照以下参数进行样品的熟化[18]。

蒸制：取薯形一致(长度与胸径的比例2∶1左右)，5个质量约为400 g的薯块，洗净，置于事先放入1 000 mL自来水的电热锅水线上方蒸煮盒中，1 300 W功率至水沸腾后，再以500 W功率继续保持30 min。冷却至室温，取出。

烤制：取薯形一致(长度与胸径的比例2∶1左右)，5个质量约为400 g的薯块，洗净晾干，用锡纸包裹，放入烤箱中，设定烤制温度为200 ℃，上下火烤制60 min。冷却后取出。

微波：取薯形一致(长度与胸径的比例2∶1左右)，5个质量约为400 g的薯块，洗净晾干，用保鲜膜包裹，放微波炉(微波输出功率700 W)加热10 min。冷却后取出。

1.3.2 样品干燥与粉状样品制备

将熟化后的薯块纵向切开成4份，各取其中1份，同生薯条(需事先去皮切丝)一起放入-40 ℃冰箱冷冻，再用冷冻干燥机进行冷冻干燥至恒重。取出，粉碎，磨细过100目筛后用于可溶性糖分的提取和测定。

1.4 可溶性糖的提取

取0.5 g(精确至0.000 1 g)样品置于50 mL带盖玻璃瓶中，加入40 mL 80%的乙醇水溶液(乙醇∶水=8∶2)，超声萃取60 min后(超声时加自来水循环控制水温不超过15 ℃)，再放入振荡器继续振荡提取2 h，放置澄清。取上清液2 mL于冷冻离心机中10 000 r/min冷冻离心5 min，取1 mL上清液用超纯水定容至100 mL容量瓶，将稀释后样品使用注射器通过已活化的RP柱(活化方法：以甲醇通过RP柱放置10 min，使用超纯水清洗数次)除疏水有机物杂质，弃去前约0.5 mL样品，收集后续样品上机测定其中鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、棉子糖和水苏糖等不同组分含量。

1.5 仪器配置与色谱条件

离子色谱仪配备安培检测器、AS-AP自动进样器，Carbo Pac PA20(3 mm×150 mm)分析柱和Carbo Pac PA20(3 mm×30 mm)保护柱。淋洗液分别为：18.2 MΩ超纯水(A)、250 mmol/LNaOH(B)、1.0 mol/LNaOAc(C)。样品进样体积10 μL；柱温30 ℃；检测器为电化学检测器，金电极，标准糖电位。色谱柱梯度条件见表1，混合标准液各组分谱图见图1。

表1 离子色谱色谱柱梯度条件

图1 糖组分混合标准液谱图

1.6 数据分析

用 Excel 2010 进行数据整理和图表绘制。利用DPS14.0软件进行统计分析，用Duncan 法进行平均数间的显著性检验，显著性水平取P<0.05。

2 结果与分析

不同熟化方式样品中因鼠李糖、阿拉伯糖、棉子糖3种糖组分含量较低，低于本研究中样品测定方法检出限，故仅对其他7种糖组分含量及可溶性糖组分总量进行分析。

2.1 不同熟化方式下可溶性糖组分总量

将检出的7种不同形态的糖组分含量相加，得到不同熟化方式各样品中可溶性糖组分总量，结果见图2。不同熟化方式中，烤制样品可溶性糖组分总量最高，为410.4 g/kg，生薯粉中可溶性糖组分总量最低，为121.5 g/kg，仅占烤制样品可溶性糖组分总量的29.6%。不同熟化方式样品可溶性糖组分总量高低的顺序为烤制>微波>蒸制>生薯，差异达显著水平。

图2 不同熟化方式样品中可溶性糖组分总量

2.2 不同熟化方式下单糖含量

由图3可见，不同熟化方式下，葡萄糖与果糖含量显著高于半乳糖与甘露糖，且各单糖组分均以生薯最低，熟化后各单糖组分含量有所增加。不同熟化方式下，半乳糖含量以微波熟化样品中最高，为0.638 g/kg，生薯样品中含量最低，为0.492 g/kg，微波、烤制和蒸制3种处理方式半乳糖含量差异不显著，但与生薯的差异均达显著水平。甘露糖含量以蒸制样品中含量最高，为0.620 g/kg，生薯样品中含量最低，为0.523 g/kg，蒸制、烤制和微波3种处理方式甘露糖含量的差异不显著，但与生薯的差异也均达显著水平。葡萄糖和果糖是甘薯中含量较高的两种单糖，从不同熟化方式样品的含量比较看，葡萄糖含量以蒸制样品中最高，为59.69 g/kg，生薯中含量最低，为41.28 g/kg，不同处理样品中葡萄糖含量高低顺序为蒸制>微波>烤制>生薯，差异均达显著水平。果糖含量与葡萄糖类似，以蒸制样品中最高，为50.48 g/kg，但以烤制样品中最低，为38.91 g/kg，不同处理样品中葡萄糖含量高低顺序为蒸制>微波>烤制和生薯，差异显著，但烤制与生薯中果糖含量差异未达显著水平。

图3 不同熟化方式下单糖含量

2.3 不同熟化方式下蔗糖和麦芽糖含量

图4反映了不同熟化方式样品中蔗糖和麦芽糖含量差异。蔗糖是由一分子葡萄糖的半缩醛羟基与一分子果糖的半缩醛羟基彼此缩合脱水而成，具有明显的甜味，而麦芽糖则是由2个葡萄糖单位经由α-1,4糖苷键连接而成的二糖，其甜度为蔗糖的40%[21]。不同熟化方式样品中，蔗糖和麦芽糖均以烤制样品中含量最高，分别为98.13、215.43 g/kg，以生薯样品中含量最低，分别为34.68、3.05 g/kg。不同处理蔗糖含量高低顺序为烤制>蒸制和微波>生薯，蒸制和微波处理之间差异不显著；麦芽糖含量高低顺序均为烤制>蒸制>微波>生薯，各个处理之间差异显著。从蔗糖和麦芽糖含量的比较还可以看出，生薯样品中，蔗糖含量远高于麦芽糖，而熟化的样品中，麦芽糖含量远高于蔗糖含量，说明熟化过程更有利于麦芽糖的形成，其效应远大于对蔗糖或其他糖组分的影响。

图4 不同熟化方式下蔗糖和麦芽糖含量

2.4 不同熟化方式下水苏糖含量

图5反映了不同熟化方式样品中水苏糖含量的差异。水苏糖是蔗糖的葡萄糖基一侧以1,6-糖苷键结合2个α-半乳糖而形成的4糖，广泛存在于蔬菜和一些治疗疾病的中药材中，因其含有活性因子，可吸附胃肠道有毒物质及病原菌，提高机体免疫能力。此外，因其不易被消化酶水解，且代谢不依赖胰岛素，可满足患有糖尿病、肥胖病和高脂血症等特殊人群的需要[22]。熟化后样品中水苏糖含量均显著高于生薯，其中含量最高的是微波熟化方式，其样品中水苏糖含量为8.613 g/kg，含量最低的生薯样品中，水苏糖含量仅为1.78 g/kg，不同处理样品水苏糖含量由高到低的顺序为微波和烤制>蒸制>生薯。除微波处理和烤制的样品中含量差异不显著外，其他处理之间水苏糖含量差异均达到显著水平。

图5 不同熟化方式下水苏糖含量

2.5 不同熟化方式下各糖分占可溶性糖组分总量的比例

为进一步了解不同糖组分在熟化过程中彼此之间的消长规律，分别计算了各糖组分占可溶性糖组分总量的比例，结果见表2，可以看出，在生薯中，占比最大的3种糖组分别是葡萄糖、果糖和蔗糖，三者占可溶性总糖的95%以上；而熟化后的样品中占比最大的为麦芽糖，其比例可达到可溶性糖组分总量的50%，其次为蔗糖、葡萄糖和果糖，麦芽糖、蔗糖、葡萄糖和果糖4种糖分占可溶性糖组分总量的比例在97%～98%之间。由此还可以看出，与生薯样品相比，不同熟化方式显著增加了蔗糖、麦芽糖含量，使得可溶性糖组分总量增加明显，但随着可溶性糖组分总量的增加，除麦芽糖和水苏糖占比有显著增加外，其他5种糖组分占可溶性总糖的比例均有所下降。

表2 不同熟化方式下各糖组分占可溶性糖组分总量的比例/%

3 讨论

已有报道显示，鲜薯可溶性糖质量分数在2.25%～12.90%之间(鲜基)，不同甘薯品种之间可溶性糖含量存在较大差异[23]。对食用型甘薯品种来讲，可溶性糖含量是影响甘薯甜度和食味的重要指标之一[14]。生薯中主要可溶性糖组分为葡萄糖、果糖和蔗糖，其中葡萄糖与果糖含量接近，二者含量均高于蔗糖；而熟化后的甘薯样品中，会出现大量的麦芽糖，且麦芽糖和蔗糖的含量远高于葡萄糖和果糖，这与大多数研究结果一致[20]。不同熟化过程使得薯块中可溶性糖含量显著增加，从而增加了甘薯的甜度。这主要是由于熟化过程中温度的升高使淀粉酶活性增强，从而促进了淀粉向可溶性糖的转化[24]。

但是，甘薯熟化过程中可溶性糖的变化是一个复杂的过程，既包括淀粉向可溶性糖的转化，也包括不同可溶性糖组分之间的相互转化[25]。本研究中，不同熟化方式甘薯中各糖组分含量具有较大差异，这可能和不同熟化方式下温度的变化过程不同有关[18]。在不同的温度变化过程影响下，淀粉向可溶性糖的转化以及不同可溶性糖组分之间的相互转化过程不同，导致甘薯中不同糖组分含量发生较大差异。如烤制过程葡萄糖和果糖含量普遍低于蒸制和微波熟化过程，而蔗糖和麦芽糖含量普遍高于蒸制和微波熟化过程等。不同熟化过程对甘薯中糖分变化的影响机理，尚需进一步的深入研究。

同时，与大多数前人研究结果相比，本研究除了在熟化后的甘薯样品中，检测出果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖外，还检测出了少量半乳糖、甘露糖、水苏糖等单糖和低聚糖等糖组分。关于甘薯中多糖的研究中，曾报道甘薯多糖的单糖组成中包括鼠李糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖等组分[26]，只是由于以往对糖分的检测多采用HPLC方法进行，由于HPLC检测方法灵敏低于离子色谱法[10]，使得甘薯中含量较低的糖组分如半乳糖、甘露糖、水苏糖等未能检出。本研究在利用80%乙醇超声振荡提取的基础上，利用优化了各项色谱参数的离子色谱方法进行测定，提高了测定仪器的灵敏性，实现了对甘薯中半乳糖、甘露糖、水苏糖等单糖和低聚糖等糖组分的定量检测。

4 结论

样品中除鼠李糖、阿拉伯糖和棉子糖外，共检测出葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、蔗糖、麦芽糖、水苏糖共7种糖组分。不同熟化方式下以烤制样品中可溶性糖组分总量最高，达410.4 g/kg，生薯粉中可溶性糖组分总量最低，为121.5 g/kg，仅占烤制样品的29.6%，这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过程中含量增幅最大，麦芽糖和蔗糖在烤制过程中含量增幅最大，而水苏糖在微波过程中含量增幅最大。不同熟化过程样品中，含量占比最高的均为麦芽糖，占可溶性糖组分总量的比例为47.74%～52.48%；其次为蔗糖，占可溶性糖组分总量的比例为20.01%～23.91%；再次为葡萄糖和果糖，占可溶性糖组分总量的比例分别为11.76%～16.20%和9.49%～13.70%，半乳糖、甘露糖和水苏糖在熟化后样品仍处于较低水平，占可溶性糖组分总量的比例均在1%以下。