不同槟榔香芋品种淀粉粒径的比较研究

黄绍力 罗燕羽 刘绍钦 魏利国 刘伟光 张木清

（广州市农业科学研究院 广东广州 510000）

芋（Colocasia esculentaL.Schott）是天南星科芋属多年生草本植物，常作一年生栽培，又称芋头、艿芋、毛芋，原产于中国、印度马来半岛等热带沼泽地，在世界上广为栽培[1-2]。芋作为世界第5大块茎类作物和第14大蔬菜作物[3]，含有丰富的淀粉、蛋白质、膳食纤维等，其营养价值与马铃薯相似，且不含龙葵素，既可食用又可药用，深受消费者青睐[4]。在中国，芋主要作为蔬菜用，其主要食用器官为球茎，某些品种的叶、叶柄和花也可食用[5]。近几年，随着粤港澳大湾区“菜篮子工程”建设，芋头作为市场流通的主要大宗农副产品之一，销量也越来越高，在《特色农产品区域布局（2013—2020）》中，芋头被列入14种重点发展的特色蔬菜[6]，可见芋头在蔬菜中的地位越来越高。

槟榔芋又称香芋，是芋属魁芋类粮菜兼用的作物，其食用部位为植株根部球茎，茎形状椭圆，皮粗糙，剖面呈槟榔纹，名“槟榔芋”[7-8]。其肉质细腻，风味独特[9]，除鲜食外，还被加工成芋圆、芋片、芋条、芋粉等，作为原料或配料也可添加到面包、奶茶、冰淇淋等食品中[10]。近几年，随着奶茶市场的发展，对槟榔香芋的需求量更是逐年攀升。

淀粉是芋的重要组成部分，但与其他根茎类作物相比，国内外对芋淀粉的研究报道较少，主要集中在芋淀粉的提取及其性质方面[11-13]。芋不仅淀粉含量高，颗粒小，极易被消化吸收，是亚洲、非洲和印度等地区的重要主食之一[14]，还被广泛应用于婴幼儿食物[15]。与其他作物相比，芋淀粉的热稳定性和冷稳定性优于玉米淀粉，直链淀粉的重聚合度和分散度要大于稻米的直链淀粉[16]，芋淀粉糊比马铃薯和甘薯的淀粉糊更能承受苛刻的加工条件[17]。

淀粉品质主要取决于淀粉粒粒度分布特性[18-19]。淀粉粒粒度分布对淀粉的糊化特性、凝胶特性等化学特性有显著影响[20]，研究芋头淀粉粒大小分布特性，有助于揭示芋头淀粉品质差异的内在原因。不同的用途需要不同品种的芋头，不同品种的芋头其淀粉的粒度分布特性亦不同[14]。广东作为槟榔香芋的重要产区之一[21]，其知名的品种有广州的文冈香芋和乐昌的张溪香芋，亦是目前广东地区栽培的主要芋头品种[22]。随着市场的发展，近几年荔浦香芋在广东地区的栽培面积也在逐年提高，比如茂名和湛江地区，其栽培的槟榔香芋几乎都是荔浦香芋。因此，研究目前在广东市场上比较受欢迎的3个槟榔香芋品种：文冈香芋、张溪香芋和荔浦香芋，分析其成熟期主芋中淀粉粒数目、体积和表面积的分布，揭示槟榔香芋淀粉粒度分布特性，为预测香芋淀粉品质提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试材 选用市场上知名的文冈香芋、张溪香芋和荔浦香芋为供试材料。供试材料分别来自广州市花都区炭步镇文冈香芋合作社、贺州正地发展有限公司蔬菜种植基地、乐昌市现代农业产业发展中心。

1.1.2 主要试剂和器材 主要试剂：0.5%亚硫酸钠、75%乙醇。

主要器材：马尔文激光粒度仪 Mastersizer-3000（Malvern Instruments Ltd, Worcestershire，UK）进行湿法检测，配备Hydro LV湿法分散器，采用无规则结构模型，以超纯水为溶剂，遮光系数为 1.333 0，淀粉遮光系数为 1.50；遮光为12%～17%。每测定一个样品之前都对仪器进行清洗和校准。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 于2021年2—10月分别在广州市花都区炭步镇文冈香芋合作社芋头种植园种植文冈香芋、张溪香芋和荔浦香芋，种植密度1 000株/667 m2；在贺州正地发展有限公司蔬菜种植基地种植荔浦香芋，种植密度1 000株/ 667 m2；在乐昌市现代农业产业发展中心种植张溪香芋，种植密度1 000株/667 m2。各品种种植面积667 m2。试验期间香芋生长发育正常，于2021年10月28日收获香芋主芋，送至苏州飞凡标准技术服务有限公司进行淀粉的提取与淀粉粒度分布的测定分析，淀粉粒度分布的测定采用激光粒度仪Mastersizer 3000经动态光扫射法（DLS）。

1.2.2 淀粉的提取 （1）将芋头块茎切成厚片烘干，加入0.5%亚硫酸钠水溶液进行浸泡，待芋头片充分吸水膨胀后，转移至匀浆机中匀浆粉碎。

（2）将匀浆后的混合水样转移至200目筛网中过滤，并用亚硫酸钠水溶液充分清洗滤渣，收集滤液。

（3）将滤液静置过夜，倒掉上清液，加入新的亚硫酸钠水溶液，静置。

（4）重复步骤（3）5～8次。

（5）待淀粉呈白色，上清液透明时，彻底倒掉上清液，将淀粉自然晾干，后转移至25℃恒温箱中水分平衡一周。

1.2.3 淀粉粒度分布的测定 （1）将水分平衡后的样品取出，研钵研磨分散，过200目样品筛。

（2）称取样品100～200 mg，于干净EP管中，加入1 mL 75%乙醇溶液，涡旋混匀后超声混匀。

（3）将混匀后的样品加入到Mastersizer 3000进行粒度分布测定，每样测定3次。收集数据。

1.2.4 数据处理 采用Microsoft Excel 2019进行数据处理和图表制作，用SPSS17.0软件中的最小显著差异法（least-significant difference, LSD）对数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同香芋淀粉粒径分布特性

由图 1可以看出，3个品种香芋淀粉粒数量分布均呈单峰曲线，峰值出现在2 μm左右。炭步文冈香芋与张溪香芋的表面积分布呈单峰曲线，峰值出现在2.4 μm左右；荔浦香芋的表面积分布呈双峰分布，峰值分别在2.4和5.9 μm附近，两峰值间低谷点出现在4.5 μm左右。荔浦香芋与文冈香芋体积分布均呈单峰分布，荔浦香芋峰值在9.8 μm左右，文冈香芋峰值在3.1 μm左右；张溪香芋的体积分布呈双峰分布，峰值分别在 3.1和7.6 μm附近，两峰值间低谷点出现在3.5 μm左右。3个品种香芋淀粉粒粒径均在1.2～35 μm，说明3个品种香芋淀粉粒粒径分布范围无显著差异。

图1 不同品种槟榔香芋淀粉粒数量、表面积和体积的分布特征

2.2 香芋淀粉粒数量分布

由表1可以看出，粒径＜2 μm的淀粉粒约占总淀粉粒的30.23%～41.41%，粒径＜5 μm的淀粉粒占总淀粉粒的92.56%～96.74%，粒径＞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组成部分是小型淀粉粒。品种间比较，粒径＜2 μm的淀粉粒所占比例大小为：文冈香芋＞张溪香芋＞荔浦香芋；粒径2～5 μm的淀粉粒所占比例大小为：荔浦香芋＞张溪香芋＞文冈香芋；粒径＜5 μm的淀粉粒中，文冈香芋所占比例最大，达到96.74%。

表1 槟榔香芋淀粉粒的数量分布 单位：%

2.3 香芋淀粉粒表面积分布

由表2可知，3个香芋品种中，粒径＜2、2～5、＜5和＜10 μm 的淀粉粒表面积占比分别为8.87%～17.11%、50.43%～62.32%、59.30%～79.43%和88.16%～97.57%，且占比大小均表现为：文冈香芋＞张溪香芋＞荔浦香芋，表明香芋淀粉粒表面积主要是由粒径＜10 μm 的淀粉粒组成。粒径＞10 μm的淀粉粒表面积占比仅为 2.43%～11.84%，其中粒径＞10 μm比例最多的是荔浦香芋，为11.84%。

表2 槟榔香芋淀粉粒的表面积分布 单位：%

2.4 香芋淀粉粒体积分布

由表 3可知，淀粉粒总体积的大部分（67.94%～91.78%）是由小于10 μm的淀粉粒组成，只有8.22%～32.06%的体积来自于＞10 μm的淀粉粒。在3个参试的品种中，＜5 μm的淀粉粒体积占总体积的 31.36%～59.07%，5～10 μm的淀粉粒体积占总体积的 32.71%～37.76%，以文冈香芋的百分比值最高，其次是张溪香芋，荔浦香芋最低。与之相对应，粒径＞10 μm的淀粉粒中，荔浦香芋的百分比值最高，文冈香芋的最低。

表3 槟榔香芋淀粉粒的体积分布 单位：%

2.5 不同栽培环境对香芋淀粉粒径分布特性的影响

由图2可知，不同的栽培环境对荔浦香芋淀粉粒数量的分布影响较小，都呈单峰分布，峰值在2 μm左右；对表面积和体积的分布影响较大，在贺州栽培的荔浦香芋表面积呈单峰分布，峰值出现在2.4 μm左右；炭步地区栽培的呈双峰分布，峰值分别在2.7和5.8 μm附近；两地栽培的荔浦香芋的体积分布虽然都呈单峰分布，但峰值不同，贺州地区栽培的荔浦香芋体积峰值在 8.7 μm 左右，而炭步地区栽培的荔浦香芋其体积峰值在9.9 μm 左右。

图2 不同栽培环境对荔浦香芋淀粉粒径分布特性的影响

由图 3可知，2个地方栽培的张溪香芋淀粉粒分布情况较一致，数量与表面积都成单峰分布，数量分布峰值在1.8 μm左右，表面积分布峰值在2.4 μm左右；其体积都成双峰分布，峰值分别在3.1和7.6 μm附近。

图3 不同栽培环境对张溪香芋淀粉粒径分布特性的影响

3 讨论

淀粉是槟榔香芋的重要组成成分，含量高达67.8%[15]。前人对芋头淀粉的研究主要集中在芋头淀粉的提取及其性质方面，对其淀粉粒的研究较少。本试验选用的3个槟榔香芋品种淀粉粒分布特征表明，香芋淀粉粒的粒径分布为1.2～ 35.3 μm，且92.56%～96.74%粒径小于5 μm，说明香芋淀粉粒中主要组成部分是小型淀粉粒，这与Perez等[23]的研究结果一致。有研究表明，芋淀粉颗粒是所有块茎类淀粉中粒径最小的[24]，较小的淀粉颗粒使芋淀粉具有广阔的应用前景，但同时也给芋淀粉的提取带来了困难[25]。3个品种香芋的数量分布都呈单峰分布，且分布均在1.2～ 35.0 μm，峰值也无显著差异，主要是由粒径＜5 μm的小型淀粉粒组成；其体积和表面积分布存在差异，但主要都是由粒径＜10 μm的淀粉粒组成，其中文冈香芋与张溪香芋淀粉粒表面积呈单峰分布，荔浦香芋淀粉粒表面积呈双峰分布；荔浦香芋与文冈香芋的体积分布均呈单峰分布，张溪香芋的体积分布呈双峰分布。虽然3个品种同属魁芋类槟榔香芋，学者们也经常将其放在一起进行比较研究，但3个品种之间无论是在淀粉品质[26]还是亲缘关系上[27]都存在差异。本研究对其淀粉粒度分布特性的研究也证明3个槟榔香芋品种之间存在差异。

淀粉粒分布是决定淀粉品质的重要因素之一，其与基因型密切相关，但也受栽培环境影响[28]。本试验中，贺州香芋淀粉粒分布受栽培环境的影响较大，不同栽培地区的荔浦香芋其表面积与体积分布均存在差异，荔浦栽培的表面积呈单峰分布，炭步地区栽培的呈双峰分布；两地栽培的荔浦香芋的体积分布虽然都呈单峰分布，但峰值不同。不同栽培环境对张溪香芋淀粉粒分布的影响较小，数量与表面积都呈单峰分布，且峰值差异不显著，体积分布虽存在一定的差异，但总体趋势与峰值点都相同。可见，栽培环境对槟榔香芋的淀粉粒分布影响不大，这可能与栽培地均在适宜槟榔香芋生长的环境有关，土壤性质与气候条件存在一定的共性，适宜槟榔香芋的生长。