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      甘薯中糖組分含量與甜度的相關(guān)性分析

      2021-01-02 21:20:08張毅孫健鈕福祥徐飛朱紅岳瑞雪張文婷馬晨
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年23期
      關(guān)鍵詞:甜度高效液相色譜相關(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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