甘薯贮藏过程中营养品质变化及生理机制研究进展

柳洪鹃，史春余，张海峰，姚海兰，张 超

(山东农业大学农学院，山东泰安 271018)

甘薯是世界上重要的粮食作物之一;其中，中国甘薯(Ipomaea batatas LAM.)年产量约占全球总产量的80%，是继水稻、小麦和玉米之后的第四大粮食作物［1］。目前甘薯的应用已经从作为粮食作物转变到工业原料、饲料和鲜食上来［2］，与此相适应的品种类型是淀粉型品种和食用型品种。食用型品种的主要用途是鲜食和作为保健食品加工原料，食用甘薯块根中除含大量淀粉、可溶性糖和膳食纤维外，还含有丰富的胡萝卜素、维生素C、叶酸、脱氢表雄酮和糖蛋白等生理活性物质［3，4］;其中，脱氢表雄酮具有良好的抗癌功效，糖蛋白有降血脂和胆固醇的作用，而胡萝卜素和维生素C等是很好的抗氧化剂，可以预防衰老，具有良好的营养保健功能。随着人们生活水平的提高和营养保健意识的增强，优质食用型甘薯及其制品越来越受到消费者的青睐。

食用型甘薯存在着集中收获与分期销售的矛盾，贮藏成为解决这一矛盾的关键。但是，甘薯块根体积大、水分含量高、呼吸旺盛，而且皮薄肉嫩、组织脆弱、易受冷害等，所以在一般条件下贮藏时间短、营养损失多［5］。因此，围绕着贮藏期间块根的品质变化特点以及贮藏方法和贮藏条件对品质的影响，国内外学者进行了一系列的研究工作。

1 块根贮藏过程中碳水化合物的变化及其生理机制

甘薯在收获后生长已停止，但生命活动没有停止，收获初期呼吸代谢仍较为旺盛，生命活动的方向已从合成为主转变成将体内高分子化合物分解成简单分子为主，如淀粉等多糖分解成双糖、单糖，并放出能量，维持其正常代谢［6］。

1.1 块根贮藏过程中碳水化合物的变化特点

植物组织中的糖包括可溶性糖和非可溶性糖，而甘薯块根在贮藏中发生变化的主要是可溶性糖和非可溶性糖中的淀粉。甘薯块根贮藏过程中可溶性糖的变化特点大致有如下几种:(1)可溶性糖含量先上升后下降。林汝湘［6］在短期贮藏研究中发现，PR－S19－12、陆红二号、普薯13、美1－110、莲薯等品种收获后前5 d，糖含量迅速增加，大部分品种淀粉含量减少，而且糖增加越多，淀粉减少就越多;后5 d，糖含量有所下降，其中，PR－S19－12和陆红二号下降速度较快，而普薯13、美l－l10和莲薯则下降缓慢，这是甘薯呼吸作用消耗的结果。庞杰、冯彤等［7］应用软库贮藏研究也表明:可溶性糖含量先升高，然后下降。王树佃［8］以52－45为研究对象得出类似结论，52－45在贮藏0～60 d时可溶性糖含量迅速增加，60～120 d期间增加缓慢，120～180 d期间略有降低。(2)可溶性糖含量一直上升。林汝湘［6］的研究表明，品种W191在短期贮藏过程中的可溶性糖含量一直上升。王树佃［8］以胜利百号为试材得到类似的研究结果，整个贮藏期中胜利百号的可溶性糖含量一直上升，且前2个月上升较快，后4个月上升缓慢。J.Amer［9］指出愈伤处理期间的碳水化合物代谢利于可溶性糖的净合成，贮藏期间所用4个桔色薯肉品种的可溶性糖含量持续增加。其中的蔗糖含量在愈伤处理期间和贮藏期间一直增加，其形成的基质可能是淀粉，因为在贮藏期间AIS(非醇溶固形物)的含量(大部分是淀粉)减少了;4个品种(Jsper除外)还原糖含量在愈伤处理和贮藏期间也是持续增加的，尤其是在第4周和第14周，增幅最大，其可能来源于淀粉而不是蔗糖的降解，因为蔗糖的含量在此期间没有下降。(3)可溶糖含量先降低然后升高。D.H，Ficha［9］对两个白色薯肉品种Rojo Blanco和白星的研究结果表明，Rojo Blanco在最初4周、白星在最初14周总糖含量逐渐减少，之后又略微增加。

甘薯块根贮藏过程中淀粉的的变化特点主要有如下几种:(1)淀粉含量先降低后升高。林汝湘［6］的研究表明，普薯13、PR－S19－12、陆红二号3个品种收获后前5 d淀粉含量降幅较大，收获后10 d淀粉含量开始回升，并接近收获时的水平，这是由于甘薯体内比淀粉更为复杂的化合物分解，重新合成淀粉，以求保持原有平衡的自我调节造成的。莲薯和美1－110两个品种收获前5d淀粉含量降幅较小，收获后10 d其含量略有增加。(2)淀粉含量基本稳定。李鹏霞［10］在研究甘薯低温贮藏下品质变化规律时发现，贮藏期间块根的淀粉含量基本保持平稳。(3)淀粉含量持续降低。王树佃等［8］以胜利百号和52－45两个品种为实验材料研究表明:甘薯在长期贮藏过程中，薯块内的淀粉不断分解转化为糖和糊精，因而淀粉含量逐渐降低。Christopher C等［11］也指出，贮藏期间块根淀粉含量降低。(4)淀粉含量先升高后降低。林汝湘［6］的研究结果表明，品种W191在收获后的前5 d淀粉含量升高，收获后10 d淀粉含量却下降了。

1.2 块根贮藏过程中影响碳水化合物变化的因素

块根贮藏过程中对碳水化合物变化产生影响的因素主要有品种、贮藏方式、氧气浓度和贮藏温度等。分述如下:

(1)品种 贮藏期间块根可溶性总糖含量的变化特点因品种而异。林汝湘［6］在短期贮藏研究中发现，PR－S19－12、陆红二号、普薯13、美1－110、莲薯等品种收获后前5 d，糖含量迅速增加;后5d，糖含量有所下降，而且不同品种下降速度存在差异。但是，品种W191在贮藏过程中的可溶性糖含量一直上升。王树佃［8］的研究结果表明，品种52－45在贮藏0～60 d时可溶性糖含量迅速增加，60～120 d期间增加缓慢，120～180 d期间略有降低;而胜利百号在整个贮藏期中的可溶性糖含量一直上升。D.H，Ficha［9］指出，贮藏期间4个桔色薯肉品种的可溶性糖含量持续增加，除Jasper外其它3个品种的还原糖含量也是持续增加的;两个白色薯肉品种贮藏前期总糖含量逐渐减少，之后又略微增加。李鹏霞［10］采用品种“宁紫1号”和“宁选1号”在低温下贮藏，宁紫1号贮藏到105 d时可溶性糖含量已经极显著下降(p＜0.01);宁选1号到贮藏结束时可溶性总糖含量与其最大值之间仍无显著性差异。贮藏期间块根淀粉含量的变化特点也与品种有关。林汝湘［6］的研究表明，普薯13、PR－S19－12、陆红二号3个品种收获后的前5 d淀粉含量大幅降低，收获后10 d淀粉含量开始回升;莲薯和美1－110两个品种收获后的前5d淀粉含量有所降低，收获后10 d其含量略有增加。但是，品种W191在收获后的前5 d淀粉含量升高，收获后10 d淀粉含量却下降了。而王树佃等［8］以胜利百号和52－45两个品种为实验材料研究表明:甘薯在长期贮藏过程中，淀粉含量不断降低，其变化幅度因品种不同而存在差异。

(2)贮藏方式 庞杰等［7］以软库、普通房和高温窖3种贮藏方式研究表明:在贮藏期间，软库贮藏的块根可溶性糖含量在前60d基本稳定，此后至贮藏终期持续降低;而高温窖藏和室温贮藏的块根在整个贮藏期间其可溶性糖含量一直下降，但其终期含量均高于软库贮藏。

(3)氧气浓度 早期已有研究表明:在极端的氧气浓度(0%和100%)下，蔗糖和总糖增多而还原糖减少。L.A.Chang，S，J.Kays等［12］将甘薯块根在30℃、90%相对湿度下处理7 d之后，再在13～16℃、85%相对湿度下贮藏，研究表明贮于低氧浓度(6%)中的块根可比贮于高氧中累积更多的总糖量。同时，他所进行的研究还表明不同氧气浓度对块很中淀粉量无显著影响。

(4)贮藏温度 L.A.Chang，S，J.Kays［12］研究表明，贮藏期间，甘薯块根碳水化合物的转化，包括淀粉最初分解形成还原糖和糊精，以及从还原糖合成蔗糖。其中，淀粉转化为蔗糖的过程依赖于温度和时间，而且当温度高于15℃时，转化速率显著增大，当低于13℃时则迅速减小。李鹏霞［10］认为，在低温贮藏条件下，淀粉含量基本稳定，说明低温贮藏有助于甘薯淀粉含量的保持，这有利于甘薯淀粉类产品的加工。

1.3 块根贮藏过程中碳水化合物变化的生理机制

块根贮藏过程中，淀粉酶的存在引起淀粉分解，导致淀粉含量降低。而α－淀粉酶和β－淀粉酶是贮藏中引起淀粉分解的主要酶。其中β－淀粉酶在甘薯中含量丰富，20世纪50年代首次从甘薯中分离得到［13］，是块根中仅次于甘薯贮藏蛋白的一种成分，约占块根可溶性蛋白的5%［14，15］。β－淀粉酶作用于非还原性末端的倒数第二个糖苷键，生成麦芽糖和小分子量的极限糊精，包含α－和β－淀粉酶不分解的α－1，6糖苷键。而α－淀粉酶切断α－1，4糖苷键，其终产物主要为麦芽糖和极限糊精［16］。贮藏中淀粉含量的变化与上述两种酶的活性密切相关。

庞杰等［16］以软库为贮藏方式研究指出:淀粉酶和磷酸化酶作为薯块贮藏期间碳水化合物相互转化的关键酶，随温度变化相互消长，并且磷酸化酶活性极低，在试验温度范围内作用有限;在贮藏过程中，淀粉酶的活性先升高后下降;淀粉酶在软库贮藏的前后期活性较对照低，中期较对照高。谢逸萍等［17］以徐薯22、徐薯18、徐25－2、徐9912、冀99、苏渝303、徐薯25为试材研究表明:贮藏期间各品种淀粉酶活性变化趋势基本相同，多数品种酶活性高峰值出现在贮藏30 d至45 d之间，在贮藏60 d后酶活性逐渐下降，且大部分品种在酶活性达高峰时淀粉率下降较快。而Christopher C等［12］在研究Hidry、烟1、潮1、豫北白、广16和广7几个品种的贮藏特性时发现:a－淀粉酶在收获时活性较低，贮藏60d后达到较高水平，贮藏180 d后降低到刚收获时的水平。许传琴等［18］研究表明，a－淀粉酶活性通常收获后上升，贮藏期间活性发生波动;贮藏中a－淀粉酶活性的变幅与基因型有关。

2 块根贮藏中其它营养物质的变化及生理机制

2.1 块根贮藏过程中维生素C的变化

王树佃等［8］以胜利百号和52－45两个品种为实验材料研究表明:甘薯体内的维生素C在收获时含量较高，贮藏过程中明显减少，贮藏30d损失近10%，继续贮藏到60 d，维生素C含量只相当于刚收获时的70%左右。林汝湘［6］采用6个冬种夏收的甘薯品种，在研究甘薯常温室内短期(贮藏10 d)存放营养变化的试验中，也得到了维生素C在存放过程中含量不断减少的结论。此外，庞杰、冯彤等［7］应用软库贮藏研究表明:与室温贮藏和高温贮藏相比，软库贮藏的薯块还原型VC含量在前期维持较高水平，后期下降较缓，最终含量较高。

甘薯块根中含有丰富的维生素C，前人对块根贮藏过程中维生素C含量变化进行了一些研究。但是，有关甘薯贮藏过程中维生素C代谢酶的研究尚未见报道。

2.2 块根贮藏期间胡萝卜素含量的变化

谢一芝等［19］的研究表明，甘薯块根经愈合处理和贮藏后其胡萝卜素含量有所增加，但在不同贮藏时期其变化存在一定的差异，表现为在贮藏的前30 d其含量增加较多，而在以后贮藏过程中则一直下降。而林汝湘［6］采用6个冬种夏收甘薯品种，在甘薯短期存放实验中发现:甘薯短期存放胡萝卜素含量不断增加。Maurice W.Hoover等［20］将各品种收获后于29.4℃下愈伤处理10 d，后在15.6℃下贮藏105 d，结果表明:贮藏的前21 d胡萝卜素含量显著升高。但是，也有人认为愈合处理及贮藏对胡萝卜素含量没有明显的影响［21－23］。此外，贮藏期的温度对胡萝卜素的含量有一定的影响，温度较低(10℃)时大部分品种的胡萝卜素有下降的趋势，贮藏温度较高时(15－20℃)则含量显著增加;块根贮藏过程中，不同品种间胡萝卜素的变化特点存在一定的差异［19，20］。

虽然有关甘薯贮藏过程中胡萝卜素含量变化特点的研究较多，但是胡萝卜素含量变化生理机制的研究鲜见报道。

2.3 块根贮藏过程中黄酮苷含量的变化

黄酮化合物是甘薯块根中重要的营养保健成分。李鹏霞［10］在研究宁紫1号和宁选1号的贮藏特性时发现:甘薯的黄酮甙含量呈现先增后降的变化趋势，其峰值出现在贮藏45 d时;与峰值比较，采用低温贮藏的处理，到105 d时仍然没有显著下降。

2.4 块根贮藏过程中蛋白质和糖蛋白含量的变化

甘薯除含丰富的糖类外，其块根中一般还含有1.2～10 g/100 gDW的蛋白质［24］。李鹏霞［10］的研究表明:在贮藏期间块根可溶性蛋白质含量总体上有所下降，但均未与贮藏前出现显著性差异。

糖蛋白是由蛋白质分子和除核酸外的包含有碳水化合物基团的物质共同组成的一类复合物［25］。在生物体内糖蛋白以不同的形式存在而发挥作用，是细胞膜、细胞间基质、血浆、粘液、激素等的重要构成成分［26］。日本营养学家最近发现甘薯中含有一种独特的粘蛋白，具有抑制胆固醇在体内沉积、增强机体免疫力、减少高血压发生率、减慢人体器官老化速度等特殊生理功能［27，28］。目前，国内研究已测定出甘薯糖蛋白组成，并对其性质进行初步研究［29］，而对贮藏过程中糖蛋白含量变化的研究鲜见报道。

2.5 块根贮藏中硝酸盐、亚硝酸盐含量的变化及生理机制

2.5.1 硝酸盐、亚硝酸盐含量的变化

硝酸盐和亚硝酸盐是植物产品中的不良成分。不同种类作物新鲜可食部分中的硝酸盐含量为:根菜类＞薯芋类＞绿叶菜类＞白菜类＞葱蒜类＞豆类＞瓜类＞茄果类蔬菜;即便如此，同一蔬菜种类的不同品种之间、同一种蔬菜的不同部位之间的NO3－含量也相差很大［30，31］。由上可知，薯芋类的硝酸盐含量高于绿叶菜类，姚海兰［32］等研究表明甘薯块根的硝态氮含量达到136 mg/kgFW。目前对叶菜类短期贮藏中硝酸盐和亚硝酸盐含量变化研究较多［33］，而有关甘薯块根长期贮藏过程中硝酸盐变化特点的研究尚未见报道。

2.5.2 硝酸盐、亚硝酸盐含量变化的生理机制

硝态氮(NO3－－N)是植物吸收氮的主要形式，进入植物体后必须还原为NH+4－N后才能参与氨基酸与蛋白质的合成。植物体吸收的硝酸盐在硝酸还原酶(NR)和亚硝酸还原酶(NiR)的作用下生成氨态氮，继而在谷氨酰胺合成酶(GS)等的作用下生成氨基酸，进而合成蛋白质［34］。甘薯块根中硝酸盐、亚硝酸盐含量较高，对其贮藏过程中含量变化的生理机制进行研究很有必要。

3 结语

甘薯的营养保健作用，已日益为世界所公认，它必将成为21世纪的理想保健食品之一［35］。甘薯除了具备良好的营养保健功能，还有一定的药用价值，可以预防癌症、抑制胆固醇、降血脂及增强免疫力等［36，37］。日本国立癌症预防研究所调查数据表明，甘薯位居抗癌蔬菜的榜首［38］。目前甘薯食品就其制作工艺来看，大致可分为发酵类和非发酵类。发酵类食品目前在国内主要是利用鲜薯或薯片酿造白酒、黄酒、酱油、食醋、酒精、果啤饮料、乳酸发酵红薯饮料及红薯格瓦斯;非发酵食品主要是鲜食和各种以甘薯为原料的休闲小食品［39］。甘薯良好的营养保健功能在人们的日常生活中发挥越来越重要的作用，进而对其营养品质提出了更高的要求，了解块根贮藏过程中营养品质的变化特点及其生理机制就显得格外重要。本文对甘薯贮藏过程中主要的营养品质指标及其变化的生理机制进行综述，对甘薯块根贮藏品质的研究有一定的指导意义。

［1］Li，W.G.，Wu，et al..Sweet potato in China.In:Scott，G.J.，Wiersema，S.，Ferguson，P.I.(Eds.)，Product Development for Roots and Tuber Crops，1992，vol.1，Asia.International potato Center(CIP)，Lima，Peru:41 －50

［2］黄华宏，陆国权，郑遗凡.不同生育期甘薯块根淀粉糊化特性的差异［J］.中国农业科学，2005，38(3):462－467

［3］赵秀玲.甘薯的营养成分与保健作用［J］.中国食物与营养，2008，(10):58－60

［4］张立明，王庆美，王 荫.［J］.，2003，23(3):162－166

［5］王 钊，刘明慧，樊晓中，等.甘薯收获与安全贮藏［J］.作物栽培，2008，(2):21－23

［6］林汝湘.甘薯收获后短期存放营养的变化.广东省农科院旱作所，8－10

［7］庞 杰，冯 彤，于 新，等.甘薯软库贮藏保鲜及其机理研究［J］.长江蔬菜，1998，(01):25－27

［8］王树佃.中国甘薯栽培学［M］.上海科学技术出版社，349－351

［9］J.Amer.Soc.Hort.Sci.愈伤处理和贮藏期间甘薯块根内碳水化合物的变化［J］.杂粮作物，1957，222(1):89 －92

［10］李鹏霞，王 炜，胡花丽，等.低温贮藏下两种甘薯的品质变化研究［J］.江西农业学报，2009，21(4):73－75

［11］Zhitian Zhang，Christopher C.，Harold Corket et al.Biochemical changes during storage of sweet potato roots differing in dry matter content.Post－harvest Biology and Technology.2002，(24):317－325

［12］L.A.Chang，S，J.Kays.低氧贮藏对甘薯根块的影响［J］.杂粮作物，1981，106(4):481－483

［13］With M.K.Walden and R.R.Thompson.A crystalline beta－amylase from sweet potatoes［J］.Biol.Chem.，173:9－19

［14］LIHS，OBA K.Soluble protein of sweet potato roots and changesin proteins after cutting，infection or storage［J］.Agric Biol Chem，1985，49(3):734－744

［15］YOSHIDA N，NAKAMURA K.Molecular cloning and expressionin Escherichia coli of cDNA encoding the subunit of sweet potatoβ －amylase［J］.Biochem，1991，110:196－201

［16］庞 杰，林惠花，陈绍军.软库贮藏甘薯及其机理研究［J］.天津农学院学报，2000，(04):17－20

［17］谢逸萍，李洪民，王 欣.贮藏期甘薯块根淀粉酶活性变化趋势［J］.江苏农业学报，2008，(04):406－409

［18］许传琴.淀粉水解力不同的甘薯品系贮藏期间α－和β－淀粉酶的变化［J］.国外农学－杂粮作物，1994，(05):29－32

［19］谢一芝，邱瑞镰，戴起伟，等.甘薯胡萝卜素含量的变化及高胡萝卜素育种［J］.杂粮作物，1998，(04):43－46

［20］Ezell，B D M S Wilcox.Effect of variety and storage on carotene and total carotenoids in sweet potato.Food Res.1948，13:203 －212

［21］Ezell，B D M S Wilcox.Influence of storage temperatu － carotene，tatal carotenoids and ascorbic acid content of sweetpo tatoes.Plant Physiol，1952，27:81－94

［22］Miller J C et al.Effect of storage on the carotene contentof fourteen varieties of sweet potatoes .Proc.Amer.Soc.Hort.Sci，1949，54:399 －402

［23］Reddy N N W A Sistrunk.Effect of cultivar，size，storageand cooking method on carbohydrates and some nutrientsof sweet potatoes.Journal of Food Science，1980，45:682－684

［24］薛友林，木泰华，孙艳丽.甘薯蛋白研究进展［J］.食品研究与开发，2005，(05):180－184

［25］朱科学，周惠明，郭晓娜.植物来源糖蛋白的结构与功能［J］.食品与发酵工业，2002，(12):57

［26］蔡自建.甘薯糖蛋白的分离纯化及其糖链结构鉴定［D］.西南农业大学，2003:6

［27］怡谷章夫，上野川修一.食品由采の免疫赋活物质［J］.バイォサにゲストリ，1993，51(9):30－33

［28］Cambie R C，Ferguson L R.Potential functional foods in thetraditional Maori diet［J］.Mutation Research/Fundamentaland Molecular Mechanisms of Mutagenesis，2003，523 －524:109－117

［29］连喜军，罗庆丰，鲁晓翔等.国内甘薯糖蛋白研究进展［J］.食品研究与开发，2008，(02):184－187

［30］沈明珠，瞿宝杰，东惠如.蔬菜硝酸盐积累的研究.园艺学报，1982，9(4):41－48

［31］汪李平.小白菜硝酸盐含量基因型差异及其遗传行为的研究:［博士学位论文］.武汉:华中农业大学，2001:5－8

［32］姚海兰，史春余，王汝娟.腐殖酸对食用甘薯块根品质的调控效应［J］.腐殖酸，2009，126(1):24－28

［33］李劲峰，虞贺新.不同储藏条件下蔬菜硝酸盐及亚硝酸盐的变化［J］.浙江农业科学，2008，(04):404－405

［34］Suzuki A，Cadal P..Clutamate synthase from rice leaves.Plant Physiol，1982，69:848 －852

［35］李雨露.甘薯营养价值及开发利用［J］.粮食与油脂，2002，(04):42

［36］何胜生.甘薯的药用价值及其加工利用［J］.江西农业学报，2006，(02):57－58

［37］安 康，房伯平，陈景益，等.甘薯保健功能的研究进展及发展前景［J］.广东农业科学，2004，(S1)2004年增刊:6－9

［38］周 玲.甘薯与保健［J］.中国食物与营养，1998，(5):47－48

［39］雷 鸣，卢晓黎，毛莉娟.我国甘薯食品开发现状及发展趋势［J］.粮油加工与食品机械，2001，(11):12－14