加工方式对甘薯糖类、香味及甜度影响研究进展

杨金初，王宏伟，李耀光，刘欢，王宝林，胡少东，张启东，柴国璧，孙世豪，宗永立，张建勋，*，马宇平，李浩亮，*

（1.河南中烟工业有限责任公司技术中心，河南郑州450000；2.中国烟草总公司郑州烟草研究院，河南郑州450001）

加工方式对甘薯糖类、香味及甜度影响研究进展

杨金初1，2，王宏伟1，李耀光1，刘欢1，王宝林1，胡少东1，张启东2，柴国璧2，孙世豪2，宗永立2，张建勋2，*，马宇平1，李浩亮1，*

（1.河南中烟工业有限责任公司技术中心，河南郑州450000；2.中国烟草总公司郑州烟草研究院，河南郑州450001）

甘薯加工食品因具有浓郁诱人的香味、香甜可口的口感，而深受大众喜爱。综述加工方式对甘薯糖类、香味及甜度影响的研究进展，重点论述加工甘薯香味及甜度的形成机制，分析了糖类物质变化及其与香味及甜度的关系。

甘薯；加工方式；还原糖；香味；甜度；美拉德反应

甘薯营养丰富，且具有良好的食疗保健功能和药用价值，被称为蔬菜中的“保健之王”[1]。近年来，随着加工技术的迅速发展，新型甘薯加工食品不断涌现[2]。甘薯加工食品因具有浓郁诱人的香味、香甜可口的口感，而深入大众喜爱。但由于人们对不同加工方式下甘薯糖类物质转化规律及其对香味和甜度的影响认识不足，这在很大程度制约了甘薯加工业的发展，也影响甘薯制品的质量档次和营养价值。为此，本文系统总结加工方式对甘薯糖类、香味及甜度影响，深入分析了加工甘薯香味及甜度的形成机制，以期为选育加工专用型甘薯品种和研制新型甘薯制品提供理论依据。

1不同加工方式对甘薯糖类的影响

1.1烘干和晒干

1998年，陆国权等研究了烘干法和晒干法对甘薯糖含量的影响，结果表明：两种干燥方式均可使甘薯粗淀粉含量显著减少，还原糖含量显著增加。但两种干燥方式处理的甘薯糖含量变化幅度差异较大。与烘干法相比，晒干法粗淀粉含量降幅和还原糖增幅明显偏低[3]。高路等研究获得了同样的结论[4]。这说明两种干燥方式处理后甘薯中均有部分淀粉发生酶解反应，产生还原糖。两种干燥方式糖含量变化幅度不同，可能与其干燥温度有关。甘薯中含有α-淀粉酶和β-淀粉酶，前者最适温度70℃～75℃，热稳定性好，能水解淀粉粒；而后者只能水解糊化淀粉，甘薯淀粉糊化温度为73℃～75℃，所以，在70℃～80℃干燥条件下两种淀粉酶活性最大[5-6]。而烘干法处理温度较高，更接近于甘薯内源淀粉酶最适温度，因而更有利于淀粉糊化进而转化为还原糖[3]。

1.2煮制和蒸制

2008年，闵燕萍等对不同加工方式下甘薯中还原糖的动态变化进行了研究，结果表明：在煮制的初始阶段，甘薯还原糖略有下降，而在煮制10min～20min内，还原糖含量迅速增加，在煮制后期还原糖含量有所下降[7]。张娟等研究发现，在煮制的前期，甘薯可溶性糖快速增加，并在24min达到最大值，在煮制后期呈下降趋势[8]。煮制前期还原糖和可溶性糖含量增加，是由于甘薯α-淀粉酶和β-淀粉酶的作用；煮制后期还原糖和可溶性糖含量降低，可能是由于热水的浸提作用，靠近甘薯表层的可溶性糖进入水相流失引起的。

与煮制不同，蒸制甘薯不直接与热水接触，因而在其开始阶段，甘薯还原糖含量大幅增加，随着蒸制时间延长，还原糖含量仍持续缓慢增加[7]。

1.3烤制和烘制

张娟等研究发现，在烤箱烤制起初阶段，由于甘薯α-淀粉酶和β-淀粉酶的作用，甘薯可溶性糖含量呈上升趋势，而后可溶性糖部分渗出组织，含量逐渐下降，烤制末期可溶性糖含量上升，其原因尚不明确[8]。而闵燕萍等发现烤箱烤制过程中，甘薯还原糖含量呈现先降低，而后升高，最后又降低的趋势[7]，还原糖含量降低可能是美拉德反应的结果[9]。两项研究中还原糖变化规律不同，显然与原料差异有关，前者采用甘薯切块进行烤制，升温速度快，后者将整个甘薯置于烘箱中，热量从外层向中心逐步传递，升温速度慢，因而在烤制起初阶段，前者还原糖含量增加速度快。

与烤箱烤制不同，在烘箱烘制的前2小时内，甘薯还原糖有所增加，而在随后的2 h～4 h内，还原糖含量大幅度降低，但在后续4 h～10 h中还原糖含量几乎不变[7]。显然，烘制前期还原糖含量增加是甘薯内源淀粉酶促进淀粉水解的结果，烘制中期还原糖含量降低可能与美拉德反应有关[9]，烘制后期甘薯内氮源已经消耗完全，美拉德反应停滞，且內源淀粉酶早已失活，故还原糖含量不变。

1.4微波和油炸

闵燕萍等研究发现，在微波加热初期，甘薯还原糖含量急剧降低，而在加热中期，由于甘薯内源淀粉酶对淀粉的降解作用，还原糖含量明显提高，加热后期还原糖含量有所下降，可能与微波处理使植物组织基质疏松，还原糖部分渗出组织有关[7]。

2008年，闵燕萍等发现，油炸过程中，甘薯还原糖含量持续降低[7]。2013年，张娟等研究发现，油炸过程中，甘薯中的可溶性糖含量也持续降低[8]。其原因可能包括（1）甘薯切块（片）在150℃油温下迅速升温并超过內源酶的最适温度，α-淀粉酶和β-淀粉酶快速失活，产生的还原糖极少；（2）甘薯切块（片）自身含有还原糖在热油中浸出丢失；（3）高温下发生美拉德反应，消耗了部分还原糖。

1.5不同加工方法的比较

陆国权等研究发现蒸煮和烘烤加工均能使甘薯淀粉含量降低，还原糖含量增加。但干燥法相比，蒸煮和烘烤法糖含量的幅度更低[3]。高路等研究了不同加工处理对紫甘薯淀粉及还原糖含量影响，结果表明：蒸煮和烘烤处理后，紫甘薯淀粉含量分别减少2.68%和3.21%，还原糖含量分别增加5.87%和5.27%，而经烘干和晒干后，紫甘薯淀粉含量分别减少9.98%和7.34%，还原糖含量分别增加31.07%和12.24%，蒸煮和烘烤甘薯糖类变化幅度也比烘干和晒干小很多[4]。上述研究均说明蒸煮法和烘烤法的酶促糖化作用明显低于干燥法。其原因包括两点：一方面，蒸煮法和烘烤法处理温度都在100℃以上，甘薯内源淀粉酶因急剧的高温而钝化，相比而言，干燥法更接近甘薯内源淀粉酶的最适温度；另一方面，上述研究均采用甘薯片（丝）进行热处理，由于处理温度高，烤制和煮制时内源淀粉酶失活更快，因而经蒸煮和烘烤处理的甘薯糖化强度较弱。

与烘干法、晒干法、蒸煮法、烘烤法相比，经微波加热和油炸加工后，紫甘薯淀粉和还原糖含量变化率相近，变化幅度最小，说明微波加热法和油炸法的酶促糖化作用较弱。这可能与其传热特点有关，微波加热法使甘薯各部分在同一瞬间获得热量而升温，加热时间短，β-淀粉酶尚未能完全发挥作用即被灭活；油炸法由于油温过高，β-淀粉酶失活较快，紫甘薯糖化强度不足[4]。

Damir A A.研究发现生鲜甘薯的还原糖含量为5.64%，60min的烤制和煮制分别可使甘薯还原糖含量增加到14.3%和11.1%，烤制甘薯比煮制甘薯产生的还原糖更多[10]。卞科等认为烤制甘薯糖含量显著大于煮制、蒸制及其高压蒸煮甘薯的糖含量[9]。这都与内源淀粉酶在不同处理方法下作用时间和活性强弱有关[8]。

卞科等比较烘烤、蒸制、煮制、高压蒸煮、微波处理5种加工方式对甘薯糖含量的影响，结果表明：甘薯经过10min蒸制、10min煮制、5min高压蒸煮、30min烘烤后，其糖含量基本不变[9]。这可能与不同传热模式下，甘薯升温速度不同，导致内源淀粉酶发挥作用的时间不同有关[8]。Damir A A.的研究验证了这一点：β-淀粉酶的最适温度为60℃～70℃，煮制10min和烤制30 min后，甘薯的内部温度分别升高至65.2℃和66.5℃，此时β-淀粉酶活性最强。随着煮制和烤制时间的延长，甘薯内部温度继续升高，內源淀粉酶失活。因此，甘薯中糖类转化过程主要发生在煮制的前10min和烤制的前30min，继续加热过程中，该糖转化过程几乎停止[10]。

综上所述，加热过程中甘薯糖转化一般可分为两个阶段，第一阶段：甘薯内部温度迅速升高并达到內源淀粉酶的最适温度，淀粉酶活性增强，糖转化加快，还原糖随着加热时间延长而迅速增加；第二阶段：继续加热，淀粉酶在高温下失去活性，还原糖含量不再上升[10]。在第二阶段，甘薯糖含量有轻微下降，这可能与部分糖溶于加热介质或者发生美拉德反应有关[9]。

2加工方式对甘薯香味的影响

热诱导碳水化合物降解反应是熟制食品挥发物形成的常见途径[11-15]。由于甘薯糖含量高，加热过程中也会发生类似的化学反应。碳水化合物的热降解产物包括大量挥发性成分[16]，其中美拉德反应和焦糖化反应是最重要的两个途径[17]，并以美拉德反应作用最为显著。甘薯热处理过程中，通过α-淀粉酶和β-淀粉酶的作用，甘薯淀粉被水解为还原糖，在蛋白质和/或氨基酸的参与下，发生美拉德反应，产生大量挥发性化合物[18]。

烤制甘薯糖含量最大，其次煮制，微波处理的甘薯糖含量明显偏小[4，9-10]，由于热处理后甘薯糖含量差异，其香味特征明显不同，感官评定人员可轻易区分出三种加工方式甘薯香味[19]。热处理后甘薯糖含量越高，香味越浓郁：烤制甘薯表现为焦糖味、煮糖味和甜味，煮制甘薯呈现的香气浓度低，香味不明显，微波甘薯只含有非常微弱的糖果香，缺少烤制甘薯的焦糖香[19]。这些结果已通过仪器分析获得了验证，相比于传统烤制方式，蒸煮和微波处理的甘薯只产生54.26%和6.43%的香味活性物质，GCO从烘烤、蒸煮、微波处理的甘薯中分别检测出了37、20、32种风味物质，其中风味稀释因子≥100的挥发性化合物，分别有21、12、14种，香味活性物质的总浓度分别为26.87、14.58、1.73μg/kg[19]。显然，烤制甘薯香味物质种类和浓度均比煮制和微波甘薯高，因而香味更为浓郁。

3加工方式对甘薯甜度的影响

甜度是评价甘薯食味的最重要品质指标，在甘薯品种选育时，生鲜薯甜度常被作为品种筛选的有效指标，早期文献通常将生鲜薯可溶性糖作为评价食用品种食味或甜度的主要指标[20-23]。黄洁等认为紫肉甘薯鲜薯可溶性糖含量与甜度有一定的相关性[22]，陆国权对9个紫肉甘薯品种不同熟化加工后食味评价认为，鲜薯可溶性糖与熟化产品甜度呈显著或极显著的正相关，与烘烤食味总评呈显著正相关[23]。

然而，通常人们食用的是熟甘薯而不是生甘薯，生鲜薯可溶性糖有时未必代表熟甘薯的糖度和甜度。在育种实践中，经常出现鲜薯较甜的品种，热加工后并不甜，而一些鲜薯不太甜的品种热加工后甜度更大[24]。随着研究的不断深入，近年来，大量研究表明：鲜薯可溶性糖与甘薯食味无关，甘薯的甜度主要来源于热加工过程中产生的糖分，熟薯可溶性糖具有较高的品种间差异和与甜度相关性，更适合作为甘薯的甜度评价指标和食用品质指标[24-26]。林汝湘等对225个品种甘薯的部分营养成分及食味进行回归分析后认为，鲜薯可溶性糖含量与食味无关[25]。傅玉凡等认为紫肉甘薯鲜薯可溶性糖含量与食味仅存在极其微弱的正相关，与甜度无显著相关[27]。吴列洪等研究了357个品系甘薯蒸煮前后的还原糖、可溶性糖及其甜度后认为，甘薯的甜度主要来源于蒸煮过程中产生的糖分而非鲜薯糖分，熟薯可溶性糖具有较高的与甜度相关性和品种间差异，更适合作为甘薯甜度评价指标和食用品种品质育种指标[24]。刘文静等研究发现可溶性糖含量高的甘薯品种大多干率低，水分大，生食味甜，煮后软烂，风味差；相反，可溶性糖低的品种往往干率高，生食味淡，但煮后味甜，风味佳。可见甘薯甜味不是由生甘薯总糖含量决定，而是与热加工过程淀粉的糖化程度密切相关[26]。

甘薯中含有α-淀粉酶和β-淀粉酶，早期以生鲜薯可溶性糖为食用品种评价指标的研究中，把这2种內源淀粉酶的作用归结为对鲜薯淀粉的分解从而产生构成甜度的各类糖分。谢逸萍等对甘薯储藏期淀粉酶活性和淀粉率降低的动态研究发现，淀粉率下降速度与淀粉酶活性高低相关性不显著[28]，显然α、β-淀粉酶未必是生甘薯淀粉降解和产生糖分的来源。吴列洪认为，甘薯α-淀粉酶和β-淀粉酶不是在生甘薯糖转化过程中，而是在热加工过程中起作用，蒸煮后还原糖和可溶性糖分别增加了146.59%和172.77%[24]。卞科等对甘薯蒸煮、烘烤等不同熟化加工的研究表明，加工后还原糖大幅度增加，但是非还原糖（可溶性多糖）变化不大[9]。理论上α-淀粉酶只能对糊化淀粉起作用，对原淀粉没有作用，显然在热加工过程中，淀粉边糊化边糖化使得蒸煮后的可溶性糖大幅度增加，而还原糖的增加主要来自于β-淀粉酶在蒸煮中对生薯可溶性多糖的进一步糖化。高路也认为紫甘薯加工后甜度增加的主要原因是β-淀粉酶作用，且淀粉糖化速度与β-淀粉酶活性强弱有关[4]。

这一理论在不同加工方式处理的甘薯中获得了验证：甘薯在煮制、蒸制和烤制过程中产生了大量还原糖，因而感官评定煮制、蒸制和烤制甘薯具有明显的甜味，而油炸处理导致甘薯中还原糖含量持续降低，故油炸甘薯基本没有甜味[7-8]。与晒干法相比，甘薯在烘干过程中淀粉含量降幅和还原糖增幅明显偏高。经烘干处理后紫甘薯糖度较高，风味较好[4]。分别将整个甘薯和甘薯片（丝）置于烘箱中烘烤，整块甘薯在烘烤过程热量不是迅速传递至细胞各部位，而是从外层向内逐层传递。整个烘烤过程极有利于淀粉酶发挥作用，从而使烘烤后的整个甘薯糖化程度高，甜度大[3-4]。

4结语

加工方式可影响传热和升温速度[19]，进而影响甘薯內源淀粉酶的作用效果和时间，从而引起还原糖生成量的显著差异。甘薯热加工过程中产生的还原糖不仅直接决定了其甜度，而且可通过美拉德反应产生香味物质，并最终决定其香味的种类和含量。因此，甘薯热加工过程中产生的还原糖是其香味和甜度的最终来源，这也是未来开发高附加值甘薯制品的物质基础。基于对甘薯热加工过程中糖转化的不断研究，本课题组成功研制了一种甘薯浸膏香料[29]，并验证其在卷烟调香领域的潜在价值。这一探索对于提高甘薯经济附加值、拓展甘薯应用范围，进而促进我国甘薯加工产业的发展壮大具有重要意义。

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Effect of Processing M ethods on Sugar，Aroma and Sweetness of Sweetpotato

YANG Jin-chu1，2，WANGHong-wei1，LIYao-guang1，LIUHuan1，WANGBao-lin1，HU Shao-dong1，ZHANGQi-dong2，CHAIGuo-bi2，SUNShi-hao2，ZONGYong-li2，ZHANG Jian-xun2，*，MA Yu-ping1，LIHao-liang1，*
（1.Technology Center，China Tobacco Henan IndustrialCo.，Ltd.，Zhengzhou 450000，Henan，China；2.Zhengzhou TobaccoResearch InstituteofCNTC，Zhengzhou 450001，Henan，China）

Sweetpotato processing food isgreatly popularwith large customersbecause of its rich and attractive flavor，sweetand palatable taste.The article summarized the recentdomestic and international researchesabout the effectofprocessingmethodson sugar，aroma and sweetnessof sweetpotato.And itmainly introduced formationmechanism of the aroma and sweetnessof sweetpotato processing food，aswellas analyzed the relationship between the changeofsugarand itsaromaand sweetness.

sweetpotato；processingmethod；reducingsugar；aroma；sweetness；Maillard reaction

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.05.048

2016-12-07

杨金初（1987—），男（汉），工程师，硕士，主要从事卷烟调香和卷烟配方研究。

*通信作者：张建勋（1962—），男，研究员；李浩亮（1983—），男，工程师。