研究背景
甘薯(IpomoeabatatasL.)是一种双子叶植物，属于旋花科，是人类和动物营养丰富的食物来源，是世界上第六大重要的农作物。我国大部分地区均可种植甘薯，其中，南方产区以种植食用型品种为主，北方产区以淀粉加工型为主，长江流域产区兼有加工与食用品种。我国甘薯产量约占世界总产量的90%，年产量达1.17亿吨。
淀粉是甘薯块茎的主要成分，占其干重的50%～80%。甘薯淀粉可广泛用于面条、焙烤食品、糖果产品、纺织行业等。国内外学者对甘薯淀粉的制备、性质改良等进行了广泛深入的研究。超声波不仅能够引起甘薯淀粉表面出现孔洞和裂纹，而且导致甘薯淀粉的短程分子有序度和有序分子结构更加明显;喷雾干燥可增加甘薯淀粉的糊化温度，但降低了糊化焓值;增加预热温度，可提高甘薯淀粉的溶解度和膨胀度;干热处理提高了甘薯淀粉的糊化温度和透光率，但降低了黏度、溶解度和膨胀度。然而，人们对不同品种甘薯淀粉的理化性质了解有限。周婵媛等研究发现，白心薯、红心薯和紫心薯等三种甘薯来源淀粉的凝沉性、透明度、溶解度、膨润度、表观黏度、冻融稳定性等物理特性存在显著差异;余树玺等研究表明，不同品种(卢选1号、徐薯22、冀薯65和冀薯98)甘薯淀粉的成分和物化性质与其粉条品质间具有相关性;甘薯淀粉的糊化参数与直链淀粉和支链淀粉含量间均无显著差异。尽管国内外学者在甘薯淀粉的分离制备和物化性质等方面开展了大量的研究工作，但对不同品种甘薯淀粉的结构性质和功能特性进行系统研究的文献相对较少，这不利于充分利用优良甘薯品种，一定程度上也造成甘薯原料的浪费。
计红芳团队探讨了我国东部地区8个品种甘薯淀粉的主要结构参数(颗粒形态大小、直链淀粉含量)和淀粉的功能特性(糊化、溶解性、膨胀度、冻融稳定性和质构特性)，分析了甘薯淀粉的主要结构参数与功能特性之间的关系，以期为我国甘薯淀粉的开发利用提供一定的科学依据。
1不同品种甘薯淀粉的化学组成
8个品种甘薯淀粉的主要化学组成如表1所示。甘薯淀粉水分含量约为5%，纯度较高(总淀粉含量＞88%)。研究发现，徐薯18号品种的水分含量低于文献中的数据(其值为8.7%和6.25%)。这种差异可能与干燥方法和淀粉的水结合能力不同有关。
淀粉中直链淀粉含量差异显著，其值介于17.73%～26.64%之间，与文献［20］报道的结果相近8种甘薯淀粉中，龙岩73的直链淀粉含量最高，显著高于其他品种(P＜0.05)，而徐薯18的直链淀粉含量最低(表1)。淀粉的直链淀粉含量在影响淀粉的功能性质方面起着重要作用。直链淀粉含量高的淀粉凝胶强度高。甘薯淀粉直链淀粉含量的差异可能与基因类型、环境因素和淀粉处理方法有关。
2不同品种甘薯淀粉的形态和粒径分布
不同品种甘薯淀粉颗粒的扫描电镜如图1所示。8个品种甘薯淀粉的形态稍有差异。这些淀粉由小颗粒、中颗粒和大颗粒组成，呈椭圆形、半球形、五角形和六角形等形状，表面光滑(见图1)。济薯5和商薯19H的淀粉颗粒较大的多呈椭圆形和半球形，多边形的较少;而龙岩73较小的多呈多边形(见图1)。这与文献报道的关于甘薯淀粉颗粒形貌的文献一致。
不同品种甘薯淀粉的粒度分布特征相似，颗粒大小在品种间存在显著差异(表2)。商薯19H的平均粒径最大(14.88μm)，其粒径范围为3.42～36.07μm。龙薯9号的平均粒径最低(8.78μm)，其粒径范围仅为1.45～18.97μm。本试验测得的所有样品的平均粒径为12.65μm，与Noda等报道相似，但是大于Abegunde等研究的结果。这可能与甘薯遗传基因、生长环境和淀粉分离方法的不同有关。
3不同品种甘薯淀粉的结晶特性
可利用X－射线衍射技术研究淀粉的颗粒特性。通过XＲD分析，通常存在A、B和C型等三种类型淀粉。A型淀粉主要来自谷类，2θ在15°和23°左右有较强的衍射峰，在17°和18°左右有未分解的双峰。B型淀粉主要来自块状淀粉和高直链淀粉，2θ在约17°处产生最强的衍射峰，在15°、20°、22°和24°附近有几个小的峰，在约5.6°处具有特征峰。C型淀粉主要来自豆类、根、部分果实和茎，同时含有A型和B型多态性。C型淀粉2θ在17°和23°左右有较强的衍射峰，在5.6°和15°左右有少量小的衍射峰。
图2为不同品种甘薯淀粉的X射线衍射图。8种甘薯淀粉2θ在15°、17°和23°左右均表现出较强的峰值。另外，在23°附近只有一个较强的衍射峰。分析表明，这些淀粉的晶体类型为典型的A型。这与肖瑀等、Gou等报道的结果相同，而Noda等研究发现甘薯淀粉的晶型为C型。这可能与甘薯品种来源、种植和收获日期不同有关。
甘薯淀粉的相对结晶度在不同品种间存在差别(见图2)。8个不同品种甘薯淀粉的相对结晶度在27.85%～35.6%之间。其中苏薯8甘薯淀粉具有最低的相对结晶度，商薯19S和商薯19H甘薯淀粉具有较高的相对结晶度，龙薯9甘薯淀粉具有最高的相对结晶度。本研究所测定的甘薯淀粉的结晶度数据接近于Ye等报道的结果，但与Wang等和Gou等报道的数据存在较大差别。淀粉的相对结晶度除与植物来源有关外，淀粉的水分含量、结晶结构测试手段和结晶度计算方法等也会影响淀粉的结晶度大小。
4不同品种甘薯淀粉的糊化特性
糊化特性是淀粉的重要流变性能之一，直接影响淀粉的加工性能和产品质量。用ＲVA测定甘薯淀粉的糊化特性如表3所示。结果表明，不同品种甘薯淀粉的糊化特性差异显著。所测样品的峰值黏度范围为～cP，其中苏薯8显著高于其他品种(P＜0.05)，济薯5显著低于其他品种(P＜0.05)。所测甘薯淀粉的谷值黏度范围为～cP，破损值范围为～cP。最终黏度和回生值分别在～和～cP之间。此外，被测样品的糊化温度范围为68.75～77.73℃，其中商薯19H淀粉糊化温度最高，龙薯9淀粉糊化温度最低。
5不同品种甘薯淀粉凝胶的质构特性
不同品种甘薯淀粉凝胶的质构参数测定结果如表4所示。甘薯淀粉凝胶在不同品种间差异较大。龙岩73的硬度最高(.03g)，胶着性(.18g)和咀嚼性(.69)也最高，而苏薯8号的硬度(.21g)和胶着性(.95g)最低。凝胶回复性范围为0.69(龙岩73)～0.87(济薯21)。苏薯8号的内聚性最高(1.00)，龙薯9号(0.99)次之。淀粉凝胶的力学性能可能与直链淀粉含量和支链淀粉的结构有关。另有研究表明，长链支链淀粉含量与蒸煮大米的硬度呈正相关，而直链淀粉尺寸大小与蒸煮大米的硬度呈负相关;直链淀粉峰的第一个峰的聚合度与甘薯淀粉凝胶的硬度呈显著负相关(r=－0.，P＜0.05)，与胶着性呈极显著负相关(r=－0.，P＜0.01);支链淀粉峰的第二峰高与甘薯淀粉凝胶的胶着性呈负相关(r=－0.，P＜0.05)。
6不同品种甘薯淀粉的溶解度和膨胀度
溶解度反映了淀粉在膨胀过程中溶解的程度，膨胀度表示淀粉的持水能力;它们均体现凝胶化特性。甘薯淀粉在55、65、75、85和95℃时的溶解度和膨胀度见表5和表6。结果表明，甘薯淀粉的溶解度和膨胀度均随温度的升高而增大，这与Lai等报道相似。在95℃时，溶解度和膨胀度的数值最大。95℃下的溶解度为8.40%(济薯21)～13.89%(济薯5)之间，95℃下膨胀度为12.53～21.28g/g。龙薯9号在95和55℃时的膨胀度显著高于其他品种(P＜0.05)，而济薯5在95和55℃时的溶解度高于其他品种。淀粉膨胀度和溶解度的差异与淀粉的直链淀粉含量、磷和颗粒性质的差异有关。
7不同品种甘薯淀粉的析水性
脱水收缩与冻融稳定性有关，可作为淀粉回生的指标。不同品种甘薯淀粉的析水率随冻融循环处理次数的增加而增加，品种间甘薯淀粉析水率不同(表7)。经1次冻融循环处理后，商薯19S甘薯淀粉的析水率最高(75.62%);济薯21、苏薯8、商薯19H的甘薯淀粉析水率较高，分别为75.20%、73.52%、73.40%;徐薯18甘薯淀粉的析水率最低(70.89%)。经3次冻融处理后，商薯19S的析水率最高(83.96%)，龙岩73次之，龙薯9最低(78.06%)。由表7可知，龙薯9号甘薯淀粉的冻融稳定性较好，更适宜加工冷冻食品。
8甘薯淀粉各项特性间相关性分析
甘薯淀粉各项理化性质间关系的Pearson相关系数如表8所示。直链淀粉含量与淀粉糊的回生值、凝胶的硬度、胶着性、咀嚼性和析水率均呈显著正相关，相关系数(r)分别为0.、0.、0.、0.、0.;但与凝胶回复性呈显著负相关(r=－0.，P＜0.05)。Sandhu也报道了直链淀粉与硬度间类似的正相关关系。直链淀粉含量与回生值间的关系与文献报道相似。
甘薯淀粉颗粒的平均粒径与谷值黏度、最终黏度、内聚性及膨胀度间均呈负相关，相关系数分别为－0.、－0.、－0.、－0.，而与糊化温度呈显著正相关(r=0.，P＜0.05)。周文超发现，小米淀粉颗粒的中位径与糊化性能没有显著相关性。不同品种甘薯淀粉糊化参数间存在相关性。
峰值黏度与谷值黏度、破损值和最终黏度间均呈正相关，相关系数分别为0.、0.、0.;甘薯淀粉的谷值黏度与最终黏度，回生值与糊化温度间也具有正相关关系。而Sandhu等研究报道，淀粉回生值与糊化温度间呈负相关关系。不同品种甘薯淀粉糊化参数与凝胶质构参数间具有相关关系。甘薯淀粉回生值与凝胶硬度、胶着性、咀嚼性均具有正相关关系，相关系数分别为0.、0.、0.。此外，甘薯淀粉凝胶质构参数间也存在相关关系。
甘薯淀粉凝胶的硬度与胶着性呈正相关(r=0.，P＜0.01)，而与内聚性、回复性却具有负相关关系。胶着性与内聚性呈负相关关系(r=－0.，P＜0.05)，而与咀嚼性具有正相关关系(r=0.，P＜0.05)。
9结论
不同品种甘薯淀粉糊化特性指标间有明显差异。甘薯淀粉的峰值黏度分布范围为～cP，最终黏度在～cP之间，回生值在～cP之间，糊化温度在68.75～77.73℃之间。在试验范围内，随温度增加，甘薯淀粉的溶解度和膨胀度均增大。随冻融循环次数的增加，供试品种甘薯淀粉的析水率均逐渐增大。经过3次冻融循环后，商薯19S的析水率最大，龙薯9的析水率最低。甘薯淀粉的直链淀粉含量和粒径大小与糊化参数、质构参数、溶解度和膨胀度间确实存在多种相关性。可根据甘薯淀粉不同性质指标间的相关关系，通过一种性质推测其另一种性质。此外，不同品种甘薯淀粉的精细结构及其与糊化和质构特性间的相关关系有待进一步研究。
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