红薯又名甘薯、地瓜、山芋等,是旋花科甘薯属一年生或多年生蔓生草本植物[1],是世界上除水稻、小麦、玉米之外的重要粮食作物之一[2]。红薯富含碳水化合物、纤维素、果胶、花青素、维生素、多种矿物质以及人体必需氨基酸等营养物质[3],具有通便、养颜等生物活性功效。
不同品种、产区的红薯在农艺、经济性状和商品属性上存在差异,鲜薯中干物质、淀粉、还原糖等成分含量是反映其食用品质和加工类型的重要指标[4-9]。鲜薯经预处理、蒸制、干燥、装袋、杀菌等工艺制成薯干,是红薯主要加工制品之一,因其甜软营养,深受消费者的喜爱。目前,关于薯干品质的研究主要集中在分析预处理[10-11]、护色[12]、蒸制[13-14]、干燥[15-17]等加工工艺对其质构、色泽和感官的影响。广西融水苗族自治县山地较多,海拔高低错落、昼夜温差大、日照时间长、降水量充沛,为红薯生长提供了较好的环境条件。试验前期已开展红薯鲜薯品质特性与种植适宜性的关联研究,筛选出两个适宜高山山地气候条件的红薯品种（西瓜红、桂紫薇薯1 号）,并在融水苗族自治县不同乡镇地区建立基地示范推广[18]。薯干作为融水苗族自治县当地的旅游特色食品,取得了较好的经济效益,但是由于不同产区的鲜薯品质存在差异,造成加工后的薯干外观口感参差不齐,产品的稳定性较差。尽管目前已有一些关于红薯干加工工艺条件与其品质关联的研究,但针对广西山地红薯中具有代表性的融水苗族自治县高山红薯特定品种的理化成分与薯干品质相关性的分析以及加工特性研究鲜见。
本研究从广西融水苗族自治县不同山地产区收集推广种植的“西瓜红”品种红薯,测定和对比鲜薯中淀粉、还原糖、总膳食纤维、蛋白质、钾成分含量,加工制成的薯干通过质构和感官评分结合微观组织结构进行品质综合评价,分析鲜薯的理化成分与薯干质构特性的相关性,旨在探讨不同产区红薯作为当地薯干产品加工原料的可行性,以期为融水苗族自治县高山红薯的推广应用和薯干加工优质原料的选择提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
红薯：供试鲜薯品种为“西瓜红”,所有样品均于2023 年10 月分别采收自广西融水苗族自治县白云乡（海拔500～700 m）、洞头镇（海拔300～500 m）、永乐镇（海拔200～300 m）、四荣乡（海拔100～200 m）4 个产区；还原糖试剂盒（JC0405-M）：南京集思慧远生物科技有限公司；氢氧化钠、浓硫酸、盐酸、无水乙醇、硫酸钠、过氧化氢、硝酸（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。
1.2 仪器与设备
ML204 型万分之一天平：瑞士梅特勒-托利多公司；XOSM-24N 智能石墨消解赶酸仪：南京先欧仪器制造有限公司；Mars 6 微波消解仪：美国CEM 公司；Nexlon 1000G 电感耦合等离子体质谱仪：美国珀金埃尔默公司；TMS-Touch 质构分析仪：美国FTC 公司；Prisma E 扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）：赛默飞世尔科技（中国）有限公司；101-4A 型电热鼓风干燥箱：上海坤诚科学仪器有限公司；THZ-82型恒温振荡水浴箱：常州一诺教育仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 薯干样品的制备
各产区供试鲜薯统一采收并遮阴通风存放35 d后,均采用当地传统原味红薯干加工工艺制成薯干。工艺流程：红薯→挑拣清洗→去皮→分切（条）→蒸制→干燥（烘干）→真空包装→微波杀菌→冷却→成品。
1.3.2 鲜薯理化成分测定
淀粉含量参考GB 5009.9—2023《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定》中的第二法进行测定；还原糖含量采用还原糖试剂盒测定；蛋白质含量参考GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中的第一法进行测定；总膳食纤维含量参考GB 5009.88—2023《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》中的方法进行测定；钾含量参考GB 5009.91—2017《食品安全国家标准 食品中钾、钠的测定》中的第四法进行测定。
1.3.3 薯干质构特性测定
测定条件参照文献[19]并稍作改动。将薯干置于质构分析仪载物台上,采用25 N 力量感应元,2.0 mm圆柱形探头,起始力设置为0.04 N,探头回升距离设定为20 mm,探头移动速度为60 mm/min,样品压缩形变量为50%。主要测定分析的质构参数为硬度、黏附性、内聚性、弹性、胶黏性和咀嚼性。
1.3.4 薯干感官评价
薯干感官评价参照文献[15]的方法并略作修改,薯干感官评价标准见表1。
表1 薯干感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation standards for dried sweet potatoes
指标色泽（20）组织形态（20）口感滋味（60）评价标准黄红色,色泽基本均匀黄褐色,色泽微暗黄褐色,色泽发黑质地柔软,弹性韧性较好,无明显杂质质地一般,弹性韧性一般,有少量杂质质地较硬,韧性差,有大量杂质咀嚼软硬适中,适口性好,有红薯干特有的香气,香气较浓,无异味咀嚼度一般,适口性一般,有红薯干特有的香气,香气较淡,无异味不易咀嚼,适口性差,有异味分值15～20 10～<15 0～<10 15～20 10～<15 0～<10 40～60 20～<40 0～<20
1.3.5 薯干微观结构测定
样品微观结构参照文献[20]的方法进行测定。选取形状规整的薯干样品,切成1 cm×1 cm×1 cm 的小块状,将样品进行30 s 喷金处理后,固定在载物台上用扫描电子显微镜分别在100 倍和400 倍下观察薯干横截面的微观结构。
1.4 数据处理
每个处理进行重复测定3 次,数据以平均值±标准差的形式表示。采用Excel 2019 和SPSS 19.0 对数据进行整理统计和方差分析,以P<0.05 表示差异显著。通过Origin Pro 2021 软件进行相关性分析。
2 结果与分析
2.1 融水苗族自治县不同产区红薯鲜薯理化成分分析
供试4 个产区鲜薯的淀粉、还原糖、总膳食纤维、蛋白质和钾的含量测定结果见表2。
表2 融水苗族自治县不同产区红薯鲜薯理化成分含量对比
Table 2 Comparison of physicochemical components in fresh sweet potatoes from different producing areas in Rongshui Miao Autonomous County
注：同列不同小写字母表示差异显著,P<0.05。
钾含量/（g/kg）9.91±0.08c 12.85±0.14a 9.85±0.38c 10.65±0.36b产区白云乡洞头镇永乐镇四荣乡淀粉含量/（mg/g）135.57±0.57c 137.69±1.63c 158.56±3.12b 169.71±9.00a还原糖含量/（mg/g）117.36±7.13a 105.41±3.16b 110.35±4.37ab 105.21±2.76b总膳食纤维含量/（g/100 g）1.15±0.03ab 1.03±0.04b 1.20±0.12a 1.24±0.05a蛋白质含量/（mg/g）77.32±2.91a 39.66±0.61d 52.48±0.90c 65.45±1.87b
由表2 可知,4 个产区红薯鲜薯的理化成分含量存在明显差异。四荣乡红薯鲜薯的淀粉含量最高,为169.71 mg/g,显著高于其余产区的红薯鲜薯（P<0.05）,洞头镇和白云乡红薯鲜薯的淀粉含量较低且差异不显著（P>0.05）,分别为137.69 mg/g 和135.57 mg/g；白云乡红薯鲜薯的还原糖含量最高,为117.36 mg/g,其他3 个产区红薯鲜薯的还原糖含量差异不显著（P>0.05）；四荣乡、永乐镇和白云乡3 个产区红薯鲜薯的总膳食纤维含量接近,洞头镇红薯鲜薯的总膳食纤维含量最低,为1.03 g/100 g；4 个产区红薯鲜薯的蛋白质含量差异显著（P<0.05）,含量由高到低排序为白云乡>四荣乡>永乐镇>洞头镇；洞头镇红薯鲜薯的钾含量最高,为12.85 g/kg,白云乡和永乐镇红薯鲜薯的钾含量较低。
淀粉含量不仅与红薯鲜薯的产量相关,还决定了其应用价值。还原糖含量在传统红薯干加工时,直接影响产品的色泽风味,进一步影响其商品品质[21]。理化成分测定结果表明,同一品种红薯在融水苗族自治县4 个不同产区种植时淀粉、蛋白质和钾的含量差异较大,不同产区的地理环境和土壤条件对三者含量影响较大,对还原糖、总膳食纤维含量影响较小。白云乡红薯鲜薯的还原糖含量最高,可能是由于白云乡是当地海拔较高的产区,日照充足、昼夜温差大,红薯鲜薯中可溶性糖、还原糖的转化率较高。
2.2 不同产区红薯原料加工制成的薯干质构特性分析
4 个产区的鲜薯统一采收后,均采用当地传统红薯干的加工工艺,不添加糖和其他食品添加剂制成薯干,质构特性测定结果见表3。
表3 薯干质构特性测定结果
Table 3 Texture characteristics of dried sweet potatoes
注：同列不同小写字母表示差异显著,P<0.05。
产区白云乡洞头镇永乐镇四荣乡硬度/N 7.29±0.19c 10.10±0.69b 11.51±1.19b 16.47±1.05a黏附性/（N·mm）2.84±0.28b 2.10±0.37b 2.20±0.06b 9.80±1.41a内聚性0.33±0.06a 0.30±0.00ab 0.20±0.00b 0.37±0.12a弹性/mm 4.05±1.20ab 4.67±1.11ab 3.13±0.46b 6.08±1.68a胶黏性/N 2.53±0.61b 3.06±0.26b 2.67±0.13b 6.04±2.32a咀嚼性/mJ 10.77±5.87b 14.10±2.53b 8.37±1.64b 37.07±17.70a
硬度表示物体发生形变所需要的力,与产品口感直接相关。由表3 可知,四荣乡红薯鲜薯制成的薯干硬度最大,显著高于其他3 组样品（P<0.05）,白云乡样品的硬度最小；黏附性反映的是样品对接触物的黏性程度,胶黏性表示样品内部的黏性程度,二者相关表现一致,四荣乡的薯干黏附性和胶黏性均较大,其他3 组样品无显著性差异（P>0.05）。内聚性表示薯干样品内部用于抵抗外界损坏的收缩力,弹性是指物体经压缩形变后,所能恢复到形变前的高度比率。白云乡、洞头镇和四荣乡3 组薯干的内聚性、弹性均无显著性差异（P>0.05）,永乐镇的薯干内聚性和弹性较小。咀嚼性反映的是食物抵抗人体口腔咀嚼的能力,其受食物硬度、黏附性和弹性的影响[22]。不同产区红薯鲜薯制成的薯干咀嚼性由大到小排序为四荣乡>洞头镇>白云乡>永乐镇,四荣乡样品的咀嚼性显著高于其余3 组（P<0.05）。
2.3 不同产区鲜薯理化成分与薯干质构特性的相关性分析
对薯干的质构特性与鲜薯原料的5 种理化成分含量进行相关性分析,结果见表4。
表4 鲜薯理化成分含量与薯干质构特性的相关性分析
Table 4 Correlation analysis between physicochemical components of fresh sweet potatoes and texture characteristics of dried sweet potatoes
注：*表示显著相关,P<0.05；**表示极显著相关,P<0.01。
项目淀粉含量还原糖含量总膳食纤维含量蛋白质含量钾含量硬度0.877**-0.602*0.507-0.090 0黏附性0.686*-0.383 0.482 0.347-0.146内聚性-0.113-0.288-0.043 0.330 0.063弹性0.185-0.446 0.106 0.049 0.251胶黏性0.498-0.577*0.260 0.103-0.026咀嚼性0.420-0.530 0.237 0.129 0.016
由表4 可知,淀粉含量与硬度呈极显著正相关（P<0.01）,与黏附性呈显著正相关（P<0.05）；还原糖含量与硬度、胶黏性呈显著负相关（P<0.05）。总膳食纤维含量、蛋白质含量、钾含量与薯干的质构特性没有显著相关性。薯干的硬度、黏附性和胶黏性是重要的质构特性考察指标,在一定程度上反映出样品的口感品质,相关性分析结果表明,这3 个质构参数与红薯鲜薯原料的淀粉、还原糖含量显著相关。
2.4 不同产区红薯原料加工制成的薯干感官评价分析
薯干感官评价结果见表5。
表5 薯干感官评价结果
Table 5 Sensory evaluation of dried sweet potatoes
注：同列不同小写字母表示差异显著,P<0.05。
产区白云乡洞头镇永乐镇四荣乡色泽13.67±0.57b 18.67±0.49a 9.20±0.30d 11.97±0.65c组织形态18.63±0.31a 18.07±0.51a 12.20±0.36b 8.03±0.55c口感滋味54.17±0.76a 43.50±0.96b 24.93±2.27c 13.00±2.00d总分86.47±0.55a 80.23±1.68b 46.33±2.15c 33.00±1.35d
由表5 可知,在色泽方面,洞头镇的薯干样品评分最高,显著高于其他3 个产区样品（P<0.05）。结合红薯鲜薯的理化成分含量结果分析,白云乡的红薯原料中还原糖和蛋白质含量较高,在薯干加工过程中由于温度升高可能发生非酶促褐变反应影响成品色泽；而永乐镇和四荣乡的红薯中淀粉含量较高,高温可能导致淀粉糊化,色泽降低[23]。在组织形态方面,白云乡和洞头镇的薯干样品质地柔软,弹性韧性较好,组织形态比较饱满,评分接近,显著高于永乐镇和四荣乡的样品（P<0.05）,后两者质地较硬,有少量杂质。在口感滋味方面,白云乡的样品软硬适中,适口性较好,有薯干特有的香甜气味,评分最高,而四荣乡的样品不易咀嚼、适口性差,表现在硬度和弹性过大,这与质构测试的结果一致。从总分上看,不同产区的薯干样品从高到低依次为白云乡>洞头镇>永乐镇>四荣乡,白云乡和洞头镇的薯干感官品质较好,总分显著高于永乐镇和四荣乡的样品（P<0.05）,分别为86.47 和80.23。二者在感官品质上的差异主要体现在白云乡的薯干口感软糯香甜,红薯香气浓郁,唯一不足是色泽稍暗；洞头镇的样品口感软硬适中,色泽金黄,但红薯的香甜味不足,这可能是因为其原料中的还原糖含量较低。因此从感官评价结果分析,白云乡和洞头镇种植的红薯更适合作为薯干加工原料。
2.5 不同产区红薯原料加工制成的薯干微观组织结构分析
采用扫描电子显微镜在100 倍和400 倍的放大倍数下,对不同产区红薯加工制成的薯干微观结构进行观察测定,结果见图1。
图1 薯干微观结构
Fig.1 Microstructure of dried sweet potatoes
A.放大100 倍；B.放大400 倍。
在薯干蒸制和干燥过程中,淀粉颗粒吸水膨胀、破裂,从细胞中溶出,相互联结缠绕[24],受热糊化后随着水分的挥发,逐渐形成紧密且具有一定韧性的体系,因而导致样品组织收缩,内部空隙减少[14]。由图1 可知,在100 倍的放大倍数下,四荣乡薯干样品截面的整体是比较致密的结构,但仍然存在一些较大的孔隙；在400 倍的放大倍数下可见,孔隙里存在未糊化的淀粉颗粒,这可能是由于四荣乡样品原料鲜薯中淀粉含量最高,一方面大量糊化后的淀粉形成比较致密坚硬的组织,另一方面未完全糊化的淀粉导致薯干内部质地不均匀,有少量杂质；白云乡薯干的微观结构与其他三者呈现较大的差异,可以看出其截面整体更加平整细腻,基本没有大的孔隙,无肉眼可见的淀粉颗粒,这可能是由于样品中的淀粉糊化完全、受潮和受热都更加均匀彻底[25],因此口感上更细腻柔软、组织形态饱满。4 组样品的扫描电子显微镜观察结果与质构特性测定和感官评价结果具有一致性,进一步从微观层面解释和验证了造成不同产区的薯干品质差异的原因。
3 结论
本研究以广西融水苗族自治县4 个不同产区（白云乡、洞头镇、永乐镇、四荣乡）的“西瓜红”品种红薯为研究对象,分析鲜薯的理化成分含量与薯干质构特性的相关性,结合感官评价和微观结构测定结果探讨不同产区红薯的加工特性,试验结果表明,4 个不同产区的红薯鲜薯理化成分含量存在明显差异,鲜薯的淀粉含量与薯干硬度、黏附性呈极显著或显著正相关（P<0.01,P<0.05）,还原糖含量与薯干硬度、胶黏性呈显著负相关（P<0.05）。四荣乡的薯干硬度、黏附性和咀嚼性较高,不易咀嚼、适口性差,而白云乡和洞头镇的红薯干硬度较小,质地柔软、组织形态饱满,口感软硬适中,感官评分较高。结合微观结构综合分析,白云乡和洞头镇红薯鲜薯的还原糖含量较高且淀粉含量低适合加工薯干；四荣乡红薯鲜薯的淀粉含量高适合加工红薯淀粉、红薯粉条；永乐镇的红薯鲜薯口感粉糯香甜适宜鲜食。后续研究可以针对已筛选出的产区鲜薯原料特性,改良当地的原味红薯干加工工艺,进一步提升产品品质,为广西融水苗族自治县高山红薯深加工产业发展提供科学参考。
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