陳顯讓?zhuān)罴t兵，康 樂(lè)，3，郭尚洙，鄧西平，*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌712100;2.黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100;3.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，陜西楊凌712100;4.韓國(guó)生命工學(xué)研究院，韓國(guó)大田305-806)

β-淀粉酶是廣泛存在于微生物和植物中的一種水解酶，它能從非還原末端開(kāi)始，依次按麥芽糖單位降解淀粉分子的α-1，4 糖苷鍵，進(jìn)而使產(chǎn)物從α 麥芽糖變?yōu)棣?麥芽糖［1］。β-淀粉酶廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，既可以水解淀粉生成高濃度麥芽糖糖漿，在啤酒的生產(chǎn)中代替大麥芽［2］，也可以作為飴糖、飲料等生產(chǎn)過(guò)程的糖化劑［3］。β-淀粉酶是甘薯塊根中僅次于貯藏蛋白的一種蛋白質(zhì)成分，約占根可溶性蛋白的5%［4-5］。甘薯在蒸煮過(guò)程中產(chǎn)生的香味也部分歸因于β-淀粉酶水解淀粉產(chǎn)生的麥芽糖的作用，并且β-淀粉酶含量低的甘薯的甜度也會(huì)大大小于含量高的［6］。目前，我國(guó)β-淀粉酶的生產(chǎn)主要以微生物生產(chǎn)和植物中提取為主，利用微生物生產(chǎn)有耐熱性差、成本高昂等缺點(diǎn)，而從植物中獲得的β-淀粉酶具有酶活力高、耐熱性好、作用pH 范圍廣等優(yōu)點(diǎn)［7］，因而得到了廣泛應(yīng)用。甘薯塊根中的β-淀粉酶含量較高，提取成本低廉，是較為理想的生產(chǎn)β-淀粉酶的原料［8］。廖愛(ài)君等人研究了利用甘薯淀粉生產(chǎn)中的廢水資源獲得β-淀粉酶的方法［9］，這種方法吸附劑用量少、成本低，1kg 鮮薯可制備110g 的酶制劑，每克酶活力達(dá)7 萬(wàn)單位，總回收率在80%以上，可以明顯提高甘薯深加工的經(jīng)濟(jì)效益。本文從果實(shí)膨大后期到收獲期間對(duì)十個(gè)甘薯品系和兩個(gè)甘薯品種的淀粉率和β-淀粉酶含量進(jìn)行了測(cè)定，以期為選用提取β-淀粉酶的優(yōu)質(zhì)甘薯做參考。

表1 栽種品種產(chǎn)量和淀粉率對(duì)照表Table 1 Comparisons of yields and starch contents

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

徐薯28、徐薯8344，以及10 個(gè)高代品系甘薯徐州甘薯研究所提供，分別于果實(shí)膨大后期到收獲期間每7 天采集甘薯塊根一次，一半用于測(cè)量甘薯干率，另一半保存于-80℃冰箱中，共采集樣品五次。

主要試劑:PVP Sigma;β-巰基乙醇 Amresco;可溶性淀粉 科密歐;磷酸緩沖液 華大;DNS 試劑 圣宇;麥芽糖 科密歐。

1.2 儀器與設(shè)備

島津UV-2550 分光光度計(jì)、sigma 3K30 離心機(jī)、AISET YLE-1000 恒溫水浴鍋、人和SHZ-A 水浴恒溫振蕩器、Sartorius PB-10 pH 計(jì)、島津UX220H 分析天平等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 甘薯的栽種 10 個(gè)高代品系，兩個(gè)對(duì)照品種，隨機(jī)區(qū)組排列，3 重復(fù)，每小區(qū)3 行，行長(zhǎng)4.4m，行距0.8m，株距0.22m，60 株/區(qū);走道0.5m，栽插密度3788 株/667m2，實(shí)驗(yàn)凈面積316.8m2。生育期為2011年6 月14 日到10 月29 日，共計(jì)137d。

1.3.2 淀粉率的測(cè)定 收獲期前28d 開(kāi)始，7d 取一次樣品。每種甘薯取個(gè)體重量150g 左右的薯塊，三個(gè)重復(fù)，切成顆粒，在105℃下殺青15min，烘箱中80℃烘至恒重，準(zhǔn)確測(cè)量干樣重量并計(jì)算甘薯烘干率，根據(jù)烘干率換算法［10］確定淀粉率:

淀粉率=烘干率×0.7781-0.0014

1.3.3 β-淀粉酶的提取 取各品系甘薯塊根中心處2.0g(每2 塊薯塊樣合為1 個(gè)重復(fù)，設(shè)3 次重復(fù))于研缽中，加入液氮研磨成粉，裝入離心管中，按1∶5(W/V)加入酶提取液(50mmol/L Tris- HCl，pH7.5，含1%PVP，5mmol/L 的2-巰基乙醇)，離心(12000r/min，4℃)30min，取上清液倒入25mL 容量瓶，定容至刻度，即為所提取的粗酶液［11］。

1.3.4 β-淀粉酶的活性測(cè)定參照Bernfeld 方法［12］，并根據(jù)實(shí)際情況加以優(yōu)化。在具塞試管中加入5mL 1%的可溶性淀粉、1mL 0.2mol/L pH6.8 的磷酸緩沖液(當(dāng)pH 為5.0～7.0 時(shí)，甘薯塊莖β-淀粉酶同工酶的活力最高［13］)、3.9mL 超純水，40℃下預(yù)熱5min，再加入0.1mL 待測(cè)酶液并立即保溫30min，之后再取出試管在水浴中煮沸10min。待水解液冷卻后吸取1mL 用3，5- DNS 顯色，使用島津UV-2550Probe 分光光度計(jì)在520nm 下測(cè)定還原糖吸光值(按麥芽糖毫克數(shù)計(jì)算)。一個(gè)酶活力單位(U)為30min 內(nèi)產(chǎn)生1mg 麥芽糖所需酶量。

1.3.5 分析方法 采用SPSS、SAS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品系的產(chǎn)量和淀粉含量比較

甘薯收獲之后，經(jīng)過(guò)多次稱(chēng)重、計(jì)算平均值，計(jì)算干率和淀粉率，獲得畝產(chǎn)比較值、收獲期干率和淀粉率，結(jié)果見(jiàn)表1。從膨大后期到收獲期，總體上淀粉率升幅為1%～5%。

從表1 可以看出，作為淀粉性的甘薯品系YL04表現(xiàn)出了收獲期最高的淀粉率，YL03 和兩種紫薯(YL01 和YL09)次之;食用型桔紅心甘薯品系YL02和YL08 表現(xiàn)出了較低的淀粉率，生食口感較好。徐薯8344 較其它甘薯品系產(chǎn)量具有顯著差異，不同甘薯品系產(chǎn)量差異較大，平均畝產(chǎn)從1758.72kg/畝到3839.28kg/畝，然而，成熟品種徐薯28 和徐薯8344平均畝產(chǎn)量分別為2706.56kg/畝和3839.28kg/畝，居所有實(shí)驗(yàn)品種的第三和第一，明顯高于大多高代品系品種，由于二者淀粉率較低，所以口感較好，綜合畝產(chǎn)和淀粉含量，二者仍為較理想的能源型和食用型兼用甘薯。

2.2 根據(jù)干率的分類(lèi)比較各淀粉酶變化趨勢(shì)

作為甘薯塊根品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，β-淀粉酶只存在于植物和少數(shù)微生物中［14］。甘薯塊根中含有大量的淀粉酶，其中以β-淀粉酶為主［15］。甘薯塊根中β-淀粉酶基因表達(dá)受蔗糖［16］、多聚半乳糖醛酸、機(jī)械損傷和ABA［17］等的誘導(dǎo)。β-淀粉酶是一種蛋白質(zhì)，不適宜的溫度會(huì)破壞活力部位三維結(jié)構(gòu)的完整性，從而顯著影響酶的活力。據(jù)鄂巍、李新華等人［15］報(bào)道，β-淀粉酶酶活力在40℃時(shí)最高，高于或低于此溫度酶活力均降低，并且在70℃時(shí)，β-淀粉酶幾乎完全失活。因此本實(shí)驗(yàn)在40℃下進(jìn)行酶活測(cè)定，在煮沸狀態(tài)下使酶失活。

表2 12 個(gè)品系塊根膨大后期5 個(gè)時(shí)間點(diǎn)β-淀粉酶活性和淀粉率變化相關(guān)性分析結(jié)果Table 2 Correlation analysis between β-amylase activity change and starch contents change of 12 strains at 5 time points

由于干率和淀粉率成正比，可以將收獲期淀粉率按照大于22%、20% ～22%、小于20% 分成高干率、中干率、低干率三組。進(jìn)行酶活性比較分析。紫薯YL01、YL09 在高干率一組，而食用型桔紅心甘薯YL02 和YL08 在低干率一組，這也體現(xiàn)出了甘薯塊根顏色、品種的差異所帶來(lái)的淀粉率的差異。

由圖1～圖3 可以看出，除YL01 外，其余品系在甘薯塊根膨大后期至收獲期β-淀粉酶活性均有下降趨勢(shì)，這與甘薯塊根成熟淀粉含量增加有關(guān)。其中，中、低干率品系中有多個(gè)品系在收獲前14d時(shí)表現(xiàn)出了最高的β-淀粉酶活性，高中低干率三組甘薯中每組都有3 個(gè)品系的β-淀粉酶活性在收獲期時(shí)水平相當(dāng)，說(shuō)明除了個(gè)別品系，大部分干率接近的品系在收獲期β-淀粉酶活性較為相近。區(qū)別于其它品系，圖2 中的YL06 表現(xiàn)出較低的β-淀粉酶活性。

圖1 高干率甘薯中β-淀粉酶活性變化趨勢(shì)Fig.1 Variation trend of β-amylase activity in high-rate dry matter content types

2.3 不同品系間β-淀粉酶活性變化和淀粉率變化的相關(guān)性分析

圖2 中干率甘薯中β-淀粉酶活性變化趨勢(shì)Fig.2 Variation trend of β-amylase activity in middle-rate dry matter content types

圖3 低干率甘薯中β-淀粉酶活性變化趨勢(shì)Fig.3 Variation trend of β-amylase activity in low-rate dry matter content types

根據(jù)上述測(cè)定五個(gè)時(shí)間點(diǎn)的酶活的變化，結(jié)合淀粉率的變化加以分析。SPSS 軟件分析5 個(gè)時(shí)間點(diǎn)的淀粉酶活性和對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的淀粉率的線性相關(guān)性，并以顯著性加以排序。

從表2 可以看出，除品系YL01 外，其余品系在收獲期均表現(xiàn)較低的β-淀粉酶活性，并且收獲期β-淀粉酶活性要低于五個(gè)時(shí)期的均值。表2 結(jié)果表明除YL01 和YL08 表現(xiàn)為正相關(guān)外，其他品系β-淀粉酶活性和各時(shí)期淀粉率均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。YL02、YL06、YL07、YL09、YL10、徐薯8344 表現(xiàn)出極顯著相關(guān)性，YL01、YL04、YL05、徐薯28 表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。YL03 和YL08 相關(guān)性不顯著。從以上分析看出，大部分品種β-淀粉酶活性變化和淀粉率的變化都有一定的相關(guān)性，多為負(fù)相關(guān)，這與前人報(bào)道相似［18-19］，淀粉酶主要是將淀粉分解為糖，從理論上講，淀粉酶活性越高，淀粉被分解的越快，淀粉率應(yīng)該是下降的，但并不是所有品種都符合這一理論。從β-淀粉酶活性變化來(lái)看，YL01、YL07、徐薯8344、YL09 變幅較大，其中包含紫薯YL01 和YL09，而桔紅心甘薯YL02 和YL08 變幅較低。

從活性水平來(lái)看，成熟品種徐薯8344 表現(xiàn)出了最高的酶活性均值，但是收獲期活性和均值差異巨大。收獲期YL08 和YL03 的β-淀粉酶活性較高，且均值亦較高。

綜合考慮，β-淀粉酶活性與淀粉率多呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且從果實(shí)膨大后期到收獲期，薯塊淀粉含量多為升高趨勢(shì)，但是變幅也根據(jù)不同品系的基因型有所不同，可以說(shuō)淀粉分解轉(zhuǎn)化速度的快慢，不完全由淀粉酶活性的高低決定，可能還受更多的因素控制。

3 結(jié)論與討論

3.1 淀粉率和β-淀粉酶活性是甘薯品質(zhì)的兩個(gè)重要指標(biāo)，在膨大后期和貯藏期的變化會(huì)影響甘薯的利用價(jià)值［18-19］。本研究測(cè)定了幾種甘薯膨大后期到收獲的β-淀粉酶活性和淀粉率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，總體上淀粉含量和β-淀粉酶有較為顯著的相關(guān)性，且多為負(fù)相關(guān)。不同淀粉率薯品系β-淀粉酶活性差異顯著，但淀粉率高的品系淀粉酶活性不一定高，這可以為選擇提取β-淀粉酶的優(yōu)質(zhì)甘薯來(lái)源提供依據(jù)。

3.2 甘薯在果實(shí)膨大期β-淀粉酶活性峰值多出現(xiàn)在收獲前28d，部分出現(xiàn)在收獲前14d，從初始到收獲變幅從6.08%～88.73%不等，說(shuō)明品種之間存在不小差異，在考慮從甘薯中提取β-淀粉酶效益時(shí)需要從這幾個(gè)時(shí)期的淀粉率、酶活性以及產(chǎn)量綜合分析。

3.3 薯塊顏色不同、功用不同，淀粉含量和β-淀粉酶活性差異也較為明顯，如紫薯品系(YL01 和YL09)相對(duì)于桔紅心品系(YL02 和YL08)表現(xiàn)出了較高的收獲期淀粉率和較低的平均β-淀粉酶活性，并且紫薯品系β-淀粉酶活性變幅亦較高。在之前的研究中，N.T.Dziedzoave［20］報(bào)道了同期栽種的甘薯皮顏色不同，β 淀粉酶活性水平也是在不同的結(jié)論，但沒(méi)有深入研究，本文進(jìn)行了一些探究，這也是今后需要更加深入探討的一個(gè)方向。

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