寧夏地區(qū)不同品種馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)組成分析

陳晶華，陳瑾，范艷麗，張惠玲

（寧夏大學(xué)寧夏食品微生物應(yīng)用技術(shù)與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏銀川750021）

馬鈴薯（Solanum tuberosum）種植起源于南美洲，現(xiàn)已傳播到全世界160多個(gè)國(guó)家，作為世界上最重要的供人類食用的糧食作物之一，重要性僅次于水稻、小麥和玉米[1]。中國(guó)馬鈴薯種植面積及產(chǎn)量位于全球之首，目前年產(chǎn)量9500萬(wàn)噸左右[2]。寧夏全區(qū)馬鈴薯年種植面積穩(wěn)定在260萬(wàn)畝，總產(chǎn)量346.32萬(wàn)噸[3]。

馬鈴薯品種的不同決定了其結(jié)構(gòu)的差異，比如分子大小、排列分布等，從而決定淀粉性質(zhì)的不同[4]。白磊等[5]分析了130個(gè)馬鈴薯品種的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)不同品種馬鈴薯淀粉含量差異顯著，這與它的生長(zhǎng)環(huán)境，成熟周期等因素密切相關(guān)。馬鈴薯中蛋白質(zhì)含量是塊莖類作物中最高的，其中氨基酸組成比例較為平衡且過(guò)敏原較少，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[6]。蛋白質(zhì)的功效比值（protein efficiency ratio，PER），是指受試動(dòng)物體重增重與攝取的蛋白質(zhì)質(zhì)量之比，研究表明馬鈴薯蛋白質(zhì)的PER最高可達(dá)到2.3[7-9]。趙鳳敏等[10]對(duì)不同馬鈴薯品種的蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯中的平均必需氨基酸質(zhì)量高于世界衛(wèi)生組織/聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（World Health Organization/Food and Agricultural Organization of the Unitednations，WHO/FAO）推薦的必需氨基酸組成，與標(biāo)準(zhǔn)雞蛋蛋白非常接近。目前食品工業(yè)中將馬鈴薯蛋白進(jìn)行分離純化，作為促進(jìn)食品口感以及蓬松的添加劑或者直接制成蛋白補(bǔ)充制劑，被廣泛應(yīng)用[11]。

營(yíng)養(yǎng)不良是影響人類健康的主要因素，礦物質(zhì)缺乏會(huì)造成嚴(yán)重的營(yíng)養(yǎng)不良[12]。馬鈴薯塊莖中含有大量的人體必需堿性礦物質(zhì)元素，如鉀、鈉、鎂、鈣等，因此馬鈴薯是蔬菜中少有的堿性品種[13]。鈣和磷作為骨骼中的重要成分一旦缺失會(huì)造成骨質(zhì)疏松等癥狀，鐵關(guān)系到血紅蛋白的功能有效性[14]。鉀元素是馬鈴薯中含量最高的元素，多食用馬鈴薯可以補(bǔ)充大量人體所需，對(duì)于幫助人體血液酸堿平衡的保持十分有益[15-16]。細(xì)胞壁是馬鈴薯中膳食纖維的主要來(lái)源，雖然相比芹菜等蔬菜其含量較低，但是仍為重要來(lái)源之一[17-18]。關(guān)于馬鈴薯的研究多集中在其育種、病害防治和種植[19-20]。本研究分析了寧夏地區(qū)8個(gè)品種馬鈴薯的干物質(zhì)、淀粉、碳水化合物、蛋白質(zhì)、纖維素、可溶性固形物、礦物質(zhì)、活性物質(zhì)含量及其氨基酸組成，為寧夏地區(qū)馬鈴薯深加工利用提供研究支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 樣品采集

2018年3月20 日，在寧夏固原市原州區(qū)六盤山薯業(yè)種植基地采集試驗(yàn)樣品（青薯9號(hào)、青薯168號(hào)、莊薯3號(hào)、夏波蒂、大西洋、費(fèi)烏瑞它、黑美人、克新一號(hào)，為寧夏地區(qū)所有常年種植的馬鈴薯品種）。所有馬鈴薯采回后均置于4℃冷柜中低溫避光貯藏，試驗(yàn)前將馬鈴薯放于常溫（25℃）下避光通風(fēng)干燥1 d。

1.1.2 試劑與儀器

無(wú)水乙醇、鹽酸、石油醚、甲基紅、苯酚、氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸、草酸、硝酸、高氯酸、乙醚、葡萄糖等均為分析純：天津市大茂化學(xué)試劑廠。

SE-150型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：北京科一電器有限公司；101-2型電熱恒溫干燥箱：上海威儀科技有限公司；K9860型自動(dòng)凱氏定氮儀：上海通微分析技術(shù)有限公司；RHB-90ATC型折光儀：福州眾拓光電有限公司；L-8900型氨基酸分析儀：株式會(huì)社日立制作所；AA-3800G型原子吸收光譜儀、PF6-2型熒光分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限公司。

1.2 不同品種馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定

干物質(zhì)含量測(cè)定參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》，采用直接干燥法；淀粉測(cè)定參照GB5009.9—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測(cè)定》，采用酸水解法；還原糖測(cè)定參照GB 5009.7—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中還原糖的測(cè)定》，采用直接滴定法；總糖的測(cè)定采用蒽酮比色法；蛋白質(zhì)測(cè)定參照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》，采用凱氏定氮儀法；纖維素含量測(cè)定參照GB 5009.10—2003《植物類食品中粗纖維的測(cè)定》；總可溶性固形物測(cè)定使用折光儀法測(cè)定；維生素C測(cè)定參照GB 5009.86—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中抗壞血酸的測(cè)定》；類胡蘿卜素測(cè)定參考郝智勇[21]等的方法并做適當(dāng)修改。

1.3 不同品種馬鈴薯氨基酸的測(cè)定

氨基酸的測(cè)定參照國(guó)標(biāo)GB 5009.124—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中氨基酸的測(cè)定》，采用全自動(dòng)氨基酸分析儀法（茚三酮柱后衍生離子交換色譜儀），測(cè)定17種氨基酸含量。

1.4 不同品種馬鈴薯礦物質(zhì)含量的測(cè)定

鉀、鈉的測(cè)定參照GB 5009.91—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉀、鈉的測(cè)定》；鈣的測(cè)定參照GB5009.92—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鈣的測(cè)定》，采用火焰原子吸收光譜法；鎂的測(cè)定參照GB 5009.241—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鎂的測(cè)定》，采用火焰原子吸收光譜法；鐵、銅、鋅測(cè)定按照AOAC 999.10《食品中鉛、鎘、鋅、銅及鐵的分析方法》，采用原子吸收分光光度法；硒的測(cè)定參照GB 5009.93—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中硒的測(cè)定》，采用原子熒光分光光度法。

1.5 灰色關(guān)聯(lián)度分析

將8個(gè)不同品種馬鈴薯的11個(gè)指標(biāo)作為一個(gè)灰色系統(tǒng)，每個(gè)馬鈴薯品種作為灰色系統(tǒng)的單一因素，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)不同馬鈴薯品種的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合分析[22-23]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013繪制曲線圖。運(yùn)用SPSS 19.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan′s多重比較檢驗(yàn)顯著性水平（p<0.05），數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種馬鈴薯基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定

根據(jù)國(guó)標(biāo)等方法檢測(cè)了8種不同品種馬鈴薯的基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)成分，結(jié)果見(jiàn)表1。

馬鈴薯中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量與多種因素相關(guān)，淀粉、碳水化合物、蛋白質(zhì)和干物質(zhì)含量是影響馬鈴薯產(chǎn)品特性最重要的指標(biāo)[24]。由表1可知，從差異顯著性來(lái)看，不同品種馬鈴薯還原糖、維生素C含量均差異顯著（p＜0.05）。其中大西洋品種干物質(zhì)含量最高為（27.44±1.33）%，其次為夏波蒂（26.94±2.01）%，黑美人最低為（17.30±1.05）%；淀粉含量大西洋最高為（16.70±0.76）%，含量最低的品種是費(fèi)烏瑞它僅為（12.70±1.02）%；黑美人中總糖含量、蛋白質(zhì)含量及纖維素含量均為最高；還原糖含量最高的品種是克新一號(hào)，含量最低的是大西洋；青薯9號(hào)可溶性固形物含量最高。不同品種間維生素C含量變化范圍為11.48 mg/100 g～23.26 mg/100 g（以鮮重計(jì)），夏波蒂含量最高為23.26 mg/100 g，費(fèi)烏瑞它中含量最低為11.48 mg/100 g。彩色馬鈴薯含有較高含量的維生素C，這與白磊等[5]的研究結(jié)果一致。不同品種馬鈴薯中類胡蘿卜素含量變化范圍為16.87 μg/100 g～83.21 μg/100 g（以鮮重計(jì)），其中費(fèi)烏瑞它含量最高為83.21 μg/100 g，其次為青薯 9號(hào)，含量為 69.73 μg/100 g，青薯168號(hào)中含量最低為16.87 μg/100 g。Williams等[25]研究表明β-胡蘿卜素含量的增高有助于防治維生素A缺乏，選擇食用類胡蘿卜素含量較高的馬鈴薯可成為補(bǔ)充維生素A的一種方法。

表1 不同品種馬鈴薯基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)成分含量Table 1 Contents of basic nutrients in different varieties of potato

2.2 不同品種馬鈴薯氨基酸的測(cè)定

采用高效凝膠滲透色譜法（high performance gel permeation chromatography，HPGPC）測(cè)定氨基酸含量，不同品種馬鈴薯氨基酸含量如表2所示。

由表2可知，就整體而言，所有品種中天門冬氨酸（Asp）含量最高；除天門冬氨酸（Asp）、酪氨酸（Tyr）、谷氨酸（Glu）在莊薯3號(hào)中含量最高外，其余14種氨基酸均在黑美人中含量最高；賴氨酸（Lys）、異亮氨酸（Ole）、天門冬氨酸（Asp）、精氨酸（Arg）、組氨酸（His）、脯氨酸（Pro）含量最低的品種為大西洋，纈氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）、蘇氨酸（Thr）、丙氨酸（Ala）、胱氨酸（Cys）、蛋氨酸（Met）含量最低的品種為費(fèi)烏瑞它，苯丙氨酸（Phe）含量最低的品種為夏波蒂，谷氨酸（Glu）、酪氨酸（Tyr）含量最低品種為青薯9號(hào)，絲氨酸（Ser）含量最低品種為莊薯3號(hào)。

表2 不同品種馬鈴薯的氨基酸含量Table 2 Amino acid content in different varieties of potato g/100 g

8種馬鈴薯中均檢測(cè)出17種氨基酸，其中包括6種必需氨基酸（Lys、Val、Ole、Leu、Phe、Thr）和 11 種非必需氨基酸（Glu、Ala、Gly、Asp、Cys、Pro、Ser、Tyr、Arg、His、Met）。黑美人無(wú)論總氨基酸含量還是必需氨基酸含量均為最高。Peksa等[26]發(fā)現(xiàn)不同品種馬鈴薯氨基酸組成差異很大，并認(rèn)為總蛋白中氨基酸含量受品種差異影響很大，也受生長(zhǎng)環(huán)境、土壤肥力的影響。Eppendorfer等[27]研究表明，含氮量與干物質(zhì)中胱氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸和賴氨酸的濃度緊密相關(guān)，這主要是因?yàn)榈土蚴巧鲜霭被嶂胁豢苫蛉钡慕M成部分。可基于此研究開(kāi)發(fā)不同的功能性馬鈴薯產(chǎn)品。

2.3 不同品種馬鈴薯礦物質(zhì)含量的測(cè)定

不同品種馬鈴薯中鈉、鎂、鉀、鐵、鈣、鋅、磷、硒8種礦物質(zhì)元素含量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同品種馬鈴薯礦物質(zhì)含量Table 3 Mineral content of different varieties of potato

如表3所示，鈉的變化范圍23.30 mg/kg～88.36 mg/kg，夏波蒂中鈉元素含量最高88.36mg/kg，最低為莊薯3號(hào)23.30mg/kg；鎂的變化范圍117.19mg/kg～238.56 mg/kg，最高為費(fèi)烏瑞它238.56 mg/kg，黑美人中含量最低117.19 mg/kg；鉀含量是所有元素中比例最高的元素，含量范圍為2 588.43 mg/kg～4328.70mg/kg，莊薯3號(hào)含量最高為4328.70mg/kg，最低為黑美人2 588.43 mg/kg；鐵含量范圍為32.04 mg/kg～142.14 mg/kg，大西洋中最高為142.14 mg/kg，莊薯3號(hào)最低32.04 mg/kg；鈣含量變化范圍18.60 mg/kg～56.93 mg/kg，含量最高的品種為大西洋56.93 mg/kg，費(fèi)烏瑞它中最低18.60 mg/kg；鋅含量范圍14.75 mg/kg～76.66 mg/kg，黑美人中最高76.66 mg/kg，費(fèi)烏瑞它中最低14.75mg/kg；磷含量范圍182.58 mg/kg～623.05 mg/kg，其中青薯9號(hào)最高為623.05 mg/kg，最低為費(fèi)烏瑞它 182.58 mg/kg；硒含量整體微量，青薯9號(hào)中含量最高為4.25 μg/kg。整體而言，大西洋中礦物質(zhì)含量最高，其次為莊薯3號(hào)，黑美人中含量最低。Luis等[28]在研究西班牙地區(qū)的 3個(gè)馬鈴薯品種的礦物組成（Na、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Cr、Ni和 Zn）時(shí)，發(fā)現(xiàn)了與本文相似的結(jié)果。此外，Dong等[29]研究證明了品種的不同對(duì)微量元素的含量影響顯著，與本文的研究結(jié)果一致。

2.4 不同品種馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)灰色關(guān)聯(lián)度分析

不同馬鈴薯品種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)聯(lián)度與排序見(jiàn)表4，加權(quán)關(guān)聯(lián)度與等權(quán)關(guān)聯(lián)度的相關(guān)性見(jiàn)圖1。

表4 不同馬鈴薯品種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)聯(lián)度與排序Table 4 Correlation and ordering of nutrition quality of different potato varieties

圖1 加權(quán)關(guān)聯(lián)度與等權(quán)關(guān)聯(lián)度的相關(guān)性Fig.1 The correlation between weighted and equal weight correlation degree

由表4和圖1可見(jiàn)，8種馬鈴薯品種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的等權(quán)關(guān)聯(lián)度排序和加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序基本一致，最佳綜合營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)居前三位的分別為黑美人、夏波蒂和大西洋。對(duì)等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度分別進(jìn)行相關(guān)分析，其等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度的決定系數(shù)R2=0.990 4，p<0.01，達(dá)到極顯著水平，表明結(jié)果真實(shí)可信。

3 結(jié)論

不同品種馬鈴薯間營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有明顯的差異。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明：黑美人中總糖、蛋白質(zhì)、纖維素、氨基酸、鋅元素含量最高；克新一號(hào)中還原糖含量最高；大西洋中干物質(zhì)含量、淀粉含量、鐵及鈣含量最高；夏波蒂中鈉元素含量最高；莊薯3號(hào)中鉀元素含量最高；青薯9號(hào)可溶性固形物及磷、硒元素含量最高；費(fèi)烏瑞它中類胡蘿卜素及鎂元素含量最高。通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度綜合分析得出最佳綜合營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)居前三位的分別為黑美人、夏波蒂和大西洋，可作為寧夏地區(qū)馬鈴薯藥用或功能性食品開(kāi)發(fā)的專用馬鈴薯品種資源。