不同品種馬鈴薯化學(xué)組成及香氣成分的研究

王紹帆，黃歡，張風(fēng)亭，韓育梅

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

馬鈴薯，茄科一年生草本植物，不但是僅次于水稻、玉米、小麥的第四大糧食作物[1]，還是糧、菜和工業(yè)原料兼用的經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物，相較于其它主糧作物，馬鈴薯的加工轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)鏈條長，增產(chǎn)增收潛力大，發(fā)展前景極為可觀。馬鈴薯，水分含量較低、干物質(zhì)含量較高時有利于貯藏[2]；碳水化合物是其主要成分，但熱量并不高，容易使人產(chǎn)生飽腹感；淀粉是其能量的主要來源，含量與貯藏溫度呈反比關(guān)系[3]；維生素C 含量較高，約為蘋果的10 倍，素有“地下蘋果”之稱；蛋白質(zhì)富含人體所需的全部8 種必需氨基酸，營養(yǎng)價值全面；脂肪含量偏低，食之不易致人肥胖；提供人體所需的“第七大營養(yǎng)素”—膳食纖維，有助于維持消化系統(tǒng)健康；礦物質(zhì)種類及含量豐富，對人體健康具有良好的保健作用[4]。

馬鈴薯品質(zhì)的優(yōu)異除了受遺傳和生理特性影響外，還受栽培地區(qū)氣候、土壤和栽培條件的影響，即使同一地區(qū)不同馬鈴薯品種營養(yǎng)成分也不盡相同[5]。本試驗選用極具代表性且富有研究價值和意義的五個馬鈴薯品種，夏波蒂、費(fèi)烏瑞它、康尼貝克、興佳和冀張12，均采自內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市武川縣，武川縣地處內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，陰山北麓，全境在北緯40°47′～41°23′東經(jīng) 110°31′～111°53′之間，屬中溫帶大陸性季節(jié)氣候，日照充足，晝夜溫差大，極適合馬鈴薯的大面積種植。通過對5 個不同品種馬鈴薯的化學(xué)組成與香氣成分的測定和分析，得出不同品種間馬鈴薯化學(xué)組成、風(fēng)味差異以及地理位置、栽培條件等采前因素對其造成的影響，從而為馬鈴薯的大面積種植、精心栽培和貯藏加工等提供理論依據(jù)[6]。此外，國內(nèi)對馬鈴薯香氣成分的研究報道寥寥無幾，為進(jìn)一步探究馬鈴薯的滋味、香氣物質(zhì)及其在加工過程中可能會帶來的影響，例如陳化、風(fēng)味變劣等現(xiàn)象，本試驗采用電子鼻、電子舌和氣相-質(zhì)譜聯(lián)用儀對其進(jìn)行了深入研究，便于稔知。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯：夏波蒂（X）、費(fèi)烏瑞它（F）、康尼貝克（K）、興佳（XJ）、冀張 12（J）：內(nèi)蒙古自治區(qū)武川縣；高峰 α-淀粉酶（酶活力4.0×103U/g）：北京奧博星生物技術(shù)有限公司；糖化酶（酶活力1.0×105U/g）：北京索萊寶科技有限公司；3，5-二硝基水楊酸、抗壞血酸、2，6-二氯酚靛酚、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉等（以上試劑均為分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

水分測定儀（MB27）：奧豪斯儀器（常州）有限公司；全自動凱氏定氮儀（K9860）：海能儀器；索氏浸提系統(tǒng)（ST310）：福斯賽諾分析儀器（蘇州）有限公司；紫外可見分光光度計（UV5）：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；電子鼻（PEN3）：德國 AIRSENSE 公司；電子舌（TS-5000Z）：北京盈盛恒泰科技有限責(zé)任公司；氣相-質(zhì)譜聯(lián)用儀（Trace1300、ISQ）：美國賽默飛世爾科技公司。

1.3 方法

1.3.1 水分/干物質(zhì)測定

參考GB 5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》直接干燥法，借助水分測定儀進(jìn)行測定[7]。每個品種至少設(shè)置3 組平行。

1.3.2 碳水化合物測定

1.3.2.1 還原糖測定

采用3，5-二硝基水楊酸法進(jìn)行測定[8]。每個品種至少設(shè)置3 組平行。

1.3.2.2 淀粉測定

采用碘-淀粉比色法進(jìn)行測定。每個品種至少設(shè)置3 組平行。

1.3.3 維生素C 測定

參考GB 5009.86-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中抗壞血酸的測定》，2，6-二氯靛酚滴定法進(jìn)行測定[9]。每個品種至少設(shè)置3 組平行。

1.3.4 蛋白質(zhì)測定

參考GB5009.5-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》凱氏定氮法，借助全自動凱氏定氮儀進(jìn)行測定[10]。每個品種至少設(shè)置3 組平行。

1.3.5 脂肪測定

參考GB5009.6-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》索氏抽提法，借助索氏浸提系統(tǒng)進(jìn)行測定[11]。每個品種至少設(shè)置3 組平行。

1.3.6 膳食纖維測定

稱取樣品1.000 0 g，加入緩沖液20 mL，調(diào)pH 值至6.0，加入高峰α-淀粉酶0.2 g，95 ℃水浴加熱35 min，冷卻后加入糖化酶 0.01 g，調(diào) pH 值至 4.5，60 ℃水浴加熱30 min，冷卻后6 500 r/min 離心，得到沉淀和上清液，沉淀于60 ℃烘干后得到不溶性膳食纖維，另取4 倍體積95%乙醇（預(yù)熱60 ℃）加入上清液，離心、沉淀、烘干后得到可溶性膳食纖維。

1.3.7 香氣成分測定

1.3.7.1 電子鼻測定

檢測時間60 s，清洗時間90 s，預(yù)進(jìn)樣時間5 s，進(jìn)樣流量400 mL/min，載氣流速400 mL/min。開始測定時傳感器隨時間變化波動，50 s 后趨于平緩，取56、57、58 s 處數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。每個品種測定3 次。馬鈴薯去皮后取10 g 裝入樣品瓶，保鮮膜封口后，使用電子鼻測定，分析數(shù)據(jù)。

1.3.7.2 電子舌測定

取5 mL 馬鈴薯汁，加入100 mL 煮沸的去離子水，浸泡5 min 后轉(zhuǎn)移至離心管，3 000 r/min 離心5 min，上清液冷卻至室溫后，取30 mL 于樣品容器中用于甜味檢測，取60 mL 于樣品容器中用于其他味檢測?？蓹z測鮮、咸、苦、澀、酸5 種味道及其回味，使用系統(tǒng)自帶數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行味覺特征分析[12]。

1.3.7.3 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測定

色譜柱為 DB-5（30 m×0.25 mm，0.25 μm），氦氣載氣流速1.0 mL/min，進(jìn)樣口與接口溫度250 ℃，不分流進(jìn)樣模式[13]。

質(zhì)譜條件：采用EI 離子源為電離方式，電離電壓70 eV，離子源溫度250 ℃，傳輸線溫度250 ℃，質(zhì)量掃描范圍30 m/z～400 m/z，溶劑延遲時間1 min。

程序升溫條件：采用三段式升溫程序，第一階段起始溫度50 ℃，持續(xù)2 min；第二階段從50 ℃升溫至110 ℃，速度 20 ℃/min，保持 1 min；第三階段以 5 ℃/min的速度從110 ℃升溫到230 ℃，時間5 min。

1.3.8 數(shù)據(jù)分析與處理

利用SPSS22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計處理。利用Origin2018 繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種馬鈴薯水分/干物質(zhì)含量比較

分別測定5 個不同品種馬鈴薯的水分/干物質(zhì)含量，試驗結(jié)果如圖1。

圖1 不同品種馬鈴薯水分/干物質(zhì)含量Fig.1 Water/dry matter content of different varieties of potato

由圖1 可知，不同品種水分/干物質(zhì)含量不同，夏波蒂干物質(zhì)含量呈現(xiàn)最大值，康尼貝克干物質(zhì)含量最低，5 個不同品種干物質(zhì)含量在17.88 %～23.06 %之間。在P＜0.05 水平下，夏波蒂和康尼貝克有顯著性差異，費(fèi)烏瑞它、興佳、冀張12 之間沒有顯著性差異。有研究表明，干物質(zhì)含量受當(dāng)?shù)貧鉁赜绊戯@著。此外，干物質(zhì)含量高的馬鈴薯有利于貯藏和加工，其淀粉提取率和全粉成品率均會上升。

2.2 不同品種馬鈴薯碳水化合物含量比較

2.2.1 還原糖含量

分別測定5 個不同品種馬鈴薯還原糖含量，試驗結(jié)果如圖2。

圖2 不同品種馬鈴薯還原糖含量Fig.2 Reducing sugar content of different varieties of potato

由圖2 可知，不同品種還原糖含量不同，冀張12含量最高，費(fèi)烏瑞它和興佳含量較低，5 個不同品種馬鈴薯還原糖含量在0.10%～0.23%之間。在P＜0.05 水平下，夏波蒂、冀張12 與費(fèi)烏瑞它、康尼貝克、興佳有顯著性差異。還原糖在高溫油炸條件下會與氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生顏色較深具有苦味的物質(zhì)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的色澤與口感，所以還原糖含量越低越好。武川縣馬鈴薯還原糖含量較低，均可用于馬鈴薯全粉和薯條的加工，而且產(chǎn)品品質(zhì)也會較好。

2.2.2 淀粉含量

分別測定5 個不同品種馬鈴薯淀粉含量，試驗結(jié)果如圖3。

圖3 不同種品馬鈴薯淀粉含量Fig.3 Potato starch content of different varieties

由圖3 可知，不同品種淀粉含量不同，費(fèi)烏瑞它淀粉含量最高，康尼貝克淀粉含量最低，5 個不同品種淀粉含量在18.36%～20.33%之間。在P＜0.05 水平下，費(fèi)烏瑞它和康尼貝克存在顯著性差異，但它們均與夏波蒂、興佳、冀張12 無顯著性差異。研究表明，武川縣馬鈴薯淀粉平均含量在18%左右，本試驗5 個品種馬鈴薯淀粉含量均高于此。在馬鈴薯加工中，低還原糖、高淀粉不僅有利于淀粉白度的提升，而且不易產(chǎn)生致癌物——丙烯酰胺，有利于人體健康。

2.3 不同品種馬鈴薯維生素C含量比較

分別測定5 個不同品種馬鈴薯VC含量，試驗結(jié)果如圖4。

圖4 不同品種馬鈴薯維生素C 含量Fig.4 Vitamin C content of different varieties of potato

由圖4 可知，不同品種馬鈴薯維生素C 含量不同，費(fèi)烏瑞它維生素C 含量最高，康尼貝克維生素C含量最低，5 個品種維生素C 含量在12.39 mg/100 g～19.42 mg/100 g 之間。在P＜0.05 水平下，費(fèi)烏瑞它和康尼貝克有顯著性差異，而夏波蒂、興佳和冀張12 無顯著性差異。馬鈴薯塊莖維生素C 含量除受自身遺傳條件決定外，還與土壤類型、氣候條件等因素息息相關(guān)。武川縣充足的光照和較大的晝夜溫差使得馬鈴薯維生素C 含量較高。

2.4 不同品種馬鈴薯蛋白質(zhì)含量比較

分別測定5 個不同品種馬鈴薯蛋白質(zhì)含量，試驗結(jié)果如圖5。

圖5 不同品種馬鈴薯蛋白質(zhì)含量Fig.5 Protein content of different varieties of potato

由圖5 可知，不同品種馬鈴薯蛋白質(zhì)含量不同，費(fèi)烏瑞它蛋白質(zhì)含量最高，康尼貝克蛋白質(zhì)含量最低，5 個不同品種蛋白質(zhì)含量在1.72 %～2.56 %之間。在P＜0.05 水平下，費(fèi)烏瑞它和夏波蒂、康尼貝克、興佳有顯著性差異，冀張12 和康尼貝克、興佳有顯著性差異，夏波蒂和冀張12 無顯著性差異，費(fèi)烏瑞它和冀張12 無顯著性差異。品種的固有特性決定著蛋白質(zhì)的含量，馬鈴薯中的蛋白質(zhì)是一種優(yōu)質(zhì)蛋白，富含人體所需的8 種必需氨基酸，特別是它含有其它糧食作物所缺乏的賴氨酸和色氨酸，營養(yǎng)價值豐富。

2.5 不同品種馬鈴薯脂肪含量比較

分別測定5 個不同品種馬鈴薯脂肪含量，試驗結(jié)果如圖6。

圖6 不同品種馬鈴薯脂肪含量Fig.6 Fat content of different varieties of potato

由圖6 可知，不同品種馬鈴薯脂肪含量不同，康尼貝克脂肪含量最高，冀張12 脂肪含量最低；5 個品種脂肪含量在 0.11（g/100 g）～0.22（g/100 g）。在 P＜0.05 水平下，夏波蒂和興佳、冀張12 有顯著性差異，費(fèi)烏瑞它和康尼貝克有顯著性差異，康尼貝克和興佳、冀張12有顯著性差異，夏波蒂與費(fèi)烏瑞它無顯著性差異，費(fèi)烏瑞它與興佳、冀張12 無顯著性差異。由于馬鈴薯脂肪含量極低，受外界因素影響較小，只有不同品種間才呈現(xiàn)出微小差異。馬鈴薯脂肪含量是所有主糧食物中最少的，對控制日常飲食的脂肪攝入非常有益。

2.6 不同品種馬鈴薯膳食纖維含量比較

分別測定5 個不同品種去皮馬鈴薯的膳食纖維含量，試驗結(jié)果如圖7。

由圖7 可知，不同品種馬鈴薯膳食纖維含量不同，康尼貝克含量最高，冀張12 含量最低，5 個品種膳食纖維含量在 0.67（g/100 g）～0.82（g/100 g）之間。在 P＜0.05 水平下，夏波蒂與費(fèi)烏瑞它、康尼貝克有顯著性差異，費(fèi)烏瑞它、康尼貝克與其它4 個品種均有顯著性差異，夏波蒂與興佳、冀張12 無顯著性差異。研究表明，去皮馬鈴薯膳食纖維含量為0.75%左右，本試驗5 個品種馬鈴薯膳食纖維含量與此相近。膳食纖維分為可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維，其中可溶性膳食纖維受外界因素影響較大，導(dǎo)致經(jīng)酶解、醇沉、離心、干燥提取后3 個品種馬鈴薯的可溶性膳食纖維含量偏低，進(jìn)而導(dǎo)致其膳食纖維含量整體偏低[14]。

圖7 不同品種馬鈴薯膳食纖維含量Fig.7 Dietary fiber content of different varieties of potato

2.7 不同品種馬鈴薯香氣成分測定結(jié)果

2.7.1 電子鼻測定結(jié)果

夏波蒂、費(fèi)烏瑞它、康尼貝克、興佳和冀張12 的電子鼻測定對比結(jié)果如圖8，傳感器性能描述見表1。

圖8 不同品種馬鈴薯電子鼻測定結(jié)果Fig.8 Results of electronic nose measurement of different varieties of potato

表1 傳感器性能描述Table 1 Performance description of sensors

由圖8 可知，在電子鼻檢測中，W1S 傳感器響應(yīng)值最高，其次為 W5S、W1W 和 W2S。W1S 傳感器對甲基類敏感，W5S、W1W 和W2S 分別對氮氧化物敏感，對無機(jī)硫化物和萜烯類敏感，對醇類和部分芳香族化合物敏感。所以甲基類，氮氧化物，無機(jī)硫化物和萜烯類以及醇類和部分芳香族化合物在馬鈴薯中含量豐富且揮發(fā)性大，對其香氣構(gòu)成貢獻(xiàn)較大，是其香氣的主要來源。此外，對氨類、氫類等易造成馬鈴薯不良風(fēng)味成分敏感的W3C 和W6S 傳感器響應(yīng)值變化較小，說明在此過程并沒有產(chǎn)生不良風(fēng)味[15]。同時說明了不同品種馬鈴薯的香氣成分存在微小差異。

2.7.2 電子舌測定結(jié)果

夏波蒂、費(fèi)烏瑞它、康尼貝克、興佳和冀張12 的電子舌測定對比結(jié)果如圖9，主成分分析見圖10。

圖9 不同品種馬鈴薯電子舌測定結(jié)果Fig.9 Results of electronic tongue measurement of different varieties of potato

由圖9 可知，不同品種馬鈴薯滋味大致相似，呈味較明顯的是咸味，是馬鈴薯的重要滋味，其次是鮮味和甜味，豐富性、苦味、澀味、苦回味和澀回味呈味較弱，酸味幾乎不體現(xiàn)[16]。咸味、鮮味和甜味是馬鈴薯的主要呈味，其中費(fèi)烏瑞它咸味、鮮味最高，冀張12 甜味最高，同時冀張12 咸味、鮮味最低，夏波蒂甜味最低。馬鈴薯酸味較低可能是由于維生素C 的含量較高，且馬鈴薯含苦味物質(zhì)較少，所以在滋味上基本沒有酸味、澀味和苦味。這都使得馬鈴薯滋味更佳。

由圖10 可知，主成分PC1 方差貢獻(xiàn)率87.0%，主成分PC2 方差貢獻(xiàn)率8.0%，總貢獻(xiàn)率95.0%，主成分1、2 基本包含了樣品的大部分信息。沿PC1 方向，夏波蒂、康尼貝克、興佳和冀張12 比較靠近，而費(fèi)烏瑞它距它們較遠(yuǎn)；沿PC2 方向，夏波蒂距康尼貝克、費(fèi)烏瑞它和冀張12 較近與興佳距離較遠(yuǎn)，所以夏波蒂與康尼貝克、冀張12 風(fēng)味接近，而與費(fèi)烏瑞它和興佳風(fēng)味差異較大。這也佐證了上述滋味分析結(jié)果。

圖10 不同品種馬鈴薯電子舌主成分分析Fig.10 Principal component analysis of different types of potato electronic tongue

2.7.3 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測定結(jié)果

不同品種馬鈴薯香氣成分見表2。

由表2 可知，5 個不同品種馬鈴薯香氣成分存在明顯差異，通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測定，費(fèi)烏瑞它、夏波蒂、冀張12、興佳和康尼貝克分別檢出21、36、26、28 和30 種成分，主要有醇類、醛類、酸類、烴類、酮類等物質(zhì)[17]。1-庚烯-3-醇、1-戊醇、2-庚炔-1-醇、2-氯環(huán)己醇、4-環(huán)戊烯-1，3-二醇、反式-2-辛烯-1-醇、1-十二炔為費(fèi)烏瑞它的特征香氣成分；3-丁炔-1-醇、3，3-二甲基-2-丁醇、4-戊炔-2-醇、順-2-己烯-1-醇、4-羥基環(huán)己酮、L-亮氨酸、丙酸、1-庚炔、2，4-壬二烯、四十四烷、2，3-二甲基-5-羥基-2-環(huán)戊烯-1-酮、乙醇胺磷酸酯為夏波蒂的特征香氣成分；2-己炔-1-醇、異丁酸、正戊酸為冀張12 的特征香氣成分；2-壬烯-1-醇、反式-2-己烯-1-醇、2-乙基-2-戊烯醛、庚醛、氰乙酸、1，2，2-三氯-1，1-二氟乙烷為興佳的特征香氣成分；2-乙基己-2-烯醇、2-乙基己醇、2-乙基己基硫醇、5-己炔-1-醇、巴豆醇、異戊醛、L-異亮氨酸、L-丙氨酰甘氨酸、十二甲基環(huán)六硅氧烷、2-十一烷、丙烷、十甲基環(huán)五硅氧烷、乙酸丁酯為康尼貝克的特征香氣成分[18]。3-壬炔-2-醇、丙醯胺酸、十二甲基環(huán)六硅氧烷、十甲基環(huán)五硅氧烷、羥甲基環(huán)丙烷為5 個不同品種馬鈴薯均有的香氣成分[19]。費(fèi)烏瑞它、冀張12 和康尼貝克的主體香氣成分均為烴類，相對含量分別是23.41%、21.36%、26.05%；夏波蒂和興佳的主體香氣成分都是醇類，相對含量分別是9.23%、16.33%。其中夏波蒂的揮發(fā)性物質(zhì)最多，香氣成分最豐富，之后依次為康尼貝克、興佳、冀張12 和費(fèi)烏瑞它。

表2 不同品種馬鈴薯香氣成分Table 2 Different varieties of potato aroma components

續(xù)表2 不同品種馬鈴薯香氣成分Continue table 2 Different varieties of potato aroma components

續(xù)表2 不同品種馬鈴薯香氣成分Continue table 2 Different varieties of potato aroma components

3 結(jié)論

本試驗通過對5 個不同品種馬鈴薯化學(xué)組成及香氣成分的測定與對比，得出了以下結(jié)論：

1）夏波蒂適合加工成油炸薯條、薯片。其干物質(zhì)含量最高，制得產(chǎn)品口感好；還原糖、淀粉含量較低，避免了油炸時發(fā)生強(qiáng)烈的美拉德反應(yīng)致使其顏色變深，使得產(chǎn)品色澤良好；維生素C、蛋白質(zhì)含量較高，營養(yǎng)豐富；脂肪含量較低，膳食纖維含量較高，減少人體脂肪攝入量的同時易產(chǎn)生飽腹感；其香氣成分最豐富，風(fēng)味較佳。因此，5 個品種中夏波蒂是加工油炸食品的最佳選擇。

2）費(fèi)烏瑞它適合加工成薯泥，其具備還原糖、脂肪含量最低，而淀粉、維生素C、蛋白質(zhì)含量最高的優(yōu)勢，且干物質(zhì)、膳食纖維含量較高；其香氣成分突出；屬早熟品種，生育周期短，便于滿足市場需求。

3）康尼貝克適合加工成全粉。其干物質(zhì)含量最低，還原糖含量較低，不易發(fā)生美拉德反應(yīng)對全粉色澤造成不良影響；淀粉含量最低，游離淀粉率低，可以較好保持產(chǎn)品的原有風(fēng)味與口感；膳食纖維含量最高，對人體健康大有裨益；而相對單調(diào)的香氣成分則恰好滿足全粉品質(zhì)所需。

4）冀張12 與興佳可用于生產(chǎn)淀粉、酒精或燃料乙醇。冀張12 和興佳化學(xué)組成相較其它品種均無明顯優(yōu)勢，可作為工業(yè)用薯，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。另外將其加工為罐頭也是一個不錯的選擇。