不同品系馬鈴薯塊莖末端糖化差異分析

王 郁 程 鑫 葉夕苗 程李香李高峰 文國宏 王玉萍 張 峰

(甘肅農業(yè)大學；甘肅省干旱生境作物學國家重點實驗室培育基地；甘肅省遺傳改良與種質創(chuàng)新重點實驗室1，蘭州 730070) (甘肅省農業(yè)科學院馬鈴薯研究所2，蘭州 730070)

馬鈴薯是僅次于水稻、小麥和玉米的世界第四大糧食作物。隨著馬鈴薯加工業(yè)的發(fā)展，品種的選育方向開始由傳統(tǒng)的高產、抗病逐漸向具有特色性狀的加工品質育種[1,2]，育種目標也由前期的塊莖外觀性狀轉變?yōu)楹笃诘膶K莖內含物更為嚴格的要求[3]。馬鈴薯加工產品中油炸食品是最主要的部分，大約占加工馬鈴薯產業(yè)的70%以上[4,5]。馬鈴薯塊莖還原糖含量與炸片炸條色澤密切相關，也是確定一個品種是否適合油炸加工的重要因子，往往受到品種遺傳因素和儲藏條件的影響，其作用機制非常復雜[6]。

馬鈴薯塊莖糖化末端也稱為暗端、果凍端、半透明端或玻璃狀端，在塊莖油炸加工后糖化末端呈褐色，對提高馬鈴薯油炸加工質量存在很大限制。最典型的馬鈴薯末端糖化現(xiàn)象是塊莖基部淀粉含量較低且糖含量較高，由于塊莖基端還原糖含量較高，高溫油炸過程中，還原糖與游離氨基酸發(fā)生非酶促褐變反應, 即“美拉德反應”，從而造成高糖組織的褐化[6,7]。研究表明，馬鈴薯末端糖化缺陷與塊莖形成期間的土壤條件以及早期塊莖膨大有關[8]。在塊莖膨大過程中，組織細胞的分裂、增大和吸水力迅速加大，對營養(yǎng)物質的需求急劇增加，此期間若光合產物不足，塊莖基部的淀粉則水解為糖，轉移供給塊莖頂部繼續(xù)生長，造成基部糖分增加，且水分相對較大，使塊莖基部糖化和水漬化。馬鈴薯塊莖的干物質、還原糖、淀粉、游離氨基酸決定著末端糖化的嚴重程度，直接影響炸片炸條加工后的色澤[9]。本研究通過測定不同馬鈴薯品系塊莖基部和頂部還原糖、淀粉和游離氨基酸含量以炸片色澤差異，對其末端糖化情況進行分類，為馬鈴薯加工業(yè)中低末端糖化品系的篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

14個馬鈴薯普通栽培品種和品系：甘肅省作物遺傳改良與種質創(chuàng)新重點實驗室，包括Atlantic(對照)、0726-126、G59、H22、H0947、H2、0730-156、G77、G107、0730-134、1405-1、0730-211和0711-67(表1)。實驗材料的選擇以薯肉顏色、塊莖長寬比以及干物質含量為標準，選取大小均勻，無病蟲害和機械損傷的成熟塊莖作為供試材料，將材料置于室溫儲藏30 d后，測定相關生理生化指標及炸片品質分析。

表1 馬鈴薯品種、品系田間農藝性狀

1.2 塊莖干物質含量測定

采用烘干稱重法測定。將馬鈴薯塊莖洗凈晾干，每個樣品均測試5個塊莖，每個塊莖均在不同部位穿刺取樣3次(沿塊莖縱軸的近基部、中心部位、近頂部)，鮮薯稱重(W1)，105 ℃烘30 min后，在80 ℃烘至恒重，再次稱重(W2)。

塊莖干物質質量分數(shù)= (W2/W1)×100%。

1.3 塊莖基部和頂部還原糖含量測定

還原糖含量的測定參照Ohara-Takada等[10]方法。分別稱取塊莖基部和頂部2.0g，加入10 mL蒸餾水研磨成勻漿，在50 ℃恒溫水浴中保溫30 min，使還原糖浸出，過濾浸提液，用10 mL蒸餾水洗滌殘渣后再過濾，蒸餾水定容至25 mL，作為還原糖提取液。取2 mL還原糖提取液，加入1.5mL 3,5-二硝基水楊酸試劑，混勻后，測定54 nm波長下吸光值。

還原糖質量分數(shù)/%=(C×V/a)/W×1 000×100%

式中：C為標準曲線方程求得的還原糖質量/mg；V為提取液的體積/mL；a為顯色時吸取樣品液體積/mL；W為樣品質量/g。

1.4 塊莖基部和頂部淀粉含量測定

淀粉含量測定參照Sharma等[11]方法。分別稱取塊莖基部和頂部1.0 g，加入2 mL蒸餾水研磨勻漿，轉移至25 mL試管中，加入10 mL蒸餾水，沸水浴煮沸20 min，加入3.2 mL 60%高氯酸，攪拌均勻，待冷卻后室溫條件下2 500 r/min離心15 min，將上清液用蒸餾水定容至25 mL，作為淀粉提取液。取0.5 mL淀粉提取液，分別加入1.5 mL蒸餾水和0.5 mL蒽酮-乙酸乙酯試劑，并緩慢加入5 mL 98%濃硫酸，搖勻后沸水浴5 min，冷卻后測定630 nm波長下吸光值。

淀粉質量分數(shù)/%=(r/樣重×0.01×0.05×106)×102，r為標準曲線上查出的濃度(mg/kg)。

1.5 塊莖基部和頂部游離氨基酸含量測定

游離氨基酸含量測定參照Lee等[12]方法。分別稱取塊莖基部和頂部1 g，加入25 mL 2%乙酸研磨勻漿、過濾備用。取1 mL樣品提取液、1 mL蒸餾水、3 mL水合茚三酮0.5%、0.1 mL抗壞血酸0.1%加入試管混勻，沸水浴15 min。迅速流水冷卻，當反應液呈藍紫色，用60%乙醇定容至20 mL，測定570 nm波長下吸光度。

游離氨基酸含量=(m′×V/Vs×m×1 000)×100(mg/100 g)

式中：m′為從標準曲線查的氨基酸的質量/μg；V為樣品提取液總體積/mL；Vs為測定時所取樣品提取液體積/mL；m為樣品質量/g。

1.6 炸片加工后色澤測定

馬鈴薯塊莖清洗去皮, 使用NEMCO MOD-N55450薯條切片機進行切片，將切好的薯片在清水中浸泡1 min后，在FAGOR MOD-FE9-05 2C炸鍋中用菜籽油(福臨門一級菜籽油)恒溫180 ℃炸3 min。出鍋的薯片在室溫下冷卻20 min 后測定色澤。薯片色澤測定參照劉娟等[9]的方法，采用Hunter Lab D25LT標準色差儀在 D65 光源下測定亨特指數(shù)(L*、a*、b*)，其總色差ΔE可由公式得出：

ΔE=[(L*-L0)2+(a*-a0)2+(b*-b0)2]0.5

式中：L0、a0和b0代表炸片頂部測得值；L*、a*、b*代表炸片基部測得值。

1.7 數(shù)據(jù)分析

每次實驗重復三次，數(shù)據(jù)以平均值(±SD)表示。采用IBM SPSS STATISTICS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)分析和相關性分析。并進行方差分析(ANOVA)，顯著水平P<0.05。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯品種、品系田間農藝性狀

馬鈴薯塊莖的外形是薯片加工型馬鈴薯重要的外觀品質性狀，需要通過測定塊莖長、寬及長寬比來確定薯形的類型。供試材料中1405-1薯肉為紫色，Atlantic、G77、G107和0726-205薯肉為白色，其余品系薯肉顏色均為黃色(表1)。塊莖長寬比小于1.5的7個品種和品系不適合進行薯條加工，但是適合薯片加工。薯片加工品種同時需要干物質含量大于20%，H22和0726-205的干物質含量顯著高于其他品系，參試品種中除4個品系干物質含量均小于20%外，其他品系的干物質含量滿足薯片加工需要。

2.2 馬鈴薯品種、品系塊莖不同部位成分分析

2.2.1 塊莖基部和頂部還原糖含量

對馬鈴薯品種、品系塊莖不同部位(頂部和基部)還原糖含量進行測定(圖1)。品系0730-134、0730-211和0711-67頂部還原糖含量顯著低于對照(Atlantic)；其余供試品系的頂部還原糖含量均顯著高于對照，其中H22、G77和G107頂部還原糖含量顯著高于對照。品系0730-134基部還原糖含量顯著低于對照；其余供試品系的基部還原糖含量均顯著高于對照，其中0726-126和G107基部還原糖含量顯著高于對照。塊莖頂部和基部還原糖含量是確定品種和品系淀粉分解和還原糖積累的重要參照，也是區(qū)分糖化末端的標準。對此進行分類能夠確定品種和品系形成糖化末端的原因。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，余同。圖1 不同馬鈴薯品系塊莖基部和頂部還原糖含量

2.2.2 塊莖基部和頂部游離氨基酸含量

對馬鈴薯品種、品系塊莖不同部位(頂部和基部)游離氨基酸含量進行測定(圖2)。品系G107頂部游離氨基酸含量高于對照；品系H22頂部游離氨基酸含量與對照相比無顯著變化；其余供試品系頂部游離氨基酸含量均顯著低于對照。品系0730-211、1405-1、0730-156、0730-134和0726-205基部游離氨基酸含量顯著高于對照；其余供試品系基部游離氨基酸含量均顯著低于對照。品系0726-126、0730-156、0730-134、0711-67、0730-211和0726-205的基部游離氨基酸含量均顯著高于頂部；品系H2的基部與頂部游離氨基酸含量無顯著性差異；其余供試品系的基部游離氨基酸含量均顯著低于頂部。前人的研究沒有對游離氨基酸含量在塊莖中的分布進行過分析，塊莖游離氨基酸含量在塊莖的不同部位分布基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，不同品種和品系具有各自積累的特點，對油炸色澤的影響主要取決于還原糖含量。

圖2 不同馬鈴薯品系塊莖基部和頂部游離氨基酸含量

2.2.3 塊莖基部和頂部淀粉含量

圖3 不同馬鈴薯品系塊莖基部和頂部淀粉含量

對馬鈴薯品種、品系塊莖不同部位(頂部和基部)淀粉含量進行測定(圖3)。品系H22頂部淀粉含量顯著低于對照；品系H0947、G77、0730-134、0730-211頂部淀粉含量與對照相比均無顯著變化；其余供試品系頂部淀粉含量均顯著高于對照。品系H0947、H2、0711-67和0726-205基部淀粉含量顯著高于對照；品系H22和G107基部淀粉含量與對照相比均無顯著變化；其余供試品系基部淀粉含量均顯著低于對照。品系H22、H0947、H2的基部淀粉含量均顯著高于頂部；其余供試品系的基部淀粉含量均顯著低于頂部。對塊莖基部和頂部的淀粉積累特性研究表明，品種的熟性，薯型以及塊莖發(fā)育過程中維管束的運輸都會影響淀粉在塊莖不同部位的積累，不同的儲藏條件下塊莖不同部位淀粉的分解也會影響淀粉的含量。

表2 馬鈴薯品種、品系炸片后色澤

2.2.4 馬鈴薯品種、品系炸片后色澤變化

對供試馬鈴薯品系炸片后薯片不同部位(基部和頂部)色澤進行測定(表2)。品系H22和1405-1的基部炸后亮度值L*均顯著高于頂部炸后亮度值L*。品系0726-126、H0947、0730-156、0730-211和0726-205的基部炸后亮度值L*均顯著低于頂部炸后亮度值L*。品系H22和0730-134的基部炸后色澤a*值均顯著低于頂部炸后色澤a*值；其余供試品系的頂部炸后色澤a*值均顯著高于頂部。品系H22、1405-1和0730-211的基部炸后色澤b*值顯著高于頂部炸后色澤b*值；G59、H0947、0730-156、G77和0711-67的基部炸后色澤b*值低于頂部；其余供試品系的基部與頂部炸后色澤b*值均無顯著性差異。ΔE表示供試品系炸片基部與頂部的色澤差異，H2和G77的ΔE值顯著低于對照，0730-211的ΔE值無顯著性差異，其余供試品系的ΔE值均顯著高于對照。L*,a*,b*分別代表亮暗，紅綠和藍黃，分析色澤組成能夠幫助研究者判斷總色差ΔE的構成，可以更快地判斷每個品種色澤形成的原因。

2.3 相關性分析

對所選材料塊莖糖含量、游離氨基酸含量和淀粉含量與薯片色澤之間進行相關性分析，結果表明，塊莖糖含量與薯片色澤呈正相關，R2=0.616 9，塊莖內游離氨基酸含量和淀粉含量與薯片色澤無顯著相關，游離氨基酸R2=0.039 5，淀粉R2=0.073 8。

3 討論

馬鈴薯加工產品中油炸食品是最主要的部分，大約占加工馬鈴薯產業(yè)的70%以上，油炸加工質量對馬鈴薯產業(yè)越來越重要[14]。馬鈴薯末端糖化嚴重影響炸片炸條加工質量，具有嚴重糖末端的塊莖在油炸加工后糖含量高的一端通常呈現(xiàn)褐色。這是由于在油炸加工過程中，高溫使得塊莖中還原糖與游離氨基酸中天門冬酰胺發(fā)生美拉德反應，使油炸后塊莖高糖組織變褐形成“黑色末端”，造成了油炸馬鈴薯產品的嚴重缺陷[15]。在塊莖中天門冬酰胺含量很穩(wěn)定，丙烯酰胺含量則主要取決于塊莖中還原糖含量，特別是長期低溫貯藏后的還原糖含量[14]。馬鈴薯不同品種不同部位的淀粉含量、還原糖含量和游離氨基酸含量都不相同，在一定的條件下，淀粉通過細胞代謝可轉化為還原糖。馬鈴薯塊莖主要存在三種糖末端類型，塊莖基部末端低淀粉和高還原糖含量、塊莖頂端末端低淀粉和高還原糖含量、塊莖基部末端高淀粉和高還原糖含量[14,15]。本研究中大多數(shù)馬鈴薯品系都屬于塊莖基部末端低淀粉高還原糖，可見這是馬鈴薯末端糖化的主要類型。不同馬鈴薯品種對脅迫條件的敏感性不同，這些脅迫條件會在加工馬鈴薯時引發(fā)糖末缺陷形成。馬鈴薯末端糖化缺陷可能與塊莖形成期間的土壤條件以及早期塊莖膨大有關[16,17]。

薯片色澤是馬鈴薯油炸加工品質重要的衡量標準。對于炸片加工而言，塊莖干物質含量、還原糖含量是兩個最重要的指標，干物質含量高不僅可以提高產品率，而且還能減少油炸產品中油含量，從而提高炸片加工產品的品質和商品效益[18,19]。還原糖含量是確定一個馬鈴薯品種是否適合炸片的重要條件，炸片色澤主要是由還原糖和游離氨基酸在高溫下的美拉德反應引起的，通過對不同馬鈴薯品系的還原糖含量和游離氨基酸含量的分析也證明了這個觀點。本研究中，ΔE反映了供試馬鈴薯品系炸片基部與頂部的色澤差異，其變化與薯片的表觀色澤變化是相一致的。

4 結論

末端糖化是油炸薯片主要加工缺陷，通過對儲藏馬鈴薯進行油炸加工實驗和生理生化指標的測定，是篩選適合加工品系實用和有效的方法。通過實驗，品系0730-134和H0947和0730-211是無末端糖化并適合加工的品系。