蒸制對(duì)馬鈴薯塊莖礦質(zhì)元素含量的影響

(郜春曉 王 郁 袁劍龍 程李香 劉玲玲 張 峰

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院；甘肅省干旱生境作物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地；甘肅省遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730070)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)是重要的糧菜兼用作物，是人體日常能量、維生素和礦質(zhì)元素的重要來(lái)源，在日常飲食中起重要平衡飲食作用。烹飪加工方式會(huì)影響食物中營(yíng)養(yǎng)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，不同加工方式對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響不同。礦質(zhì)元素是人體必需的六大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，蒸制是常見(jiàn)的馬鈴薯加工方式，研究蒸制加工前后塊莖中礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，選擇礦質(zhì)元素存留質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的加工方法，為馬鈴薯蒸制品的開(kāi)發(fā)利用提供了參考。植物源性食品能夠提供人體所需的很多種營(yíng)養(yǎng)素，但是主要農(nóng)作物籽粒中所含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不能完全滿足人體需要[1，2]。馬鈴薯塊莖中富含維生素，而各種植物類酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低，是人體良好的礦物質(zhì)來(lái)源[3-6]。前人對(duì)馬鈴薯塊莖中鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和人體所需攝入量均進(jìn)行過(guò)詳細(xì)研究[7-9]。但這些研究還不能全面分析馬鈴薯塊莖各種營(yíng)養(yǎng)元素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、富集機(jī)制、更不清楚這些微量元素在塊莖中的存在形式以及各種加工過(guò)程中微量元素的釋放情況。馬鈴薯塊莖中的礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、存在形式，不同加工過(guò)程中的釋放過(guò)程及對(duì)塊莖中各種微量元素的解離、釋放和保存，以及能否以更好的形式為人體所吸收等問(wèn)題均不清楚。本研究通過(guò)對(duì)不同品種馬鈴薯塊莖進(jìn)行不同溫度、不同時(shí)間的蒸制加工，分析各品種在不同條件蒸制加工前后礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化規(guī)律，找出不同品種對(duì)各種微量元素吸收的差異，為馬鈴薯塊莖蒸制加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

甘農(nóng)薯7號(hào)、甘農(nóng)薯8號(hào)、Inova、Cevisa、冀張薯12號(hào)和隴薯3號(hào)。2019年在渭源縣五竹鎮(zhèn)播種(平均海拔2 240 m，年平均降雨量 650～750 mm，年平均氣溫 6.8 ℃)。田間實(shí)驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，播種50 g切塊種薯，每個(gè)品種(系)設(shè)3個(gè)小區(qū)，單壟雙行種植，行距40 cm，株距25 cm，小區(qū)面積為1.1 m×2.5 m。所有實(shí)驗(yàn)不施肥，無(wú)灌溉，苗期進(jìn)行覆土固苗(10～15 cm覆土深度)，其余栽培和田間管理措施均按統(tǒng)一方法進(jìn)行，各地塊保持一致。4月25—30日播種，9月15—25日收獲。收獲的無(wú)機(jī)械損傷和病蟲害的馬鈴薯塊莖進(jìn)行蒸制實(shí)驗(yàn)，測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.2 干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

采用烘干稱重法測(cè)定。將收獲的塊莖洗凈晾干，每個(gè)樣品均測(cè)試5 個(gè)塊莖，分別取35 g 左右，總計(jì)約175 g 薯肉稱質(zhì)量(W1)，放入烘箱(DHG-9030)105 ℃烘30 min，80 ℃烘至恒重，再次稱質(zhì)量(W2)。塊莖干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)= (W2/W1)×100%。

1.3 礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定

將各供試塊莖切成(50±5)g置于HK-99924蒸飯柜，分別在90、100、110 ℃下蒸制70、50、30 min。將蒸制前后的樣品去皮放入烘箱40 ℃烘干，打磨成粉。取0.3 g馬鈴薯烘干粉置于微波消解罐中，加入5 mL純硝酸和3 mL純過(guò)氧化氫，微波消解90 min，消解完全后趕酸至溶液透明無(wú)色再轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶定容，過(guò)濾待測(cè)。用多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。使用科捷 3600A ICP-OES進(jìn)行礦質(zhì)元素鉀(K)、鈉(Na)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、銅(Cu)、錳(Mn)、硫(S)、硅(Si)的測(cè)定[10-13]。根據(jù)干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將各品種的礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)換算為鮮重馬鈴薯中各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。各礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)W計(jì)算方法：

W=(p-p0)×V/(m×Wdm)

式中：W為樣品中待測(cè)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg/kg；p為由校準(zhǔn)曲線計(jì)算測(cè)定試樣中待測(cè)元素的質(zhì)量濃度/mg/L；p0為空白對(duì)照組元素的質(zhì)量濃度/mg/L；V為消解后試樣的定容體積/mL；m為樣品質(zhì)量/g；Wdm為樣品干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)5次，數(shù)據(jù)以平均值(±SD)表示。采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。所有平均數(shù)的比較采用方差分析(ANOVA)，顯著水平P<0.05。采用曲線回歸法對(duì)塊莖元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行定量預(yù)測(cè)。使用Origin 9及Excel 2017進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯塊莖中干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

6個(gè)馬鈴薯品種中隴薯3號(hào)、甘農(nóng)薯8號(hào)干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到26.77%、26.19%，其余依次為甘農(nóng)薯7號(hào)，Inova、Cevisa和冀張薯12號(hào)。

表1 6個(gè)馬鈴薯品種的干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.2 蒸制前后不同品種各礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化

對(duì)6種塊莖鮮薯加工前中礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比較分析表明，不同品種塊莖礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異顯著(圖1)。礦質(zhì)元素中K質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，S、Mg、Ca、Na、Zn、Fe、Mn、Cu、Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12.56～22.66、18.97～29.39、11.74～16.13、3.80～7.00、0.22～0.43、0.24～0.83、0.12～0.18、0.041～0.088、0.086～1.15 mg/100 g。不同品種的相同礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，而且在同一品種中不同礦質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不同，主要是由于遺傳差異造成的。不同品種間礦質(zhì)元素含量蒸制加工前后存在差異(圖1)。除Cerisa外，其他品種塊莖K含量90 ℃蒸制加工后均顯著上升。除Inova和 Cerisa外，K含量100 ℃蒸制加工后顯著升高。不同馬鈴薯品種塊莖Na含量不同蒸制加工前后無(wú)顯著變化；不同品種塊莖Ca含量不同蒸制加工前后無(wú)顯著變化。不同品種塊莖Mg含量90、100 ℃蒸制加工后無(wú)顯著變化。不同馬鈴薯品種塊莖S含量蒸制加工前后的變化顯著。不同品種塊莖Zn含量不同蒸制加工前后無(wú)顯著變化。不同馬鈴薯品種塊莖Fe含量不同蒸制加工前后的變化顯著。不同馬鈴薯品種塊莖Mn含量不同蒸制加工前后無(wú)顯著變化。不同馬鈴薯品種塊莖Cu含量蒸制加工前后變化顯著。不同馬鈴薯品種塊莖Si含量蒸制加工前后變化極顯著。

注：圖中不同小寫字母表示同一品種不同加工溫度下礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的顯著性差異。

2.3 蒸制加工前后馬鈴薯塊莖礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)趨勢(shì)分析

對(duì)6種馬鈴薯塊莖蒸制加工前后礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用曲線回歸進(jìn)行定量預(yù)測(cè)分析。不同蒸制加工溫度處理影響塊莖礦質(zhì)元素含量見(jiàn)圖2。塊莖中K含量90、100 ℃蒸制加工后顯著上升，110 ℃加工后較加工前下降；馬鈴薯塊莖中Na在90、100、110 ℃蒸制加工后質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低3.87%、5.63%、7.22%。馬鈴薯塊莖中Ca質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90、100、110 ℃蒸制加工后分別降低11.62%、17.91%、21.45%。馬鈴薯塊莖中Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90、100、110 ℃蒸制加工后分別升高11.15%、11.91%、4.51%。馬鈴薯塊莖中S質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90、100、110 ℃蒸制加工后升高64.61%、58.42%、58.29%；馬鈴薯塊莖中Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)加工在90、100、110 ℃加工后質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別升高8.60%、4.03%、7.86%；馬鈴薯塊莖中Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90、100、110 ℃蒸制加工后分別升高48.69%、24.82%、32.17%；馬鈴薯塊莖中Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90、100、110 ℃蒸制加工后分別升高44.32%、13.57%、28.38%。

圖2 蒸制加工前后礦質(zhì)元素含量回歸分析

馬鈴薯塊莖中Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90、100、110 ℃蒸制加工后升高2.37%、8.46%、4.19%；馬鈴薯塊莖中Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90、100、110 ℃加工后升高89.75%、92.37%、38.93%。

3 討論

微量元素的缺乏不僅影響人體代謝功能而且可以導(dǎo)致疾病。必需礦質(zhì)元素在人體內(nèi)發(fā)揮著重要生理功能。I、Zn和Cu與甲狀腺素、胰島素及腎上腺類固醇的形成有關(guān)，Zn、Fe、Cu、Mn是碳酸酐酶、呼吸酶、精氨酸酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶和維生素B12的構(gòu)成成份，Zn還參與多種基因調(diào)節(jié)，Mn、Cu、Zn等微量元素還參與核酸代謝。這些參與人體成分構(gòu)成和參與生理功能的礦質(zhì)元素以有機(jī)態(tài)、螯合態(tài)或離子態(tài)的形式存在于作物籽粒，葉片、根莖中。作物能夠食用的部分被收獲采摘后均需要加工后才能食用，但是加工后的食品中礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)取決于作物食用部分本身的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、加工過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)榭晌盏男问降馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)以及礦質(zhì)元素的生物利用率等。

馬鈴薯主要的食用部分是塊莖，測(cè)試結(jié)果顯示加工前塊莖中K、Na、Mg、Ca積累量分別為243～373、3.8～7.0、18.9～29.3、13.7～16.1 mg/100g鮮重，中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦的成年人每日攝入的K、Na、Mg、C質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1 875～5 625、1 100～3 300、300～350、800 mg[14-17]。蒸制加工后除Na、Ca、Zn、Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與加工前無(wú)明顯變化外，其他礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均出現(xiàn)不同程度升高，這可能是由于高溫使其能夠充分釋放，而Na、Ca、Zn對(duì)高溫的耐受力較低，或者被固定從而形成其他化合物。馬鈴薯塊莖中S質(zhì)量分?jǐn)?shù)積累量和加工過(guò)程中的損耗和形式很少被關(guān)注。在90、100、110 ℃蒸制加工后S質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著上升，以90 ℃蒸制后最顯著，推測(cè)這個(gè)溫度能夠使塊莖中大量的各種結(jié)合態(tài)的S釋放出來(lái)，而隨著溫度增高，S可能會(huì)以揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的形式散發(fā)出去，塊莖蒸制加工過(guò)程中含S的半胱氨酸和谷胱甘肽同樣被破壞，導(dǎo)致塊莖中S質(zhì)量分?jǐn)?shù)略微下降，馬鈴薯全粉加工過(guò)程中采用的蒸制加工更容易破壞二硫鍵/硫基，這可能是馬鈴薯主食加工過(guò)程中全粉比例增加，導(dǎo)致全粉面條、饅頭延伸性降低的主要原因[18-19]。前人對(duì)1 015份馬鈴薯材料的分析發(fā)現(xiàn)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1～3.8 mg/100 g鮮重，國(guó)內(nèi)選育的富鋅品種云薯304中Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.42mg/100 g，本研究中各品種塊莖中微量元素中Fe、Zn、Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.24～0.83、0.22～0.43、0.04～0.08 mg/100 g，Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.13～0.18 mg/100g鮮重[19-21]。中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦的成年人每日攝入的Fe、Zn、Mg、Cu的攝入量分別12～18、15、2.5～5.0、2.5～3.0，蒸制加工對(duì)塊莖中Zn和Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著影響的結(jié)果說(shuō)明這兩種元素在塊莖中存在的形態(tài)在加工前后無(wú)明顯變化，而Fe和Mn在90 ℃蒸制加工后顯著增加，而隨著加工溫度升高質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，這可能是加工溫度能夠改變Fe和Mn在塊莖中的存在形態(tài)[22]。Si雖然是人體必需的礦質(zhì)元素，但是前期的研究中鮮有報(bào)道人體攝入Si的劑量范圍，各品種Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08～1.15 mg/100 g，在90、100 ℃加工蒸制加工后能夠顯著釋放出塊莖中的Si，說(shuō)明Si在塊莖中可能以復(fù)雜形態(tài)存在。塊莖中礦質(zhì)元素在加工前質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少還不能完全說(shuō)明礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的利用程度，還要考慮加工后礦質(zhì)元素存在的形態(tài)對(duì)礦質(zhì)元素的生物利用率的飲食因素。植物性加工食品中礦質(zhì)元素的化學(xué)形式也影響其在人體內(nèi)的吸收, 尋找合適的加工方式和加工過(guò)程是解決馬鈴薯礦質(zhì)元素有效利用和生物強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)技術(shù)問(wèn)題的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

不同品種塊莖礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為加工前存在差異，同品種中不同種礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有差異。但綜合分析馬鈴薯塊莖的最佳蒸制溫度為90～100 ℃，此溫度蒸制后的馬鈴薯塊莖中K、Mg、Fe、Mn和Si含量顯著高于加工前；S是馬鈴薯塊莖的重要營(yíng)養(yǎng)組成成分，蒸制加工后S含量顯著上升。其他礦質(zhì)元素Na、Ca、Zn和Cu含量加工前后無(wú)顯著變化。