我國馬鈴薯主栽品種塊莖糖苷生物堿含量及覆蓋方式和加工對其含量的影響

熊安平 陳 銘 陸 英 秦玉芝 彭 忠 熊興耀 胡新喜*

（1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，湖南省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心，蔬菜生物學(xué)湖南省重點實驗室，湖南長沙 410128；2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所，廣東深圳 518120）

馬鈴薯（Solanum tuberosum）是一年生茄科植物，在全球100多個國家和地區(qū)種植，是僅次于水稻、玉米和小麥的第四大糧食作物（魏峭嶸 等，2017；尹明華 等，2020）。我國的馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）公布的最新數(shù)據(jù)（2018）顯示，我國馬鈴薯種植面積和產(chǎn)量分別占全球種植面積和總產(chǎn)量的27.38%和24.53%。馬鈴薯塊莖營養(yǎng)豐富，主要含有淀粉、蛋白質(zhì)、VC和礦質(zhì)元素等營養(yǎng)物質(zhì)，但也存在微量的糖苷生物堿。糖苷生物堿是植物為抵御動物、昆蟲和微生物等侵害而合成的次生代謝產(chǎn)物（Nahar et al.，2017）。目前，已發(fā)現(xiàn)逾100種糖苷生物堿，大多存在于茄科和百合科植物中，α-茄堿和α-卡茄堿是馬鈴薯塊莖糖苷生物堿的主要成分，占其總量的95%以上（Nahar et al.，2017；陳銘 等，2020）。研究表明，馬鈴薯塊莖鮮樣中的糖苷生物堿含量超過200 mg·kg-1（FW）或塊莖干樣中的糖苷生物堿含量超過1 000 mg·kg-1（DW），食用后會導(dǎo)致中毒（Griffiths et al.，1994；Nitithamyong et al.，1999；Aziz et al.，2012）。根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部（USDA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，馬鈴薯塊莖的糖苷生物堿含量不能超過200 mg·kg-1（FW）或1 000 mg·kg-1（DW）（Aziz et al.，2012），但目前我國對馬鈴薯塊莖糖苷生物堿的安全食用標(biāo)準(zhǔn)并沒有明確規(guī)定。

馬鈴薯塊莖的糖苷生物堿含量受到多種因素影響。Aziz等（2012）研究表明，巴基斯坦的10個馬鈴薯品種薯肉糖苷生物堿含量為30.8～146.9 mg ·kg-1（DW）。Sotelo和Serrano（2000）測定發(fā)現(xiàn)，墨西哥12個馬鈴薯商業(yè)品種的糖苷生物堿含量具有顯著性差異。黃紅蘋等（2011）對云南省131個馬鈴薯品種的塊莖糖苷生物堿含量進(jìn)行測定，結(jié)果表明地方品種和主栽品種的塊莖糖苷生物堿含量較低，新引進(jìn)、選育品種的塊莖糖苷生物堿含量較高，品種間的遺傳背景不同可能是導(dǎo)致這一差異表現(xiàn)的主要原因。馬鈴薯塊莖的糖苷生物堿含量也易受環(huán)境條件及貯藏環(huán)境的影響。Bejarano等（2000）研究發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫條件下不灌溉處理的馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量顯著高于灌溉對照。Fogelman等（2019）對馬鈴薯地下塊莖進(jìn)行7 d的熱脅迫處理，結(jié)果表明塊莖糖苷生物堿的生物合成特異基因下調(diào)，糖苷生物堿含量下降。Zarzecka和Gugala（2007）研究表明，不同的耕作制度和除草方式對馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量也有顯著影響。Koffi等（2017）對轉(zhuǎn)綠、發(fā)芽、腐爛的馬鈴薯塊莖進(jìn)行糖苷生物堿含量的測定，糖苷生物堿含量為2 578.0～5 063.0 mg·kg-1（DW），均超過了1 000 mg·kg-1（DW）。機械損傷也能顯著提高馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量（Nahar et al.，2017）。Machado等（2007）研究表明，馬鈴薯塊莖在黑暗或者光照條件下貯藏后，相比貯藏前，其糖苷生物堿含量均有增加，塊莖經(jīng)過熒光燈照射后，其糖苷生物堿含量要高于其他光照條件處理。Kasnak和Artik（2018）也發(fā)現(xiàn)，熒光處理馬鈴薯塊莖的糖苷生物堿含量比散射光處理要高。紅光對馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量的影響最大，藍(lán)光次之，紅光是糖苷生物堿合成的重要信號，與鈣調(diào)蛋白和第二信使蛋白等共同參與糖苷生物堿的代謝合成（王旺田 等，2010）。

隨著我國馬鈴薯主食化進(jìn)程的推進(jìn)，必須加強對主栽品種塊莖糖苷生物堿含量的安全性評價，以及塊莖糖苷生物堿含量的影響因素研究。雖然已開展了一些較為深入的研究，但是有關(guān)國內(nèi)馬鈴薯品種的安全性評價、覆蓋方式和加工處理對塊莖糖苷生物堿含量的影響研究較少。本試驗采用高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測法（HPLC-ELSD），對國內(nèi)51個馬鈴薯主栽品種塊莖的糖苷生物堿含量進(jìn)行測定，并進(jìn)行品種安全性評價，同時研究了不同覆蓋方式和烘烤加工對馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量的影響，以期為馬鈴薯安全生產(chǎn)與食用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試馬鈴薯主栽品種塊莖和加工用塊莖由以下國內(nèi)研究機構(gòu)提供：22個中薯系列品種由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所提供，4個冀張薯系列品種由河北北方學(xué)院提供，2個云薯系列品種、2個麗薯系列品種和滇薯6號由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供，HF-10號、下寨65號、樂薯1號和5個青薯系列品種由青海省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，3個隴薯系列品種和新大坪由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)提供，紅美、夏坡蒂、康尼貝克、紫玫瑰、大西洋、荷薯15和興佳2號由內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院提供，克新1號由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院克山分院提供。馬鈴薯塊莖收獲后7 d內(nèi)郵寄至湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，收獲和郵寄過程中避免機械損傷和陽光直射。

覆蓋方式對馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量的影響試驗所用品種為興佳2號。

1.2 試驗方法

覆蓋試驗于2016年12月24日至2017年5月4日在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園試驗基地（28°07′58″N，113°17′32″E，海拔57 m）進(jìn)行。試驗土壤為黏壤土，耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分性狀為：有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量分別為18.5、1.25、1.12、18.7 g·kg-1，pH 5.8。設(shè)白色地膜覆蓋、白色地膜覆蓋后覆土、黑色地膜覆蓋、黑色地膜覆蓋后覆土和稻草覆蓋5種覆蓋方式，以無覆蓋的露地栽培為對照。每處理3次重復(fù)，采用完全隨機區(qū)組排列，共18個小區(qū)，小區(qū)面積24 m2。每公頃施三元復(fù)合肥（N、P、K含量均為15%）1 500 kg，作基肥一次性施入；采用單壟雙行種植，寬、窄行距分別為80、40 cm，株距20 cm，種植密度82 500株·hm-2。播后分別覆蓋地膜或稻草，再根據(jù)試驗設(shè)計，在部分黑色地膜和白色地膜上人工覆蓋2～3 cm厚的薄土。種薯出苗后，白色地膜覆蓋和黑色地膜覆蓋均應(yīng)進(jìn)行人工破膜讓幼苗長出地面，其他栽培管理措施參考劉明月等（2011）方法進(jìn)行。塊莖收獲時避免機械損傷和陽光直射。

2017年5月，在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院湖南省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心進(jìn)行未加工處理的馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量測定。馬鈴薯塊莖洗凈、晾干，切成2 mm薄片，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱105℃殺青30 min，然后60 ℃烘干至恒重，粉碎，取1 g干粉，采用高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測法（HPLC-ELSD）測定干樣中α-茄堿與α-卡茄堿含量，操作步驟參考商婷婷等（2015）的方法，塊莖糖苷生物堿含量近似等于α-茄堿與α-卡茄堿含量之和（Nahar et al.，2017）。

選擇6個糖苷生物堿含量相差較大的馬鈴薯品種：青薯10號、滇薯6號、紅美、冀張薯12號、中薯9號、中薯20號，2017年5月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院湖南省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心進(jìn)行烘烤加工處理的馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量測定。馬鈴薯塊莖洗凈，置于烤爐內(nèi)250 ℃烘烤90 min，取出冷卻后切片，60 ℃烘干至恒重，粉碎，取1 g干粉測定干樣中α-茄堿與α-卡茄堿含量。

檢測數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行處理，使用DPS 9.01軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國馬鈴薯主栽品種塊莖糖苷生物堿含量比較

采用高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測法（HPLC-ELSD）測定51個我國主栽馬鈴薯品種塊莖的糖苷生物堿含量。結(jié)果表明（表1），各品種塊莖的α-茄堿含量為65.35～2 108.98 mg·kg-1（DW），α-卡茄堿含量為106.28～1 661.52 mg ·kg-1（DW）；其中冀張薯14號的α-茄堿含量最低，為65.35 mg·kg-1（DW），青薯168的α-卡茄堿含量最低，為106.28 mg·kg-1（DW），中薯紅1號的α-茄堿和α-卡茄堿含量都是最高，分別為2 108.98 mg·kg-1（DW）和1 661.52 mg·kg-1（DW）。不同馬鈴薯品種塊莖的糖苷生物堿含量相差較大，塊莖糖苷生物堿含量為106.28～3 770.50 mg·kg-1（DW），青薯168塊莖的糖苷生物堿含量最低，為106.28 mg·kg-1（DW）；有7個品種的糖苷生物堿含量超過了安全值1 000 mg·kg-1（DW），分別是青薯10號、樂薯1號、紅美、中薯21號、中薯18號、中薯20號和中薯紅1號，中薯紅1號塊莖糖苷生物堿含量最高，為3 770.50 mg·kg-1（DW）。在測定過程中發(fā)現(xiàn)，有些品種的α-茄堿或者α-卡茄堿含量沒有檢測到，如中薯1號、中薯13號、中薯19號、中薯26號、麗薯6號、麗薯10號、青薯168、夏坡蒂、隴薯10號和冀張薯20號。

表1 我國馬鈴薯主栽品種塊莖糖苷生物堿含量

續(xù)表

2.2 覆蓋方式對馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量的影響

從表2可以看出，在5種覆蓋方式下，興佳2號塊莖的α-茄堿含量為88.57～184.41 mg·kg-1（DW），黑色地膜覆蓋的塊莖α-茄堿含量最低，不同覆蓋方式對塊莖α-茄堿含量并沒有顯著性影響；α-卡茄堿含量為211.65～403.27 mg·kg-1（DW），黑色地膜覆蓋的塊莖α-卡茄堿含量最低，顯著低于露地栽培的對照；塊莖糖苷生物堿含量為300.22～580.95 mg·kg-1（DW），黑色地膜覆蓋種植的含量最低，顯著低于對照。覆膜后覆土處理相比覆膜處理塊莖糖苷生物堿含量沒有顯著性差異。

表2 不同覆蓋方式對馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量的影響

2.3 烘烤加工對馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量的影響

從圖1、表1可以看出，未加工處理（CK）的6個馬鈴薯品種塊莖糖苷生物堿含量為456.16～2 615.23 mg·kg-1（DW），其中青 薯10號、紅美和中薯20號的糖苷生物堿含量超過了安全值1 000 mg·kg-1（DW），中薯20號的塊莖嚴(yán)重超標(biāo)，達(dá)到2 615.23 mg·kg-1（DW）。經(jīng)烘烤處理后，6個品種塊莖糖苷生物堿含量均比相應(yīng)對照顯著降低，為0～212.18 mg·kg-1（DW），減少了92%～100%，均小于安全值，其中青薯10號、滇薯6號、紅美、冀張薯12號和中薯9號由于塊莖糖苷生物堿含量太低，檢測結(jié)果沒有出現(xiàn)峰圖，無法計算，記為“0”。

圖1 烘烤加工對6個馬鈴薯品種塊莖糖苷生物堿含量的影響

3 結(jié)論與討論

本試驗結(jié)果表明，國內(nèi)主栽的51個馬鈴薯品種塊莖糖苷生物堿含量為106.28～3 770.50 mg ·kg-1（DW），其中有7個品種的糖苷生物堿含量超過了安全標(biāo)準(zhǔn)1 000 mg·kg-1（DW）（Aziz et al.，2012），食用安全性較低。在我國馬鈴薯品種審定過程中，主要注重品種的產(chǎn)量、商品薯率、塊莖干物質(zhì)含量、淀粉含量和薯形等指標(biāo)，對塊莖糖苷生物堿含量未做明確要求。隨著我國馬鈴薯主食化進(jìn)程的推進(jìn)，為保證馬鈴薯的食用安全，需要測定馬鈴薯品種塊莖糖苷生物堿含量，作為品種審定的重要參考依據(jù)。不同的馬鈴薯品種塊莖的糖苷生物堿含量相差較大，這與前人研究結(jié)果一致（Aziz et al.，2012；Valcarcel et al.，2014；Kim et al.，2017），可能與品種間遺傳背景不同有關(guān)。各品種塊莖的α-茄堿含量為65.35～2 108.98 mg ·kg-1（DW），α-卡茄堿含量為106.28～1 661.52 mg·kg-1（DW），α-卡茄堿含量普遍要高于α-茄堿含量，這與前人的研究結(jié)果一致（商婷婷 等，2015；譚繼君和伍小松，2018）。在塊莖糖苷生物堿含量測定過程中，有10個品種塊莖樣品的上機檢測結(jié)果顯示，α-茄堿或者α-卡茄堿的峰圖沒有出現(xiàn)，無法計算其含量，其原因可能是因為待測物質(zhì)的濃度太低，儀器檢測不出。

興佳2號5種不同覆蓋方式種植的塊莖糖苷生物堿含量都低于對照露地栽培，說明覆蓋種植的馬鈴薯塊莖更加安全；其中塊莖糖苷生物堿含量在黑色地膜覆蓋處理時最低，顯著低于露地栽培，為300.22 mg·kg-1（DW），這可能是因為黑色地膜覆蓋時，塊莖能最大程度地避免陽光照射，而光照能通過誘導(dǎo)糖苷生物堿合成關(guān)鍵基因SGT1的表達(dá)，從而促進(jìn)馬鈴薯塊莖龍葵素合成與積累（Machado et al.，2007；楊亮等，2012；Mekapogu et al.，2016；Shepherd et al.，2016），導(dǎo)致塊莖糖苷生物堿含量顯著降低。覆膜后覆土處理相比覆膜處理，塊莖糖苷生物堿含量沒有顯著性差異，因此在馬鈴薯種植過程中可以選擇只覆膜的種植方式，不用覆土，以節(jié)約人力、物力。

本試驗發(fā)現(xiàn)，烘烤加工對6個馬鈴薯品種塊莖糖苷生物堿含量具有顯著性影響，糖苷生物堿含量從456.16～2 615.23 mg·kg-1（DW）降至0～212.18 mg·kg-1（DW），減少92%～100%，說明烘烤加工能有效去除塊莖糖苷生物堿含量。Rytel等（2013）將馬鈴薯塊莖去皮切成薄片后，糖苷生物堿含量保留29%，油炸后仍保留10%。Rytel等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯去除表皮后塊莖糖苷生物堿含量下降了70%。從食品安全的角度，糖苷生物堿含量高的馬鈴薯品種塊莖必須要經(jīng)過去皮、烘烤等類似的加工處理，才能保障其安全性。

綜上所述，51個我國主栽馬鈴薯品種的塊莖糖苷生物堿含量為106.28～3 770.50 mg·kg-1（DW），其中有7個品種超過了安全值1 000 mg ·kg-1（DW）；馬鈴薯塊莖在烘烤加工后，與未加工處理相比，其糖苷生物堿含量顯著降低，有利于提高馬鈴薯品種的安全性；黑色地膜覆蓋種植的馬鈴薯塊莖糖苷生物堿含量最低，顯著低于對照無覆蓋露地栽培，而覆膜后再覆土對塊莖糖苷生物堿含量的影響不大，種植馬鈴薯宜采用黑色地膜覆蓋方式，從而獲得低糖苷生物堿含量的塊莖產(chǎn)品。