冬作馬鈴薯新品種（系）塊莖營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價(jià)

李思夢，李凱峰，李茂興，郭華春，王 瓊

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)薯類作物研究所，昆明650051）

0 引言

馬鈴薯(Solanum tuberosum)又名土豆、洋芋，塊莖中的營養(yǎng)成分含量豐富可供食用[1-2]。其塊莖中含有淀粉、蛋白質(zhì)、維生素及其他作物所不及的抗性淀粉等，對人體健康有益的物質(zhì)[3-5]，評價(jià)馬鈴薯塊莖中主要營養(yǎng)品質(zhì)，可為馬鈴薯主食化品種選擇提供參考。馬鈴薯塊莖中的營養(yǎng)物質(zhì)較為全面，一直被作為優(yōu)質(zhì)碳水化合物和膳食纖維的植物來源，并且具有較好的保健功能[6-7]。在國內(nèi)，馬鈴薯大多被當(dāng)作傳統(tǒng)蔬菜食用[8]或被作為食品加工原料[9]，在近年來國家推動(dòng)馬鈴薯主糧戰(zhàn)略計(jì)劃的大背景下，研究塊莖營養(yǎng)品質(zhì)顯得越發(fā)重要。

云南省是馬鈴薯的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)區(qū)之一，優(yōu)越的地理?xiàng)l件，可以實(shí)現(xiàn)周年種植，種植面積居全國第四，總產(chǎn)量居全國第三，特別是冬季馬鈴薯具有特色和優(yōu)勢。但是目前云南省冬季馬鈴薯主栽品種較為單一，不能適應(yīng)主食化發(fā)展要求。本研究以云南冬作馬鈴薯主栽品種‘麗薯6號(hào)’為對照，對云南農(nóng)業(yè)大學(xué)薯類作物研究所自主選育的5個(gè)馬鈴薯新品種（系）的主要營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測定，并結(jié)合主成分分析、相關(guān)性分析和隸屬函數(shù)分析法，對參試的馬鈴薯品種（系）的營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)，以期為馬鈴薯主食化品種選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

田間試驗(yàn)于2019年11月—2020年4月（馬鈴薯適宜播種期）在云南省雙江自治縣(23°46′N，99°80′E)進(jìn)行。雙江自治縣海拔975 m，年平均氣溫約20.2℃，年平均日照時(shí)數(shù)約2223 h，年平均降雨量約在1000～ 1200 mm。試驗(yàn)地土壤類型為沙壤土，pH 5.9，有機(jī)質(zhì)含量25.5 g/kg，全氮含量1.401 g/kg，全磷含量1.377 g/kg，全鉀含量19.87 g/kg，水解性氮含量118 mg/kg，有效磷含量41.7 mg/kg，速效鉀含量114 mg/kg。室內(nèi)試驗(yàn)在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)薯類作物研究所進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用6個(gè)品種（系）包括‘麗薯6號(hào)’、‘滇薯23’、‘滇薯 47’、‘D1428’、‘D1208’、‘D1224’，均來自于云南農(nóng)業(yè)大學(xué)薯類作物研究所。其中以主栽品種‘麗薯6號(hào)’為對照品種，其余5個(gè)為云南農(nóng)業(yè)大學(xué)自育品種（系）。試驗(yàn)設(shè)置隨機(jī)區(qū)組種植模式，行距70 cm，株距25 cm，各處理栽培管理方式相同，進(jìn)行3次重復(fù)。出苗后進(jìn)行常規(guī)大田管理，收獲后1周內(nèi)完成塊莖營養(yǎng)品質(zhì)測定。

1.3 馬鈴薯采收處理及營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)測定

在馬鈴薯適宜采收期內(nèi)，每個(gè)品種（系）隨機(jī)選取5株健康、無明顯損傷和病害的塊莖材料，記做一個(gè)生物學(xué)重復(fù)，洗去泥沙，放置自然通風(fēng)處晾干表面水分。各品種（系）均設(shè)置3次重復(fù)，并切成薄厚均勻的薄片，后于烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，殺青結(jié)束后溫度調(diào)至85℃烘至恒重，磨粉過篩后用密封袋保存，用以塊莖干物質(zhì)、淀粉、還原糖、蛋白質(zhì)、抗性淀粉的含量測定；淀粉提取依照Liu等[10]的方法進(jìn)行，用于對直鏈淀粉、支鏈淀粉的含量測定；維生素C含量測定使用新鮮塊莖進(jìn)行。所有測試均設(shè)置3次平行實(shí)驗(yàn)，測試結(jié)果以鮮基計(jì)算，直鏈、支鏈淀粉含量以淀粉中占比計(jì)算。干物質(zhì)測定參考食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.3—2010[11]、還原糖測定采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)比色法[12]、蛋白質(zhì)測定采用GB 5009.5—2010[13]凱氏定氮法、維生素C測定采用2,6-二氯酚靛酚法[14]、淀粉測定采用碘-碘化鉀比色法[15]、直鏈淀粉和支鏈淀粉測定采用雙波長分光光度法[16]、抗性淀粉測定利用酶解法[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

利用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析、相關(guān)性分析以及方差分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理以及模糊隸屬函數(shù)計(jì)算，使用Excel 2010軟件進(jìn)行。

采用模糊隸屬函數(shù)法對馬鈴薯塊莖中各指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)換算及綜合分析評價(jià)[18]。

隸屬函數(shù)值計(jì)算如式(1)～ (2)。

式中，X表示馬鈴薯塊莖品質(zhì)指標(biāo)測定值，μ1表示該指標(biāo)為正向評價(jià)指標(biāo)，μ2表示該指標(biāo)為負(fù)向指標(biāo)，Xmax表示所有參試品種中該品質(zhì)指標(biāo)的最大值，Xmin表示所有參試品種中該品質(zhì)指標(biāo)的最小值。如果該指標(biāo)對綜合營養(yǎng)品質(zhì)為正向影響，隸屬函數(shù)值用式(1)計(jì)算；反之，隸屬函數(shù)值用式(2)計(jì)算。后將各個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行累計(jì)，求其平均值。平均值越大表示馬鈴薯品種更符合主食化的需求，反之評價(jià)得分較低的品種可能更適于其他加工需求。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種（系）馬鈴薯塊莖中的營養(yǎng)品質(zhì)的分析比較

表1結(jié)果表明，參試的6個(gè)馬鈴薯品種（系）干物質(zhì)平均含量為19.31%，變異系數(shù)為7.74%，其中‘D1224’干物質(zhì)含量最高為20.51%‘，滇薯47’干物質(zhì)含量最低為17.54%；還原糖平均含量為0.03%，變異系數(shù)為31.17%，其中對照品種‘麗薯6號(hào)’還原糖含量最高為0.043%‘，D1208’的還原糖含量最低為0.022%；蛋白質(zhì)平均含量為1.34%，變異系數(shù)為16.59%，其中‘D1224’蛋白質(zhì)含量最高為1.69%‘，滇薯23’蛋白質(zhì)含量最低為1.13%；維生素C的平均含量為5.32 mg/100 g，變異系數(shù)為27.88%，其中‘D1428’維生素C含量最高為7.78 mg/100 g，對照品種‘麗薯6號(hào)’維生素C含量最低為3.33 mg/100 g；淀粉平均含量為16.06%，變異系數(shù)為15.04%，其中‘D1208’淀粉含量最高為18.59%，對照品種‘麗薯6號(hào)’淀粉含量最低為12.85%；抗性淀粉含量平均含量為7.47%，變異系數(shù)為15.57%，其中‘滇薯23’抗性淀粉含量最高8.44%，‘D1224’抗性淀粉含量最低為5.88%；直鏈淀粉含量平均含量為21.66%，變異系數(shù)為8.59%，其中‘滇薯47’直鏈淀粉含量最高為24.04%，‘D1224’直鏈淀粉含量最低為19.58%；支鏈淀粉含量平均含量為78.34%，變異系數(shù)為2.37%，其中‘D1224’支鏈淀粉含量最高為80.42%，‘滇薯47’支鏈淀粉最低為75.96%。

表1 不同品種（系）馬鈴薯塊莖中的營養(yǎng)品質(zhì)的分析比較

2.2 不同品種（系）馬鈴薯塊莖中各營養(yǎng)品質(zhì)間的相關(guān)性分析

淀粉和蛋白質(zhì)是馬鈴薯干物質(zhì)的主要組成[4]，由表2可知，馬鈴薯塊莖中干物質(zhì)含量與蛋白質(zhì)、淀粉含量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，這與前人的研究結(jié)果[19]一致，馬鈴薯干物質(zhì)含量高時(shí)，其淀粉含量也相應(yīng)較高；還原糖含量與抗性淀粉含量呈負(fù)顯著相關(guān)(P＜0.05)，與淀粉、直鏈淀粉含量呈負(fù)相關(guān)趨勢，表明馬鈴薯塊莖中淀粉類物質(zhì)合成旺盛時(shí)，還原糖含量可能被其所消耗；相反馬鈴薯塊莖中淀粉類物質(zhì)合成較弱時(shí)，含量較低的淀粉類物質(zhì)可能被還原糖合成所消耗；抗性淀粉含量與淀粉、直鏈淀粉含量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，與支鏈淀粉含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)；直鏈淀粉含量與支鏈淀粉含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)；維生素C含量與淀粉含量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，與干物質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)；蛋白質(zhì)含量與支鏈淀粉含量呈顯著相關(guān)(P＜0.05)，與直鏈淀粉含量呈負(fù)顯著相關(guān)(P＜0.05)，表明塊莖蛋白的改良無法與直鏈淀粉的改良同時(shí)進(jìn)行；反之如果以高蛋白為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)篩選馬鈴薯種質(zhì)，便可獲得具有高支鏈淀粉的優(yōu)質(zhì)材料。通過相關(guān)性分析得出，由于馬鈴薯各品質(zhì)指標(biāo)間存在相關(guān)關(guān)系，因此可能會(huì)造成部分信息的重疊，因此選取一定具有代表性的指標(biāo)作為評價(jià)指標(biāo)，消減變量間的相關(guān)性，可以有效降低評價(jià)負(fù)擔(dān)。

表2 馬鈴薯塊莖中各營養(yǎng)品質(zhì)特性間的相關(guān)性分析

2.3 不同品種（系）馬鈴薯塊莖中營養(yǎng)品質(zhì)的主成分分析

對6個(gè)馬鈴薯品種（系）的8個(gè)營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)（干物質(zhì)、還原糖、蛋白質(zhì)、維生素、淀粉、抗性淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉）進(jìn)行主成分分析，并通過計(jì)算得到數(shù)據(jù)集中各成分方差貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率的特征值，按照累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%以上的原則，從中提取對品質(zhì)影響較大的主成分。由表3可以看出，前3個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為85.239%，即表示前3個(gè)主成分可以解釋85.239%的變異，這里包含了馬鈴薯塊莖中大部分的營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)，符合提取原則，因此提取3個(gè)因子，分別命名為L1、L2、L3。

表3 主成分分析特征值和解釋總體方差描述

根據(jù)馬鈴薯塊莖營養(yǎng)品質(zhì)的因子分析結(jié)果（表4），建立3個(gè)主成分的因子的構(gòu)成得分模型表達(dá)式，如式(3)～ (5)。

表4 馬鈴薯塊莖營養(yǎng)品質(zhì)各因子的載荷矩陣分析

主成分因子構(gòu)成得分模型表達(dá)式中，各因子系數(shù)大小反映了該因子對主成分的貢獻(xiàn)程度。從上述3個(gè)主成分表達(dá)式及表4中可以看出，第一主成分L1在X2、X6、X7的因子系數(shù)較大，分別為0.230、0.213、0.395，與對應(yīng)的還原糖、抗性淀粉、直鏈淀粉呈高度正相關(guān)，其中X7(0.395)高于其他因子系數(shù)，因此也可以稱作直鏈淀粉因子；第二主成分L2在X1、X2、X3、X4、X5的因子系數(shù)較大，分別為0.441、0.208、0.335、0.253、0.322，與對應(yīng)的干物質(zhì)、還原糖、蛋白質(zhì)、維生素C、淀粉呈高度正相關(guān)，其中X1(0.441)高于其他因子系數(shù)，因此也可以稱作干物質(zhì)因子；第三主成分L3在X4、X6、X8的因子系數(shù)較大，分別為0.131、0.169、0.237，與對應(yīng)的維生素C、抗性淀粉、支鏈淀粉呈高度正相關(guān)，其中X8(0.237)高于其他因子系數(shù)，因子也可以稱作支鏈淀粉因子。由于L1、L2和L3的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到(85.239%)大于85%，可以確定直鏈淀粉、干物質(zhì)、支鏈淀粉是馬鈴薯塊莖品質(zhì)的主要指標(biāo)。

2.4 不同品種（系）馬鈴薯塊莖營養(yǎng)品質(zhì)特性的隸屬函數(shù)分析

由表5可以看出，在參試的6個(gè)馬鈴薯品種（系）中，綜合營養(yǎng)品質(zhì)最佳(X＞0.71)的3個(gè)馬鈴薯品種（系）分別為‘D1224’、‘D1428’、‘D1208’；營養(yǎng)品質(zhì)較佳(0.6＞X＞0.47)的馬鈴薯品種為‘滇薯23’、‘滇薯47’；營養(yǎng)品質(zhì)較差(X＜0.3)的馬鈴薯品種為‘麗薯6號(hào)’。

表5 不同品種（系）馬鈴薯塊莖營養(yǎng)品質(zhì)的隸屬函數(shù)值

3 結(jié)論

對馬鈴薯塊莖品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)，由結(jié)果可知，其營養(yǎng)品質(zhì)由高到低依次為‘D1224’、‘D1428’、‘D1208’、‘滇薯23’、‘滇薯47’和‘麗薯6號(hào)’。參試的馬鈴薯新品種（系）均高于對照，具有成為主食化品種的潛力，并有望替代對照‘麗薯6號(hào)’成為主栽品種，以解決云南省冬作馬鈴薯品種單一的問題。

4 討論

前人對馬鈴薯的品質(zhì)研究主要關(guān)注其加工品質(zhì)，如一般要求薯皮薄、表面光滑、芽眼少淺、薯肉顏色淺，還原糖、蛋白質(zhì)以及纖維含量少等[20]。而作為主食，馬鈴薯要能夠滿足每日人體所需要的大部分養(yǎng)分，這就要求作為主食化的馬鈴薯品種營養(yǎng)應(yīng)當(dāng)豐富。目前關(guān)于適宜作為主食化的馬鈴薯品種營養(yǎng)品質(zhì)測定分析的研究相對較少，故本研究通過對參試的6個(gè)馬鈴薯品種（系）塊莖營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行分析，篩選適宜主食化的馬鈴薯品種（系）。

馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)劣狀況是衡量馬鈴薯品種品質(zhì)的重要指標(biāo)，也是對主食化品種的基本要求。在一定程度上，主食化的馬鈴薯品種還應(yīng)滿足人們對營養(yǎng)保健的需求。馬鈴薯塊莖中富含抗性淀粉，其不會(huì)引起人體血糖升高，但可以在結(jié)腸被降解吸收并提供能量[21]。此外其抗性淀粉含量遠(yuǎn)高于水稻、小麥、谷子等作物[22-24]，長期食用可以平衡血糖，降低膽固醇[25]。目前針對馬鈴薯品質(zhì)的相關(guān)評價(jià)鮮有將抗性淀粉作為評價(jià)指標(biāo)，故本研究將馬鈴薯抗性淀粉含量作為評價(jià)馬鈴薯主食化品質(zhì)的評價(jià)指標(biāo)之一。此外作為一個(gè)綜合指標(biāo)，僅依據(jù)單一的品質(zhì)的優(yōu)劣，無法對參試的所有品種（系）的營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)。本研究將抗性淀粉在內(nèi)的8個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的測試結(jié)果，通過相關(guān)性和主成分分析，得到簡化后的品質(zhì)指標(biāo)來捕捉和反映原始變量中盡可能多的主要信息。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，淀粉是構(gòu)成馬鈴薯干物質(zhì)的主要成分之一，塊莖干物質(zhì)含量隨其總量增加而增加；維生素C與干物質(zhì)呈顯著正相關(guān)，但是也有相關(guān)文獻(xiàn)表示兩者相關(guān)性不顯著或?yàn)樨?fù)相關(guān)，這可能是試驗(yàn)條件不同所致[28-29]。還原糖與淀粉類物質(zhì)均為光合作用產(chǎn)物，馬鈴薯塊莖中淀粉含量較高，可能是塊莖中的糖大量轉(zhuǎn)化為淀粉所致[30-31]。此外抗性淀粉與支鏈淀粉呈極顯著負(fù)相關(guān)，與還原糖顯著負(fù)相關(guān)，與淀粉、直鏈淀粉含量呈極顯著正相關(guān)，有研究表明直鏈淀粉是影響抗性淀粉含量的重要因素之一[32]，暗示直鏈淀粉結(jié)構(gòu)在抗性淀粉中大量存在，而直鏈結(jié)構(gòu)淀粉含量受到SBE酶活性的影響，還原糖會(huì)抑制SBE酶的表達(dá)，導(dǎo)致塊莖中直鏈淀粉越高，抗性淀粉含量也隨之越高，因此抗性淀粉的合成亦受到還原糖的影響[33-34]。但是目前還沒有證據(jù)可以直接證明抗性淀粉的合成受還原糖含量的調(diào)控，因此需要進(jìn)一步研究。

主成分分析結(jié)果表明，按照累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%的提取原則，提取到3個(gè)主成分，即直鏈淀粉因子、干物質(zhì)因子、支鏈淀粉因子，這3個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率依次減少，說明其對馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)綜合表現(xiàn)的影響也依次遞減，因此在未來的生產(chǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)注重提高貢獻(xiàn)率較大主成分因子的含量。馬鈴薯塊莖營養(yǎng)品質(zhì)包括多個(gè)指標(biāo)，利用隸屬函數(shù)分析可以較好地反映出不同品種（系）馬鈴薯塊莖的營養(yǎng)品質(zhì)狀況，減少因人為因素導(dǎo)致的誤差，還可以避免單一指標(biāo)沒有代表性的弊端。王艷麗等[26]利用隸屬函數(shù)以17種氨基酸含量作為標(biāo)準(zhǔn)對14種食用蘑菇進(jìn)行綜合評價(jià)，并根據(jù)結(jié)果對14種食用蘑菇的優(yōu)劣進(jìn)行排序。閆海峰等[27]利用隸屬函數(shù)法對廣西冬作區(qū)不同馬鈴薯品種（系）塊莖主要品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)。本研究利用隸屬函數(shù)對雙江冬作區(qū)馬鈴薯品種（系）營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)，以干物質(zhì)等7種品質(zhì)為綜合營養(yǎng)的正向評價(jià)指標(biāo)，以還原糖含量為負(fù)向指標(biāo)。篩選出綜合營養(yǎng)品質(zhì)最佳的3個(gè)馬鈴薯品種（系）分別為‘D1224’‘、D1428’‘、D1208’，這類材料普遍具有干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、維生素C、淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉和抗性淀粉含量較高還原糖含量較低的特點(diǎn)；營養(yǎng)品質(zhì)較佳的2個(gè)馬鈴薯品種為‘滇薯23’、‘滇薯47’，這類材料普遍具有干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、維生素C、淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉和抗性淀粉含量較為適中，還原糖含量較低的特點(diǎn)。但隸屬函數(shù)分析結(jié)果不僅受到基因型影響，還會(huì)受環(huán)境因素影響，因此嚴(yán)格控制田間管理的一致性，栽培環(huán)境及試驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性，才能保證隸屬函數(shù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。