10個馬鈴薯品種在川中丘陵區冬作的品質綜合評價與分類

高 佳,唐月明,沈學善,羅芳耀,陳 晴,王祖蓮,朱永清,*

(1.四川省農業科學院農產品加工研究所,四川成都 610066;2.四川省農業科學院土壤肥料研究所,四川成都 610066)

馬鈴薯糧菜兼用,營養全面,在大宗農產品中的地位舉足輕重[1-2]。全國馬鈴薯品種繁多,各省份的主栽品種不盡相同。不同馬鈴薯品種間外觀、理化和營養品質存在較大差異,同一馬鈴薯品種在不同生態條件下栽培后的品質也存在差異[3],此外不同加工用途對馬鈴薯品質的需求也不同[4-6]。因此,開展區域性主栽馬鈴薯品種的品質評價對于指導該區域內馬鈴薯產業的健康發展具有重要作用。

四川省是全國重要的馬鈴薯主產區,2017年全省馬鈴薯播種面積807千公頃,鮮薯總產量322.3萬噸[7],發展馬鈴薯產業對于全省貧困山區和民族地區口糧保障、扶貧增收具有重要意義[8]。四川馬鈴薯種植主要分布在盆周山區、川西南山區和川中丘陵平壩區,已形成了馬鈴薯周年生產供給體系,其中川中丘陵區主要是冬作馬鈴薯,占全省馬鈴薯比例為16.5%。馬鈴薯的主栽品種主要包括省內選育品種、國內外引進品種和紫色薯品種三大來源[9]。

在充分調查馬鈴薯主栽品種類型和生產分布特征的基礎上,本文針對四川省川中丘陵區冬作馬鈴薯的10個主栽品種開展了外觀指標(單薯重、薯塊形狀、表皮顏色、芽眼深淺和個數、果肉色差、果肉硬度)和營養指標(干物質率、淀粉含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、VC和總酚含量)的綜合測定分析,以期為四川省川中丘陵區冬作馬鈴薯商品薯的品質分類提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試10個馬鈴薯品種的商品薯原料 由四川省農業科學院土壤肥料研究所在金堂縣竹篙鎮馬鈴薯示范基地統一生產。2017年12月26日播種,2018年5月13日統一收獲。高廂壟作雙行錯窩播種,壟距80 cm,行距30 cm,種植密度120000 窩/hm2?；秃戏?N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)1500 kg/hm2。原料采收后按品種分別挑選大小一致,無病蟲害,無機械損傷的健康樣品送至實驗室4 ℃ 冷庫中貯藏備用。10個品種中,川芋10號、川芋117、川芋16、川芋18、川芋50、川芋802和川芋彩1號等7個品種為四川省農業科學院作物研究所選育;費烏瑞它為荷蘭引入品種;青薯9號為青海省農林科學院生物技術研究所選育;中薯2號為中國農業科學院蔬菜花卉研究所選育。碘化鉀、結晶碘、蒽酮、濃硫酸、乙酸乙酯、福林酚、乙醇、碳酸鈉、丙酮、沒食子酸、考馬斯亮藍G250、磷酸、十二水磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、二水草酸、抗壞血酸、2,4-二硝基苯肼、硫脲、鹽酸等試劑 均為分析純(AR),成都市科隆化學品有限公司。

CR-400色差儀 日本Konica Minolta 公司;TA. XT Plus質構儀 英國SMS公司;Synergy HTX多功能酶標儀 美國BioTek公司;5810R冷凍離心機 德國Eppendorf公司;TU-1810紫外可見分光光度儀 北京普析通過儀器有限責任公司;DHG-9075A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海齊欣科學儀器有限公司;JA31002電子天平 上海精天電子儀器有限公司;滬制01130048游標卡尺 上海恒量量具有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 馬鈴薯從冷庫中取出后用自來水洗凈表面雜質,放置于室溫下晾干,平衡1 d。每個品種設3組重復,每組共15個隨機選取的馬鈴薯塊莖。測試時先逐個測量或評定每組樣品的外觀指標,之后將每組中每個馬鈴薯塊莖橫切,分別取中部1 cm厚果肉切片迅速用液氮冷凍,混合粉碎每組中15片凍樣并于-80 ℃保存,用于后續理化指標的測定。

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 外觀指標 稱取和測量每個供試樣品薯塊單薯重及長、寬尺寸,計算每品種平均單薯重(g)和果形長/寬比。觀察記錄薯塊形狀、表皮顏色、果肉顏色、芽眼深淺度和芽眼個數。

1.2.2.2 鮮樣測定指標 干物質率采用直接干燥法測定。每個馬鈴薯塊莖橫切1 cm厚薄片1片,5片為1組放入75 ℃烘箱內烘干至恒重測定,結果記為烘干后樣品質量與烘干前質量的比值。每品種重復3組,每組測定3個平行。果肉色差采用色差儀測定每個馬鈴薯橫切面果肉中心部位色差值(L*、a*和b*),每品種重復3組,每組測定15個塊莖。薯塊果肉硬度采用質構儀進行測定,每品種重復45個塊莖。測試程序為:P/2探頭穿刺,測試速度5 mm/s,果肉硬度定義為5～15 mm位移時的平均值。每品種重復3組,每組測定15個塊莖。

1.2.2.3 凍樣測定指標 淀粉含量采用碘顯色法測定[10]?？扇苄蕴呛坎捎幂焱噭┓y定[11]?？偡雍坎捎酶Ａ址臃y定[12],分光光度計在765 nm波長下比色測定吸光度,以沒食子酸為標準(50～1000 mg/L),結果以沒食子酸等價值(Gallic Acid Equivalents,GAE)表示。可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍染色法測定[13]。VC含量采用2,4-二硝基苯肼法測定[14]。所有凍樣測定指標每品種重復測定3組,每個凍樣測定2次平行。

1.3 數據處理

采用Excel 2007軟件對數據進行整理,IBM SPSS Statistics 22軟件對數據進行單因素方差分析、相關性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同馬鈴薯品種的外觀指標

馬鈴薯薯塊的外觀指標不僅會影響消費者購買欲望還會影響加工產品品質。按照《馬鈴薯商品薯分級與檢驗規程GB/T 31784-2015》國家標準[15]對供試馬鈴薯品種進行等級劃分,滿足鮮食型商品薯一級品重量標準(150 g≥95%)的品種有川芋10號、川芋16和青薯9號;其它7個供試品種均滿足鮮食型商品薯二級品重量標準(100 g≥93%)(表1)。馬鈴薯表皮顏色和薯塊果肉顏色上的差異一定程度上會影響消費者的購買喜好,10個供試品種中,表皮顏色接近于紅褐色的兩個品種為川芋彩1號和青薯9號,其余品種均為土黃色;果肉顏色偏白的品種為川芋117,中薯2號果肉顏色黃白相間,而其他品種果肉顏色均偏黃。按照國標GB/T 31784-2015對加工型馬鈴薯外觀形態的要求,薯片加工型馬鈴薯塊應為圓形或卵圓形,薯條加工型馬鈴薯塊應為長形或長橢圓形,全粉加工型馬鈴薯對薯塊形狀未作要求,但這三種加工型馬鈴薯都要求芽眼淺[15]。供試樣品中薯塊形狀為卵圓形的品種有川芋117、川芋16、川芋18、川芋50、川芋802和中薯2號,其它品種均為長圓形;芽眼個數相對較少的品種為青薯9號和費烏瑞它(表1)。觀察每個品種的薯塊外觀形態發現,川芋彩1號樣品中叢生小塊莖較多,不適宜作為加工型馬鈴薯品種。因此,綜合外觀形態和芽眼狀況來看,比較適合加工用的馬鈴薯品種包括川芋10號、川芋802、費烏瑞它、青薯9號和中薯2號。

2.2 不同馬鈴薯品種的品質指標

對供試馬鈴薯品種的測定指標進行統計分析表明(表2),各測定指標在品種間的變異系數在8.67%～38.22%之間,由大到小依次為:總酚>VC含量>淀粉含量>色差b*值>可溶性糖含量>可溶性蛋白含量>果肉硬度>色差L*值>干物質率,表明不同品種馬鈴薯樣品特性指標間存在明顯差異。對各品種的測定指標進行相關性分析(表3),果肉硬度和干物質率呈顯著正相關(P<0.05),表明干物質含量越高,薯塊果肉的硬度越高;而其余測定指標間均未檢測到顯著性相關性(P>0.05)。

表2 供試馬鈴薯品種基礎指標數據Table 2 Basic indexes data of potato materials

表3 馬鈴薯主要測定指標的相關性分析Table 3 Correlation analysis of main indicators for potato materials

干物質率、淀粉含量和可溶性糖含量均是作為加工型商品薯原料選擇的主要評價指標[16],不同產品加工類型在國標中的限定要求不同[15]。供試品種中川芋10號的干物質率相對最高,平均達25.09%,而中薯2號、川芋彩1號、川芋117和費烏瑞它4個品種的干物質率相對較低;10個供試品種中川芋10號、川芋50、川芋18、青薯9號、川芋16和川芋802的干物質率均達到了薯片、薯條和全粉加工型商品薯的要求(干物質含量≥21%[15])。淀粉是馬鈴薯中的主要營養成分之一,淀粉含量的高低不僅影響馬鈴薯的鮮食口感和營養,還會影響馬鈴薯作為加工原料在生產中的產品得率[1]。供試馬鈴薯品種的淀粉含量平均值在12.44%～21.92%之間,其中川芋10號和青薯9號的含量較高,而川芋802、川芋18、中薯2號和川芋50的含量相對較低;10個品種中有6個品種(川芋10號、青薯9號、川芋117、費烏瑞它、川芋彩1號和川芋16)的淀粉含量均滿足淀粉加工型商品薯的一級標準(淀粉含量≥16%[15])。可溶性糖含量反映了鮮薯含糖量的水平,鮮食薯通常含糖量越高越容易受到消費者喜愛,而加工型商品薯則要求含糖量較低,以保證在加工過程中不易變色,生產轉化效率較高[1,17]。供試品種中可溶性糖含量最高的品種為川芋10號,平均值達1.87%;最低的品種為川芋117,平均值為1.04%。

總酚、可溶性蛋白和VC含量均可作為評價薯塊營養品質高低的指標。10個供試馬鈴薯品種間的總酚和VC含量變異系數相對較高,表明不同品種間的營養品質差異較大。供試品種中總酚含量最高的品種為川芋802,平均值達108.16 mg/100 g;最低的品種為川芋彩1號,平均值為22.19 mg/100 g。10個馬鈴薯品種的可溶性蛋白含量變化幅度相對較小,平均值在1.99～2.68 mg/g之間;而VC含量在品種間的變化幅度較大,平均值在102.9～206.01 mg/100 g之間,其中川芋16含量最高,川芋彩1號含量最低。

色差L*,a*和b*值均代表了薯塊果肉的顏色狀況,L*值越大,表明亮度越高,a*值越大表明顏色越偏向紅色,b*值越大表明顏色越偏向黃色[18]。供試品種中薯塊肉質亮度較高的品種有川芋50、中薯2號、川芋10號、川芋16和川芋彩1號;肉質偏紅的品種有川芋802和川芋彩1號;肉質偏黃的品種有川芋彩1號和川芋16。從色差值的大小來看,川芋彩1號和川芋16兩個品種薯塊果肉顏色偏黃且亮度較高,這種亮黃的色澤可能會在作為鮮食型商品薯銷售過程中更具有優勢。在評價過程中還測試了鮮薯肉質的硬度,供試品種果肉硬度平均值在847.72～1144.95 g之間,變異系數較小,其中硬度相對較高的品種為川芋50和川芋18,硬度較低的品種有中薯2號、川芋彩1號和川芋117。鮮薯果肉硬度的高低與干物質率顯著正相關(P<0.05),一定程度上會影響馬鈴薯的食用口感,也會影響鮮薯在機械化加工切分時產品的成形質量和切分損耗率。

2.3 馬鈴薯品種性狀的主成分分析

上述結果可見,各品種在不同測定指標中的高低水平不同(表2);除果肉硬度和干物質率之外,10項測定指標彼此間的相關性也不強(表3),單一指標并不能準確判斷馬鈴薯品種的綜合品質性能優劣性。因此,在后續分析中采用了主成分分析法對原始數據進行降維綜合分析,以減輕多維度數據綜合分析的難度,降低冗余和重疊信息干擾[1,19-20]。通過對測定數據進行主成分分析表明(表4),前4個主成分特征值大于1,分別為λ1=2.796、λ2=2.443、λ3=1.567、λ4=1.151;前4個主成分的累積方差貢獻率為79.577%,且涵蓋了所有測定指標信息。因此,提取了前4個主成分進行后續分析,能夠反映不同品種馬鈴薯的綜合品質特征。其中,第一主成分主要在可溶性蛋白質、色差b*值、可溶性糖和淀粉含量等品質指標上具有較大的載荷;第二主成分主要在果肉硬度、干物質、可溶性蛋白質和總酚含量等指標上具有較大載荷;第三主成分主要在色差L*值、可溶性糖、總酚和淀粉含量等指標上具有較大載荷;第四主成分主要在VC含量、色差a*值和總酚含量上具有較大載荷。

表4 4個主成分的特征值、貢獻率及累計貢獻率Table 4 The eigenvalues,contribution rates and cumulative contribution rates of 4 PCAs

各主成分(F1、F2、F3、F4)所對應的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權重計算[15],10個馬鈴薯品種品質指標各主成分的綜合評判式為:Dn=F1×0.3514+F2×0.3070+F3×0.1969+F4×0.1447。根據該模型計算得到10個馬鈴薯品種的綜合品質指標得分見表5,其綜合得分大小排序為:川芋10號>川芋50>青薯9號>川芋802>川芋16>川芋18>費烏瑞它>川芋彩1號>中薯2號>川芋117?？梢?綜合考慮10個供試馬鈴薯品種的外觀指標(果肉色差和果肉硬度)和理化營養指標(干物質率、淀粉含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、VC和總酚含量),得出品質評分較優的品種為川芋10號、川芋50和青薯9號。

表5 供試馬鈴薯品種的主成分得分及綜合評價Table 5 Principal component score and comprehensive evaluation of different potato cultivars

2.4 馬鈴薯品種主要營養性狀的聚類分析

主成分分析對10個供試品種的所有測定指標進行了綜合排序,評價出了測定指標中綜合性狀較優的品種,但10項測試指標中薯塊果肉色差(L*,a*和b*值)和果肉硬度屬于外觀指標,與其它營養指標一并分析容易對營養品質分類評價造成干擾。因此,剔除了測試指標中的薯塊果肉色差值(L*,a*和b*值)和果肉硬度這兩類指標,采用6種營養指標(干物質、淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白、總酚和VC含量)對供試品種進行了系統聚類分析,通過聚類方法探討各品種間的營養品質相似性及在生產中的意義。

采用SPSS軟件對測試數據標準化后進行系統聚類分析,用Ward聚類方法計算歐式距離,聚類結果見圖1。從結果中可知,川芋802在歐式距離為25時被首先分離出來,可能與其具有較高的總酚和可溶性糖含量,較低的VC含量有關。在歐式距離為22處,剩余9個品種被進一步分為了兩類,第Ⅰ類包括川芋117、川芋16號、川芋18和中薯2號,此類品種均表現為VC含量較高,淀粉、可溶性糖、總酚含量較低;第Ⅱ類包括川芋10號、川芋50、川芋彩1號、費烏瑞它和青薯9號,表現為VC含量較低。第Ⅱ類品種在歐式距離為16時再次被分為兩類,一類是蛋白質含量較高的川芋彩1號;另一類包括淀粉、可溶性糖和可溶性蛋白含量均較高的川芋10號、川芋50、費烏瑞它和青薯9號。

圖1 供試馬鈴薯品種的聚類分析樹狀圖Fig.1 Dendrogram of cluster analysis of potato varieties

如果以歐式距離為總距離的一半(12.5)進行劃分,供試10個馬鈴薯品種可被分為4類,其中第一類聚集了干物質、淀粉、可溶性糖和總酚含量不高,VC含量較高的品種,包括川芋117、川芋16、川芋18和中薯2號,此類品種相對較適合作為菜用型商品薯;第二類聚集了各項測定指標均相對較高的品種,包括川芋10號、川芋50、費烏瑞它和青薯9號,在主成分綜合評價得分中排列位次靠前(表5),可作為菜用或加工兼用型商品薯,但川芋50芽眼較深(表1),不適宜用于加工;第三類品種為川芋彩1號,其干物質、總酚和VC含量較低,可溶性蛋白含量較高,果肉色澤黃亮,較適宜作為菜用型商品薯;第四類品種為川芋802,其淀粉、可溶性蛋白和VC含量較低,但可溶性糖和總酚含量較高,鮮食口感較佳,也較適宜作為菜用型商品薯。

對比主成分分析結果和聚類分析結果可見,各品種部分測定指標的分類排序上存在差異,這與兩種分析方法所采用的測定指標種類不完全相同有關?？傮w來說,兩種方法均可作為馬鈴薯品種品質分析評價的方法,為馬鈴薯菜用或加工型商品薯品種的選擇提供科學參考和借鑒[1]。在后續研究中應進一步加大測試品種樣本量和測試指標的種類,豐富和完善對不同馬鈴薯品種的品質綜合分析與評價。

3 結論

供試馬鈴薯品種采后鮮薯的外觀指標(果肉色差和果肉硬度)和理化營養指標(干物質率、淀粉含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、VC和總酚含量)在品種間均存在不同程度的差異,變異系數較大,表明10個供試品種在川中丘陵區冬作栽培條件下品質存在明顯差異。

對供試馬鈴薯品種的10項測定指標進行主成分分析,計算得出測定指標的綜合得分順序為川芋10號>川芋50>青薯9號>川芋802>川芋16>川芋18>費烏瑞它>川芋彩1號>中薯2號>川芋117。采用Ward聚類分析法對供試馬鈴薯品種的營養指標(干物質率、淀粉、可溶性糖、總酚、可溶性蛋白和VC含量)進行聚類分析,將10個品種劃分為四類,其中有三類較適宜作為菜用型商品薯,另一類可作為菜用和加工兼用型商品薯。