寧夏地區不同品種馬鈴薯的營養組成分析

陳晶華，陳瑾，范艷麗，張惠玲

（寧夏大學寧夏食品微生物應用技術與安全控制重點實驗室，寧夏銀川750021）

馬鈴薯（Solanum tuberosum）種植起源于南美洲，現已傳播到全世界160多個國家，作為世界上最重要的供人類食用的糧食作物之一，重要性僅次于水稻、小麥和玉米[1]。中國馬鈴薯種植面積及產量位于全球之首，目前年產量9500萬噸左右[2]。寧夏全區馬鈴薯年種植面積穩定在260萬畝，總產量346.32萬噸[3]。

馬鈴薯品種的不同決定了其結構的差異，比如分子大小、排列分布等，從而決定淀粉性質的不同[4]。白磊等[5]分析了130個馬鈴薯品種的營養品質，發現不同品種馬鈴薯淀粉含量差異顯著，這與它的生長環境，成熟周期等因素密切相關。馬鈴薯中蛋白質含量是塊莖類作物中最高的，其中氨基酸組成比例較為平衡且過敏原較少，具有較高的營養價值[6]。蛋白質的功效比值（protein efficiency ratio，PER），是指受試動物體重增重與攝取的蛋白質質量之比，研究表明馬鈴薯蛋白質的PER最高可達到2.3[7-9]。趙鳳敏等[10]對不同馬鈴薯品種的蛋白質營養品質研究發現馬鈴薯中的平均必需氨基酸質量高于世界衛生組織/聯合國糧農組織（World Health Organization/Food and Agricultural Organization of the Unitednations，WHO/FAO）推薦的必需氨基酸組成，與標準雞蛋蛋白非常接近。目前食品工業中將馬鈴薯蛋白進行分離純化，作為促進食品口感以及蓬松的添加劑或者直接制成蛋白補充制劑，被廣泛應用[11]。

營養不良是影響人類健康的主要因素，礦物質缺乏會造成嚴重的營養不良[12]。馬鈴薯塊莖中含有大量的人體必需堿性礦物質元素，如鉀、鈉、鎂、鈣等，因此馬鈴薯是蔬菜中少有的堿性品種[13]。鈣和磷作為骨骼中的重要成分一旦缺失會造成骨質疏松等癥狀，鐵關系到血紅蛋白的功能有效性[14]。鉀元素是馬鈴薯中含量最高的元素，多食用馬鈴薯可以補充大量人體所需，對于幫助人體血液酸堿平衡的保持十分有益[15-16]。細胞壁是馬鈴薯中膳食纖維的主要來源，雖然相比芹菜等蔬菜其含量較低，但是仍為重要來源之一[17-18]。關于馬鈴薯的研究多集中在其育種、病害防治和種植[19-20]。本研究分析了寧夏地區8個品種馬鈴薯的干物質、淀粉、碳水化合物、蛋白質、纖維素、可溶性固形物、礦物質、活性物質含量及其氨基酸組成，為寧夏地區馬鈴薯深加工利用提供研究支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 樣品采集

2018年3月20 日，在寧夏固原市原州區六盤山薯業種植基地采集試驗樣品（青薯9號、青薯168號、莊薯3號、夏波蒂、大西洋、費烏瑞它、黑美人、克新一號，為寧夏地區所有常年種植的馬鈴薯品種）。所有馬鈴薯采回后均置于4℃冷柜中低溫避光貯藏，試驗前將馬鈴薯放于常溫（25℃）下避光通風干燥1 d。

1.1.2 試劑與儀器

無水乙醇、鹽酸、石油醚、甲基紅、苯酚、氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸、草酸、硝酸、高氯酸、乙醚、葡萄糖等均為分析純：天津市大茂化學試劑廠。

SE-150型高速萬能粉碎機：北京科一電器有限公司；101-2型電熱恒溫干燥箱：上海威儀科技有限公司；K9860型自動凱氏定氮儀：上海通微分析技術有限公司；RHB-90ATC型折光儀：福州眾拓光電有限公司；L-8900型氨基酸分析儀：株式會社日立制作所；AA-3800G型原子吸收光譜儀、PF6-2型熒光分光光度計：北京普析通用儀器有限公司。

1.2 不同品種馬鈴薯營養成分的測定

干物質含量測定參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》，采用直接干燥法；淀粉測定參照GB5009.9—2016《食品安全國家標準食品中淀粉的測定》，采用酸水解法；還原糖測定參照GB 5009.7—2016《食品安全國家標準食品中還原糖的測定》，采用直接滴定法；總糖的測定采用蒽酮比色法；蛋白質測定參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》，采用凱氏定氮儀法；纖維素含量測定參照GB 5009.10—2003《植物類食品中粗纖維的測定》；總可溶性固形物測定使用折光儀法測定；維生素C測定參照GB 5009.86—2016《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定》；類胡蘿卜素測定參考郝智勇[21]等的方法并做適當修改。

1.3 不同品種馬鈴薯氨基酸的測定

氨基酸的測定參照國標GB 5009.124—2016《食品安全國家標準食品中氨基酸的測定》，采用全自動氨基酸分析儀法（茚三酮柱后衍生離子交換色譜儀），測定17種氨基酸含量。

1.4 不同品種馬鈴薯礦物質含量的測定

鉀、鈉的測定參照GB 5009.91—2017《食品安全國家標準食品中鉀、鈉的測定》；鈣的測定參照GB5009.92—2016《食品安全國家標準食品中鈣的測定》，采用火焰原子吸收光譜法；鎂的測定參照GB 5009.241—2017《食品安全國家標準食品中鎂的測定》，采用火焰原子吸收光譜法；鐵、銅、鋅測定按照AOAC 999.10《食品中鉛、鎘、鋅、銅及鐵的分析方法》，采用原子吸收分光光度法；硒的測定參照GB 5009.93—2017《食品安全國家標準食品中硒的測定》，采用原子熒光分光光度法。

1.5 灰色關聯度分析

將8個不同品種馬鈴薯的11個指標作為一個灰色系統，每個馬鈴薯品種作為灰色系統的單一因素，應用灰色關聯度分析法對不同馬鈴薯品種的營養品質進行綜合分析[22-23]。

1.6 數據處理

采用Excel 2013繪制曲線圖。運用SPSS 19.0軟件對試驗數據進行單因素方差分析，采用Duncan′s多重比較檢驗顯著性水平（p<0.05），數據結果以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同品種馬鈴薯基礎營養成分的測定

根據國標等方法檢測了8種不同品種馬鈴薯的基礎營養成分，結果見表1。

馬鈴薯中營養物質的含量與多種因素相關，淀粉、碳水化合物、蛋白質和干物質含量是影響馬鈴薯產品特性最重要的指標[24]。由表1可知，從差異顯著性來看，不同品種馬鈴薯還原糖、維生素C含量均差異顯著（p＜0.05）。其中大西洋品種干物質含量最高為（27.44±1.33）%，其次為夏波蒂（26.94±2.01）%，黑美人最低為（17.30±1.05）%；淀粉含量大西洋最高為（16.70±0.76）%，含量最低的品種是費烏瑞它僅為（12.70±1.02）%；黑美人中總糖含量、蛋白質含量及纖維素含量均為最高；還原糖含量最高的品種是克新一號，含量最低的是大西洋；青薯9號可溶性固形物含量最高。不同品種間維生素C含量變化范圍為11.48 mg/100 g～23.26 mg/100 g（以鮮重計），夏波蒂含量最高為23.26 mg/100 g，費烏瑞它中含量最低為11.48 mg/100 g。彩色馬鈴薯含有較高含量的維生素C，這與白磊等[5]的研究結果一致。不同品種馬鈴薯中類胡蘿卜素含量變化范圍為16.87 μg/100 g～83.21 μg/100 g（以鮮重計），其中費烏瑞它含量最高為83.21 μg/100 g，其次為青薯 9號，含量為 69.73 μg/100 g，青薯168號中含量最低為16.87 μg/100 g。Williams等[25]研究表明β-胡蘿卜素含量的增高有助于防治維生素A缺乏，選擇食用類胡蘿卜素含量較高的馬鈴薯可成為補充維生素A的一種方法。

表1 不同品種馬鈴薯基礎營養成分含量Table 1 Contents of basic nutrients in different varieties of potato

2.2 不同品種馬鈴薯氨基酸的測定

采用高效凝膠滲透色譜法（high performance gel permeation chromatography，HPGPC）測定氨基酸含量，不同品種馬鈴薯氨基酸含量如表2所示。

由表2可知，就整體而言，所有品種中天門冬氨酸（Asp）含量最高；除天門冬氨酸（Asp）、酪氨酸（Tyr）、谷氨酸（Glu）在莊薯3號中含量最高外，其余14種氨基酸均在黑美人中含量最高；賴氨酸（Lys）、異亮氨酸（Ole）、天門冬氨酸（Asp）、精氨酸（Arg）、組氨酸（His）、脯氨酸（Pro）含量最低的品種為大西洋，纈氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）、蘇氨酸（Thr）、丙氨酸（Ala）、胱氨酸（Cys）、蛋氨酸（Met）含量最低的品種為費烏瑞它，苯丙氨酸（Phe）含量最低的品種為夏波蒂，谷氨酸（Glu）、酪氨酸（Tyr）含量最低品種為青薯9號，絲氨酸（Ser）含量最低品種為莊薯3號。

表2 不同品種馬鈴薯的氨基酸含量Table 2 Amino acid content in different varieties of potato g/100 g

8種馬鈴薯中均檢測出17種氨基酸，其中包括6種必需氨基酸（Lys、Val、Ole、Leu、Phe、Thr）和 11 種非必需氨基酸（Glu、Ala、Gly、Asp、Cys、Pro、Ser、Tyr、Arg、His、Met）。黑美人無論總氨基酸含量還是必需氨基酸含量均為最高。Peksa等[26]發現不同品種馬鈴薯氨基酸組成差異很大，并認為總蛋白中氨基酸含量受品種差異影響很大，也受生長環境、土壤肥力的影響。Eppendorfer等[27]研究表明，含氮量與干物質中胱氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸和賴氨酸的濃度緊密相關，這主要是因為氮和硫是上述氨基酸中不可或缺的組成部分。可基于此研究開發不同的功能性馬鈴薯產品。

2.3 不同品種馬鈴薯礦物質含量的測定

不同品種馬鈴薯中鈉、鎂、鉀、鐵、鈣、鋅、磷、硒8種礦物質元素含量檢測結果見表3。

表3 不同品種馬鈴薯礦物質含量Table 3 Mineral content of different varieties of potato

如表3所示，鈉的變化范圍23.30 mg/kg～88.36 mg/kg，夏波蒂中鈉元素含量最高88.36mg/kg，最低為莊薯3號23.30mg/kg；鎂的變化范圍117.19mg/kg～238.56 mg/kg，最高為費烏瑞它238.56 mg/kg，黑美人中含量最低117.19 mg/kg；鉀含量是所有元素中比例最高的元素，含量范圍為2 588.43 mg/kg～4328.70mg/kg，莊薯3號含量最高為4328.70mg/kg，最低為黑美人2 588.43 mg/kg；鐵含量范圍為32.04 mg/kg～142.14 mg/kg，大西洋中最高為142.14 mg/kg，莊薯3號最低32.04 mg/kg；鈣含量變化范圍18.60 mg/kg～56.93 mg/kg，含量最高的品種為大西洋56.93 mg/kg，費烏瑞它中最低18.60 mg/kg；鋅含量范圍14.75 mg/kg～76.66 mg/kg，黑美人中最高76.66 mg/kg，費烏瑞它中最低14.75mg/kg；磷含量范圍182.58 mg/kg～623.05 mg/kg，其中青薯9號最高為623.05 mg/kg，最低為費烏瑞它 182.58 mg/kg；硒含量整體微量，青薯9號中含量最高為4.25 μg/kg。整體而言，大西洋中礦物質含量最高，其次為莊薯3號，黑美人中含量最低。Luis等[28]在研究西班牙地區的 3個馬鈴薯品種的礦物組成（Na、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Cr、Ni和 Zn）時，發現了與本文相似的結果。此外，Dong等[29]研究證明了品種的不同對微量元素的含量影響顯著，與本文的研究結果一致。

2.4 不同品種馬鈴薯營養品質灰色關聯度分析

不同馬鈴薯品種營養品質的關聯度與排序見表4，加權關聯度與等權關聯度的相關性見圖1。

表4 不同馬鈴薯品種營養品質的關聯度與排序Table 4 Correlation and ordering of nutrition quality of different potato varieties

圖1 加權關聯度與等權關聯度的相關性Fig.1 The correlation between weighted and equal weight correlation degree

由表4和圖1可見，8種馬鈴薯品種營養品質的等權關聯度排序和加權關聯度排序基本一致，最佳綜合營養品質居前三位的分別為黑美人、夏波蒂和大西洋。對等權關聯度和加權關聯度分別進行相關分析，其等權關聯度和加權關聯度的決定系數R2=0.990 4，p<0.01，達到極顯著水平，表明結果真實可信。

3 結論

不同品種馬鈴薯間營養物質有明顯的差異。本試驗研究結果表明：黑美人中總糖、蛋白質、纖維素、氨基酸、鋅元素含量最高；克新一號中還原糖含量最高；大西洋中干物質含量、淀粉含量、鐵及鈣含量最高；夏波蒂中鈉元素含量最高；莊薯3號中鉀元素含量最高；青薯9號可溶性固形物及磷、硒元素含量最高；費烏瑞它中類胡蘿卜素及鎂元素含量最高。通過灰色關聯度綜合分析得出最佳綜合營養品質居前三位的分別為黑美人、夏波蒂和大西洋，可作為寧夏地區馬鈴薯藥用或功能性食品開發的專用馬鈴薯品種資源。