不同品種(系)馬鈴薯揮發性風味物質對比分析

劉國敏，覃維治，韋榮昌，易若蘭，廖玉嬌，鄭 虛，車江旅

（1.廣西壯族自治區農業科學院經濟作物研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西壯族自治區農業科學院，廣西 南寧 530007）

馬鈴薯又稱土豆、洋芋，是一種菜糧兩用的經濟作物，2015年被農業部列為繼小麥、玉米、水稻之后的第四大主糧作物[1]，被譽為21世紀最有發展前景的經濟作物之一[2]，也被稱為地球未來的糧食[3]。孫君茂等[4]研究認為，馬鈴薯與稻米、小麥、玉米的營養當量折算比為2.5:1，反映出馬鈴薯的整體營養價值和對人體營養素需求的滿足程度均較高[5]。馬鈴薯富含膳食纖維、蛋白質、維生素等人體必需物質，還含有禾谷類糧食不具有的胡蘿卜素和抗壞血酸，從營養角度來看，馬鈴薯可稱為“十全十美的食物”[6]。目前，對馬鈴薯的研究仍集中在生產加工和營養品質方面，對馬鈴薯風味尤其是對蒸馬鈴薯風味的研究相對較少。目前，馬鈴薯中的揮發性風味物質共檢出300多種[7]，烹飪方式、栽培條件、貯藏時間等均可對馬鈴薯風味產生影響[8]。另外，馬鈴薯的風味具有基因特異性，不同的栽培品種，風味會有變化[9?10]。而與歐美等國家不同，我國馬鈴薯現如今仍以鮮食為主[11]，風味品質是決定某個馬鈴薯品種能否持久被市場接受的主要因素之一[12]，分析研究馬鈴薯揮發性風味物質，對新品種的選育和推廣具有重要意義，對推動廣西馬鈴薯產業的可持續發展至關重要。

廣西是典型的馬鈴薯南方冬作區，馬鈴薯產業已成為廣西農業的支柱產業之一。馬鈴薯風味的研究對提升廣西馬鈴薯市場競爭力至關重要。本研究以廣西農業科學院經濟作物研究所選育品種桂農薯1號和桂彩薯1號、品系46號和25號及我國主栽品種費烏瑞它為試驗材料，利用固相微萃取和氣相色譜質譜聯用技術測定5個不同品種（系）蒸熟馬鈴薯泥的揮發性風味物質，并對其進行主成分分析，分析不同馬鈴薯栽培品種（系）的風味差異，為以后的馬鈴薯品質評價、品種選育提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

試驗所用材料 均來自廣西農業科學院經濟作物研究所，供試的馬鈴薯品種（系）有5個，分別為桂農薯1號（黃皮黃肉）、桂彩薯1號（紫皮紫肉）、費烏瑞它（黃皮黃肉）、25號（黃皮黃肉）、46號（黃皮白肉），供試材料均種植于廣西農科院里建基地，田間管理按當地生產技術標準進行。

50/30 μm DVB/CAR/PDMS （57298-U） 萃取頭、SPME手動進樣手柄 美國安捷倫科技有限公司；QP2010 Ultra GC-MS儀器 日本島津公司；DBWAX毛細管柱（30 m×250 μm，0.25 μm） 美國Agilent公司；DK-S28恒溫水浴鍋 上海精宏。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 每個品種分別選取2～3個新鮮馬鈴薯（每個約100 g），用蒸鍋隔水蒸35 min。將熟化的馬鈴薯搗碎成泥狀混合均勻，取3 g混合樣放入15 mL萃取瓶中，密封待用。

1.2.2 固相微萃取和氣相色譜儀分析 固相微萃取：Gerstel 全自動樣品前處理平臺；加熱溫度80 ℃，平衡時間：20 min，吸附時間60 min，解析時間15 min。

氣相色譜條件：TG-5SILMS色譜柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；載 氣 為 氦 氣，恒 流 模 式：2.0 mL/min；進樣口溫度：270 ℃；進樣方式為不分流進樣。

柱箱升溫程序：40 ℃保持5 min，以15 ℃/min升到280 ℃保持5 min，以15 ℃/min升到205 ℃保持5 min。

質譜條件：電離方式為EI，電子能量為70 eV，離子源溫度為230 ℃，四級桿溫度：150 ℃，輔助加熱：280 ℃。質量掃描范圍29～550 m/z，閾值150。

1.2.3 定性方法與相對含量計算方法 原始數據初步通過與NIST譜庫進行匹配定性，每個峰使用軟件自動確定的背景校正和分辨率，選擇匹配度大于80%作為物質鑒定依據[13]。采用峰面積歸一化法定量，確定各揮發成分在各不同馬鈴薯品種中的相對含量[14]。

1.2.4 ROAV測定 利用ROAV定義對樣品風味貢獻最大的揮發性風味物質，即ROAVmax=100，其他香氣成分ROAV值計算公式為：

式中：T為各揮發性風味物質相應的閾值，Tmax為貢獻最大組分對應的閾值；C為各揮發性風味物質的相對含量，Cmax為貢獻最大組分的相對含量[15]。

1.2.5 揮發性風味物質主成分分析評價 對不同馬鈴薯品種（系）揮發性組分進行主成分分析，確定主體揮發性成分，并構建風味品質綜合評價模型[16]，計算綜合得分。

1.3 數據處理

用Excel 2013輸入數據和制作圖表，用SPSS 20.0進行主成分分析，制作主成分分析得分圖及載荷圖。

2 結果與分析

2.1 不同品種（系）馬鈴薯揮發性組分比較

不同品種（系）馬鈴薯揮發性風味物質相對含量和數量見表1、表2。經過檢測分析，5個馬鈴薯品種共檢出57種揮發性風味物質，其中，醛類23種、醇類9種、酮類5種、酯類6種、烴類11種、呋喃類1種、酚類2種。不同品種（系）馬鈴薯揮發性風味物質數量和相對含量均有一定的差異，桂農薯1號共檢出32種風味物質，桂彩薯1號21種、費烏瑞它27種、 25號17種、46號32種。除桂彩薯1號之外，其他4個品種均表現為醛類物質種類最多，相對含量也最高，且閾值較低，對整體風味影響較大。桂彩薯1號表現為烴類物質種類最多，酯類物質相對含量最高，其中，烴類物質主要來源于脂肪酸烷氧自由基的均裂，閾值較高對整體風味影響較小；酯類物質主要來源于馬鈴薯泥中醇類和羧酸類化合物發生的酯化反應，使得蒸馬鈴薯具有獨特的芳香氣味。不同馬鈴薯品種（系）共有的揮發性風味物質有8種，分別是正辛醛、壬醛、正癸醛、2-乙基己醇、（1-羥基-2,4,4-三甲基-3-基）2-甲基丙酸酯、丙酸-2-甲基-3-羥基-2,4,4-三甲基戊酯、十四烷、2-戊基呋喃。

2.1.1 醛類物質分析 醛類物質是脂類降解的主要產物，不同品種（系）馬鈴薯中醛類物質對比分析發現，46號馬鈴薯檢出的醛類物質種類最多（21種），其次分別是桂農薯1號（17種）、費烏瑞它（12種），桂彩薯1號和25號最少，均只有5種（表2所示）。從占總檢出物的比例來看，費烏瑞它最高（71.44%），其次分別是46號（69.66%）、桂農薯1號（69.36%）、25號（55.73%）、桂彩薯1號（36.23%）。其中，正辛醛、壬醛和正葵醛是5種馬鈴薯品種（系）共同檢出的醛類物質；桂農薯1號檢出的醛類物質中正己醛、2-庚烯醛、壬醛相對含量較高；正己醛、2庚烯醛具有青草香，主要來源于亞油酸的氧化和Strecker反應。壬醛有玫瑰柑橘香味，是油酸的氧化產物。桂彩薯1號中壬醛、3-甲硫基丙醛、苯乙醛相對含量較高。3-甲硫基丙醛有醇厚的醬香、紅燒肉香味，主要來源于Strecker降解反應。苯乙醛有杏仁香，主要來源于脂質的降解。費烏瑞它中苯甲醛、正己醛、壬醛相對含量較高。25號中壬醛、3-甲硫基丙醛、正辛醛相對含量較高。正辛醛有玫瑰和橙皮香味；46號中正己醛、2-庚烯醛、正癸醛相對含量較高。

表2 不同品種（系）馬鈴薯揮發性風味物質成分種類及占總量的百分比Table 2 Types and percentages of volatile flavor components in different varieties (lines) of potatoes

2.1.2 醇類物質分析 由表1、2不同品種（系）馬鈴薯中檢出的醇類物質可以看出，桂農薯1號檢出的醇類物質最多（6種），其次分別是46號（4種）、費烏瑞它（3種），桂彩薯1號和25號最少，均只有2種。從占總檢出物的比例可以看出，桂農薯1號最高（9.22%），其次分別是46號（5.44%）、費烏瑞它（4.69%）、桂彩薯1號（4.07）和25號（2.23%）。其中，2-乙基己醇是5種馬鈴薯品種（系）共同檢出的醇類物質。

2.1.3 酮類物質分析 由表1、2不同品種（系）馬鈴薯檢出的酮類物質可以看出，桂農薯1號、25號、46號檢出1種酮類化合物，桂彩薯1號、費烏瑞它檢出2種酮類化合物。從占總檢出物比例可以看出，桂彩薯1號最高（3.73%），其次分別是費烏瑞它（2.68%）、25號（2.65%）、桂農薯1號（2.13%）、46號（0.59%）。5種馬鈴薯品種（系）未檢出共同的酮類物質。

2.1.4 呋喃類物質分析 由表1、2可以看出，不同品種（系）馬鈴薯均檢出同一種呋喃類物質，2-戊基呋喃，占總檢出物質的比例表現為46號最高（18.26%），其次是桂農薯1號（10.93%）、費烏瑞它（3.06%）、桂彩薯1號（2.48%）、25號（2.12%）。

2.1.5 酚類物質分析 從表1、2可以看出，桂農薯1號、費烏瑞它、46號馬鈴薯品種（系）均未檢出酚類物質，桂彩薯1號檢出1種，占總檢出物的2.68%；25號檢出1種，占總檢出物的0.41%。

2.1.6 酯類物質分析 由表1、2不同品種（系）馬鈴薯檢出的酯類物質可以看出，桂農薯1號、桂彩薯1號、費烏瑞它均檢出4種酯類化合物，25號馬鈴薯檢出3種酯類化合物，46號馬鈴薯檢出2種酯類化合物。從占總檢出物的比例可以看出，桂彩薯1號最高（40.71%）、其次是25號（23.35%）、費烏瑞它（10.89%）、桂農薯1號（5.56%）、46號（1.93%）。（1-羥基-2,4,4-三甲基戊-3-基）2-甲基丙酸酯和丙酸-2-甲基-3-羥基-2,4,4-三甲基戊酯為5個馬鈴薯品種（系）共同檢出的酯類化合物，且在5個馬鈴薯品種（系）所檢出的酯類化合物中丙酸-2-甲基-3-羥基-2,4,4-三甲基戊酯的相對含量均最高，具體表現為桂彩薯1號（24.65%）>25號（15.81%）>費烏瑞它（7.23%）>桂農薯1號（3.68%）>46號（1.64%）。

2.1.7 烴類物質分析 由表1、2不同品種（系）馬鈴薯檢出的烴類物質可以看出，桂彩薯1號檢出的烴類化合物種類最多（6種），其次是費烏瑞它（5種）、25號（4種），桂農薯1號和46號最少，均只檢出3種。從占總檢出物的比例可以看出，25號最高（13.52%），其次分別是桂彩薯1號（10.78%）、費烏瑞它（7.81%）、46號（4.13%）、桂農薯1號（2.81%）。其中，十四烷為5種馬鈴薯品種（系）共同檢出物。

表1 不同品種（系）馬鈴薯揮發性風味物質相對含量Table 1 Relative content of volatile flavor substances in different varieties (lines) of potatoes

2.2 不同品種（系）馬鈴薯揮發性風味物質ROAV分析

不同品種（系）馬鈴薯檢測出了多種揮發性風味物質，但是只有其中一部分對馬鈴薯的整體風味有貢獻，剩下的部分物質對馬鈴薯整體風味的呈現只起到修飾和協同作用。揮發性風味物質對馬鈴薯風味特征的貢獻由其相對含量和香氣閾值決定，香氣閾值是一種氣味最小可嗅值，所以風味物質相對含量的高低并不能說明其對馬鈴薯風味的貢獻大小[17]。因此，本文結合各風味物質的閾值，進行了ROAV分析。ROAV≥1的物質對樣品香氣貢獻較大，為關鍵性香氣化合物，并且ROAV值越大的組分對樣品總體風味的貢獻也越大，0.1≤ROAV<1的物質對馬鈴薯泥香氣有重要修飾作用，一般認為ROAV<0.1的物質對樣品風味貢獻較小。本文中，桂農薯1號、46號中的正己醛含量最高，對樣品的香氣貢獻最大，定義正己醛為ROAVmax=100；桂彩薯1號、25號中壬醛含量最高，對樣品香氣貢獻最大，定義壬醛為ROAVmax=100；費烏瑞它中苯甲醛含量最高，對樣品香氣貢獻最大，定義苯甲醛為ROAVmax=100。由表3可以看出，桂農薯1號馬鈴薯泥檢出物中，有14種關鍵性香氣物質，桂彩薯1號有6種、費烏瑞它14種、25號有6種、46號有18種。其中，正辛醛、壬醛、正癸醛、2-戊基呋喃閾值較低，對5個馬鈴薯品種香氣均有重要貢獻（ROAV≥1），是共有的關鍵性香氣物質。正己醛、庚醛、2-庚烯醛對桂農薯1號、費烏瑞它、46號整體風味影響較大，使其具有獨特的水果香氣。反，反-2，4-庚二烯醛、（E，E）-2，4-壬二烯醛、反式-2-癸烯醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛、2-十一烯醛、蘑菇醇閾值較低，對桂農薯1號和46號整體風味影響較大，使其風味特征與其他3個品種存在差異。苯甲醛、正辛醇是費烏瑞它特有的關鍵性香氣物質，賦予了其杏仁香和油脂香味，對費烏瑞它風味特征的形成有重要貢獻。3-甲硫基丙醛閾值較低，相對含量較高，ROAV值較大，對桂彩薯1號、費烏瑞它、25號、46號香氣有較大貢獻，是這4個品種共有的關鍵性香氣物質。

表3 不同品種（系）馬鈴薯揮發性風味物質的香氣閾值及ROAV值Table 3 Aroma threshold and ROAV value of volatile flavor compounds in different varieties (lines) of potatoes

續表 1

2.3 主成分分析

2.3.1 不同品種（系）馬鈴薯揮發性風味物質主成分分析 為進一步研究揮發性風味物質對馬鈴薯風味的影響，選取22種ROAV≥0.1對馬鈴薯風味有貢獻的物質進行主成分分析，提取出特征值大于1的4個主成分（表4）。第1主成分貢獻率為58.619%，第2主成分貢獻率為20.997%，累計貢獻率達到79.616%，可以解釋原始數據的大部分信息，因此只選擇前兩個主成分進行分析。前兩個主成分得分圖如圖1所示，不同品種馬鈴薯區分效果較好，將得分圖分為4個象限，可以看出25號和桂彩薯1號均分布于第三象限，有較好的聚集性，說明這兩個馬鈴薯品種風味特征相近，其與費烏瑞它、桂農薯1號、46號沒有較好的聚集，表明不同馬鈴薯品種風味特征存在一定的差異。各主成分載荷值代表主成分對該類物質反映程度，可用于風味數據分析[32]。由表5和圖2可以看出，決定第1主成分的主要是2-庚烯醛、正癸醛、2-十一烯醛、反式-2-癸烯醛、（E，E）-2,4-壬二烯醛、2-正戊基呋喃、壬醛、十一醛、反，反-2,4-庚二烯醛、蘑菇醇；決定第2主成分的主要是正辛醇、苯甲醛。

表4 主成分特征值及貢獻率Table 4 Principal component eigenvalues and contribution rate

圖2 不同品種（系）馬鈴薯主成分分析載荷圖Fig.2 Principal component analysis load diagram in different varieties（lines）of potatoes

表5 主成分載荷矩陣和特征向量Table 5 Principal component loading matrix and eigenvector

圖1 不同品種（系）馬鈴薯主成分分析得分圖Fig.1 Principal component analysis score chart in different varieties (lines) of potatoes

2.3.2 揮發性風味物質綜合評價模型的建立 根據2個主成分22類物質各自的特征向量，可以得到各個主成分的得分，分別用F1、F2表示，F表示綜合得分，得到馬鈴薯揮發性風味物質的線性關系式，分別為：

（X1、X2……X22為22種揮發性風味物質標準化之后的數值）

將2個主成分的貢獻率作為加權系數，對主成分得分進行加權平均，建立綜合評價模型：F=0.586F1+0.210F2。綜合得分越高表明香氣品質越好。根據不同主成分綜合得分，不同品種（系）馬鈴薯香氣品質從高到低綜合排名依次為46號、桂農薯1號、費烏瑞它、桂彩薯1號、25號（表6）。

表6 標準化后主成分綜合得分Table 6 Principal component composite score after normalization

3 討論與結論

不同品種（系）馬鈴薯檢出物中，占總檢出物比例較高的物質分別是，桂農薯1號中的正己醛（42.33%）、2-戊基呋喃（10.93%），桂彩薯1號中的丙酸-2-甲基-3-羥基-2,4,4-三甲基戊酯（24.65%）、壬醛（19.1%），費烏瑞它中的苯甲醛（24.55%）、正己醛（19.51%），25號中的壬醛（26.08%）、3-甲硫基丙醛（18.69%），46號中的正己醛（26.21%）、2-正戊基呋喃（18.26%），說明醛類物質對馬鈴薯風味的呈現至關重要，其中，正己醛、壬醛、3-甲硫基丙醛占比較高且閾值相對較低，對馬鈴薯香氣貢獻較大。Morris等[33]研究表明己醛與香味強度呈負相關，但與特征風味呈正相關，對蒸煮馬鈴薯芳香差異有重要作用。壬醛有強烈的脂肪氣息，稀釋時具有橙子及玫瑰香韻[34]。甲硫基丙醛是馬鈴薯的特征風味物質[35]，在適度的稀釋濃度下有馬鈴薯的香氣[36]。2-戊基呋喃在桂農薯1號和46號中占比較高，并且是5個品種（系）的共同檢出物，它的閾值相對較低，ROAV值均大于1，是重要的關鍵性風味物質，可使馬鈴薯呈現豆香、果香味，對馬鈴薯整體風味有貢獻作用。2-戊基呋喃是美拉德反應的產物，龔興旺等[37]研究認為2-戊基呋喃對蒸煮馬鈴薯風味有潛在的影響，是蒸馬鈴薯的主要芳香物質。李凱峰等[38]研究認為，2-甲基呋喃有香草味，與風味強度呈正相關，是品種間主要的差異揮發性化合物。楊妍等[39]研究認為呋喃類化合物可能是由馬鈴薯細胞中還原糖降解產生的，對馬鈴薯香氣形成起到不可忽視的作用。這與本研究結果相似。

本文對ROAV值進行分析表明，46號馬鈴薯的關鍵風味物質（ROAV≥1）種類最多，多達18種，其次是桂農薯1號和費烏瑞它（14種），桂彩薯1號和25號均只有6種。5個不同品種（系）的所有檢出物中，醛類物質相對閾值較低，是蒸馬鈴薯的關鍵性香氣物質，對馬鈴薯總體風味貢獻最大，是馬鈴薯風味成分中最重要的一類化合物，使馬鈴薯呈現脂肪香和果香味。

特色品種桂彩薯1號檢出物中烴類物質種類最多（6種），酯類物質占比最大（40.71%），其次是醛類物質（36.23%），這與其他4個普通品種（系）明顯不同，有研究表明[40]烴類、酯類物質對整體風味雖未起到決定性作用，但有可能會對馬鈴薯的整體香氣起到提升或降低的作用。王榛等[41]認為，酯類物質是最重要的香味物質，由于其閾值較低，能產生強烈的果香味。本文中，除46號馬鈴薯之外，其他4個品種（系）的檢出物中酯類物質占比均較高，所以酯類物質對馬鈴薯整體風味的影響也不可小覷，具體作用機制有待進一步研究。Wang等[42]研究認為，花青素和類胡蘿卜素的分解物可能對蒸煮之后的馬鈴薯風味產生負面影響。這可能也是本研究中富含花青素的桂彩薯1號風味表現一般的重要原因。

本文通過對ROAV≥0.1的22種揮發性風味物質進行主成分分析，找出2個主成分代表了79.616%的樣品信息，可以說明不同馬鈴薯品種（系）之間的差異，2個主成分指向了9種醛類物質，2種醇類物質，1種呋喃類物質，風味品質從高到低綜合排名依次為46號、桂農薯1號、費烏瑞它、桂彩薯1號、25號。

結果表明，醛類物質是蒸馬鈴薯的主體風味物質，5個馬鈴薯品種（系）中46號整體風味最佳。為新品種（系）的市場推廣提供了技術支撐，為選育風味品質較佳的馬鈴薯新品種提供了理論基礎。