基于L*a*b*表色系定量描述40 個(gè)馬鈴薯品種褐變動(dòng)態(tài)發(fā)生規(guī)律和差異性及其與氨基酸組分關(guān)系的研究

孫儷娜，祁巖龍，劉峰娟，徐艷文，于 洋，張憶潔，宋 魚

（1. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場，新疆 烏魯木齊 830000；3. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

馬鈴薯在我國已經(jīng)有400 多年的栽培歷史，是我國繼小麥、水稻和玉米之后的第四大重要的糧食作物[1]。新疆馬鈴薯種植區(qū)主要分布在沿阿勒泰山、昆侖山及天山南北坡等冷涼地區(qū)[2]。2019 年新疆馬鈴薯種植面積3.12×104hm2，總產(chǎn)量約110 萬t。其中，早熟品種種植比例占總面積的24.7%，中晚熟品種種植比例占總面積的72.07%，特色品種種植比例占總面積的3.23%[3]。

2015 年1 月，中國農(nóng)業(yè)部正式啟動(dòng)馬鈴薯主食化戰(zhàn)略，推動(dòng)馬鈴薯由原料產(chǎn)品向產(chǎn)業(yè)化系列品轉(zhuǎn)變[4]。因此，馬鈴薯加工業(yè)發(fā)展意義重大。馬鈴薯在加工過程中去皮、切分等環(huán)節(jié)造成了自身一定的機(jī)械損傷，破壞了酚酶區(qū)域化的平衡分布，并導(dǎo)致汁液外滲、組織代謝旺盛及衰老加速等問題，這促使其出現(xiàn)褐變[5]、失水[6]、微生物超標(biāo)[7]、異味[8]等問題，從而導(dǎo)致品質(zhì)迅速下降，降低了加工價(jià)值[9]。目前，抑制馬鈴薯褐變的方法研究集中在采用化學(xué)抑制技術(shù)和物理抑制技術(shù)方面，其中化學(xué)抑制技術(shù)主要包括天然化學(xué)提取物、單一化學(xué)物質(zhì)和復(fù)合溶液等[10]，物理抑制技術(shù)主要包括熱燙[11]、超聲[12]、超高壓[13]和氣調(diào)[14]等，這些均是采用外源處理方式，而從馬鈴薯品種間自身的褐變發(fā)生動(dòng)態(tài)規(guī)律、抑制能力的差異性及其與氨基酸組分關(guān)系的研究鮮有報(bào)道。因此，結(jié)合新疆主栽的40 個(gè)馬鈴薯品種為研究對象，基于L*a*b*表色系實(shí)時(shí)定量描述色澤變化，揭示各品種間的褐變發(fā)生規(guī)律與抑制能力差異，同時(shí)研究抑制褐變能力與氨基酸組分間的內(nèi)在聯(lián)系，為馬鈴薯主食化加工中適加工性品種篩選和褐變抑制新技術(shù)研發(fā)提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料

以40 個(gè)適宜新疆種植的馬鈴薯品種為試驗(yàn)材料（品種列表見表1），于2016 年9 月下旬采自吉木薩爾縣新地鄉(xiāng)新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場冷涼作物基地，選擇成熟度基本一致、芽眼較淺、無病蟲害、無機(jī)械性損傷果實(shí)，放入網(wǎng)袋中，當(dāng)天運(yùn)回新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場。

40 個(gè)馬鈴薯品種試驗(yàn)材料見表1。

表1 40 個(gè)馬鈴薯品種試驗(yàn)材料

1.2 儀器與設(shè)備

DO9000 型色差儀，美國Hunterler 公司產(chǎn)品；L-8800 型全自動(dòng)氨基酸分析儀，日立集團(tuán)產(chǎn)品；HCB-1600H 型水平流潔凈工作臺(tái)，海爾集團(tuán)產(chǎn)品；KFR-35GW 型壁掛式空調(diào)，珠海格力電器股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理

分別選取1.1 中試驗(yàn)材料用清水洗凈，吸干表面水分，用200 μL/L 的次氯酸鈉溶液浸洗2 min 后，用蒸餾水沖洗干凈，用紗布擦干。

1.3.2 色澤變化監(jiān)測

分別將1.3.1 處理后的樣品沿中位線切開，置于溫度25 ℃，濕度35%的恒溫恒濕環(huán)境中，在橫切面選取3 個(gè)色澤基本一致的點(diǎn)為色澤變化監(jiān)測點(diǎn)，每2 min用色差儀定量描述1 次，終止監(jiān)測時(shí)間為120 min。

1.3.3 氨基酸組分測定

基于1.3.2 的研究結(jié)果，分別選取自身抑制褐變能力差異顯著的典型性品種（均為中晚熟品種、產(chǎn)量差異不顯著），進(jìn)行氨基酸組分測定，重復(fù)3 次。

1.4 測定指標(biāo)及方法

（1） 采用色差分析法[15]測定表面色澤值（L 值、a 值、b 值），色調(diào)角計(jì)算公式為：h°=180°+arctan(b*/a*)。

（2） 采用 GB/T 5009.124—2003 的方法測定氨基酸組分。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用Excel 2003 和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的聚類、相關(guān)性與方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 40 個(gè)馬鈴薯品種褐變動(dòng)態(tài)發(fā)生過程的差異性研究

2.1.1 L 值動(dòng)態(tài)變化過程差異性及品種相似性的聚類分析

40 個(gè)馬鈴薯品種色澤L 值變化過程的差異性聚類分析見表2，40 個(gè)馬鈴薯品種色澤L 值差異性變化的品種相似性聚類分析見表3。

由表2 可知，采用聚類分析法分別對40 個(gè)馬鈴薯品種在恒溫恒濕（25℃，30%RH） 條件下色澤L值的動(dòng)態(tài)變化過程分析發(fā)現(xiàn)，有11 個(gè)品種色澤L 值出現(xiàn)2 次顯著變化的過程，有29 個(gè)品種出現(xiàn)3 次顯著變化過程；并根據(jù)各品種在第一類別時(shí)間變化點(diǎn)的長短再次進(jìn)行品種的相似性聚類分析（見表3），得到抑制色澤L 值變化較佳的品種有7 個(gè)，其次有4個(gè)品種，再次有22 個(gè)品種，較差的有7 個(gè)品種。

表2 40 個(gè)馬鈴薯品種色澤L 值變化過程的差異性聚類分析/min

表3 40 個(gè)馬鈴薯品種色澤L 值差異性變化的品種相似性聚類分析

2.1.2 a 值動(dòng)態(tài)變化過程差異性及品種相似性的聚類分析

40 個(gè)馬鈴薯品種色澤a 值變化過程的差異性聚類分析見表4，40 個(gè)馬鈴薯品種色澤a 值差異性變化的品種相似性聚類分析見表5。

由表4 可知，采用聚類分析法分別對40 個(gè)馬鈴薯品種在恒溫恒濕（溫度25 ℃，濕度30%） 條件下色澤a 值的動(dòng)態(tài)變化過程分析發(fā)現(xiàn)，有14 個(gè)品種色澤L 值出現(xiàn)2 次顯著變化的過程，有26 個(gè)品種出現(xiàn)3 次顯著變化過程；并根據(jù)各品種在第一類別時(shí)間變化點(diǎn)的長短再次進(jìn)行品種的相似性聚類分析（見表5），得到抑制色澤a 值變化較佳的品種有2 個(gè)，其次有5 個(gè)品種，再次有13 個(gè)品種，較差的有20 個(gè)品種。

表4 40 個(gè)馬鈴薯品種色澤a 值變化過程的差異性聚類分析/min

表5 40 個(gè)馬鈴薯品種色澤a 值差異性變化的品種相似性聚類分析

2.1.3 b 值動(dòng)態(tài)變化過程差異性及品種相似性的聚類分析

40 個(gè)馬鈴薯品種色澤b 值變化過程的差異性聚類分析見表6，40 個(gè)馬鈴薯品種色澤b 值差異性變化的品種相似性聚類分析見表7。

由表6 可知，采用聚類分析法分別對40 個(gè)馬鈴薯品種在恒溫恒濕（溫度25 ℃，濕度30%） 條件下色澤b 值的動(dòng)態(tài)變化過程分析發(fā)現(xiàn)，有26 個(gè)品種色澤L 值出現(xiàn)2 次顯著變化的過程，有14 個(gè)品種出現(xiàn)3 次顯著變化過程；并根據(jù)各品種在第一類別時(shí)間變化點(diǎn)的長短再次進(jìn)行品種的相似性聚類分析（見表7），得到抑制色澤b 值變化較佳的品種有2 個(gè)，其次有7 個(gè)品種，再次有12 個(gè)品種，較差的有19 個(gè)品種。

表6 40 個(gè)馬鈴薯品種色澤b 值變化過程的差異性聚類分析/min

表7 40 個(gè)馬鈴薯品種色澤b 值差異性變化的品種相似性聚類分析

2.1.4 色調(diào)角h°動(dòng)態(tài)變化過程差異性及品種相似性的聚類分析

40 個(gè)馬鈴薯品種色調(diào)角h°變化過程的差異性聚類分析見表8，40 個(gè)馬鈴薯品種色調(diào)角h°差異性變化的品種相似性聚類分析見表9。

表9 40 個(gè)馬鈴薯品種色調(diào)角h°差異性變化的品種相似性聚類分析

由表8 可知，采用聚類分析法分別對40 個(gè)馬鈴薯品種在恒溫恒濕（25 ℃，30%RH） 條件下色調(diào)角的動(dòng)態(tài)變化過程分析發(fā)現(xiàn)，有4 個(gè)品種色澤L 值出現(xiàn)2 次顯著變化的過程，有36 個(gè)品種出現(xiàn)3 次顯著變化過程；并根據(jù)各品種在第一類別時(shí)間變化點(diǎn)的長短再次進(jìn)行品種的相似性聚類分析，得到抑制色調(diào)角變化較佳的品種有4 個(gè)，其次有11 個(gè)品種，再次有10 個(gè)品種，較差的有15 個(gè)品種。

表8 40 個(gè)馬鈴薯品種色調(diào)角h°變化過程的差異性聚類分析/min

2.2 抑制褐變能力與其氨基酸組分關(guān)系分析

依據(jù)2.1 的研究結(jié)果，并基于1.3.3 方法要求，選取自身抑制褐變能力強(qiáng)的典型性品種為：L0524-2、L7、L8，選取自身抑制褐變能力弱的典型性品種為T9、隴9、T5。

氨基酸組分含量見表10。

表10 氨基酸組分含量

通過對抑制褐變能力強(qiáng)的品種組與抑制褐變能力弱的品種組間的氨基酸組分含量進(jìn)行單因素方差分析（見表11），抑制褐變能力強(qiáng)的品種中氨基酸總和、天冬氨酸、絲氨酸、胱氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和精氨酸較抑制褐變能力弱的品種含量高，且呈現(xiàn)極顯著差異（p＜0.05）；抑制褐變能力強(qiáng)的品種中纈氨酸較抑制褐變能力弱的品種含量低，且呈現(xiàn)顯著差異（0.05＜p＜0.1），其余氨基酸組分含量差異不顯著。

氨基酸組分含量差異分析見表11。

由表11 中氨基酸組分間差異性分析結(jié)果，對呈現(xiàn)極顯著與顯著差異的氨基酸組分與自身抑制褐變能力強(qiáng)弱關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析（見表12），纈氨酸含量高低與抑制褐變能力強(qiáng)弱呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)為-0.789），其余均呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性呈極顯著（p＜0.01） 的為天冬氨酸和氨基酸總和（相關(guān)系數(shù)為 0.942，0.941），呈顯著 （0.01＜p＜0.05） 為絲氨酸、胱氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和精氨酸（相關(guān)系數(shù)為0.913，0.906，0.912，0.919，0.870），纈氨酸呈不顯著 （p＞0.05）。

表11 氨基酸組分含量差異分析

氨基酸組分與褐變抑制能力強(qiáng)弱相關(guān)性分析見表12。

表12 氨基酸組分與褐變抑制能力強(qiáng)弱相關(guān)性分析

3 結(jié)論

（1） 通過對 40 個(gè)品種色澤 （L 值、a 值、b 值、h°） 實(shí)時(shí)監(jiān)控并進(jìn)行聚類分析。結(jié)果表明，抑制表色系中L 值變化較優(yōu)的品種為D30、克19、T4、晉18、中13、S4-32 和C11，其中早熟品種2 個(gè)、中晚熟品種5 個(gè)；抑制表色系中a 值變化較優(yōu)的品種為78、隴9，其中特色品種1 個(gè)、中晚熟品種1 個(gè)；抑制表色系中b 值變化較優(yōu)的品種為S4-32、79（2），其中中晚熟品種1 個(gè)、特色品種1 個(gè)；抑制表色系中色調(diào)角h°值變化較優(yōu)的品種為L0524-2、S4-32、L7 和79（2），其中中晚熟品種3 個(gè)、特色品種1個(gè)。最終優(yōu)選表色系中色調(diào)角h°值作為馬鈴薯品種自身抑制褐變能力的評價(jià)指標(biāo)，得出4 個(gè)適宜于新疆種植且自身抑制褐變能力較強(qiáng)的馬鈴薯品種，為適加工馬鈴薯品種篩選提供參考。

（2） 通過對選取的自身褐變抑制能力強(qiáng)弱的代表性品種進(jìn)行與其氨基酸組分含量差異的關(guān)系分析。結(jié)果表明，氨基酸總和、天冬氨酸、絲氨酸、胱氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和精氨酸在2 組樣品間含量呈極顯著差異，纈氨酸呈顯著差異，通過相關(guān)性分析結(jié)果表明，天冬氨酸含量和氨基酸總和與褐變抑制能力強(qiáng)弱呈極顯著正相關(guān)，絲氨酸、胱氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和精氨酸含量與其呈顯著正相關(guān)，纈氨酸與其呈負(fù)相關(guān)，但不顯著。該研究成果可為開發(fā)一種天冬氨酸抑制馬鈴薯褐變的保鮮新技術(shù)提供理論依據(jù)。