宁夏地区不同品种马铃薯的营养组成分析

陈晶华，陈瑾，范艳丽，张惠玲

（宁夏大学宁夏食品微生物应用技术与安全控制重点实验室，宁夏银川750021）

马铃薯（Solanum tuberosum）种植起源于南美洲，现已传播到全世界160多个国家，作为世界上最重要的供人类食用的粮食作物之一，重要性仅次于水稻、小麦和玉米[1]。中国马铃薯种植面积及产量位于全球之首，目前年产量9500万吨左右[2]。宁夏全区马铃薯年种植面积稳定在260万亩，总产量346.32万吨[3]。

马铃薯品种的不同决定了其结构的差异，比如分子大小、排列分布等，从而决定淀粉性质的不同[4]。白磊等[5]分析了130个马铃薯品种的营养品质，发现不同品种马铃薯淀粉含量差异显著，这与它的生长环境，成熟周期等因素密切相关。马铃薯中蛋白质含量是块茎类作物中最高的，其中氨基酸组成比例较为平衡且过敏原较少，具有较高的营养价值[6]。蛋白质的功效比值（protein efficiency ratio，PER），是指受试动物体重增重与摄取的蛋白质质量之比，研究表明马铃薯蛋白质的PER最高可达到2.3[7-9]。赵凤敏等[10]对不同马铃薯品种的蛋白质营养品质研究发现马铃薯中的平均必需氨基酸质量高于世界卫生组织/联合国粮农组织（World Health Organization/Food and Agricultural Organization of the Unitednations，WHO/FAO）推荐的必需氨基酸组成，与标准鸡蛋蛋白非常接近。目前食品工业中将马铃薯蛋白进行分离纯化，作为促进食品口感以及蓬松的添加剂或者直接制成蛋白补充制剂，被广泛应用[11]。

营养不良是影响人类健康的主要因素，矿物质缺乏会造成严重的营养不良[12]。马铃薯块茎中含有大量的人体必需碱性矿物质元素，如钾、钠、镁、钙等，因此马铃薯是蔬菜中少有的碱性品种[13]。钙和磷作为骨骼中的重要成分一旦缺失会造成骨质疏松等症状，铁关系到血红蛋白的功能有效性[14]。钾元素是马铃薯中含量最高的元素，多食用马铃薯可以补充大量人体所需，对于帮助人体血液酸碱平衡的保持十分有益[15-16]。细胞壁是马铃薯中膳食纤维的主要来源，虽然相比芹菜等蔬菜其含量较低，但是仍为重要来源之一[17-18]。关于马铃薯的研究多集中在其育种、病害防治和种植[19-20]。本研究分析了宁夏地区8个品种马铃薯的干物质、淀粉、碳水化合物、蛋白质、纤维素、可溶性固形物、矿物质、活性物质含量及其氨基酸组成，为宁夏地区马铃薯深加工利用提供研究支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 样品采集

2018年3月20 日，在宁夏固原市原州区六盘山薯业种植基地采集试验样品（青薯9号、青薯168号、庄薯3号、夏波蒂、大西洋、费乌瑞它、黑美人、克新一号，为宁夏地区所有常年种植的马铃薯品种）。所有马铃薯采回后均置于4℃冷柜中低温避光贮藏，试验前将马铃薯放于常温（25℃）下避光通风干燥1 d。

1.1.2 试剂与仪器

无水乙醇、盐酸、石油醚、甲基红、苯酚、氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸、草酸、硝酸、高氯酸、乙醚、葡萄糖等均为分析纯：天津市大茂化学试剂厂。

SE-150型高速万能粉碎机：北京科一电器有限公司；101-2型电热恒温干燥箱：上海威仪科技有限公司；K9860型自动凯氏定氮仪：上海通微分析技术有限公司；RHB-90ATC型折光仪：福州众拓光电有限公司；L-8900型氨基酸分析仪：株式会社日立制作所；AA-3800G型原子吸收光谱仪、PF6-2型荧光分光光度计：北京普析通用仪器有限公司。

1.2 不同品种马铃薯营养成分的测定

干物质含量测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》，采用直接干燥法；淀粉测定参照GB5009.9—2016《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》，采用酸水解法；还原糖测定参照GB 5009.7—2016《食品安全国家标准食品中还原糖的测定》，采用直接滴定法；总糖的测定采用蒽酮比色法；蛋白质测定参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》，采用凯氏定氮仪法；纤维素含量测定参照GB 5009.10—2003《植物类食品中粗纤维的测定》；总可溶性固形物测定使用折光仪法测定；维生素C测定参照GB 5009.86—2016《食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定》；类胡萝卜素测定参考郝智勇[21]等的方法并做适当修改。

1.3 不同品种马铃薯氨基酸的测定

氨基酸的测定参照国标GB 5009.124—2016《食品安全国家标准食品中氨基酸的测定》，采用全自动氨基酸分析仪法（茚三酮柱后衍生离子交换色谱仪），测定17种氨基酸含量。

1.4 不同品种马铃薯矿物质含量的测定

钾、钠的测定参照GB 5009.91—2017《食品安全国家标准食品中钾、钠的测定》；钙的测定参照GB5009.92—2016《食品安全国家标准食品中钙的测定》，采用火焰原子吸收光谱法；镁的测定参照GB 5009.241—2017《食品安全国家标准食品中镁的测定》，采用火焰原子吸收光谱法；铁、铜、锌测定按照AOAC 999.10《食品中铅、镉、锌、铜及铁的分析方法》，采用原子吸收分光光度法；硒的测定参照GB 5009.93—2017《食品安全国家标准食品中硒的测定》，采用原子荧光分光光度法。

1.5 灰色关联度分析

将8个不同品种马铃薯的11个指标作为一个灰色系统，每个马铃薯品种作为灰色系统的单一因素，应用灰色关联度分析法对不同马铃薯品种的营养品质进行综合分析[22-23]。

1.6 数据处理

采用Excel 2013绘制曲线图。运用SPSS 19.0软件对试验数据进行单因素方差分析，采用Duncan′s多重比较检验显著性水平（p<0.05），数据结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同品种马铃薯基础营养成分的测定

根据国标等方法检测了8种不同品种马铃薯的基础营养成分，结果见表1。

马铃薯中营养物质的含量与多种因素相关，淀粉、碳水化合物、蛋白质和干物质含量是影响马铃薯产品特性最重要的指标[24]。由表1可知，从差异显著性来看，不同品种马铃薯还原糖、维生素C含量均差异显著（p＜0.05）。其中大西洋品种干物质含量最高为（27.44±1.33）%，其次为夏波蒂（26.94±2.01）%，黑美人最低为（17.30±1.05）%；淀粉含量大西洋最高为（16.70±0.76）%，含量最低的品种是费乌瑞它仅为（12.70±1.02）%；黑美人中总糖含量、蛋白质含量及纤维素含量均为最高；还原糖含量最高的品种是克新一号，含量最低的是大西洋；青薯9号可溶性固形物含量最高。不同品种间维生素C含量变化范围为11.48 mg/100 g～23.26 mg/100 g（以鲜重计），夏波蒂含量最高为23.26 mg/100 g，费乌瑞它中含量最低为11.48 mg/100 g。彩色马铃薯含有较高含量的维生素C，这与白磊等[5]的研究结果一致。不同品种马铃薯中类胡萝卜素含量变化范围为16.87 μg/100 g～83.21 μg/100 g（以鲜重计），其中费乌瑞它含量最高为83.21 μg/100 g，其次为青薯 9号，含量为 69.73 μg/100 g，青薯168号中含量最低为16.87 μg/100 g。Williams等[25]研究表明β-胡萝卜素含量的增高有助于防治维生素A缺乏，选择食用类胡萝卜素含量较高的马铃薯可成为补充维生素A的一种方法。

表1 不同品种马铃薯基础营养成分含量Table 1 Contents of basic nutrients in different varieties of potato

2.2 不同品种马铃薯氨基酸的测定

采用高效凝胶渗透色谱法（high performance gel permeation chromatography，HPGPC）测定氨基酸含量，不同品种马铃薯氨基酸含量如表2所示。

由表2可知，就整体而言，所有品种中天门冬氨酸（Asp）含量最高；除天门冬氨酸（Asp）、酪氨酸（Tyr）、谷氨酸（Glu）在庄薯3号中含量最高外，其余14种氨基酸均在黑美人中含量最高；赖氨酸（Lys）、异亮氨酸（Ole）、天门冬氨酸（Asp）、精氨酸（Arg）、组氨酸（His）、脯氨酸（Pro）含量最低的品种为大西洋，缬氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）、苏氨酸（Thr）、丙氨酸（Ala）、胱氨酸（Cys）、蛋氨酸（Met）含量最低的品种为费乌瑞它，苯丙氨酸（Phe）含量最低的品种为夏波蒂，谷氨酸（Glu）、酪氨酸（Tyr）含量最低品种为青薯9号，丝氨酸（Ser）含量最低品种为庄薯3号。

表2 不同品种马铃薯的氨基酸含量Table 2 Amino acid content in different varieties of potato g/100 g

8种马铃薯中均检测出17种氨基酸，其中包括6种必需氨基酸（Lys、Val、Ole、Leu、Phe、Thr）和 11 种非必需氨基酸（Glu、Ala、Gly、Asp、Cys、Pro、Ser、Tyr、Arg、His、Met）。黑美人无论总氨基酸含量还是必需氨基酸含量均为最高。Peksa等[26]发现不同品种马铃薯氨基酸组成差异很大，并认为总蛋白中氨基酸含量受品种差异影响很大，也受生长环境、土壤肥力的影响。Eppendorfer等[27]研究表明，含氮量与干物质中胱氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和赖氨酸的浓度紧密相关，这主要是因为氮和硫是上述氨基酸中不可或缺的组成部分。可基于此研究开发不同的功能性马铃薯产品。

2.3 不同品种马铃薯矿物质含量的测定

不同品种马铃薯中钠、镁、钾、铁、钙、锌、磷、硒8种矿物质元素含量检测结果见表3。

表3 不同品种马铃薯矿物质含量Table 3 Mineral content of different varieties of potato

如表3所示，钠的变化范围23.30 mg/kg～88.36 mg/kg，夏波蒂中钠元素含量最高88.36mg/kg，最低为庄薯3号23.30mg/kg；镁的变化范围117.19mg/kg～238.56 mg/kg，最高为费乌瑞它238.56 mg/kg，黑美人中含量最低117.19 mg/kg；钾含量是所有元素中比例最高的元素，含量范围为2 588.43 mg/kg～4328.70mg/kg，庄薯3号含量最高为4328.70mg/kg，最低为黑美人2 588.43 mg/kg；铁含量范围为32.04 mg/kg～142.14 mg/kg，大西洋中最高为142.14 mg/kg，庄薯3号最低32.04 mg/kg；钙含量变化范围18.60 mg/kg～56.93 mg/kg，含量最高的品种为大西洋56.93 mg/kg，费乌瑞它中最低18.60 mg/kg；锌含量范围14.75 mg/kg～76.66 mg/kg，黑美人中最高76.66 mg/kg，费乌瑞它中最低14.75mg/kg；磷含量范围182.58 mg/kg～623.05 mg/kg，其中青薯9号最高为623.05 mg/kg，最低为费乌瑞它 182.58 mg/kg；硒含量整体微量，青薯9号中含量最高为4.25 μg/kg。整体而言，大西洋中矿物质含量最高，其次为庄薯3号，黑美人中含量最低。Luis等[28]在研究西班牙地区的 3个马铃薯品种的矿物组成（Na、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Cr、Ni和 Zn）时，发现了与本文相似的结果。此外，Dong等[29]研究证明了品种的不同对微量元素的含量影响显著，与本文的研究结果一致。

2.4 不同品种马铃薯营养品质灰色关联度分析

不同马铃薯品种营养品质的关联度与排序见表4，加权关联度与等权关联度的相关性见图1。

表4 不同马铃薯品种营养品质的关联度与排序Table 4 Correlation and ordering of nutrition quality of different potato varieties

图1 加权关联度与等权关联度的相关性Fig.1 The correlation between weighted and equal weight correlation degree

由表4和图1可见，8种马铃薯品种营养品质的等权关联度排序和加权关联度排序基本一致，最佳综合营养品质居前三位的分别为黑美人、夏波蒂和大西洋。对等权关联度和加权关联度分别进行相关分析，其等权关联度和加权关联度的决定系数R2=0.990 4，p<0.01，达到极显著水平，表明结果真实可信。

3 结论

不同品种马铃薯间营养物质有明显的差异。本试验研究结果表明：黑美人中总糖、蛋白质、纤维素、氨基酸、锌元素含量最高；克新一号中还原糖含量最高；大西洋中干物质含量、淀粉含量、铁及钙含量最高；夏波蒂中钠元素含量最高；庄薯3号中钾元素含量最高；青薯9号可溶性固形物及磷、硒元素含量最高；费乌瑞它中类胡萝卜素及镁元素含量最高。通过灰色关联度综合分析得出最佳综合营养品质居前三位的分别为黑美人、夏波蒂和大西洋，可作为宁夏地区马铃薯药用或功能性食品开发的专用马铃薯品种资源。