廣西冬作馬鈴薯品種全粉基本特性比較

張雅媛，衛萍，孫健，游向榮*，李明娟，李志春，黃承祖，鄭虛

1(廣西農業科學院 農產品加工研究所，廣西 南寧，530007) 2(廣西農業科學院 經濟作物研究所，廣西 南寧，530007)

廣西冬作馬鈴薯品種全粉基本特性比較

張雅媛1，衛萍1，孫健1，游向榮1*，李明娟1，李志春1，黃承祖1，鄭虛2

1(廣西農業科學院 農產品加工研究所，廣西 南寧，530007) 2(廣西農業科學院 經濟作物研究所，廣西 南寧，530007)

采集了廣西地區5個冬作馬鈴薯品種，測定其理化指標和全粉加工特性，采用主成分分析(principal component analysis, PCA)和相關性分析研究不同品種馬鈴薯品質指標的差異和內在聯系。結果表明：5個品種中，川芋117和桂農薯1號干物質和淀粉含量高，全粉具有高L*和低b*，適宜于淀粉和全粉的加工利用。川芋117峰值黏度和終值黏度高，吸水性強，桂農薯1號吸油性強，凍融穩定性較好。主成分分析提取了特征根大于1的主成分4個，其中，主成分1和主成分2累計貢獻率為82.792%，可有效地反映出馬鈴薯理化和品質指標特性的總變異，篩選出的代表性評價指標有總淀粉、粗蛋白、直鏈淀粉、起糊溫度、峰值黏度和崩解值。此外，通過主成分載荷圖和相關性分析數據揭示了部分評價指標的相關性和相關方向。研究可為馬鈴薯加工品種的篩選提供理論依據。

馬鈴薯；品種；特性；主成分分析；相關性

馬鈴薯是世界上僅次于小麥、水稻、玉米的第四大糧食作物，具有產量高、適應性廣、生育期短等優勢，馬鈴薯的營養豐富且均衡，其維生素和礦物質等營養成分在糧食作物中最為全面[1]。引導我國馬鈴薯主食化消費，不僅能減輕糧食生產壓力，還可改善居民膳食結構，推動產業升值，具有廣闊的市場前景。廣西具有得天獨厚的氣候、節令、區位優勢，每年冬閑田在66.67萬hm2以上[2]。近幾年，廣西從區外引進了多個馬鈴薯品種進行引種試種，并篩選、培育了一批適宜在廣西地區秋冬季種植的品種，馬鈴薯冬閑田的種植區域和產量逐年增長，已成為我國冬作馬鈴薯的主產區，發展廣西冬種馬鈴薯對保障我國糧食安全和促進農民增收具有十分重要的意義。

馬鈴薯全粉幾乎保留了薯皮以外的所有干物質，全粉含水量低，營養成分更加富集，易于運輸、貯存，可作為原輔料加工應用[3-4]。全粉的品質特性與其應用范圍和加工制品品質密切相關，有必要對其全粉理化性質和加工特性進行系統考察，明確各品種全粉的特性。廣西馬鈴薯加工業起步較晚，對原料加工適宜性研究報道較少，因此，本文選擇了5個綜合性狀表現良好的冬種馬鈴薯品種，對比分析了5個參試品種馬鈴薯的基本理化指標和加工特性的差異，并進一步開展了主成分分析和相關性分析，旨在對馬鈴薯全粉進行客觀的評價。

1材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯：“川芋117”、“費烏瑞它”，“桂農薯1號”、“7號”、“25號”共計5個品種，由廣西農業科學院經濟作物研究所提供；NaOH、乙醚、無水乙醇、HCl、CuSO4、H2SO4、H3BO3、I、KI等試劑均為分析純；總淀粉檢測試劑盒，愛爾蘭Megazyme公司；金龍魚玉米油，市購。

1.2 儀器與設備

熱泵干燥設備，自主研發；HP200色差儀，上海漢譜光電科學有限公司；WFJ2000型分光光度計，尤尼柯(上海)儀器有限公司；冷凍離心機，美國Sigma儀器設備公司；TecMaster型快速黏度分析儀，瑞典波通公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 馬鈴薯全粉的制備

新鮮馬鈴薯→洗凈→去皮→切片→熱泵干燥→粉碎過篩(100目)→馬鈴薯全粉

1.3.2 品質指標測定

干物質含量，常壓干燥法[5]；灰分測定，參照GB 5009.4—2010；粗蛋白含量測定，參照 GB 5009.5—2010；脂肪含量測定，采用GB/T 5009.6—2003；粗纖維測定，參照GB/T5009.10—2003；總淀粉含量測定，按Megazyme淀粉試劑盒所提供的方法；直鏈淀粉含量測定，雙波長法[6]。

1.3.3 色澤的測定

利用HP2000色差儀測定馬鈴薯全粉L*、a*、b*值，每個樣品平行6次，取平均值。其中L*代表樣品亮度值，a*代表紅綠色度，b*代表樣品黃藍色度。

1.3.4 加工特性分析

(1)吸水性：測定參照何繼文[7]的方法。準確定稱樣品2.0 g，加入離心管中，稱重m1，加入30 mL蒸餾水，在振蕩器上混合均勻。將離心管在30 ℃下水浴30 min，每隔10 min混合1次，然后在4 000 r/min轉速下離心10 min，棄去上清液，將離心管倒置2 min后稱重m2，計算如公式()1：

(1)

式(1)中：m1，加水前離心管和樣品總質量，g；m2，離心去上清液后離心管和樣品總質量，g；m，樣品質量，g。

(2)吸油性：測定方法參考SINGH[8]。準確定稱樣品2.0 g，加入離心管中，稱重m1，加入40 mL玉米油，在振蕩器上混合均勻。將離心管在30 ℃下水浴30 min，每隔10 min混合一次，然后在4 000 r/min轉速下離心10 min，倒出上清液，將離心管倒置2 min后稱重m2，計算如公式(2)：

(2)

式中：m1，加油前離心管和樣品總質量，g；m2，離心去上清液后離心管和樣品總質量，g；m，樣品質量，g。

(3)RVA糊化特性：稱取一定質量的馬鈴薯全粉于RVA專用鋁盒中，加入去離子水，配制成質量分數為6%的懸浮液，使用RVA軟件標準程序Standard1測定。

(4)凍融穩定性：準確稱取樣品2.0 g，加入去離子水配制成質量分數為6%的懸浮液，于沸水浴加熱并充分攪拌20 min，冷卻至室溫，稱重m1。在-20 ℃的條件下冷凍24 h，40 ℃水浴解凍，在3 000 r/min條件下離心15 min，棄去上清液，并稱重m2，以每克樣品的析水率來表示凍融穩定性。計算如公式(3)：

(3)

式中：m1，離心前離心管加樣品質量，g；m2，離心后離心管加樣品質量，g；m，樣品質量，g。

1.4 數據分析

采用SPSS 19.0對數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 基本成分比較

由表1可見，5個品種馬鈴薯原料的理化指標存在顯著差異，表明實驗所選的馬鈴薯品種具有一定的代表性。干物質含量為15.79%～22.72%，總淀粉含量為9.63%～14.52%，最高為川芋117和桂農薯1號，兩者間無顯著差異，最低為25號，參測樣品的直鏈淀粉含量均較高，平均為3.80%。原料的干物質和淀粉含量高，則全粉加工得率高，全粉加工用馬鈴薯原料的干物質含量一般要求在19.9%以上為宜[9]。由于廣西培育的冬種馬鈴薯為早熟品種，生育期和光照時間較北方短，不利于干物質和淀粉的積累，因此，干物質和淀粉含量較文獻報道[10-11]中北方馬鈴薯品種略低。

5個品種馬鈴薯中，川芋117的粗蛋白含量最高，其次為桂農薯1號。不同組分相比，粗蛋白含量的變異系數最大，脂肪和灰分的含量相對較低，變異系數較小，品種間的差異小。綜上所述，川芋117和桂農薯1號理化指標的綜合表現較好，更適合用于全粉及淀粉加工。

表1 不同品種馬鈴薯理化指標

注：不同小寫字母代表品種間的差異顯著(P<0.05)，表2、表3同。

2.2 馬鈴薯全粉色澤

5個品種的馬鈴薯全粉具有較高的L*和較低的a*，川芋117和桂農薯的1號L*最高，b*低于其他3個品種，表明這2個品種的全粉色澤更加鮮亮，白度相對較高，更適用于加工全粉。全粉的色澤直接影響其制品的感官品質，一般來說，制品的色澤白亮，則更容易被消費者喜愛。

表2 不同品種馬鈴薯全粉色度值

2.3 吸水性與吸油性

5個品種馬鈴薯的吸水性和吸油性結果見圖1。馬鈴薯全粉的吸水指數范圍為1.217～1.343，最高為川芋117，最低為桂農薯1號。全粉優良的吸水性可增強其在高黏度產品中應用性能，可提高產品的保水性，防止水分的過度損失[12]。全粉的吸油性在其工業化應用過程中同樣發揮著非常重要的作用，全粉的吸油性高可幫助減少脂肪滲出，脂肪是保持產品風味的主要成分，全粉吸油性好可增強產品風味，改善口感，延長保質期，特別是在焙烤食品和肉質品中[13]。5個品種中，桂農薯1號吸油指數最高，川芋117最低。

圖1 不同品種馬鈴薯全粉的吸水性和吸油性Fig.1 Water absorption capacity and oil absorption capacity of potato flours from different varieties

2.4 糊化特性

馬鈴薯全粉的糊化參數值見表3。5個品種馬鈴薯全粉的峰值黏度和終值黏度存在顯著差異，從大到小依次為川芋117>費烏瑞它>桂農薯1號>25號>7號。相關研究表明，全粉的峰值黏度是與發酵面制品的體積、質地和口感相關性最高的糊化參數，考察全粉的峰值黏度可為科學的預測饅頭、面包及糕點制品專用粉的品質提供技術依據[14]。全粉的終值黏度的大小對其在高黏度產品，如調味醬、湯類中的應用具有重要的影響。

全粉崩解值可反映出全粉糊的一個耐剪切性能，崩解值越大，則全粉的耐剪切性越差，反之，則耐剪切性好。5個品種中崩解值最大的為費烏瑞它，最小為桂農薯1號?；厣悼煽疾烊墼诩訜岷罄鋮s過程中黏度的恢復，可反映出淀粉的短期回生趨勢。馬鈴薯全粉回升值的范圍為83～105 mPa·s，從小到大依次為7號<25號<桂農薯1<費烏瑞它<川芋117，淀粉回生程度較低，較低的回生趨勢有利于高黏度產品穩定黏度和減少沉降。

表3 不同品種馬鈴薯全粉糊化參數值

2.5 凍融穩定性

全粉凍融穩定性主要取決于淀粉內部結構及淀粉與其他組分間的相互作用，以凍融析水率來表示。5個品種馬鈴薯全粉的凍融析水率從大到小依次為費烏瑞它>川芋117>7號>桂農薯1號>25號(圖2)。凍融析水率可反映出全粉在冷加工和低溫制品中的穩定性[15]，凍融析水率低，樣品低溫穩定性能好。具有較好凍融穩定性的全粉，更適宜在低溫和冷凍食品中應用，反之，應用在低溫條件下則需要進一步改善其性能。

圖2 不同品種馬鈴薯全粉凍融穩定性Fig.2 Frezze-thawing stability of different varieties potato flours

2.6 馬鈴薯品質指標的主成分分析和相關性分析

對5個品種馬鈴薯的15個理化和品質指標展開主成分分析(principal component analysis, PCA)，由表4結果可見，提取的特征根大于1的主成分有4個，累計貢獻率達100%。第一主成分F1的貢獻率為50.393%，第二主成分F2的貢獻率為32.399%，前2個主成分已包涵原信息達82.792%，可有效地反映出馬鈴薯理化和品質指標特性的總變異。對旋轉成分矩陣進行分析，依據矩陣載荷數據(表5)建立主成分F1和F2的二維載荷圖， 可更加直觀的解釋變量的重要性和相關性。指標的重要性可由載荷的大小和百分比來表征，變量距離原點越遠，向量百分比越大，該變量的代表性就強。第一主成分中，總淀粉(ST)、粗蛋白(Pro)、直鏈淀粉(amylose)、L*、b*的距離原點距離較遠，載荷向量百分比較高，可作為F1的代表性評價指標，其中，b*在第一主成分中呈負

向分布。第二主成分F2中，結合原點距離和載荷百分比來看，起糊溫度(PT)、峰值黏度(PV)、崩解值(BV)可作為F2的代表性評價指標，PT在F2中呈負向分布。第三主成分的貢獻率為9.745%，主要綜合了吸水性(WAC)、凍融穩定性(FS)、終值黏度(FV)和回升值(SB)的信息，第四主成分的貢獻率為7.463%，主要綜合了脂肪(fat)、灰分(Ash)和吸油性(OAC)的信息，其中，fat在F4中呈負向分布。

表4 馬鈴薯品質特性的主成分分析

注：F1-F4分別代表第一至第四主成分，下同。

表5 PCA旋轉后的成分載荷矩陣

注：旋轉在7次迭代后已收斂；TS代表總淀粉；Pro代表粗蛋白；fat代表脂肪；Ash代表灰分；amylose代表直鏈淀粉；WAC代表吸水性；OAC代表吸油性；PT代表起糊溫度；PV代表峰值黏度；FV代表終值黏度；BV代表崩解值；SB代表回升值；FS代表凍融穩定性。表6同。

結合主成分分析和相關性分析，可進一步明確評價指標的相關程度和相關方向[16]。在二維載荷圖中，指標的相關性可由載荷向量的距離和方向來表征，結果見表6和圖4。在理化指標中，相關性分析表明，amylose與ST和Pro呈顯著正相關(r=0.920，r=0.951，P<0.05)。載荷圖中顯示3個指標具有相同的方向和較近的空間距離。馬鈴薯全粉的色澤指標b*與L*、ST、Pro呈反向分布，向量夾角相比較大，相關性分析顯示呈顯著負相關(r=-0.910，r=-0.880、r=-0.898，P<0.05)，這與ABOUBAKAR[17]等在考察芋頭全粉性質時的研究結論一致，表明馬鈴薯全粉的亮度越大，其黃色度越小。

在RVA的糊化參數中，PV與SB、FV空間相聚較近，向量夾角小，表現出了高度的正相關性(r=0.982，r=0.976，P<0.01)，即具有較高峰值黏度的馬鈴薯品種其回升值和終值黏度亦較高。從載荷圖上來看，全粉的糊化黏度參數與ST具有一定的正向相關性，在篩選高黏度全粉加工品種時，可參考馬鈴薯的淀粉含量。相關性分析表明PT與BV呈顯著負相關(r=-0.882，P<0.05)，這主要是由于具有較高起糊溫度的全粉，其分子間和分子內的作用力較強，淀粉顆粒不易吸水溶脹，而溶脹度較低的淀粉顆粒其破損程度減少，崩解值較低。在加工特性中，FS與WAC呈較強的正相關(r=0.992，P<0.01)，這意味著在這5個馬鈴薯加工品種的選擇中，吸水性能好的品種其凍融穩定性較差，不適于應用于低溫條件或應進一步改善性能。

圖3 第一主成分與第二主成分載荷圖Fig.3 loading plot of PC1 and PC2

TSProfatAshamyloseL?b?WACOACFSPTPVBVFVPro0852fat-0003-0268Ash07430650-0590amylose0920?0951?-03420838L?07750757016703380658b?-0880?-0898?-0164-0414-0814-0910?WAC023001870552-01920149-0018-0332OAC02110093-073907760325-00940189-0645FS029401980531-00970199-0021-03360992??-0552PT-04360026-0658-0117-0129-01060239-05820131-0660PV055903060771-004102940438-06180794-05390814-0820BV0075-03560898?-0336-0289-0001-00240510-04160544-0882?0751FV066304920643006904580530-07460806-05140820-07190976??0591SB065804290640011504400444-06750817-04380848-08070982??06530988??

注： *在 0.05 水平(雙側)上顯著相關；**在 0.01 水平(雙側)上顯著相關。

3 結論

(1)在同等種植條件下，5個冬作馬鈴薯品種的理化指標和加工特性存在不同程度的差異?？偟矸酆繛?.63%～14.52%，略低于北方品種，其中，川芋117和桂農薯1號具有較高的干物質和淀粉含量，全粉色澤L*高，b*低，更適合于全粉和淀粉加工。對不同品種馬鈴薯全粉的加工特性研究表明，川芋117峰值黏度和終值黏度較高，吸水性強，更適合應用于高黏度產品中，以增強產品黏稠度、提高保水性。桂農薯1號具有較高吸油性和凍融穩定性，適合應用于焙烤產品和肉制品中，以改善產品口感，增強風味。

(2)對15個理化和品質指標展開主成分分析，提取了4個特征根大于1的主成分，前2個主成分可反映原變量82.792%的信息?？偟矸?、粗蛋白、直鏈淀粉、L*、b*可作為第一主成分代表性評價指標，其中，b*呈負向分布。起糊溫度、峰值黏度、崩解值可作為第二主成分的代表性評價指標，其中，起糊溫度呈負向分布。結合主成分載荷圖和皮爾遜相關性分析，進一步明確了評價指標的相關程度和相關方向。在理化指標中，馬鈴薯的直鏈淀粉含量與總淀粉含量和粗蛋白含量呈顯著正相關。馬鈴薯全粉的色澤指標b*與L*、總淀粉含量、粗蛋白含量呈顯著負相關。在RVA的糊化參數中，峰值黏度與回升值、終值黏度表現出了高度的正相關性。起糊溫度與崩解值表現出顯著負相關。在功能特性中，凍融析水率與持水性呈較強的正相關性。

(3)廣西馬鈴薯加工業的發展相對滯后，生產主要以鮮銷為主，工業化加工轉化率低。馬鈴薯全粉的研究和應用，是促進廣西馬鈴薯資源開發利用和產業發展的關鍵。本文開展了5個冬種品種的15個評價指標的初步研究結果，還有待于進一步深入研究更多的品種和品質特性的綜合評價。

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Comparison of characteristics of winter potatoes of Guangxi

ZHANG Ya-yuan1, WEI Ping1, SUN Jian1, YOU Xiang-rong1*, LI Ming-juan1, LI Zhi-chun1, HUANG Cheng-zu1, ZHENG Xu2

1 (Institute of Agro-food Science&Technology, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China) 2(Institute of Cash Crop Research, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China)

The physicochemical and functional properties of winter potatoes in Guangxi were determined by Pearson correlation and principal component analysis (PCA). The result showed that the varieties of Chuanyu 117 and Guinongshu No.1 had the highest dry matter and starch content and exhibited highestL*and lowestb*, and are more suitable for flour processing. Chuanyu 117 exhibited the highest peak viscosity, final viscosity and water absorption capacity. Guinongshu No.1 had the highest oil absorption capacity and better freeze-thaw stability; PCA analysis picked four principal components whose value were bigger than one. The contribution rates of the first two principal components was up to 82.792%, which reflected the variance of the physicochemical and functional properties of potatoes. The evaluation indexed of potato were total starch, protein, amylose,L*,b*, pasting temperature, peak viscosity and breakdown. In addition, the degree and direction of correlation among several evaluation indexed of potato were revealed by using the plot of PCA and Pearson correlation. The study provided data and theory for potato screening.

potato; varieties; characteristic; principal component analysis; correlation

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201612011

博士，助理研究員(游向榮副研究員為通訊作者，E-mail:areyouare@163.com)。

公益性行業(農業)科研專項經費(201503001-6，201503001-5)；廣西農業科學院基本科研業務專項項目(桂農科2015YT87，桂農科2014YZ34，桂農科2015YT62)；廣西薯類創新團隊nycytxgxcxtd-03-11-1

2016-04-20，改回日期：2016-05-13