不同品种马铃薯化学组成及香气成分的研究

王绍帆，黄欢，张风亭，韩育梅

（内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018）

马铃薯，茄科一年生草本植物，不但是仅次于水稻、玉米、小麦的第四大粮食作物[1]，还是粮、菜和工业原料兼用的经济农作物，相较于其它主粮作物，马铃薯的加工转换能力强，产业链条长，增产增收潜力大，发展前景极为可观。马铃薯，水分含量较低、干物质含量较高时有利于贮藏[2]；碳水化合物是其主要成分，但热量并不高，容易使人产生饱腹感；淀粉是其能量的主要来源，含量与贮藏温度呈反比关系[3]；维生素C 含量较高，约为苹果的10 倍，素有“地下苹果”之称；蛋白质富含人体所需的全部8 种必需氨基酸，营养价值全面；脂肪含量偏低，食之不易致人肥胖；提供人体所需的“第七大营养素”—膳食纤维，有助于维持消化系统健康；矿物质种类及含量丰富，对人体健康具有良好的保健作用[4]。

马铃薯品质的优异除了受遗传和生理特性影响外，还受栽培地区气候、土壤和栽培条件的影响，即使同一地区不同马铃薯品种营养成分也不尽相同[5]。本试验选用极具代表性且富有研究价值和意义的五个马铃薯品种，夏波蒂、费乌瑞它、康尼贝克、兴佳和冀张12，均采自内蒙古自治区呼和浩特市武川县，武川县地处内蒙古自治区中部，阴山北麓，全境在北纬40°47′～41°23′东经 110°31′～111°53′之间，属中温带大陆性季节气候，日照充足，昼夜温差大，极适合马铃薯的大面积种植。通过对5 个不同品种马铃薯的化学组成与香气成分的测定和分析，得出不同品种间马铃薯化学组成、风味差异以及地理位置、栽培条件等采前因素对其造成的影响，从而为马铃薯的大面积种植、精心栽培和贮藏加工等提供理论依据[6]。此外，国内对马铃薯香气成分的研究报道寥寥无几，为进一步探究马铃薯的滋味、香气物质及其在加工过程中可能会带来的影响，例如陈化、风味变劣等现象，本试验采用电子鼻、电子舌和气相-质谱联用仪对其进行了深入研究，便于稔知。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯：夏波蒂（X）、费乌瑞它（F）、康尼贝克（K）、兴佳（XJ）、冀张 12（J）：内蒙古自治区武川县；高峰 α-淀粉酶（酶活力4.0×103U/g）：北京奥博星生物技术有限公司；糖化酶（酶活力1.0×105U/g）：北京索莱宝科技有限公司；3，5-二硝基水杨酸、抗坏血酸、2，6-二氯酚靛酚、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠等（以上试剂均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

水分测定仪（MB27）：奥豪斯仪器（常州）有限公司；全自动凯氏定氮仪（K9860）：海能仪器；索氏浸提系统（ST310）：福斯赛诺分析仪器（苏州）有限公司；紫外可见分光光度计（UV5）：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；电子鼻（PEN3）：德国 AIRSENSE 公司；电子舌（TS-5000Z）：北京盈盛恒泰科技有限责任公司；气相-质谱联用仪（Trace1300、ISQ）：美国赛默飞世尔科技公司。

1.3 方法

1.3.1 水分/干物质测定

参考GB 5009.3-2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》直接干燥法，借助水分测定仪进行测定[7]。每个品种至少设置3 组平行。

1.3.2 碳水化合物测定

1.3.2.1 还原糖测定

采用3，5-二硝基水杨酸法进行测定[8]。每个品种至少设置3 组平行。

1.3.2.2 淀粉测定

采用碘-淀粉比色法进行测定。每个品种至少设置3 组平行。

1.3.3 维生素C 测定

参考GB 5009.86-2016《食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定》，2，6-二氯靛酚滴定法进行测定[9]。每个品种至少设置3 组平行。

1.3.4 蛋白质测定

参考GB5009.5-2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》凯氏定氮法，借助全自动凯氏定氮仪进行测定[10]。每个品种至少设置3 组平行。

1.3.5 脂肪测定

参考GB5009.6-2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》索氏抽提法，借助索氏浸提系统进行测定[11]。每个品种至少设置3 组平行。

1.3.6 膳食纤维测定

称取样品1.000 0 g，加入缓冲液20 mL，调pH 值至6.0，加入高峰α-淀粉酶0.2 g，95 ℃水浴加热35 min，冷却后加入糖化酶 0.01 g，调 pH 值至 4.5，60 ℃水浴加热30 min，冷却后6 500 r/min 离心，得到沉淀和上清液，沉淀于60 ℃烘干后得到不溶性膳食纤维，另取4 倍体积95%乙醇（预热60 ℃）加入上清液，离心、沉淀、烘干后得到可溶性膳食纤维。

1.3.7 香气成分测定

1.3.7.1 电子鼻测定

检测时间60 s，清洗时间90 s，预进样时间5 s，进样流量400 mL/min，载气流速400 mL/min。开始测定时传感器随时间变化波动，50 s 后趋于平缓，取56、57、58 s 处数据进行分析。每个品种测定3 次。马铃薯去皮后取10 g 装入样品瓶，保鲜膜封口后，使用电子鼻测定，分析数据。

1.3.7.2 电子舌测定

取5 mL 马铃薯汁，加入100 mL 煮沸的去离子水，浸泡5 min 后转移至离心管，3 000 r/min 离心5 min，上清液冷却至室温后，取30 mL 于样品容器中用于甜味检测，取60 mL 于样品容器中用于其他味检测。可检测鲜、咸、苦、涩、酸5 种味道及其回味，使用系统自带数据库对数据进行味觉特征分析[12]。

1.3.7.3 气相色谱-质谱联用测定

色谱柱为 DB-5（30 m×0.25 mm，0.25 μm），氦气载气流速1.0 mL/min，进样口与接口温度250 ℃，不分流进样模式[13]。

质谱条件：采用EI 离子源为电离方式，电离电压70 eV，离子源温度250 ℃，传输线温度250 ℃，质量扫描范围30 m/z～400 m/z，溶剂延迟时间1 min。

程序升温条件：采用三段式升温程序，第一阶段起始温度50 ℃，持续2 min；第二阶段从50 ℃升温至110 ℃，速度 20 ℃/min，保持 1 min；第三阶段以 5 ℃/min的速度从110 ℃升温到230 ℃，时间5 min。

1.3.8 数据分析与处理

利用SPSS22.0 软件进行统计处理。利用Origin2018 绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同品种马铃薯水分/干物质含量比较

分别测定5 个不同品种马铃薯的水分/干物质含量，试验结果如图1。

图1 不同品种马铃薯水分/干物质含量Fig.1 Water/dry matter content of different varieties of potato

由图1 可知，不同品种水分/干物质含量不同，夏波蒂干物质含量呈现最大值，康尼贝克干物质含量最低，5 个不同品种干物质含量在17.88 %～23.06 %之间。在P＜0.05 水平下，夏波蒂和康尼贝克有显著性差异，费乌瑞它、兴佳、冀张12 之间没有显著性差异。有研究表明，干物质含量受当地气温影响显著。此外，干物质含量高的马铃薯有利于贮藏和加工，其淀粉提取率和全粉成品率均会上升。

2.2 不同品种马铃薯碳水化合物含量比较

2.2.1 还原糖含量

分别测定5 个不同品种马铃薯还原糖含量，试验结果如图2。

图2 不同品种马铃薯还原糖含量Fig.2 Reducing sugar content of different varieties of potato

由图2 可知，不同品种还原糖含量不同，冀张12含量最高，费乌瑞它和兴佳含量较低，5 个不同品种马铃薯还原糖含量在0.10%～0.23%之间。在P＜0.05 水平下，夏波蒂、冀张12 与费乌瑞它、康尼贝克、兴佳有显著性差异。还原糖在高温油炸条件下会与氨基酸发生美拉德反应，产生颜色较深具有苦味的物质，严重影响产品的色泽与口感，所以还原糖含量越低越好。武川县马铃薯还原糖含量较低，均可用于马铃薯全粉和薯条的加工，而且产品品质也会较好。

2.2.2 淀粉含量

分别测定5 个不同品种马铃薯淀粉含量，试验结果如图3。

图3 不同种品马铃薯淀粉含量Fig.3 Potato starch content of different varieties

由图3 可知，不同品种淀粉含量不同，费乌瑞它淀粉含量最高，康尼贝克淀粉含量最低，5 个不同品种淀粉含量在18.36%～20.33%之间。在P＜0.05 水平下，费乌瑞它和康尼贝克存在显著性差异，但它们均与夏波蒂、兴佳、冀张12 无显著性差异。研究表明，武川县马铃薯淀粉平均含量在18%左右，本试验5 个品种马铃薯淀粉含量均高于此。在马铃薯加工中，低还原糖、高淀粉不仅有利于淀粉白度的提升，而且不易产生致癌物——丙烯酰胺，有利于人体健康。

2.3 不同品种马铃薯维生素C含量比较

分别测定5 个不同品种马铃薯VC含量，试验结果如图4。

图4 不同品种马铃薯维生素C 含量Fig.4 Vitamin C content of different varieties of potato

由图4 可知，不同品种马铃薯维生素C 含量不同，费乌瑞它维生素C 含量最高，康尼贝克维生素C含量最低，5 个品种维生素C 含量在12.39 mg/100 g～19.42 mg/100 g 之间。在P＜0.05 水平下，费乌瑞它和康尼贝克有显著性差异，而夏波蒂、兴佳和冀张12 无显著性差异。马铃薯块茎维生素C 含量除受自身遗传条件决定外，还与土壤类型、气候条件等因素息息相关。武川县充足的光照和较大的昼夜温差使得马铃薯维生素C 含量较高。

2.4 不同品种马铃薯蛋白质含量比较

分别测定5 个不同品种马铃薯蛋白质含量，试验结果如图5。

图5 不同品种马铃薯蛋白质含量Fig.5 Protein content of different varieties of potato

由图5 可知，不同品种马铃薯蛋白质含量不同，费乌瑞它蛋白质含量最高，康尼贝克蛋白质含量最低，5 个不同品种蛋白质含量在1.72 %～2.56 %之间。在P＜0.05 水平下，费乌瑞它和夏波蒂、康尼贝克、兴佳有显著性差异，冀张12 和康尼贝克、兴佳有显著性差异，夏波蒂和冀张12 无显著性差异，费乌瑞它和冀张12 无显著性差异。品种的固有特性决定着蛋白质的含量，马铃薯中的蛋白质是一种优质蛋白，富含人体所需的8 种必需氨基酸，特别是它含有其它粮食作物所缺乏的赖氨酸和色氨酸，营养价值丰富。

2.5 不同品种马铃薯脂肪含量比较

分别测定5 个不同品种马铃薯脂肪含量，试验结果如图6。

图6 不同品种马铃薯脂肪含量Fig.6 Fat content of different varieties of potato

由图6 可知，不同品种马铃薯脂肪含量不同，康尼贝克脂肪含量最高，冀张12 脂肪含量最低；5 个品种脂肪含量在 0.11（g/100 g）～0.22（g/100 g）。在 P＜0.05 水平下，夏波蒂和兴佳、冀张12 有显著性差异，费乌瑞它和康尼贝克有显著性差异，康尼贝克和兴佳、冀张12有显著性差异，夏波蒂与费乌瑞它无显著性差异，费乌瑞它与兴佳、冀张12 无显著性差异。由于马铃薯脂肪含量极低，受外界因素影响较小，只有不同品种间才呈现出微小差异。马铃薯脂肪含量是所有主粮食物中最少的，对控制日常饮食的脂肪摄入非常有益。

2.6 不同品种马铃薯膳食纤维含量比较

分别测定5 个不同品种去皮马铃薯的膳食纤维含量，试验结果如图7。

由图7 可知，不同品种马铃薯膳食纤维含量不同，康尼贝克含量最高，冀张12 含量最低，5 个品种膳食纤维含量在 0.67（g/100 g）～0.82（g/100 g）之间。在 P＜0.05 水平下，夏波蒂与费乌瑞它、康尼贝克有显著性差异，费乌瑞它、康尼贝克与其它4 个品种均有显著性差异，夏波蒂与兴佳、冀张12 无显著性差异。研究表明，去皮马铃薯膳食纤维含量为0.75%左右，本试验5 个品种马铃薯膳食纤维含量与此相近。膳食纤维分为可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维，其中可溶性膳食纤维受外界因素影响较大，导致经酶解、醇沉、离心、干燥提取后3 个品种马铃薯的可溶性膳食纤维含量偏低，进而导致其膳食纤维含量整体偏低[14]。

图7 不同品种马铃薯膳食纤维含量Fig.7 Dietary fiber content of different varieties of potato

2.7 不同品种马铃薯香气成分测定结果

2.7.1 电子鼻测定结果

夏波蒂、费乌瑞它、康尼贝克、兴佳和冀张12 的电子鼻测定对比结果如图8，传感器性能描述见表1。

图8 不同品种马铃薯电子鼻测定结果Fig.8 Results of electronic nose measurement of different varieties of potato

表1 传感器性能描述Table 1 Performance description of sensors

由图8 可知，在电子鼻检测中，W1S 传感器响应值最高，其次为 W5S、W1W 和 W2S。W1S 传感器对甲基类敏感，W5S、W1W 和W2S 分别对氮氧化物敏感，对无机硫化物和萜烯类敏感，对醇类和部分芳香族化合物敏感。所以甲基类，氮氧化物，无机硫化物和萜烯类以及醇类和部分芳香族化合物在马铃薯中含量丰富且挥发性大，对其香气构成贡献较大，是其香气的主要来源。此外，对氨类、氢类等易造成马铃薯不良风味成分敏感的W3C 和W6S 传感器响应值变化较小，说明在此过程并没有产生不良风味[15]。同时说明了不同品种马铃薯的香气成分存在微小差异。

2.7.2 电子舌测定结果

夏波蒂、费乌瑞它、康尼贝克、兴佳和冀张12 的电子舌测定对比结果如图9，主成分分析见图10。

图9 不同品种马铃薯电子舌测定结果Fig.9 Results of electronic tongue measurement of different varieties of potato

由图9 可知，不同品种马铃薯滋味大致相似，呈味较明显的是咸味，是马铃薯的重要滋味，其次是鲜味和甜味，丰富性、苦味、涩味、苦回味和涩回味呈味较弱，酸味几乎不体现[16]。咸味、鲜味和甜味是马铃薯的主要呈味，其中费乌瑞它咸味、鲜味最高，冀张12 甜味最高，同时冀张12 咸味、鲜味最低，夏波蒂甜味最低。马铃薯酸味较低可能是由于维生素C 的含量较高，且马铃薯含苦味物质较少，所以在滋味上基本没有酸味、涩味和苦味。这都使得马铃薯滋味更佳。

由图10 可知，主成分PC1 方差贡献率87.0%，主成分PC2 方差贡献率8.0%，总贡献率95.0%，主成分1、2 基本包含了样品的大部分信息。沿PC1 方向，夏波蒂、康尼贝克、兴佳和冀张12 比较靠近，而费乌瑞它距它们较远；沿PC2 方向，夏波蒂距康尼贝克、费乌瑞它和冀张12 较近与兴佳距离较远，所以夏波蒂与康尼贝克、冀张12 风味接近，而与费乌瑞它和兴佳风味差异较大。这也佐证了上述滋味分析结果。

图10 不同品种马铃薯电子舌主成分分析Fig.10 Principal component analysis of different types of potato electronic tongue

2.7.3 气相色谱-质谱联用测定结果

不同品种马铃薯香气成分见表2。

由表2 可知，5 个不同品种马铃薯香气成分存在明显差异，通过气相色谱-质谱联用测定，费乌瑞它、夏波蒂、冀张12、兴佳和康尼贝克分别检出21、36、26、28 和30 种成分，主要有醇类、醛类、酸类、烃类、酮类等物质[17]。1-庚烯-3-醇、1-戊醇、2-庚炔-1-醇、2-氯环己醇、4-环戊烯-1，3-二醇、反式-2-辛烯-1-醇、1-十二炔为费乌瑞它的特征香气成分；3-丁炔-1-醇、3，3-二甲基-2-丁醇、4-戊炔-2-醇、顺-2-己烯-1-醇、4-羟基环己酮、L-亮氨酸、丙酸、1-庚炔、2，4-壬二烯、四十四烷、2，3-二甲基-5-羟基-2-环戊烯-1-酮、乙醇胺磷酸酯为夏波蒂的特征香气成分；2-己炔-1-醇、异丁酸、正戊酸为冀张12 的特征香气成分；2-壬烯-1-醇、反式-2-己烯-1-醇、2-乙基-2-戊烯醛、庚醛、氰乙酸、1，2，2-三氯-1，1-二氟乙烷为兴佳的特征香气成分；2-乙基己-2-烯醇、2-乙基己醇、2-乙基己基硫醇、5-己炔-1-醇、巴豆醇、异戊醛、L-异亮氨酸、L-丙氨酰甘氨酸、十二甲基环六硅氧烷、2-十一烷、丙烷、十甲基环五硅氧烷、乙酸丁酯为康尼贝克的特征香气成分[18]。3-壬炔-2-醇、丙醯胺酸、十二甲基环六硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、羟甲基环丙烷为5 个不同品种马铃薯均有的香气成分[19]。费乌瑞它、冀张12 和康尼贝克的主体香气成分均为烃类，相对含量分别是23.41%、21.36%、26.05%；夏波蒂和兴佳的主体香气成分都是醇类，相对含量分别是9.23%、16.33%。其中夏波蒂的挥发性物质最多，香气成分最丰富，之后依次为康尼贝克、兴佳、冀张12 和费乌瑞它。

表2 不同品种马铃薯香气成分Table 2 Different varieties of potato aroma components

续表2 不同品种马铃薯香气成分Continue table 2 Different varieties of potato aroma components

续表2 不同品种马铃薯香气成分Continue table 2 Different varieties of potato aroma components

3 结论

本试验通过对5 个不同品种马铃薯化学组成及香气成分的测定与对比，得出了以下结论：

1）夏波蒂适合加工成油炸薯条、薯片。其干物质含量最高，制得产品口感好；还原糖、淀粉含量较低，避免了油炸时发生强烈的美拉德反应致使其颜色变深，使得产品色泽良好；维生素C、蛋白质含量较高，营养丰富；脂肪含量较低，膳食纤维含量较高，减少人体脂肪摄入量的同时易产生饱腹感；其香气成分最丰富，风味较佳。因此，5 个品种中夏波蒂是加工油炸食品的最佳选择。

2）费乌瑞它适合加工成薯泥，其具备还原糖、脂肪含量最低，而淀粉、维生素C、蛋白质含量最高的优势，且干物质、膳食纤维含量较高；其香气成分突出；属早熟品种，生育周期短，便于满足市场需求。

3）康尼贝克适合加工成全粉。其干物质含量最低，还原糖含量较低，不易发生美拉德反应对全粉色泽造成不良影响；淀粉含量最低，游离淀粉率低，可以较好保持产品的原有风味与口感；膳食纤维含量最高，对人体健康大有裨益；而相对单调的香气成分则恰好满足全粉品质所需。

4）冀张12 与兴佳可用于生产淀粉、酒精或燃料乙醇。冀张12 和兴佳化学组成相较其它品种均无明显优势，可作为工业用薯，应用于工业生产。另外将其加工为罐头也是一个不错的选择。