蒸制对马铃薯块茎矿质元素含量的影响

(郜春晓 王 郁 袁剑龙 程李香 刘玲玲 张 峰

(甘肃农业大学生命科学技术学院；甘肃省干旱生境作物学国家重点实验室培育基地；甘肃省遗传改良与种质创新重点实验室,兰州 730070)

马铃薯(SolanumtuberosumL.)是重要的粮菜兼用作物，是人体日常能量、维生素和矿质元素的重要来源，在日常饮食中起重要平衡饮食作用。烹饪加工方式会影响食物中营养成分质量分数，不同加工方式对各种营养成分质量分数的影响不同。矿质元素是人体必需的六大营养物质之一，蒸制是常见的马铃薯加工方式，研究蒸制加工前后块茎中矿质元素质量分数的变化，选择矿质元素存留质量分数高的加工方法，为马铃薯蒸制品的开发利用提供了参考。植物源性食品能够提供人体所需的很多种营养素，但是主要农作物籽粒中所含的营养物质不能完全满足人体需要[1，2]。马铃薯块茎中富含维生素，而各种植物类酸质量分数极低，是人体良好的矿物质来源[3-6]。前人对马铃薯块茎中钾的质量分数和人体所需摄入量均进行过详细研究[7-9]。但这些研究还不能全面分析马铃薯块茎各种营养元素的吸收、转运、富集机制、更不清楚这些微量元素在块茎中的存在形式以及各种加工过程中微量元素的释放情况。马铃薯块茎中的矿质元素质量分数、存在形式，不同加工过程中的释放过程及对块茎中各种微量元素的解离、释放和保存，以及能否以更好的形式为人体所吸收等问题均不清楚。本研究通过对不同品种马铃薯块茎进行不同温度、不同时间的蒸制加工，分析各品种在不同条件蒸制加工前后矿质元素质量分数变化规律，找出不同品种对各种微量元素吸收的差异，为马铃薯块茎蒸制加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料与设备

甘农薯7号、甘农薯8号、Inova、Cevisa、冀张薯12号和陇薯3号。2019年在渭源县五竹镇播种(平均海拔2 240 m，年平均降雨量 650～750 mm，年平均气温 6.8 ℃)。田间实验采用随机区组设计，播种50 g切块种薯，每个品种(系)设3个小区，单垄双行种植，行距40 cm，株距25 cm，小区面积为1.1 m×2.5 m。所有实验不施肥，无灌溉，苗期进行覆土固苗(10～15 cm覆土深度)，其余栽培和田间管理措施均按统一方法进行，各地块保持一致。4月25—30日播种，9月15—25日收获。收获的无机械损伤和病虫害的马铃薯块茎进行蒸制实验，测量相关数据。

1.2 干物质质量分数的测定

采用烘干称重法测定。将收获的块茎洗净晾干，每个样品均测试5 个块茎，分别取35 g 左右，总计约175 g 薯肉称质量(W1)，放入烘箱(DHG-9030)105 ℃烘30 min，80 ℃烘至恒重，再次称质量(W2)。块茎干物质质量分数= (W2/W1)×100%。

1.3 矿质元素质量分数测定

将各供试块茎切成(50±5)g置于HK-99924蒸饭柜，分别在90、100、110 ℃下蒸制70、50、30 min。将蒸制前后的样品去皮放入烘箱40 ℃烘干，打磨成粉。取0.3 g马铃薯烘干粉置于微波消解罐中，加入5 mL纯硝酸和3 mL纯过氧化氢，微波消解90 min，消解完全后赶酸至溶液透明无色再转移至50 mL容量瓶定容，过滤待测。用多元素标准溶液制作标准曲线。使用科捷 3600A ICP-OES进行矿质元素钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、镁(Mg)、锌(Zn)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、硫(S)、硅(Si)的测定[10-13]。根据干物质质量分数，将各品种的矿质元素质量分数换算为鲜重马铃薯中各元素质量分数。各矿质元素质量分数W计算方法：

W=(p-p0)×V/(m×Wdm)

式中：W为样品中待测元素质量分数/mg/kg；p为由校准曲线计算测定试样中待测元素的质量浓度/mg/L；p0为空白对照组元素的质量浓度/mg/L；V为消解后试样的定容体积/mL；m为样品质量/g；Wdm为样品干物质质量分数/%。

1.4 数据分析

每次实验重复5次，数据以平均值(±SD)表示。采用SPSS 17.0软件进行数据分析。所有平均数的比较采用方差分析(ANOVA)，显著水平P<0.05。采用曲线回归法对块茎元素质量分数进行定量预测。使用Origin 9及Excel 2017进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 马铃薯块茎中干物质质量分数

6个马铃薯品种中陇薯3号、甘农薯8号干物质质量分数分别达到26.77%、26.19%，其余依次为甘农薯7号，Inova、Cevisa和冀张薯12号。

表1 6个马铃薯品种的干物质质量分数

2.2 蒸制前后不同品种各矿质元素质量分数的变化

对6种块茎鲜薯加工前中矿质元素质量分数的比较分析表明，不同品种块茎矿质元素质量分数差异显著(图1)。矿质元素中K质量分数最高，S、Mg、Ca、Na、Zn、Fe、Mn、Cu、Si质量分数分别为12.56～22.66、18.97～29.39、11.74～16.13、3.80～7.00、0.22～0.43、0.24～0.83、0.12～0.18、0.041～0.088、0.086～1.15 mg/100 g。不同品种的相同矿质元素质量分数不同，而且在同一品种中不同矿质元素的质量分数也不同，主要是由于遗传差异造成的。不同品种间矿质元素含量蒸制加工前后存在差异(图1)。除Cerisa外，其他品种块茎K含量90 ℃蒸制加工后均显著上升。除Inova和 Cerisa外，K含量100 ℃蒸制加工后显著升高。不同马铃薯品种块茎Na含量不同蒸制加工前后无显著变化；不同品种块茎Ca含量不同蒸制加工前后无显著变化。不同品种块茎Mg含量90、100 ℃蒸制加工后无显著变化。不同马铃薯品种块茎S含量蒸制加工前后的变化显著。不同品种块茎Zn含量不同蒸制加工前后无显著变化。不同马铃薯品种块茎Fe含量不同蒸制加工前后的变化显著。不同马铃薯品种块茎Mn含量不同蒸制加工前后无显著变化。不同马铃薯品种块茎Cu含量蒸制加工前后变化显著。不同马铃薯品种块茎Si含量蒸制加工前后变化极显著。

注：图中不同小写字母表示同一品种不同加工温度下矿质元素质量分数的显著性差异。

2.3 蒸制加工前后马铃薯块茎矿质元素质量分数趋势分析

对6种马铃薯块茎蒸制加工前后矿质元素质量分数采用曲线回归进行定量预测分析。不同蒸制加工温度处理影响块茎矿质元素含量见图2。块茎中K含量90、100 ℃蒸制加工后显著上升，110 ℃加工后较加工前下降；马铃薯块茎中Na在90、100、110 ℃蒸制加工后质量分数分别降低3.87%、5.63%、7.22%。马铃薯块茎中Ca质量分数在90、100、110 ℃蒸制加工后分别降低11.62%、17.91%、21.45%。马铃薯块茎中Mg质量分数在90、100、110 ℃蒸制加工后分别升高11.15%、11.91%、4.51%。马铃薯块茎中S质量分数在90、100、110 ℃蒸制加工后升高64.61%、58.42%、58.29%；马铃薯块茎中Zn质量分数加工在90、100、110 ℃加工后质量分数分别升高8.60%、4.03%、7.86%；马铃薯块茎中Fe质量分数在90、100、110 ℃蒸制加工后分别升高48.69%、24.82%、32.17%；马铃薯块茎中Mn质量分数在90、100、110 ℃蒸制加工后分别升高44.32%、13.57%、28.38%。

图2 蒸制加工前后矿质元素含量回归分析

马铃薯块茎中Cu质量分数在90、100、110 ℃蒸制加工后升高2.37%、8.46%、4.19%；马铃薯块茎中Si质量分数在90、100、110 ℃加工后升高89.75%、92.37%、38.93%。

3 讨论

微量元素的缺乏不仅影响人体代谢功能而且可以导致疾病。必需矿质元素在人体内发挥着重要生理功能。I、Zn和Cu与甲状腺素、胰岛素及肾上腺类固醇的形成有关，Zn、Fe、Cu、Mn是碳酸酐酶、呼吸酶、精氨酸酶、谷胱甘肽过氧化物酶和维生素B12的构成成份，Zn还参与多种基因调节，Mn、Cu、Zn等微量元素还参与核酸代谢。这些参与人体成分构成和参与生理功能的矿质元素以有机态、螯合态或离子态的形式存在于作物籽粒，叶片、根茎中。作物能够食用的部分被收获采摘后均需要加工后才能食用，但是加工后的食品中矿质元素质量分数取决于作物食用部分本身的元素质量分数、加工过程中转变为可吸收的形式的质量分数以及矿质元素的生物利用率等。

马铃薯主要的食用部分是块茎，测试结果显示加工前块茎中K、Na、Mg、Ca积累量分别为243～373、3.8～7.0、18.9～29.3、13.7～16.1 mg/100g鲜重，中国营养学会推荐的成年人每日摄入的K、Na、Mg、C质量分数分别为1 875～5 625、1 100～3 300、300～350、800 mg[14-17]。蒸制加工后除Na、Ca、Zn、Cu的质量分数与加工前无明显变化外，其他矿质元素质量分数均出现不同程度升高，这可能是由于高温使其能够充分释放，而Na、Ca、Zn对高温的耐受力较低，或者被固定从而形成其他化合物。马铃薯块茎中S质量分数积累量和加工过程中的损耗和形式很少被关注。在90、100、110 ℃蒸制加工后S质量分数显著上升，以90 ℃蒸制后最显著，推测这个温度能够使块茎中大量的各种结合态的S释放出来，而随着温度增高，S可能会以挥发性风味物质的形式散发出去，块茎蒸制加工过程中含S的半胱氨酸和谷胱甘肽同样被破坏，导致块茎中S质量分数略微下降，马铃薯全粉加工过程中采用的蒸制加工更容易破坏二硫键/硫基，这可能是马铃薯主食加工过程中全粉比例增加，导致全粉面条、馒头延伸性降低的主要原因[18-19]。前人对1 015份马铃薯材料的分析发现Fe质量分数为0.1～3.8 mg/100 g鲜重，国内选育的富锌品种云薯304中Zn的质量分数为0.42mg/100 g，本研究中各品种块茎中微量元素中Fe、Zn、Cu质量分数分别为0.24～0.83、0.22～0.43、0.04～0.08 mg/100 g，Mn质量分数为0.13～0.18 mg/100g鲜重[19-21]。中国营养学会推荐的成年人每日摄入的Fe、Zn、Mg、Cu的摄入量分别12～18、15、2.5～5.0、2.5～3.0，蒸制加工对块茎中Zn和Cu质量分数无显著影响的结果说明这两种元素在块茎中存在的形态在加工前后无明显变化，而Fe和Mn在90 ℃蒸制加工后显著增加，而随着加工温度升高质量分数下降，这可能是加工温度能够改变Fe和Mn在块茎中的存在形态[22]。Si虽然是人体必需的矿质元素，但是前期的研究中鲜有报道人体摄入Si的剂量范围，各品种Si质量分数为0.08～1.15 mg/100 g，在90、100 ℃加工蒸制加工后能够显著释放出块茎中的Si，说明Si在块茎中可能以复杂形态存在。块茎中矿质元素在加工前质量分数的多少还不能完全说明矿质营养的利用程度，还要考虑加工后矿质元素存在的形态对矿质元素的生物利用率的饮食因素。植物性加工食品中矿质元素的化学形式也影响其在人体内的吸收, 寻找合适的加工方式和加工过程是解决马铃薯矿质元素有效利用和生物强化营养技术问题的基础。

4 结论

不同品种块茎矿质元素质量分数为加工前存在差异，同品种中不同种矿质元素质量分数也有差异。但综合分析马铃薯块茎的最佳蒸制温度为90～100 ℃，此温度蒸制后的马铃薯块茎中K、Mg、Fe、Mn和Si含量显著高于加工前；S是马铃薯块茎的重要营养组成成分，蒸制加工后S含量显著上升。其他矿质元素Na、Ca、Zn和Cu含量加工前后无显著变化。