不同肉色甘薯的营养成分与生物活性

谢子玉，王可尔，赵雯靓，文祖会，程林润，徐丽珊，3，*

(1.浙江师范大学 化学与生命科学学院，浙江 金华 321004；2.金华市农业科学研究院，浙江 金华 321017；3.浙江省特色经济植物生物技术研究重点实验室，浙江 金华 321004)

甘薯(IpomoeabatatasL.)为旋花科块根作物，又称为红薯、地瓜等，在我国粮食作物中占据重要地位，产量仅次于水稻、小麦和玉米[1]。不同品种甘薯因色素组成和含量的差异，块根可呈现紫、橘(橘红、橘黄)、黄、白等颜色[2-3]。甘薯中富含碳水化合物、维生素、矿物质、蛋白质、花色苷和类胡萝卜素等成分，具有抗氧化、降血糖和保肝等保健功效[4-5]。Sporamin蛋白是甘薯的主要贮藏蛋白，对胰蛋白酶活性具有抑制作用，在急性胰腺炎、肿瘤等疾病的治疗方面具有较高应用价值[6-7]。多酚氧化酶(PPO)是引起甘薯褐变的关键作用酶，可催化酚类物质及其衍生物生成黑色素[8]。PPO活性与甘薯加工、品质保持和感官密切相关，调控PPO活性是甘薯防褐的有效途径之一。

甘薯依据用途可分为鲜食型、加工型、色素型、淀粉型和兼用型等。不同类型甘薯的品质要求各不相同，而营养成分是决定甘薯品质的重要因素。已有研究表明，不同品种甘薯块根的干物质、碳水化合物、纤维素、可溶性蛋白等营养成分含量差异显著[9-10]。各成分间关系复杂，甘薯的干物质含量与碳水化合物、蛋白质、类胡萝卜素、微量元素等物质含量间均具有较强的相关性[11-13]。另有研究显示，甘薯营养成分含量与食味存在相关性。沈升法等[14]报道了紫肉甘薯的花色苷会对甜度和薯香产生不利影响，而熟薯的可溶性糖可以明显改善甜度、黏度和质地。王晓庆等[15]分析28种红、黄肉甘薯的食味与营养成分的相关性发现，食味与β-胡萝卜素含量、粗蛋白含量和干物质含量呈极显著正相关，与粗淀粉含量呈显著正相关。

近年来，虽已有关于不同品种甘薯营养成分含量与食味评价的差异和相关性分析研究，但对其生物活性的差异性分析较少，不同肉色甘薯品种营养成分和生物活性的相关性研究报道更少。因此，本试验研究了浙江省12个常见不同肉色甘薯品种的营养成分含量和生物活性差异，以及各指标之间的相关性，并借助聚类分析和因子分析对参试甘薯进行分类，旨在为甘薯的产后利用和育种提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

12个品种甘薯均由金华市农业科学研究院提供，种植土壤类型为红黄壤土。于2019年3月7日在大棚育苗，5月23日扦插，11月3日收获。12个品种甘薯的基本特征见表1。收获期记录薯皮颜色、薯肉颜色和薯形特性，并测定平均单薯重(随机称量10株全部薯块的质量，取平均值)和商品薯率[随机称10株商品薯(质量≥50 g的薯块)的质量，计算与10株全部薯块质量的比率]。

表1 不同品种甘薯的基本特征Table 1 Basic characteristics of 12 cultivars of sweet potato

1.2 主要试剂与设备

没食子酸(上海展云化工有限公司)，1，1-二苯基-2-苦基肼(DPPH·)(日本东京化成工业公司)，邻苯二酚(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)，胰蛋白酶、BAPNA(上海源叶生物科技有限公司)，3，5-二硝基水杨酸、蒽酮、考马斯亮蓝、福林酚、硫酸、高氯酸、三氯甲烷、甲醇、乙醇等购自国药集团化学试剂有限公司。上述试剂中胰蛋白酶纯度为98%，其余均为分析纯。

UV-2550紫外分光光度计(日本岛津公司)，54030R离心机(德国艾本德公司)，FW135粉碎机(天津泰斯特仪器有限公司)，DHG-9140A电热恒温鼓风干燥箱(上海恒科技有限公司)，HWS28恒温水浴锅(上海恒科学仪器有限公司)，BT224S电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

新鲜甘薯洗净，置于室温下晾干，去皮(2～3 mm厚)，切片(2～3 mm厚)为鲜样。鲜样于100 ℃杀青5 min，50 ℃烘干至质量恒定后，粉碎过100目筛为干样。干样用于测定还原糖、可溶性糖和淀粉含量，鲜样用于测定可溶性蛋白、类胡萝卜素、花色苷和多酚含量，以及清除DPPH·能力、抑制胰蛋白酶活性能力和PPO活性。

1.3.2 指标测定

干物质含量：取一定量的鲜样，于50 ℃烘箱烘干至质量恒定，称量，按式(1)计算含量。

(1)

式(1)中：m1为干样质量，g；m2为鲜样质量，g。

还原糖、可溶性糖和淀粉含量：以80%乙醇为提取剂，分别采用DNS法和蒽酮硫酸法测定还原糖和可溶性糖含量，滤渣采用高氯酸水解-蒽酮硫酸法测定淀粉含量[16]。

类胡萝卜素含量：以氯仿-甲醇溶液(2∶1)为萃取液，参考陈洁等[17]的方法测定。

花色苷含量：以70%酸化乙醇(pH=1)作为提取剂，采用pH示差法[18]测定。

可溶性蛋白含量、抑制胰蛋白酶活性能力：以50 mmol·L-1Tris-HCl(pH=7.8含1 mmol·L-1EDTA)为提取剂，采用考马斯亮蓝法[19]测定可溶性蛋白含量；参考Klomklao等[20]的方法测定提取液对胰蛋白酶活性的抑制率。

多酚含量、清除DPPH·能力：以水为提取剂，采用Folin-Ciocalteu法[21]测定多酚含量，参考Islam等[22]的方法测定提取液对DPPH·的清除率。

PPO活性：以0.2 mol·L-1的磷酸缓冲液(pH=6.84)为提取剂，邻苯二酚为底物，参考姜绍通等[23]的方法，测定反应时间内酶提取液在416 nm处吸光度的变化。每min每g样品吸光值增加0.001记为1个酶活单位。按式(2)计算PPO活性。

(2)

式(2)中：R为PPO活性，U·g-1min-1；ΔD为反应时间内吸光度的变化；Vt为酶提取液总体积，mL；m为样品质量，g；t为反应时间，min；Vs为试验取用酶提取液体积，mL。

1.4 数据处理

所有实验重复3次以上，结果用平均值±标准差表示。数据的差异显著性分析、相关性分析、因子分析和聚类分析均采用IBM SPSS Statistics 21软件。

2 结果与分析

2.1 甘薯的营养成分含量

由表2可知，12个品种甘薯营养成分含量均差异显著，其中干物质和可溶性糖含量的变异系数较小(分别为13.81%和17.14%)，类胡萝卜素、多酚和可溶性蛋白含量的变异系数较大(分别为69.61%、53.73%和49.04%)。浙紫薯1号、浙紫薯3号和浙薯75的干物质含量均高于35%，属于高干型品种；浙薯255干物质含量低于25%，属于低干型品种。所有试验品种的可溶性糖含量均在3%以上，符合食用与食品加工品种要求。淀粉是薯块中含量最高的有机组分，浙紫薯1号、浙紫薯3号、浙薯75和浙薯13淀粉含量均高于24%，满足淀粉工业加工品种的要求。试验品种中，浙薯726可溶性蛋白含量最高，且高于水稻、马铃薯等粮食作物[24-25]，营养价值较高。类胡萝卜素、花色苷和多酚是甘薯中的功效成分，紫肉甘薯富含花色苷，其多酚含量显著高于其他肉色品种；橘肉品种的类胡萝卜素含量丰富，但该肉色甘薯多酚含量均低于50 mg·100g-1。

表2 不同品种甘薯的营养成分含量Table 2 Content of nutritional components in sweet potato of 12 cultivars

2.2 甘薯的DPPH·清除能力

由图1可知，浙薯726提取液对DPPH·的清除能力显著强于其他品种，浙薯132和浙紫薯1号次之，两者无显著性差异。紫肉品种提取液对DPPH·的清除能力均显著强于除浙薯132外的其他肉色品种，白肉品种浙薯75对DPPH·的清除能力最弱。

2.3 甘薯的抑制胰蛋白酶活性能力

测定各品种提取液(每mL提取液相当于0.01 g鲜样)对胰蛋白酶活性的抑制能力，结果见图2。浙紫薯1号提取液对胰蛋白酶活性的抑制能力显著强于其他品种，除此之外，浙薯726、浙薯259、浙薯13、心香和浙紫薯3号提取液对胰蛋白酶活性的抑制率均大于60%，浙薯33提取液对胰蛋白酶活性的抑制能力最弱。

2.4 甘薯的PPO活性

测定各品种提取液(每mL提取液相当于0.1 g鲜样)中PPO活性，结果见图3。浙薯255与浙薯70的PPO活性无显著差异，活性最低。紫肉品种的PPO活性均显著高于其他肉色品种，橘肉品种浙薯259的PPO活性显著高于同肉色其他品种。

2.5 营养成分与生物活性的相关性分析

对12个品种甘薯营养成分含量与生物活性进行相关性分析，结果见表3。干物质、淀粉、类胡萝卜素和花色苷含量除了与还原糖含量无显著相关性外，与其他营养物质含量均呈显著或极显著相关；可溶性蛋白、多酚含量除了与还原糖、可溶性糖含量无显著相关性外，与其他营养物质含量均呈显著或极显著相关；还原糖含量仅与可溶性糖含量呈极显著正相关，与其他营养物质含量均无显著相关性。在生物活性方面，甘薯提取液清除DPPH·能力与干物质、还原糖和淀粉含量呈显著正相关，与可溶性蛋白、花色苷和多酚含量呈极显著正相关；抑制胰蛋白酶活性能力和PPO活性除了与还原糖、可溶性糖含量无显著相关性外，与其他营养物质含量均呈显著或极显著相关，其中抑制胰蛋白酶活性能力与可溶性蛋白含量的相关系数最高(r=0.762，P<0.01)，PPO活性与花色苷含量的相关系数最高(r=0.795，P<0.01)。

表3 各指标间的相关性分析Table 3 Correlation analysis between indices

2.6 因子分析

将12个甘薯品种的营养成分与生物活性试验数据经标准化后进行因子分析，采用主成分分析法提取公因子。由表4可知，前3个因子特征值均大于1，累计贡献率为82.326%，故选择前3个因子为公因子。对因子载荷矩阵采用方差最大法正交旋转，使得各因子载荷尽量拉开距离。由表5可知，因子1在干物质、可溶性糖、淀粉、类胡萝卜素含量上载荷较高，因子2在花色苷、多酚、清除DPPH·能力、PPO活性上载荷较高，因子3在还原糖、可溶性蛋白、抑制胰蛋白酶活性能力上载荷较高。借助各因子载荷量与特征值，计算各品种甘薯对应因子1、因子2的分值，绘制因子得分散点图(图4)。浙紫薯1号、浙紫薯3号、浙薯726因多酚含量高，且在DPPH·清除能力和PPO活性强等特征的共同作用下，其点分布于图上方。浙薯255、浙薯132、浙薯70、金薯926、浙薯33具有干物质、淀粉含量较低，可溶性糖、类胡萝卜素含量较高等特征，其点分布于图左侧；心香、浙薯13、浙薯259、浙薯75与之相反，并在多酚含量、清除DPPH·能力、PPO活性等指标的共同作用下，被分布于图右下方。

表4 特征值与贡献率Table 4 Eigen value and variance contribution rate

表5 旋转后因子载荷矩阵Table 5 Rotated component matrix

2.7 聚类分析

对12个品种甘薯的营养成分与生物活性试验数据进行标准化处理，以欧式距离为衡量准则，以离差平方和法为组群合并准则，进行系统聚类分析，分析结果如图5所示。在欧式距离为7.5时，可将参试品种分为4类，第Ⅰ类包括心香、浙薯259、浙薯13、浙薯75和浙薯33；第Ⅱ类包括浙薯132、金薯926、浙薯70和浙薯255；第Ⅲ类则包括紫肉品种浙紫薯1号和浙紫薯3号；第Ⅳ类只有浙薯726。

3 结论与讨论

唐忠厚等[26]研究表明，相较于白肉和黄肉甘薯，紫肉甘薯中的Fe、Zn和Mg等矿物元素，以及黄酮和多酚等物质含量较高，受功能物质的影响，其营养品质综合评价结果明显高于其他肉色甘薯。紫肉甘薯中，高花色苷含量品种(高于400 mg·kg-1)适用于色素提取或作为加工原料，而花色苷含量适中且适口性较好的品种适合用于鲜食[27]。本试验测定的紫肉甘薯在色素含量上符合鲜食标准，且其可溶性蛋白与多酚含量均显著高于其他肉色品种，营养和保健价值高，同相关研究结果一致[26，28-29]。除此之外，花色苷含量与干物质、淀粉含量间均呈极显著正相关，高花色苷含量品种具有较高的干物质和淀粉含量。本研究结果显示，类胡萝卜素含量与干物质、淀粉含量呈极显著负相关，与前人的研究结果一致[13，30-31]。与紫肉甘薯相反，高类胡萝卜素品种则往往具有较低的干物质和淀粉含量。优质的橘肉鲜食品种不仅需要富含类胡萝卜素，还需要有较高的干物质含量。浙薯255类胡萝卜素含量高、干物质含量低；而浙薯13类胡萝卜素含量低、干物质含量高，两者可考虑作为“双高”品种的育种亲本。

甘薯的生物活性与物质含量密切相关。已有文献报道了不同肉色甘薯清除DPPH·能力与总酚、总黄酮、总花青素和胡萝卜素含量呈极显著正相关，与总酚含量的相关性最强[28]。本试验相关性分析结果表明，除多酚和花色苷含量外，可溶性蛋白含量与清除DPPH·能力也呈极显著正相关，且相关系数最高(r=0.780)。其原因可能在于甘薯中的主要贮藏蛋白Sporamin约占其可溶性蛋白总量的60%～80%，此类蛋白属于Kunitz型胰蛋白酶抑制剂[32]；Hou等[33]研究表明，甘薯中的贮藏蛋白有显著的抗氧化能力，对DPPH·的清除能力呈浓度依赖性，且试验甘薯中的可溶性蛋白含量远高于多酚和花色苷的含量。故可溶性蛋白可能也是甘薯清除DPPH·的主要物质基础。

因子分析是保证原信息损失尽可能小的前提下，通过指标间的相关性将多个指标归并为几个综合因子的统计分析方法。通过对公因子进行度量，得到公因子的值，将所得因子作为自变量进行回归分析，可对样本进行分类或评价[34-35]。聚类分析可将关系相似的样品归并为一类，各指标在分析中重要性等同。本试验通过聚类分析将12个品种甘薯分为4类，分类结果与各品种在因子得分散点图上的分布情况相吻合。通过分析每类甘薯的营养成分含量和生物活性特征，为其产后利用提供参考依据。第Ⅰ类甘薯(心香、浙薯259、浙薯13、浙薯75、浙薯33)具有类胡萝卜素和可溶性糖含量高，干物质和淀粉含量低，PPO活性低的特点，适用于鲜食与加工(薯脯、薯片)；第Ⅱ类甘薯(浙薯132、金薯926、浙薯70、浙薯255)具有干物质和淀粉含量高，类胡萝卜素含量低的特点，适用于鲜食；第Ⅲ类甘薯(浙紫薯1号、浙紫薯3号)具有干物质、淀粉和多酚含量高，可溶性糖含量低，清除DPPH·能力和抑制胰蛋白酶活性能力强的特点，且其花色苷含量符合食用标准，故适用于鲜食与保健食品的开发；第Ⅳ类甘薯(浙薯726)与第Ⅲ类甘薯相比，其干物质、淀粉和花色苷含量相对较低，因而更适用于加工薯片，且该品种甘薯可溶性蛋白含量显著高于其他品种，建议作为胰蛋白酶抑制剂的提取来源。此外，甘薯的质构分析和食味评价也可从其他角度为甘薯产后分类利用和育种提供参考，有待在后续实验中进一步完善。