马铃薯块茎不同部位的矿质元素分布规律*

李守强，杨中杰，程建新，李 梅，田甲春，葛 霞，田世龙

（1.甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所，兰州 730070；2.甘肃省武威市石羊河林业总场小西沟分场，甘肃 武威 733309）

马铃薯是世界上继水稻、小麦和玉米之后的第四大粮食作物，为全球超过20亿的人口提供食物，然而微量元素缺乏所造成的营养不良是一个全球性的问题，目前在发展中国家中有大量的妇女、儿童处于矿物质元素不足的状况中［1］。矿质元素中的钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）、铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）和锰（Mn）等是人体代谢活动中许多重要酶不可或缺的元素，并对神经和肌肉发挥作用，维持细胞渗透压和身体适宜的酸碱度，对人体健康具有非常重要的影响［2］。这些元素在人体内无法合成，须从食物中摄取，摄入过多或缺乏，都会引发一些疾病，假如人体缺乏维持健康的必需矿物质，在短期内人体不易察觉，若长时间忽视则将影响人体健康，如人体一旦摄入锌、铁量不足，将导致如失明、发育迟缓、智力障碍及工作能力低下等无法弥补的损害［3-5］。马铃薯是一种营养全面的作物，其块茎约含20%的干物质，主要由淀粉、蛋白质、膳食纤维、维生素、矿物质等组成，还含有人体必需的多种氨基酸［6-7］；新鲜马铃薯块茎中的K、Mg、Fe、Zn含量分别是小麦的3倍、4倍、2倍和1.5倍，因此对于以马铃薯为主食的消费者来说，食用富含矿质元素的马铃薯能够有效降低身体缺乏矿质元素的风险，同时也应重视人体对矿质元素的吸收利用率［8-10］。

近年来，国内对水稻和小麦等粮食作物的矿质元素分布规律有较多研究［11-13］，也有人对马铃薯块茎的矿质元素进行研究，如王颖［1］、黄越［14］、白磊［15］等人分别对不同品种（系）马铃薯块茎的矿质元素与营养品质进行评价，但是都没有对马铃薯块茎分不同部位进行评价。自从我国开始实施马铃薯“主粮化”战略以来，马铃薯被加工成面条、馒头、米粉等各种主食产品，是人们日常生活中重要的食物，假如想要提高马铃薯在贫困地区以外人们日常饮食中的消费比例，那么对马铃薯的消费必需从传统的菜用、休闲食品加工向主食化产品加工转变［16-17］。为了减少马铃薯在加工过程中一些矿质元素的大量损失，同时提高马铃薯的综合利用程度，本试验选择3个不同锌含量的马铃薯品种，分别对其块茎芽眼、薯皮、薯肉等不同部位的干物质和7种矿质元素含量进行测定，以期为今后马铃薯的合理加工提供科学依据，进一步提升马铃薯的综合利用价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料种植在定西市农业科学院试验基地，位于北纬35°33'25''、东经104°35'47''、海拔1 920 m。试验种植的10个马铃薯品种分别为：陇薯7号、陇薯14号、LK99、天薯12号、天薯13号、定薯3号、定薯4号、庄薯3号、晋薯16号、同薯23号，提供统一的田间种植与管理条件，每个品种的种植面积为100 m2，种植密度为520株/100 m2。2020年4月22日播种，10月14日收获，入库前测定10个马铃薯品种块茎中的矿质元素含量，并根据测定薯块中锌含量的高低，分别选择LK99（锌含量5.3 mg/kg，FW）、同薯23号（锌含量3.7 mg/kg，FW）和定薯4号（锌含量2.4 mg/kg，FW）作为试验材料。

种植土壤养分条件为：全氮0.94 g/kg、全磷1.22 g/kg、全钾21.4 g/kg、pH（土∶水=1∶2.5）8.05、有机质19.2 g/kg、碱解氮58.6 mg/kg、有效磷39.8 mg/kg、速效钾230 mg/kg、水溶性钙85 mg/kg、水溶性镁12mg/kg、有效锌4.2 mg/kg、有效锰15.8 mg/kg、有效铜1.9 mg/kg、有效铁17.3 mg/kg。

1.2 试验方法

将收获后的试验马铃薯先在库外预贮两周以后，再放入3～5℃的小型恒温库中贮藏。试验时从冷库中取出3个马铃薯品种，分别挑选200～350 g大小、无病虫害、无机械伤、无青皮的马铃薯块茎各100个。将试验薯块用水清洗干净，然后放在室内滤纸上晾干备用。按照芽眼、薯皮和薯肉三大部分对薯块进行取样，首先采用孔径为10 mm的打孔器，在薯块的芽眼部位（顶芽和侧芽）进行取样，截取离薯皮10 mm的长度；其次分别选取大（300～350 g）、中（250～300 g）、小（200～250 g）三种规格的薯块各3个，将薯块采用同一规格的削皮刀进行去皮，去皮厚度为1～2 mm，分薯皮和整薯进行取样，并计算出薯皮占整个薯块的重量比，其中薯皮又分为脐部（离脐部2～4 cm）、中部（中间3 cm）、顶部（离顶部2～4 cm）3部分进行分别取样；最后将去皮薯块沿顶部到脐部纵切，一分为二，采用孔径为10 mm的打孔器沿每个切面打孔取样约1 g（直径和高均约为10 mm的圆柱），取样部位分脐部、中部（环髓区和髓部）、顶部共4部分，取样部位如图1所示，再将圆柱形样品取100.0 g以上的混合样，用自封袋装好后及时送检，每个处理样品设3个重复样，各试验样品编号与对应的取样部位如表1所示。

图1 薯肉取样位置

表1 样品编号与取样部位的对应关系

1.3 测定方法

测定指标分别为干物质、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）、锌（Zn）、锰（Mn）、铜（Cu）、铁（Fe）共8项，其测定方法分别为GB 5009.3—2016［18］、GB 5009.91—2017［19］、GB 5009.92—2016［20］、GB 5009.241—2017［21］、GB 5009.14—2017［22］、GB 5009.242—2017［23］、GB 5009.13—2017［24］和GB 5009.90—2016［25］，指标测定工作由甘肃省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所完成，测定结果均以鲜基计。

1.4 数据处理

采用DPS7.05和EXCEL2007软件进行试验数据的统计分析与绘图；表中所有数据均为3次重复的平均值，其值用“平均值±标准差”来表示，采用Duncan新复极差法（SSR法）进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 薯皮占整薯重量的百分比

薯皮在马铃薯加工过程中经常被作为废弃物处理掉，尤其是在人们烹调马铃薯之前大多数都有去皮的习惯，据奥古斯丁等报道，不管采用什么样的烹饪方法（煮、炉烘烤或微波烹制），也不管是生马铃薯还是熟马铃薯，薯皮中的灰分、粗纤维和蛋白质含量显著高于相应薯肉中的含量，而且薯皮中部分矿物质含量也高于薯肉［26］。为了明确马铃薯加工过程中矿质元素的损失量，需要先掌握薯皮占薯块的重量比，通过选择大中小3种规格的马铃薯块茎进行研究，初步得到3个品种马铃薯块茎薯皮占整薯的重量百分比，见表2。

由表2可知，对同一品种的马铃薯而言，LK99和同薯23号薯皮占整薯重量比的平均值分别为9.00%、9.06%，大、中、小3种薯块之间薯皮占整薯重量百分比的差异均不显著；定薯4号薯皮占整薯重量比的平均值为8.42%，大薯与中薯的薯皮占整薯的重量百分比差异显著，而小薯与大中薯的薯皮占整薯的重量百分比差异均不显著。对大小规格相似的马铃薯而言，大薯、中薯和小薯的薯皮占整薯重量比的平均值分别为8.43%、9.04%、9.01%，大薯的薯皮占整薯重量比的平均值略低于中薯和小薯，这可能与削皮时的手工误差有关，由于大薯手工削皮时薯皮保持更完整，削皮厚度更均匀，因此薯皮占整薯的重量比较小。据报道，马铃薯薯块的去皮部分主要包括周皮和大部分皮层，所占比例高达20%［27］，而本研究得到薯皮占整薯重量比的平均值为8.83%，与文献报道的数据有一定差异，主要是因为该数据针对采用削皮刀手工去皮的马铃薯，且不包括去芽眼及其周围薯肉部分的重量，因此导致试验结果与文献报道中存在一定的差异；同时发现在该试验条件下，马铃薯品种和薯块大小对薯皮占薯块重量比的影响不明显。

表2 薯皮占整薯的重量百分比 %

2.2 马铃薯块茎不同部位干物质和矿质元素含量

LK99、同薯23号、定薯4号马铃薯块茎不同部位干物质和矿质元素含量的测定结果，分别见表3、表4和表5。3个品种马铃薯块茎不同部位的干物质含量为178.10 g/kg（107.89～236.39 g/kg）、K含量为4.41 g/kg（2.32～6.50 g/kg）、Ca含量为72.86 mg/kg（11.36～237.41 mg/kg）、Mg含 量 为72.20 mg/kg（38.56～105.79 mg/kg）、Zn含量为7.71mg/kg（3.03～16.46 mg/kg）、Mn含量为2.37 mg/kg（0.94～3.32 mg/kg）、Cu含量为1.66 mg/kg（1.12～2.22 mg/kg）、Fe含量为24.56 mg/kg（6.43～51.31 mg/kg）。由于有些研究者以整薯作为分析对象，而另外一些研究者则以去皮薯块作为分析对象，尽管大多数文献中的分析数据可能是针对整薯，但在许多情况下对此并没有明确说明［28］，因此本文中的矿质元素含量测定结果可能会与文献中的报道结果有所差别。

表3 LK99马铃薯块茎不同部位的干物质和矿质元素含量

表4 同薯23号马铃薯块茎不同部位的干物质和矿质元素含量

表5 定薯4号马铃薯块茎不同部位的干物质和矿质元素含量

2.2.1干物质含量

马铃薯块茎芽眼、薯皮、薯肉的干物质含量分别为211.92 g/kg（191.94～236.39 g/kg）、163.18 g/kg（155.31～173.00 g/kg）、172.38 g/kg（107.89～217.50 g/kg），干物质含量整体表现为芽眼＞薯肉＞薯皮，除LK99外其余两个品种的芽眼与薯皮、薯肉之间差异达极显著；比较每个品种不同部位的干物质含量，其平均值大小为LK99（184.91 g/kg）＞定薯4号（179.96 g/kg）＞同薯23号（169.42 g/kg），顶芽与侧芽差异不显著，除同薯23号外其余两个品种薯皮的脐部与中部差异极显著，与顶部差异不显著，薯肉的环髓区与顶部、髓部差异极显著，与脐部差异不显著，其中侧芽芽眼部位的干物质含量最高，髓部的干物质含量最低。

2.2.2K含量

马铃薯块茎芽眼、薯皮、薯肉的K含量分别为4.59 g/kg（3.93～6.50 g/kg）、5.05 g/kg（2.95～6.43 g/kg）、3.85 g/kg（2.32～6.41 g/kg），K含量整体表现为薯皮＞芽眼＞薯肉，薯皮与芽眼、薯肉三者之间差异不显著；比较每个品种不同部位的K含量，其平均值大小为同薯23号（4.86 g/kg）＞定薯4号（4.35 g/kg）＞LK99（4.03 g/kg），顶芽与侧芽差异达极显著，除定薯4号外其余两个品种薯皮的中部小于顶部和脐部，且差异达极显著，除同薯23号外其余两个品种的薯肉表现为顶部＞中部（髓部和环髓区）＞脐部，且差异达极显著，其中薯皮的顶部和脐部K含量较高，每个品种的表现各有所不同。

2.2.3Ca含量

马铃薯块茎芽眼、薯皮、薯肉的Ca含量分别为41.12 mg/kg（28.57～53.51 mg/kg）、161.37 mg/kg（89.00～237.41 mg/kg）、22.35 mg/kg（11.36～52.74mg/kg），Ca含量整体表现为薯皮＞芽眼＞薯肉，薯皮与芽眼、薯肉三者之间差异达极显著；比较每个品种不同部位的Ca含量，其平均值大小为定薯4号（98.39 mg/kg）＞同 薯23号 （73.74 mg/kg）＞LK99（46.45 mg/kg），除LK99外其余两个品种顶芽与侧芽差异不显著，薯皮的脐部与中部差异达极显著，除定薯4号外其余两个品种薯肉的脐部与其它部位之间差异极显著，薯肉的其它部位之间差异不显著，其中脐部薯皮的Ca含量最高。

2.2.4Mg含量

马铃薯块茎芽眼、薯皮、薯肉的Mg含量分别为68.70 mg/kg（61.63～73.82 mg/kg）、85.52 mg/kg（66.38～105.79 mg/kg）、63.96 mg/kg（38.56～93.22mg/kg），Mg含量整体表现为薯皮＞芽眼＞薯肉，除定薯4号外其余两个品种薯皮与芽眼、薯肉三者之间差异不显著；比较每个品种不同部位的Mg含量，其平均值大小为同薯23号（77.04 mg/kg）＞LK99（72.06 mg/kg）＞定薯4号（67.50 mg/kg），顶芽与侧芽差异不显著，除同薯23号外其余两个品种薯皮的脐部与顶部、中部之间差异极显著，除定薯4号外其余两个品种薯肉的脐部与其它部位之间差异显著，且同薯23号的差异极显著，薯肉其它部位之间差异不显著，其中脐部薯皮的Mg含量最高。

2.2.5Zn含量

马铃薯块茎芽眼、薯皮、薯肉的Zn含量分别为15.60 mg/kg（14.00～16.46 mg/kg）、5.25 mg/kg（3.03～6.28 mg/kg）、5.60 mg/kg（3.13～8.27 mg/kg），Zn含量整体表现为芽眼＞薯肉＞薯皮，芽眼与薯皮、薯肉之间差异极显著，但是薯皮与薯肉之间差异不显著；比较每个品种不同部位的Zn含量，其平均值大小为LK99（9.03 mg/kg）＞定薯4号（7.77 mg/kg）＞同薯23号（6.31 mg/kg），除LK99外其余两个品种顶芽与侧芽差异极显著，除同薯23号外其余两个品种薯皮的各部位之间差异不显著，薯肉各部位之间的差异性没有表现出一致的规律，其中芽眼部位的Zn含量最高，每个品种的表现各不相同。

2.2.6Mn含量

马铃薯块茎芽眼、薯皮、薯肉的Mn含量分别为2.29 mg/kg（2.07～2.48 mg/kg）、2.95 mg/kg（2.14～3.32mg/kg）、1.97 mg/kg（0.94～2.82 mg/kg），Mn含量整体表现为薯皮＞芽眼＞薯肉，薯皮与芽眼、薯肉三者之间差异不显著；比较每个品种不同部位的Mn含量，其平均值大小为同薯23号（2.66 mg/kg）＞LK99（2.33 mg/kg）＞定薯4号（2.11 mg/kg），顶芽与侧芽差异不显著，除LK99外其余两个品种薯皮的各部位之间差异不显著，薯肉顶部与其它部位之间差异显著，其中薯皮部位的Mn含量最高，每个品种的表现各不相同。

2.2.7Cu含量

马铃薯块茎芽眼、薯皮、薯肉的Cu含量分别为1.81 mg/kg（1.58～2.08 mg/kg）、1.77 mg/kg（1.40～2.22mg/kg）、1.51 mg/kg（1.12～2.08 mg/kg），Cu含量整体表现为芽眼＞薯皮＞薯肉，芽眼与薯皮、薯肉三者之间差异不显著；比较每个品种不同部位的Cu含量，其平均值大小为LK99（1.90 mg/kg）＞同薯23号（1.56 mg/kg）＞定薯4号（1.53 mg/kg），除定薯4号外其余两个品种顶芽与侧芽差异极显著，薯皮的顶部与中部、脐部之间差异极显著，薯肉的各部位之间差异性没有表现出一致的规律，其中顶芽芽眼的Cu含量最高。

2.2.8Fe含量

马铃薯块茎芽眼、薯皮、薯肉的Fe含量分别为21.60 mg/kg（15.73～26.37 mg/kg）、47.41 mg/kg（41.80～51.31 mg/kg）、8.89 mg/kg（6.43～11.51 mg/kg），Fe含量整体表现为薯皮＞芽眼＞薯肉，薯皮与芽眼、薯肉三者之间差异达极显著；比较每个品种不同部位的Fe含量，其平均值大小为定薯4号（24.88mg/kg）＞同薯23号（24.51 mg/kg）＞LK99（24.28 mg/kg），顶芽与侧芽差异极显著，除定薯4号外其余两个品种薯皮的顶部与中部、脐部差异显著，除同薯23号外其余两个品种薯肉的各部位之间差异不显著，其中顶部薯皮的Fe含量最高。

2.3 马铃薯块茎矿质元素含量的相关性分析

2.3.1不同矿质元素含量在马铃薯块茎中的相关性

马铃薯块茎中矿质元素含量的相关性分析结果，见表6。马铃薯块茎中的干物质与锌含量呈显著正相关，钾与钙、铜、铁含量呈显著正相关，钙与镁含量呈显著正相关，与锰、铁含量呈极显著正相关，镁与铁含量呈显著正相关，与锰含量呈极显著正相关，锰与铁含量呈极显著正相关，其余各指标间相关性不显著。

表6 马铃薯块茎中矿质元素含量间的相关性分析

2.3.2同一矿质元素含量在马铃薯块茎不同部位间的相关性

同一矿质元素含量在马铃薯块茎不同部位间的相关性分析结果，见表7。顶芽芽眼矿质元素含量与中部和脐部薯皮呈显著正相关，与其余各部位均呈极显著正相关，侧芽芽眼矿质元素含量与顶部、中部和脐部薯皮呈显著正相关，与其余各部位均呈极显著正相关，顶部薯皮矿质元素含量与中部和脐部薯皮呈极显著正相关，与其余各部位均呈显著正相关，中部薯皮矿质元素含量与脐部薯皮呈极显著正相关，与其余各部位均呈显著正相关，脐部薯皮矿质元素含量与髓部和脐部薯肉呈显著正相关，与其余各部位的相关性不显著，不同部位薯肉的矿质元素含量之间均呈极显著正相关。

表7 矿质元素在马铃薯块茎不同部位间的相关性分析

3 讨论与结论

必需矿质元素对预防疾病、保持健康作用重大，在人体内发挥着重要生理功能，如Zn和Cu与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，Mn、Cu、Zn等还参与多种基因调节和核酸代谢［29-30］。马铃薯营养丰富，是人体良好的矿物质来源，世界各国对马铃薯的生产与加工研究都很重视，如果能对我国的马铃薯进行合理地加工利用，那么必将产生巨大的社会经济效益。本研究结果表明，采用削皮刀对马铃薯手工去皮时，除芽眼外削掉薯皮占整薯重量比的平均值为8.83%，大薯薯皮占整薯重量的平均值略低于中薯和小薯，大薯和中薯薯皮占整薯重量的百分比差异显著，而小薯和大中薯薯皮占整薯重量的百分比差异均不显著，马铃薯品种和薯块大小对薯皮占薯块重量比的影响不明显。

本试验选取块茎顶部、中部、脐部、环髓区和髓部5个代表性位置，分别研究3个品种马铃薯块茎不同部位芽眼、薯皮和薯肉中的矿质元素和干物质含量差异，其中块茎不同部位的K、Ca、Mg、Mn、Fe含量均表现为薯皮＞芽眼＞薯肉，这与木薯块根中K、Ca、Fe、Mn含量具有薯皮＞薯肉分布特 点一 致［31］，Zn和干物质含量均表现为芽眼＞薯肉＞薯皮，Cu含量表现为芽眼＞薯皮＞薯肉；侧芽芽眼的干物质含量最高，顶芽芽眼的Cu含量最高，顶部薯皮的Fe含量最高，脐部薯皮的K、Ca、Mg含量较高；薯皮中K、Ca、Mg、Mn、Fe含量的平均值分别是薯肉的1.31、7.22、1.34、1.50和5.33倍，薯皮中的Ca、Mn和Fe含量远高于薯肉。马铃薯块茎中K与Ca、Cu、Fe含量呈显著正相关，Ca与Mn、Fe含量呈极显著正相关，Mg与Mn含量呈极显著正相关，Mn与Fe含量呈极显著正相关，这与程林润等［29］对栽培品种和地方品种马铃薯中矿质元素含量间的相关性分析结果基本一致，Zn与干物质含量呈显著正相关；除脐部薯皮矿质元素含量与顶部和环髓区薯肉的相关性不显著外，其余不同部位间矿质元素含量的相关性均为显著或极显著。

马铃薯块茎矿质元素含量受品种、土壤和栽培条件等多种因素的影响，同一块茎不同部位的矿质元素含量差异较大。由于本试验仅选择同一地区种植的3个马铃薯品种来研究，研究结果缺乏一定的代表性，还需选择不同种植区和不同基因型的马铃薯来开展试验研究，进一步验证矿质元素在马铃薯块茎不同部位的分布规律。