广西冬作马铃薯品种全粉基本特性比较

张雅媛，卫萍，孙健，游向荣*，李明娟，李志春，黄承祖，郑虚

1(广西农业科学院 农产品加工研究所，广西 南宁，530007) 2(广西农业科学院 经济作物研究所，广西 南宁，530007)

广西冬作马铃薯品种全粉基本特性比较

张雅媛1，卫萍1，孙健1，游向荣1*，李明娟1，李志春1，黄承祖1，郑虚2

1(广西农业科学院 农产品加工研究所，广西 南宁，530007) 2(广西农业科学院 经济作物研究所，广西 南宁，530007)

采集了广西地区5个冬作马铃薯品种，测定其理化指标和全粉加工特性，采用主成分分析(principal component analysis, PCA)和相关性分析研究不同品种马铃薯品质指标的差异和内在联系。结果表明：5个品种中，川芋117和桂农薯1号干物质和淀粉含量高，全粉具有高L*和低b*，适宜于淀粉和全粉的加工利用。川芋117峰值黏度和终值黏度高，吸水性强，桂农薯1号吸油性强，冻融稳定性较好。主成分分析提取了特征根大于1的主成分4个，其中，主成分1和主成分2累计贡献率为82.792%，可有效地反映出马铃薯理化和品质指标特性的总变异，筛选出的代表性评价指标有总淀粉、粗蛋白、直链淀粉、起糊温度、峰值黏度和崩解值。此外，通过主成分载荷图和相关性分析数据揭示了部分评价指标的相关性和相关方向。研究可为马铃薯加工品种的筛选提供理论依据。

马铃薯；品种；特性；主成分分析；相关性

马铃薯是世界上仅次于小麦、水稻、玉米的第四大粮食作物，具有产量高、适应性广、生育期短等优势，马铃薯的营养丰富且均衡，其维生素和矿物质等营养成分在粮食作物中最为全面[1]。引导我国马铃薯主食化消费，不仅能减轻粮食生产压力，还可改善居民膳食结构，推动产业升值，具有广阔的市场前景。广西具有得天独厚的气候、节令、区位优势，每年冬闲田在66.67万hm2以上[2]。近几年，广西从区外引进了多个马铃薯品种进行引种试种，并筛选、培育了一批适宜在广西地区秋冬季种植的品种，马铃薯冬闲田的种植区域和产量逐年增长，已成为我国冬作马铃薯的主产区，发展广西冬种马铃薯对保障我国粮食安全和促进农民增收具有十分重要的意义。

马铃薯全粉几乎保留了薯皮以外的所有干物质，全粉含水量低，营养成分更加富集，易于运输、贮存，可作为原辅料加工应用[3-4]。全粉的品质特性与其应用范围和加工制品品质密切相关，有必要对其全粉理化性质和加工特性进行系统考察，明确各品种全粉的特性。广西马铃薯加工业起步较晚，对原料加工适宜性研究报道较少，因此，本文选择了5个综合性状表现良好的冬种马铃薯品种，对比分析了5个参试品种马铃薯的基本理化指标和加工特性的差异，并进一步开展了主成分分析和相关性分析，旨在对马铃薯全粉进行客观的评价。

1材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯：“川芋117”、“费乌瑞它”，“桂农薯1号”、“7号”、“25号”共计5个品种，由广西农业科学院经济作物研究所提供；NaOH、乙醚、无水乙醇、HCl、CuSO4、H2SO4、H3BO3、I、KI等试剂均为分析纯；总淀粉检测试剂盒，爱尔兰Megazyme公司；金龙鱼玉米油，市购。

1.2 仪器与设备

热泵干燥设备，自主研发；HP200色差仪，上海汉谱光电科学有限公司；WFJ2000型分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司；冷冻离心机，美国Sigma仪器设备公司；TecMaster型快速黏度分析仪，瑞典波通公司。

1.3 实验方法

1.3.1 马铃薯全粉的制备

新鲜马铃薯→洗净→去皮→切片→热泵干燥→粉碎过筛(100目)→马铃薯全粉

1.3.2 品质指标测定

干物质含量，常压干燥法[5]；灰分测定，参照GB 5009.4—2010；粗蛋白含量测定，参照 GB 5009.5—2010；脂肪含量测定，采用GB/T 5009.6—2003；粗纤维测定，参照GB/T5009.10—2003；总淀粉含量测定，按Megazyme淀粉试剂盒所提供的方法；直链淀粉含量测定，双波长法[6]。

1.3.3 色泽的测定

利用HP2000色差仪测定马铃薯全粉L*、a*、b*值，每个样品平行6次，取平均值。其中L*代表样品亮度值，a*代表红绿色度，b*代表样品黄蓝色度。

1.3.4 加工特性分析

(1)吸水性：测定参照何继文[7]的方法。准确定称样品2.0 g，加入离心管中，称重m1，加入30 mL蒸馏水，在振荡器上混合均匀。将离心管在30 ℃下水浴30 min，每隔10 min混合1次，然后在4 000 r/min转速下离心10 min，弃去上清液，将离心管倒置2 min后称重m2，计算如公式()1：

(1)

式(1)中：m1，加水前离心管和样品总质量，g；m2，离心去上清液后离心管和样品总质量，g；m，样品质量，g。

(2)吸油性：测定方法参考SINGH[8]。准确定称样品2.0 g，加入离心管中，称重m1，加入40 mL玉米油，在振荡器上混合均匀。将离心管在30 ℃下水浴30 min，每隔10 min混合一次，然后在4 000 r/min转速下离心10 min，倒出上清液，将离心管倒置2 min后称重m2，计算如公式(2)：

(2)

式中：m1，加油前离心管和样品总质量，g；m2，离心去上清液后离心管和样品总质量，g；m，样品质量，g。

(3)RVA糊化特性：称取一定质量的马铃薯全粉于RVA专用铝盒中，加入去离子水，配制成质量分数为6%的悬浮液，使用RVA软件标准程序Standard1测定。

(4)冻融稳定性：准确称取样品2.0 g，加入去离子水配制成质量分数为6%的悬浮液，于沸水浴加热并充分搅拌20 min，冷却至室温，称重m1。在-20 ℃的条件下冷冻24 h，40 ℃水浴解冻，在3 000 r/min条件下离心15 min，弃去上清液，并称重m2，以每克样品的析水率来表示冻融稳定性。计算如公式(3)：

(3)

式中：m1，离心前离心管加样品质量，g；m2，离心后离心管加样品质量，g；m，样品质量，g。

1.4 数据分析

采用SPSS 19.0对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 基本成分比较

由表1可见，5个品种马铃薯原料的理化指标存在显著差异，表明实验所选的马铃薯品种具有一定的代表性。干物质含量为15.79%～22.72%，总淀粉含量为9.63%～14.52%，最高为川芋117和桂农薯1号，两者间无显著差异，最低为25号，参测样品的直链淀粉含量均较高，平均为3.80%。原料的干物质和淀粉含量高，则全粉加工得率高，全粉加工用马铃薯原料的干物质含量一般要求在19.9%以上为宜[9]。由于广西培育的冬种马铃薯为早熟品种，生育期和光照时间较北方短，不利于干物质和淀粉的积累，因此，干物质和淀粉含量较文献报道[10-11]中北方马铃薯品种略低。

5个品种马铃薯中，川芋117的粗蛋白含量最高，其次为桂农薯1号。不同组分相比，粗蛋白含量的变异系数最大，脂肪和灰分的含量相对较低，变异系数较小，品种间的差异小。综上所述，川芋117和桂农薯1号理化指标的综合表现较好，更适合用于全粉及淀粉加工。

表1 不同品种马铃薯理化指标

注：不同小写字母代表品种间的差异显著(P<0.05)，表2、表3同。

2.2 马铃薯全粉色泽

5个品种的马铃薯全粉具有较高的L*和较低的a*，川芋117和桂农薯的1号L*最高，b*低于其他3个品种，表明这2个品种的全粉色泽更加鲜亮，白度相对较高，更适用于加工全粉。全粉的色泽直接影响其制品的感官品质，一般来说，制品的色泽白亮，则更容易被消费者喜爱。

表2 不同品种马铃薯全粉色度值

2.3 吸水性与吸油性

5个品种马铃薯的吸水性和吸油性结果见图1。马铃薯全粉的吸水指数范围为1.217～1.343，最高为川芋117，最低为桂农薯1号。全粉优良的吸水性可增强其在高黏度产品中应用性能，可提高产品的保水性，防止水分的过度损失[12]。全粉的吸油性在其工业化应用过程中同样发挥着非常重要的作用，全粉的吸油性高可帮助减少脂肪渗出，脂肪是保持产品风味的主要成分，全粉吸油性好可增强产品风味，改善口感，延长保质期，特别是在焙烤食品和肉质品中[13]。5个品种中，桂农薯1号吸油指数最高，川芋117最低。

图1 不同品种马铃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

马铃薯全粉的糊化参数值见表3。5个品种马铃薯全粉的峰值黏度和终值黏度存在显著差异，从大到小依次为川芋117>费乌瑞它>桂农薯1号>25号>7号。相关研究表明，全粉的峰值黏度是与发酵面制品的体积、质地和口感相关性最高的糊化参数，考察全粉的峰值黏度可为科学的预测馒头、面包及糕点制品专用粉的品质提供技术依据[14]。全粉的终值黏度的大小对其在高黏度产品，如调味酱、汤类中的应用具有重要的影响。

全粉崩解值可反映出全粉糊的一个耐剪切性能，崩解值越大，则全粉的耐剪切性越差，反之，则耐剪切性好。5个品种中崩解值最大的为费乌瑞它，最小为桂农薯1号。回升值可考察全粉在加热后冷却过程中黏度的恢复，可反映出淀粉的短期回生趋势。马铃薯全粉回升值的范围为83～105 mPa·s，从小到大依次为7号<25号<桂农薯1<费乌瑞它<川芋117，淀粉回生程度较低，较低的回生趋势有利于高黏度产品稳定黏度和减少沉降。

表3 不同品种马铃薯全粉糊化参数值

2.5 冻融稳定性

全粉冻融稳定性主要取决于淀粉内部结构及淀粉与其他组分间的相互作用，以冻融析水率来表示。5个品种马铃薯全粉的冻融析水率从大到小依次为费乌瑞它>川芋117>7号>桂农薯1号>25号(图2)。冻融析水率可反映出全粉在冷加工和低温制品中的稳定性[15]，冻融析水率低，样品低温稳定性能好。具有较好冻融稳定性的全粉，更适宜在低温和冷冻食品中应用，反之，应用在低温条件下则需要进一步改善其性能。

图2 不同品种马铃薯全粉冻融稳定性Fig.2 Frezze-thawing stability of different varieties potato flours

2.6 马铃薯品质指标的主成分分析和相关性分析

对5个品种马铃薯的15个理化和品质指标展开主成分分析(principal component analysis, PCA)，由表4结果可见，提取的特征根大于1的主成分有4个，累计贡献率达100%。第一主成分F1的贡献率为50.393%，第二主成分F2的贡献率为32.399%，前2个主成分已包涵原信息达82.792%，可有效地反映出马铃薯理化和品质指标特性的总变异。对旋转成分矩阵进行分析，依据矩阵载荷数据(表5)建立主成分F1和F2的二维载荷图， 可更加直观的解释变量的重要性和相关性。指标的重要性可由载荷的大小和百分比来表征，变量距离原点越远，向量百分比越大，该变量的代表性就强。第一主成分中，总淀粉(ST)、粗蛋白(Pro)、直链淀粉(amylose)、L*、b*的距离原点距离较远，载荷向量百分比较高，可作为F1的代表性评价指标，其中，b*在第一主成分中呈负

向分布。第二主成分F2中，结合原点距离和载荷百分比来看，起糊温度(PT)、峰值黏度(PV)、崩解值(BV)可作为F2的代表性评价指标，PT在F2中呈负向分布。第三主成分的贡献率为9.745%，主要综合了吸水性(WAC)、冻融稳定性(FS)、终值黏度(FV)和回升值(SB)的信息，第四主成分的贡献率为7.463%，主要综合了脂肪(fat)、灰分(Ash)和吸油性(OAC)的信息，其中，fat在F4中呈负向分布。

表4 马铃薯品质特性的主成分分析

注：F1-F4分别代表第一至第四主成分，下同。

表5 PCA旋转后的成分载荷矩阵

注：旋转在7次迭代后已收敛；TS代表总淀粉；Pro代表粗蛋白；fat代表脂肪；Ash代表灰分；amylose代表直链淀粉；WAC代表吸水性；OAC代表吸油性；PT代表起糊温度；PV代表峰值黏度；FV代表终值黏度；BV代表崩解值；SB代表回升值；FS代表冻融稳定性。表6同。

结合主成分分析和相关性分析，可进一步明确评价指标的相关程度和相关方向[16]。在二维载荷图中，指标的相关性可由载荷向量的距离和方向来表征，结果见表6和图4。在理化指标中，相关性分析表明，amylose与ST和Pro呈显著正相关(r=0.920，r=0.951，P<0.05)。载荷图中显示3个指标具有相同的方向和较近的空间距离。马铃薯全粉的色泽指标b*与L*、ST、Pro呈反向分布，向量夹角相比较大，相关性分析显示呈显著负相关(r=-0.910，r=-0.880、r=-0.898，P<0.05)，这与ABOUBAKAR[17]等在考察芋头全粉性质时的研究结论一致，表明马铃薯全粉的亮度越大，其黄色度越小。

在RVA的糊化参数中，PV与SB、FV空间相聚较近，向量夹角小，表现出了高度的正相关性(r=0.982，r=0.976，P<0.01)，即具有较高峰值黏度的马铃薯品种其回升值和终值黏度亦较高。从载荷图上来看，全粉的糊化黏度参数与ST具有一定的正向相关性，在筛选高黏度全粉加工品种时，可参考马铃薯的淀粉含量。相关性分析表明PT与BV呈显著负相关(r=-0.882，P<0.05)，这主要是由于具有较高起糊温度的全粉，其分子间和分子内的作用力较强，淀粉颗粒不易吸水溶胀，而溶胀度较低的淀粉颗粒其破损程度减少，崩解值较低。在加工特性中，FS与WAC呈较强的正相关(r=0.992，P<0.01)，这意味着在这5个马铃薯加工品种的选择中，吸水性能好的品种其冻融稳定性较差，不适于应用于低温条件或应进一步改善性能。

图3 第一主成分与第二主成分载荷图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(双侧)上显著相关；**在 0.01 水平(双侧)上显著相关。

3 结论

(1)在同等种植条件下，5个冬作马铃薯品种的理化指标和加工特性存在不同程度的差异。总淀粉含量为9.63%～14.52%，略低于北方品种，其中，川芋117和桂农薯1号具有较高的干物质和淀粉含量，全粉色泽L*高，b*低，更适合于全粉和淀粉加工。对不同品种马铃薯全粉的加工特性研究表明，川芋117峰值黏度和终值黏度较高，吸水性强，更适合应用于高黏度产品中，以增强产品黏稠度、提高保水性。桂农薯1号具有较高吸油性和冻融稳定性，适合应用于焙烤产品和肉制品中，以改善产品口感，增强风味。

(2)对15个理化和品质指标展开主成分分析，提取了4个特征根大于1的主成分，前2个主成分可反映原变量82.792%的信息。总淀粉、粗蛋白、直链淀粉、L*、b*可作为第一主成分代表性评价指标，其中，b*呈负向分布。起糊温度、峰值黏度、崩解值可作为第二主成分的代表性评价指标，其中，起糊温度呈负向分布。结合主成分载荷图和皮尔逊相关性分析，进一步明确了评价指标的相关程度和相关方向。在理化指标中，马铃薯的直链淀粉含量与总淀粉含量和粗蛋白含量呈显著正相关。马铃薯全粉的色泽指标b*与L*、总淀粉含量、粗蛋白含量呈显著负相关。在RVA的糊化参数中，峰值黏度与回升值、终值黏度表现出了高度的正相关性。起糊温度与崩解值表现出显著负相关。在功能特性中，冻融析水率与持水性呈较强的正相关性。

(3)广西马铃薯加工业的发展相对滞后，生产主要以鲜销为主，工业化加工转化率低。马铃薯全粉的研究和应用，是促进广西马铃薯资源开发利用和产业发展的关键。本文开展了5个冬种品种的15个评价指标的初步研究结果，还有待于进一步深入研究更多的品种和品质特性的综合评价。

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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，助理研究员(游向荣副研究员为通讯作者，E-mail:areyouare@163.com)。

公益性行业(农业)科研专项经费(201503001-6，201503001-5)；广西农业科学院基本科研业务专项项目(桂农科2015YT87，桂农科2014YZ34，桂农科2015YT62)；广西薯类创新团队nycytxgxcxtd-03-11-1

2016-04-20，改回日期：2016-05-13