不同品种(系)马铃薯挥发性风味物质对比分析

刘国敏，覃维治，韦荣昌，易若兰，廖玉娇，郑 虚，车江旅

（1.广西壮族自治区农业科学院经济作物研究所，广西 南宁 530007；2.广西壮族自治区农业科学院，广西 南宁 530007）

马铃薯又称土豆、洋芋，是一种菜粮两用的经济作物，2015年被农业部列为继小麦、玉米、水稻之后的第四大主粮作物[1]，被誉为21世纪最有发展前景的经济作物之一[2]，也被称为地球未来的粮食[3]。孙君茂等[4]研究认为，马铃薯与稻米、小麦、玉米的营养当量折算比为2.5:1，反映出马铃薯的整体营养价值和对人体营养素需求的满足程度均较高[5]。马铃薯富含膳食纤维、蛋白质、维生素等人体必需物质，还含有禾谷类粮食不具有的胡萝卜素和抗坏血酸，从营养角度来看，马铃薯可称为“十全十美的食物”[6]。目前，对马铃薯的研究仍集中在生产加工和营养品质方面，对马铃薯风味尤其是对蒸马铃薯风味的研究相对较少。目前，马铃薯中的挥发性风味物质共检出300多种[7]，烹饪方式、栽培条件、贮藏时间等均可对马铃薯风味产生影响[8]。另外，马铃薯的风味具有基因特异性，不同的栽培品种，风味会有变化[9−10]。而与欧美等国家不同，我国马铃薯现如今仍以鲜食为主[11]，风味品质是决定某个马铃薯品种能否持久被市场接受的主要因素之一[12]，分析研究马铃薯挥发性风味物质，对新品种的选育和推广具有重要意义，对推动广西马铃薯产业的可持续发展至关重要。

广西是典型的马铃薯南方冬作区，马铃薯产业已成为广西农业的支柱产业之一。马铃薯风味的研究对提升广西马铃薯市场竞争力至关重要。本研究以广西农业科学院经济作物研究所选育品种桂农薯1号和桂彩薯1号、品系46号和25号及我国主栽品种费乌瑞它为试验材料，利用固相微萃取和气相色谱质谱联用技术测定5个不同品种（系）蒸熟马铃薯泥的挥发性风味物质，并对其进行主成分分析，分析不同马铃薯栽培品种（系）的风味差异，为以后的马铃薯品质评价、品种选育提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

试验所用材料 均来自广西农业科学院经济作物研究所，供试的马铃薯品种（系）有5个，分别为桂农薯1号（黄皮黄肉）、桂彩薯1号（紫皮紫肉）、费乌瑞它（黄皮黄肉）、25号（黄皮黄肉）、46号（黄皮白肉），供试材料均种植于广西农科院里建基地，田间管理按当地生产技术标准进行。

50/30 μm DVB/CAR/PDMS （57298-U） 萃取头、SPME手动进样手柄 美国安捷伦科技有限公司；QP2010 Ultra GC-MS仪器 日本岛津公司；DBWAX毛细管柱（30 m×250 μm，0.25 μm） 美国Agilent公司；DK-S28恒温水浴锅 上海精宏。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备 每个品种分别选取2～3个新鲜马铃薯（每个约100 g），用蒸锅隔水蒸35 min。将熟化的马铃薯捣碎成泥状混合均匀，取3 g混合样放入15 mL萃取瓶中，密封待用。

1.2.2 固相微萃取和气相色谱仪分析 固相微萃取：Gerstel 全自动样品前处理平台；加热温度80 ℃，平衡时间：20 min，吸附时间60 min，解析时间15 min。

气相色谱条件：TG-5SILMS色谱柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；载 气 为 氦 气，恒 流 模 式：2.0 mL/min；进样口温度：270 ℃；进样方式为不分流进样。

柱箱升温程序：40 ℃保持5 min，以15 ℃/min升到280 ℃保持5 min，以15 ℃/min升到205 ℃保持5 min。

质谱条件：电离方式为EI，电子能量为70 eV，离子源温度为230 ℃，四级杆温度：150 ℃，辅助加热：280 ℃。质量扫描范围29～550 m/z，阈值150。

1.2.3 定性方法与相对含量计算方法 原始数据初步通过与NIST谱库进行匹配定性，每个峰使用软件自动确定的背景校正和分辨率，选择匹配度大于80%作为物质鉴定依据[13]。采用峰面积归一化法定量，确定各挥发成分在各不同马铃薯品种中的相对含量[14]。

1.2.4 ROAV测定 利用ROAV定义对样品风味贡献最大的挥发性风味物质，即ROAVmax=100，其他香气成分ROAV值计算公式为：

式中：T为各挥发性风味物质相应的阈值，Tmax为贡献最大组分对应的阈值；C为各挥发性风味物质的相对含量，Cmax为贡献最大组分的相对含量[15]。

1.2.5 挥发性风味物质主成分分析评价 对不同马铃薯品种（系）挥发性组分进行主成分分析，确定主体挥发性成分，并构建风味品质综合评价模型[16]，计算综合得分。

1.3 数据处理

用Excel 2013输入数据和制作图表，用SPSS 20.0进行主成分分析，制作主成分分析得分图及载荷图。

2 结果与分析

2.1 不同品种（系）马铃薯挥发性组分比较

不同品种（系）马铃薯挥发性风味物质相对含量和数量见表1、表2。经过检测分析，5个马铃薯品种共检出57种挥发性风味物质，其中，醛类23种、醇类9种、酮类5种、酯类6种、烃类11种、呋喃类1种、酚类2种。不同品种（系）马铃薯挥发性风味物质数量和相对含量均有一定的差异，桂农薯1号共检出32种风味物质，桂彩薯1号21种、费乌瑞它27种、 25号17种、46号32种。除桂彩薯1号之外，其他4个品种均表现为醛类物质种类最多，相对含量也最高，且阈值较低，对整体风味影响较大。桂彩薯1号表现为烃类物质种类最多，酯类物质相对含量最高，其中，烃类物质主要来源于脂肪酸烷氧自由基的均裂，阈值较高对整体风味影响较小；酯类物质主要来源于马铃薯泥中醇类和羧酸类化合物发生的酯化反应，使得蒸马铃薯具有独特的芳香气味。不同马铃薯品种（系）共有的挥发性风味物质有8种，分别是正辛醛、壬醛、正癸醛、2-乙基己醇、（1-羟基-2,4,4-三甲基-3-基）2-甲基丙酸酯、丙酸-2-甲基-3-羟基-2,4,4-三甲基戊酯、十四烷、2-戊基呋喃。

2.1.1 醛类物质分析 醛类物质是脂类降解的主要产物，不同品种（系）马铃薯中醛类物质对比分析发现，46号马铃薯检出的醛类物质种类最多（21种），其次分别是桂农薯1号（17种）、费乌瑞它（12种），桂彩薯1号和25号最少，均只有5种（表2所示）。从占总检出物的比例来看，费乌瑞它最高（71.44%），其次分别是46号（69.66%）、桂农薯1号（69.36%）、25号（55.73%）、桂彩薯1号（36.23%）。其中，正辛醛、壬醛和正葵醛是5种马铃薯品种（系）共同检出的醛类物质；桂农薯1号检出的醛类物质中正己醛、2-庚烯醛、壬醛相对含量较高；正己醛、2庚烯醛具有青草香，主要来源于亚油酸的氧化和Strecker反应。壬醛有玫瑰柑橘香味，是油酸的氧化产物。桂彩薯1号中壬醛、3-甲硫基丙醛、苯乙醛相对含量较高。3-甲硫基丙醛有醇厚的酱香、红烧肉香味，主要来源于Strecker降解反应。苯乙醛有杏仁香，主要来源于脂质的降解。费乌瑞它中苯甲醛、正己醛、壬醛相对含量较高。25号中壬醛、3-甲硫基丙醛、正辛醛相对含量较高。正辛醛有玫瑰和橙皮香味；46号中正己醛、2-庚烯醛、正癸醛相对含量较高。

表2 不同品种（系）马铃薯挥发性风味物质成分种类及占总量的百分比Table 2 Types and percentages of volatile flavor components in different varieties (lines) of potatoes

2.1.2 醇类物质分析 由表1、2不同品种（系）马铃薯中检出的醇类物质可以看出，桂农薯1号检出的醇类物质最多（6种），其次分别是46号（4种）、费乌瑞它（3种），桂彩薯1号和25号最少，均只有2种。从占总检出物的比例可以看出，桂农薯1号最高（9.22%），其次分别是46号（5.44%）、费乌瑞它（4.69%）、桂彩薯1号（4.07）和25号（2.23%）。其中，2-乙基己醇是5种马铃薯品种（系）共同检出的醇类物质。

2.1.3 酮类物质分析 由表1、2不同品种（系）马铃薯检出的酮类物质可以看出，桂农薯1号、25号、46号检出1种酮类化合物，桂彩薯1号、费乌瑞它检出2种酮类化合物。从占总检出物比例可以看出，桂彩薯1号最高（3.73%），其次分别是费乌瑞它（2.68%）、25号（2.65%）、桂农薯1号（2.13%）、46号（0.59%）。5种马铃薯品种（系）未检出共同的酮类物质。

2.1.4 呋喃类物质分析 由表1、2可以看出，不同品种（系）马铃薯均检出同一种呋喃类物质，2-戊基呋喃，占总检出物质的比例表现为46号最高（18.26%），其次是桂农薯1号（10.93%）、费乌瑞它（3.06%）、桂彩薯1号（2.48%）、25号（2.12%）。

2.1.5 酚类物质分析 从表1、2可以看出，桂农薯1号、费乌瑞它、46号马铃薯品种（系）均未检出酚类物质，桂彩薯1号检出1种，占总检出物的2.68%；25号检出1种，占总检出物的0.41%。

2.1.6 酯类物质分析 由表1、2不同品种（系）马铃薯检出的酯类物质可以看出，桂农薯1号、桂彩薯1号、费乌瑞它均检出4种酯类化合物，25号马铃薯检出3种酯类化合物，46号马铃薯检出2种酯类化合物。从占总检出物的比例可以看出，桂彩薯1号最高（40.71%）、其次是25号（23.35%）、费乌瑞它（10.89%）、桂农薯1号（5.56%）、46号（1.93%）。（1-羟基-2,4,4-三甲基戊-3-基）2-甲基丙酸酯和丙酸-2-甲基-3-羟基-2,4,4-三甲基戊酯为5个马铃薯品种（系）共同检出的酯类化合物，且在5个马铃薯品种（系）所检出的酯类化合物中丙酸-2-甲基-3-羟基-2,4,4-三甲基戊酯的相对含量均最高，具体表现为桂彩薯1号（24.65%）>25号（15.81%）>费乌瑞它（7.23%）>桂农薯1号（3.68%）>46号（1.64%）。

2.1.7 烃类物质分析 由表1、2不同品种（系）马铃薯检出的烃类物质可以看出，桂彩薯1号检出的烃类化合物种类最多（6种），其次是费乌瑞它（5种）、25号（4种），桂农薯1号和46号最少，均只检出3种。从占总检出物的比例可以看出，25号最高（13.52%），其次分别是桂彩薯1号（10.78%）、费乌瑞它（7.81%）、46号（4.13%）、桂农薯1号（2.81%）。其中，十四烷为5种马铃薯品种（系）共同检出物。

表1 不同品种（系）马铃薯挥发性风味物质相对含量Table 1 Relative content of volatile flavor substances in different varieties (lines) of potatoes

2.2 不同品种（系）马铃薯挥发性风味物质ROAV分析

不同品种（系）马铃薯检测出了多种挥发性风味物质，但是只有其中一部分对马铃薯的整体风味有贡献，剩下的部分物质对马铃薯整体风味的呈现只起到修饰和协同作用。挥发性风味物质对马铃薯风味特征的贡献由其相对含量和香气阈值决定，香气阈值是一种气味最小可嗅值，所以风味物质相对含量的高低并不能说明其对马铃薯风味的贡献大小[17]。因此，本文结合各风味物质的阈值，进行了ROAV分析。ROAV≥1的物质对样品香气贡献较大，为关键性香气化合物，并且ROAV值越大的组分对样品总体风味的贡献也越大，0.1≤ROAV<1的物质对马铃薯泥香气有重要修饰作用，一般认为ROAV<0.1的物质对样品风味贡献较小。本文中，桂农薯1号、46号中的正己醛含量最高，对样品的香气贡献最大，定义正己醛为ROAVmax=100；桂彩薯1号、25号中壬醛含量最高，对样品香气贡献最大，定义壬醛为ROAVmax=100；费乌瑞它中苯甲醛含量最高，对样品香气贡献最大，定义苯甲醛为ROAVmax=100。由表3可以看出，桂农薯1号马铃薯泥检出物中，有14种关键性香气物质，桂彩薯1号有6种、费乌瑞它14种、25号有6种、46号有18种。其中，正辛醛、壬醛、正癸醛、2-戊基呋喃阈值较低，对5个马铃薯品种香气均有重要贡献（ROAV≥1），是共有的关键性香气物质。正己醛、庚醛、2-庚烯醛对桂农薯1号、费乌瑞它、46号整体风味影响较大，使其具有独特的水果香气。反，反-2，4-庚二烯醛、（E，E）-2，4-壬二烯醛、反式-2-癸烯醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛、2-十一烯醛、蘑菇醇阈值较低，对桂农薯1号和46号整体风味影响较大，使其风味特征与其他3个品种存在差异。苯甲醛、正辛醇是费乌瑞它特有的关键性香气物质，赋予了其杏仁香和油脂香味，对费乌瑞它风味特征的形成有重要贡献。3-甲硫基丙醛阈值较低，相对含量较高，ROAV值较大，对桂彩薯1号、费乌瑞它、25号、46号香气有较大贡献，是这4个品种共有的关键性香气物质。

表3 不同品种（系）马铃薯挥发性风味物质的香气阈值及ROAV值Table 3 Aroma threshold and ROAV value of volatile flavor compounds in different varieties (lines) of potatoes

续表 1

2.3 主成分分析

2.3.1 不同品种（系）马铃薯挥发性风味物质主成分分析 为进一步研究挥发性风味物质对马铃薯风味的影响，选取22种ROAV≥0.1对马铃薯风味有贡献的物质进行主成分分析，提取出特征值大于1的4个主成分（表4）。第1主成分贡献率为58.619%，第2主成分贡献率为20.997%，累计贡献率达到79.616%，可以解释原始数据的大部分信息，因此只选择前两个主成分进行分析。前两个主成分得分图如图1所示，不同品种马铃薯区分效果较好，将得分图分为4个象限，可以看出25号和桂彩薯1号均分布于第三象限，有较好的聚集性，说明这两个马铃薯品种风味特征相近，其与费乌瑞它、桂农薯1号、46号没有较好的聚集，表明不同马铃薯品种风味特征存在一定的差异。各主成分载荷值代表主成分对该类物质反映程度，可用于风味数据分析[32]。由表5和图2可以看出，决定第1主成分的主要是2-庚烯醛、正癸醛、2-十一烯醛、反式-2-癸烯醛、（E，E）-2,4-壬二烯醛、2-正戊基呋喃、壬醛、十一醛、反，反-2,4-庚二烯醛、蘑菇醇；决定第2主成分的主要是正辛醇、苯甲醛。

表4 主成分特征值及贡献率Table 4 Principal component eigenvalues and contribution rate

图2 不同品种（系）马铃薯主成分分析载荷图Fig.2 Principal component analysis load diagram in different varieties（lines）of potatoes

表5 主成分载荷矩阵和特征向量Table 5 Principal component loading matrix and eigenvector

图1 不同品种（系）马铃薯主成分分析得分图Fig.1 Principal component analysis score chart in different varieties (lines) of potatoes

2.3.2 挥发性风味物质综合评价模型的建立 根据2个主成分22类物质各自的特征向量，可以得到各个主成分的得分，分别用F1、F2表示，F表示综合得分，得到马铃薯挥发性风味物质的线性关系式，分别为：

（X1、X2……X22为22种挥发性风味物质标准化之后的数值）

将2个主成分的贡献率作为加权系数，对主成分得分进行加权平均，建立综合评价模型：F=0.586F1+0.210F2。综合得分越高表明香气品质越好。根据不同主成分综合得分，不同品种（系）马铃薯香气品质从高到低综合排名依次为46号、桂农薯1号、费乌瑞它、桂彩薯1号、25号（表6）。

表6 标准化后主成分综合得分Table 6 Principal component composite score after normalization

3 讨论与结论

不同品种（系）马铃薯检出物中，占总检出物比例较高的物质分别是，桂农薯1号中的正己醛（42.33%）、2-戊基呋喃（10.93%），桂彩薯1号中的丙酸-2-甲基-3-羟基-2,4,4-三甲基戊酯（24.65%）、壬醛（19.1%），费乌瑞它中的苯甲醛（24.55%）、正己醛（19.51%），25号中的壬醛（26.08%）、3-甲硫基丙醛（18.69%），46号中的正己醛（26.21%）、2-正戊基呋喃（18.26%），说明醛类物质对马铃薯风味的呈现至关重要，其中，正己醛、壬醛、3-甲硫基丙醛占比较高且阈值相对较低，对马铃薯香气贡献较大。Morris等[33]研究表明己醛与香味强度呈负相关，但与特征风味呈正相关，对蒸煮马铃薯芳香差异有重要作用。壬醛有强烈的脂肪气息，稀释时具有橙子及玫瑰香韵[34]。甲硫基丙醛是马铃薯的特征风味物质[35]，在适度的稀释浓度下有马铃薯的香气[36]。2-戊基呋喃在桂农薯1号和46号中占比较高，并且是5个品种（系）的共同检出物，它的阈值相对较低，ROAV值均大于1，是重要的关键性风味物质，可使马铃薯呈现豆香、果香味，对马铃薯整体风味有贡献作用。2-戊基呋喃是美拉德反应的产物，龚兴旺等[37]研究认为2-戊基呋喃对蒸煮马铃薯风味有潜在的影响，是蒸马铃薯的主要芳香物质。李凯峰等[38]研究认为，2-甲基呋喃有香草味，与风味强度呈正相关，是品种间主要的差异挥发性化合物。杨妍等[39]研究认为呋喃类化合物可能是由马铃薯细胞中还原糖降解产生的，对马铃薯香气形成起到不可忽视的作用。这与本研究结果相似。

本文对ROAV值进行分析表明，46号马铃薯的关键风味物质（ROAV≥1）种类最多，多达18种，其次是桂农薯1号和费乌瑞它（14种），桂彩薯1号和25号均只有6种。5个不同品种（系）的所有检出物中，醛类物质相对阈值较低，是蒸马铃薯的关键性香气物质，对马铃薯总体风味贡献最大，是马铃薯风味成分中最重要的一类化合物，使马铃薯呈现脂肪香和果香味。

特色品种桂彩薯1号检出物中烃类物质种类最多（6种），酯类物质占比最大（40.71%），其次是醛类物质（36.23%），这与其他4个普通品种（系）明显不同，有研究表明[40]烃类、酯类物质对整体风味虽未起到决定性作用，但有可能会对马铃薯的整体香气起到提升或降低的作用。王榛等[41]认为，酯类物质是最重要的香味物质，由于其阈值较低，能产生强烈的果香味。本文中，除46号马铃薯之外，其他4个品种（系）的检出物中酯类物质占比均较高，所以酯类物质对马铃薯整体风味的影响也不可小觑，具体作用机制有待进一步研究。Wang等[42]研究认为，花青素和类胡萝卜素的分解物可能对蒸煮之后的马铃薯风味产生负面影响。这可能也是本研究中富含花青素的桂彩薯1号风味表现一般的重要原因。

本文通过对ROAV≥0.1的22种挥发性风味物质进行主成分分析，找出2个主成分代表了79.616%的样品信息，可以说明不同马铃薯品种（系）之间的差异，2个主成分指向了9种醛类物质，2种醇类物质，1种呋喃类物质，风味品质从高到低综合排名依次为46号、桂农薯1号、费乌瑞它、桂彩薯1号、25号。

结果表明，醛类物质是蒸马铃薯的主体风味物质，5个马铃薯品种（系）中46号整体风味最佳。为新品种（系）的市场推广提供了技术支撑，为选育风味品质较佳的马铃薯新品种提供了理论基础。