基于L*a*b*表色系定量描述40 个马铃薯品种褐变动态发生规律和差异性及其与氨基酸组分关系的研究

孙俪娜，祁岩龙，刘峰娟，徐艳文，于 洋，张忆洁，宋 鱼

（1. 新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；2. 新疆农业科学院综合试验场，新疆 乌鲁木齐 830000；3. 新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

马铃薯在我国已经有400 多年的栽培历史，是我国继小麦、水稻和玉米之后的第四大重要的粮食作物[1]。新疆马铃薯种植区主要分布在沿阿勒泰山、昆仑山及天山南北坡等冷凉地区[2]。2019 年新疆马铃薯种植面积3.12×104hm2，总产量约110 万t。其中，早熟品种种植比例占总面积的24.7%，中晚熟品种种植比例占总面积的72.07%，特色品种种植比例占总面积的3.23%[3]。

2015 年1 月，中国农业部正式启动马铃薯主食化战略，推动马铃薯由原料产品向产业化系列品转变[4]。因此，马铃薯加工业发展意义重大。马铃薯在加工过程中去皮、切分等环节造成了自身一定的机械损伤，破坏了酚酶区域化的平衡分布，并导致汁液外渗、组织代谢旺盛及衰老加速等问题，这促使其出现褐变[5]、失水[6]、微生物超标[7]、异味[8]等问题，从而导致品质迅速下降，降低了加工价值[9]。目前，抑制马铃薯褐变的方法研究集中在采用化学抑制技术和物理抑制技术方面，其中化学抑制技术主要包括天然化学提取物、单一化学物质和复合溶液等[10]，物理抑制技术主要包括热烫[11]、超声[12]、超高压[13]和气调[14]等，这些均是采用外源处理方式，而从马铃薯品种间自身的褐变发生动态规律、抑制能力的差异性及其与氨基酸组分关系的研究鲜有报道。因此，结合新疆主栽的40 个马铃薯品种为研究对象，基于L*a*b*表色系实时定量描述色泽变化，揭示各品种间的褐变发生规律与抑制能力差异，同时研究抑制褐变能力与氨基酸组分间的内在联系，为马铃薯主食化加工中适加工性品种筛选和褐变抑制新技术研发提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料

以40 个适宜新疆种植的马铃薯品种为试验材料（品种列表见表1），于2016 年9 月下旬采自吉木萨尔县新地乡新疆农业科学院综合试验场冷凉作物基地，选择成熟度基本一致、芽眼较浅、无病虫害、无机械性损伤果实，放入网袋中，当天运回新疆农业科学院综合试验场。

40 个马铃薯品种试验材料见表1。

表1 40 个马铃薯品种试验材料

1.2 仪器与设备

DO9000 型色差仪，美国Hunterler 公司产品；L-8800 型全自动氨基酸分析仪，日立集团产品；HCB-1600H 型水平流洁净工作台，海尔集团产品；KFR-35GW 型壁挂式空调，珠海格力电器股份有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

分别选取1.1 中试验材料用清水洗净，吸干表面水分，用200 μL/L 的次氯酸钠溶液浸洗2 min 后，用蒸馏水冲洗干净，用纱布擦干。

1.3.2 色泽变化监测

分别将1.3.1 处理后的样品沿中位线切开，置于温度25 ℃，湿度35%的恒温恒湿环境中，在横切面选取3 个色泽基本一致的点为色泽变化监测点，每2 min用色差仪定量描述1 次，终止监测时间为120 min。

1.3.3 氨基酸组分测定

基于1.3.2 的研究结果，分别选取自身抑制褐变能力差异显著的典型性品种（均为中晚熟品种、产量差异不显著），进行氨基酸组分测定，重复3 次。

1.4 测定指标及方法

（1） 采用色差分析法[15]测定表面色泽值（L 值、a 值、b 值），色调角计算公式为：h°=180°+arctan(b*/a*)。

（2） 采用 GB/T 5009.124—2003 的方法测定氨基酸组分。

1.5 数据统计

试验数据分析采用Excel 2003 和SPSS 19.0 软件进行数据的聚类、相关性与方差分析。

2 结果与分析

2.1 40 个马铃薯品种褐变动态发生过程的差异性研究

2.1.1 L 值动态变化过程差异性及品种相似性的聚类分析

40 个马铃薯品种色泽L 值变化过程的差异性聚类分析见表2，40 个马铃薯品种色泽L 值差异性变化的品种相似性聚类分析见表3。

由表2 可知，采用聚类分析法分别对40 个马铃薯品种在恒温恒湿（25℃，30%RH） 条件下色泽L值的动态变化过程分析发现，有11 个品种色泽L 值出现2 次显著变化的过程，有29 个品种出现3 次显著变化过程；并根据各品种在第一类别时间变化点的长短再次进行品种的相似性聚类分析（见表3），得到抑制色泽L 值变化较佳的品种有7 个，其次有4个品种，再次有22 个品种，较差的有7 个品种。

表2 40 个马铃薯品种色泽L 值变化过程的差异性聚类分析/min

表3 40 个马铃薯品种色泽L 值差异性变化的品种相似性聚类分析

2.1.2 a 值动态变化过程差异性及品种相似性的聚类分析

40 个马铃薯品种色泽a 值变化过程的差异性聚类分析见表4，40 个马铃薯品种色泽a 值差异性变化的品种相似性聚类分析见表5。

由表4 可知，采用聚类分析法分别对40 个马铃薯品种在恒温恒湿（温度25 ℃，湿度30%） 条件下色泽a 值的动态变化过程分析发现，有14 个品种色泽L 值出现2 次显著变化的过程，有26 个品种出现3 次显著变化过程；并根据各品种在第一类别时间变化点的长短再次进行品种的相似性聚类分析（见表5），得到抑制色泽a 值变化较佳的品种有2 个，其次有5 个品种，再次有13 个品种，较差的有20 个品种。

表4 40 个马铃薯品种色泽a 值变化过程的差异性聚类分析/min

表5 40 个马铃薯品种色泽a 值差异性变化的品种相似性聚类分析

2.1.3 b 值动态变化过程差异性及品种相似性的聚类分析

40 个马铃薯品种色泽b 值变化过程的差异性聚类分析见表6，40 个马铃薯品种色泽b 值差异性变化的品种相似性聚类分析见表7。

由表6 可知，采用聚类分析法分别对40 个马铃薯品种在恒温恒湿（温度25 ℃，湿度30%） 条件下色泽b 值的动态变化过程分析发现，有26 个品种色泽L 值出现2 次显著变化的过程，有14 个品种出现3 次显著变化过程；并根据各品种在第一类别时间变化点的长短再次进行品种的相似性聚类分析（见表7），得到抑制色泽b 值变化较佳的品种有2 个，其次有7 个品种，再次有12 个品种，较差的有19 个品种。

表6 40 个马铃薯品种色泽b 值变化过程的差异性聚类分析/min

表7 40 个马铃薯品种色泽b 值差异性变化的品种相似性聚类分析

2.1.4 色调角h°动态变化过程差异性及品种相似性的聚类分析

40 个马铃薯品种色调角h°变化过程的差异性聚类分析见表8，40 个马铃薯品种色调角h°差异性变化的品种相似性聚类分析见表9。

表9 40 个马铃薯品种色调角h°差异性变化的品种相似性聚类分析

由表8 可知，采用聚类分析法分别对40 个马铃薯品种在恒温恒湿（25 ℃，30%RH） 条件下色调角的动态变化过程分析发现，有4 个品种色泽L 值出现2 次显著变化的过程，有36 个品种出现3 次显著变化过程；并根据各品种在第一类别时间变化点的长短再次进行品种的相似性聚类分析，得到抑制色调角变化较佳的品种有4 个，其次有11 个品种，再次有10 个品种，较差的有15 个品种。

表8 40 个马铃薯品种色调角h°变化过程的差异性聚类分析/min

2.2 抑制褐变能力与其氨基酸组分关系分析

依据2.1 的研究结果，并基于1.3.3 方法要求，选取自身抑制褐变能力强的典型性品种为：L0524-2、L7、L8，选取自身抑制褐变能力弱的典型性品种为T9、陇9、T5。

氨基酸组分含量见表10。

表10 氨基酸组分含量

通过对抑制褐变能力强的品种组与抑制褐变能力弱的品种组间的氨基酸组分含量进行单因素方差分析（见表11），抑制褐变能力强的品种中氨基酸总和、天冬氨酸、丝氨酸、胱氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和精氨酸较抑制褐变能力弱的品种含量高，且呈现极显著差异（p＜0.05）；抑制褐变能力强的品种中缬氨酸较抑制褐变能力弱的品种含量低，且呈现显著差异（0.05＜p＜0.1），其余氨基酸组分含量差异不显著。

氨基酸组分含量差异分析见表11。

由表11 中氨基酸组分间差异性分析结果，对呈现极显著与显著差异的氨基酸组分与自身抑制褐变能力强弱关系进行相关性分析（见表12），缬氨酸含量高低与抑制褐变能力强弱呈负相关关系（相关系数为-0.789），其余均呈正相关关系，相关性呈极显著（p＜0.01） 的为天冬氨酸和氨基酸总和（相关系数为 0.942，0.941），呈显著 （0.01＜p＜0.05） 为丝氨酸、胱氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和精氨酸（相关系数为0.913，0.906，0.912，0.919，0.870），缬氨酸呈不显著 （p＞0.05）。

表11 氨基酸组分含量差异分析

氨基酸组分与褐变抑制能力强弱相关性分析见表12。

表12 氨基酸组分与褐变抑制能力强弱相关性分析

3 结论

（1） 通过对 40 个品种色泽 （L 值、a 值、b 值、h°） 实时监控并进行聚类分析。结果表明，抑制表色系中L 值变化较优的品种为D30、克19、T4、晋18、中13、S4-32 和C11，其中早熟品种2 个、中晚熟品种5 个；抑制表色系中a 值变化较优的品种为78、陇9，其中特色品种1 个、中晚熟品种1 个；抑制表色系中b 值变化较优的品种为S4-32、79（2），其中中晚熟品种1 个、特色品种1 个；抑制表色系中色调角h°值变化较优的品种为L0524-2、S4-32、L7 和79（2），其中中晚熟品种3 个、特色品种1个。最终优选表色系中色调角h°值作为马铃薯品种自身抑制褐变能力的评价指标，得出4 个适宜于新疆种植且自身抑制褐变能力较强的马铃薯品种，为适加工马铃薯品种筛选提供参考。

（2） 通过对选取的自身褐变抑制能力强弱的代表性品种进行与其氨基酸组分含量差异的关系分析。结果表明，氨基酸总和、天冬氨酸、丝氨酸、胱氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和精氨酸在2 组样品间含量呈极显著差异，缬氨酸呈显著差异，通过相关性分析结果表明，天冬氨酸含量和氨基酸总和与褐变抑制能力强弱呈极显著正相关，丝氨酸、胱氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和精氨酸含量与其呈显著正相关，缬氨酸与其呈负相关，但不显著。该研究成果可为开发一种天冬氨酸抑制马铃薯褐变的保鲜新技术提供理论依据。