施楊琪 黃茜蕊 茹煒崠 張 瑜 柴立紅 錢瓊秋 包勁松,,*

(1 浙江大學應用生物科學系，浙江 杭州 310058；2 浙江大學原子核農業(yè)科學研究所，浙江 杭州 310058)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)是僅次于水稻、玉米和小麥的世界第四重要糧食作物，更是主要糧食作物中唯一的塊莖作物[1-2]。根據(jù)2017年FAO統(tǒng)計報告顯示，全世界馬鈴薯總產量達到38 819.1萬t，而近1/3的馬鈴薯產于中國和印度，我國已經成為世界上馬鈴薯產量最高的國家[3]。馬鈴薯營養(yǎng)價值豐富，除富含淀粉外，還含有礦物質、蛋白質、多種抗氧化活性物質和少量膳食纖維[4-5]，具有抑制體重增長、清理腸道、預防消化系統(tǒng)疾病的作用[6]。2015年，我國農業(yè)部提出馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，期望將馬鈴薯加工成饅頭、面條、米粉等主食促進人們消費。因此，研究馬鈴薯全粉的理化特性，對于進一步將馬鈴薯加工成多種主食具有重要意義。

馬鈴薯全粉的理化特性影響著馬鈴薯全粉在食品加工中的應用。馬鈴薯全粉按照加工工藝可分為：雪花全粉、回填法顆粒全粉和凍融法顆粒全粉[7]。然而相同工藝生產的不同品種馬鈴薯全粉，在性質上存在顯著差異[8]，說明不同馬鈴薯品種間的理化特性存在固有差異。馬鈴薯全粉制作過程中破壞的植物細胞較少，加水后可以重新得到馬鈴薯泥并直接食用，也可作為食品添加劑改善食物口感[9]。近些年，關于馬鈴薯全粉加工工藝和以馬鈴薯全粉為食品添加劑的研究較多[10-13]。研究表明，添加馬鈴薯全粉后饅頭粉的粘度特性、質構特性、糊化和回生特性等均有顯著變化，其中添加10%左右馬鈴薯全粉時，饅頭品質最佳[14]。馬鈴薯全粉添加量為15%的掛面蒸煮損失最小，拉伸強度和最大彎曲力最高，硬度、彈性和咀嚼性均處于中等偏上水平，品質較好[12]。伊力特等[15]報道馬鈴薯全粉、紅茶粉、復合穩(wěn)定劑三者的最佳質量比為8∶6∶5，其速溶奶茶的營養(yǎng)和口感最佳，適合大眾飲用需求。此外還有關于馬鈴薯面包[16-17]、馬鈴薯酥性餅干[18]、馬鈴薯方便面[19]和馬鈴薯全粉蝦片[20]的研究。

目前關于馬鈴薯全粉理化特性的研究已有諸多報道。Leivas等[21]研究了兩種馬鈴薯品種，發(fā)現(xiàn)同一馬鈴薯品種全粉的顆粒越大，其最高粘度越低，最終粘度越高。侯飛娜等[22]測定了22種不同馬鈴薯全粉的灰分含量、粗蛋白含量、乳化活性和乳化穩(wěn)定性等理化特性，但在粘度、質構和糊化特性方面未進行評價測定。徐忠等[23]報道馬鈴薯全粉的糊化溫度和粘度低于同品種的淀粉，而糊化焓和和回生值高于淀粉。李茹等[24]研究報道馬鈴薯顆粒全粉比雪花全粉粘度低，雪花全粉的高粘度說明其細胞破損程度高，存在較多的游離淀粉。代春華等[25]對16個省的馬鈴薯全粉進行營養(yǎng)品質和理化特性研究，在流變性試驗中發(fā)現(xiàn)馬鈴薯全粉表現(xiàn)為弱凝膠黏彈體特征，其中陜西馬鈴薯的初始黏度最高。

目前，已經開展了一些馬鈴薯全粉的理化特性研究，但部分研究所用馬鈴薯品種數(shù)目較少，所得結果的應用性有限，且各理化特性間的相關性還不明確。因此，馬鈴薯全粉理化特性的品種間差異還有待進一步研究?；诖耍狙芯恳?4份不同品種馬鈴薯為材料，研究馬鈴薯全粉理化特性的差異，以期為進一步開發(fā)馬鈴薯全粉食品提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

試驗所用的14個馬鈴薯品種于2016年種植于浙江大學華家池農場(表1)。冷凍干燥的馬鈴薯全粉制備流程如下：新鮮馬鈴薯→洗凈削皮→切成薄片(0.5 cm左右)→-80℃冷凍12 h→冷凍干燥48 h(-50℃，真空度50 Pa以下)→磨成馬鈴薯粉。

氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸銅、鹽酸和乙醇均為分析純，購于上海國藥試劑公司。

1.2 主要設備

FD-1A-50冷凍干燥儀，北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司； Model3-D快速粘度分析儀(rapid visco analyser， RVA)，澳大利亞Newport Scientific公司；TA-XT2i質構分析儀，英國Stable Micro Systems公司；DSC-2920差示掃描量熱儀，美國TA Instruments公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 淀粉含量測定 總淀粉含量參照GB 5009.9-2016[26]的酸水解法測定。

1.3.2 粘度特性測定 馬鈴薯全粉的粘度特性使用RVA儀進行測定。首先，稱3.0 g馬鈴薯全粉加入到鋁制樣品罐中，再加入25 mL ddH2O，充分混合。馬鈴薯全粉的RVA分析程序設定如下：50℃維持1 min；在3.7 min內加熱至95℃；95℃維持2.5 min;在3.8 min內降溫至50℃；50℃維持2 min。測定最高粘度(peak viscosity, PV)、 熱漿粘度(hot paste viscosity, HPV)、冷膠粘度(cold paste viscosity, CPV)、崩解值(breakdown，BD)和消減值(setback, SB)等參數(shù)。粘度單位rapid visco unit (RVU)。

1.3.3 質構特性測定 馬鈴薯全粉測定完RVA后，使用ParafilmTM將鋁制樣品管密封，置于4℃冰箱中24 h。然后使用質構分析儀測定馬鈴薯全粉質構特性。質構儀使用直徑5 mm的探頭進行重復4次測試，程序設定為：位移距離10 mm，探針下降速度1 mm·s-1[27]。 在質構圖譜中，曲線的最高峰值稱為硬度(hardness, HD)，第二次與第一次壓縮的面積之比稱為粘聚性(cohesiveness, COH)。

1.3.4 糊化特性和回生特性測定 馬鈴薯全粉的糊化特性和回生特性使用差示掃描量熱儀進行測定。首先稱取2.0 mg馬鈴薯全粉，與6 μL超純水在鋁盤中混勻，然后密封鋁盤，在室溫下靜置1 h。差示掃描量熱儀程序設定如下：氮氣流速50 mL·min-1，溫度由30℃上升至110℃，升溫速度為10℃·min-1。在糊化特性測定結束后，將密封鋁盤放于4℃冰箱中保持7 d。之后，使用同樣的程序，測定馬鈴薯全粉的回生特性。糊化特性用起始溫度(onset temperature, To)、峰值溫度(peak temperature, Tp)、終止溫度(conclusion temperature, Tc)、糊化焓(enthalpy of gelatinization, ΔHg)表示；回生特性用回生焓(enthalpy of retrogradation，ΔHr)及回生率(percentage of retrogradation, R%)表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

結果用平均值±標準偏差表示，其中所有試驗至少重復2次。采用SPSS 20.0軟件(SPSS, Inc., 美國)進行相關性分析和聚類分析。使用Origin 9.0軟件對數(shù)據(jù)進行主成分分析(principle component analysis，PCA)。

2 結果與分析

2.1 淀粉含量

由表1可知，3份白色馬鈴薯樣品的淀粉含量為61.85%～64.56%；7份黃色肉質馬鈴薯樣品的淀粉含量為62.40%～72.09%；2份紅色肉質馬鈴薯樣品的淀粉含量差別較大；2份紫色肉質馬鈴薯樣品中的淀粉含量均值為56.32%。其中紅色馬鈴薯品種PT14的淀粉含量最低，僅為49.33%，黃色馬鈴薯中的中薯系列品種(PT34、PT35、PT36和PT38)的淀粉含量均較高。結果表明不同馬鈴薯全粉的淀粉含量差異較大，紅色和紫色馬鈴薯的淀粉含量略低于白色和黃色馬鈴薯。

表1 不同品種馬鈴薯全粉中的淀粉含量

2.2 粘度特性分析

由表2可知，14種馬鈴薯全粉的粘度特性PV的范圍為266.0～398.8 RVU，其中紅色品種PT11和紫色品種PT18的PV值較低，黃色品種PT34的PV值最高。HPV值的范圍為158.1～250.6 RVU，HPV值最高的品種為PT10和PT34，HPV值最低的品種為PT11。CPV值的范圍為259.9～418.8 RVU，CPV值最高的品種為PT35，CPV值最低的品種為PT18。馬鈴薯PT38全粉的BD值最高，為169.2 RVU，馬鈴薯PT18全粉的BD值最低，為59.9 RVU。馬鈴薯PT35全粉的SB值最高，為177.7 RVU，馬鈴薯PT18全粉的SB值最低，為53.7 RVU。說明白色馬鈴薯PT10和黃色肉質馬鈴薯PT34、PT35全粉的粘度較大，而紅色馬鈴薯PT11和紫色馬鈴薯PT18全粉的粘度較小，但紅色和紫色馬鈴薯全粉中也有粘度較大的品種。

2.3 凝膠質構特性分析

由表2可知，不同馬鈴薯全粉凝膠的HD差別較大，HD值的范圍為5.75～12.79 g，其中馬鈴薯PT14和PT18全粉的HD值最低，馬鈴薯PT34全粉的HD值最高；粘聚COH的范圍為0.22～0.83，其中馬鈴薯PT38全粉的COH值最低，馬鈴薯PT14全粉的COH值最高。在本試驗中各品種馬鈴薯全粉的COH差別較大，可能是由于不同品種馬鈴薯全粉中其他化合物的組成含量不同，如蛋白質和纖維素等。在14種馬鈴薯全粉中存在高粘聚性的品種，也存在低粘聚性的品種，體現(xiàn)了馬鈴薯種質資源理化特性的多樣性。

表2 不同品種馬鈴薯全粉的粘度特性和質構特性

2.4 糊化特性和回生特性分析

馬鈴薯全粉在水中加熱到一定溫度后，淀粉顆粒吸水膨脹，淀粉結晶結構被破壞，雙折射現(xiàn)象發(fā)生不可逆消失，然后淀粉粒進一步溶脹、破裂，形成均勻的糊狀物，這一過程稱為糊化[28]。回生特性是由于淀粉冷卻后，淀粉分子間可重新形成氫鍵和結晶結構[29]。由表3可知，各品種馬鈴薯全粉To值的范圍為64.77～69.35℃，Tp值的范圍為69.72～74.99℃，其中馬鈴薯PT14全粉的To和Tp值最高，PT34的To和Tp值最低。各品種馬鈴薯全粉Tc值的范圍為75.37～82.01℃，PT13的Tc值最高，同樣是PT34的Tc值最低。各品種馬鈴薯全粉ΔHg的范圍為7.46～11.07 J·g-1， ΔHr為1.35～4.00 J·g-1，各品種馬鈴薯全粉的R%范圍為18.17%～39.17%。馬鈴薯PT05全粉的ΔHg、ΔHr和R%最低，PT34的ΔHg最高，PT35的ΔHr和R%最高。

表3 不同品種馬鈴薯全粉的糊化特性及回生特性

2.5 相關性分析

由表4可知，淀粉含量(starch content, SC)與PV、BD、CPV、SB、HD、ΔHg、ΔHr和R%呈極顯著或顯著正相關，與COH、To、Tp和Tc呈極顯著負相關。在粘度特性方面，除了HPV與BD和SB無顯著相關性外，PV、BD、CPV和SB之間均呈極顯著正相關；在質構特性方面，HD與COH呈極顯著負相關，PV與HD呈顯著正相關。表明在粘度較高的品種中，HD也可能較高，而HD越高的馬鈴薯全粉，其粘聚性越低。

在糊化特性和回生特性方面，To、Tp和Tc之間呈極顯著正相關，ΔHg、ΔHr和R%之間呈顯著或極顯著正相關，但溫度特征(To、Tp和Tc)與焓值(ΔHg和ΔHr)存在顯著或極顯著負相關性。除此之外，ΔHg和ΔHr還與BD和HD呈顯著或極顯著正相關。馬鈴薯全粉理化特性間的相關性與馬鈴薯淀粉中類似，如在馬鈴薯淀粉中發(fā)現(xiàn)，CPV、SB、To、Tp和Tc與ΔHr之間呈顯著負相關，ΔHr與R%呈正相關[2]。

2.6 主成分分析

本研究中共有14個馬鈴薯理化特性變量(SC、PV、HPV、BD、CPV、SB、HD、COH、To、Tp、Tc、ΔHg、ΔHr和R%)，信息量過大, 利用主成分分析可以將變量個數(shù)減少而得到較多的信息，或盡可能保持原有的信息。主成分分析表明，前4個主成分可以解釋馬鈴薯全粉的理化特性超過85%的變異(表5)。第1主成分可以解釋馬鈴薯全粉理化特性變異的48.79%，第2主成分可以解釋18.15%，第3主成分可以解釋10.82%，第4主成分可以解釋8.04%。但是，每個主成分中均沒有負荷量較大的理化特性指標可以直接代表主成分。相對而言，第1主成分與Tp、Tc和SC的相關系數(shù)較大(均大于0.315)，說明第1主成分主要反映糊化溫度指標；第2主成分與PV和CPV的相關系數(shù)相對較大(大于0.450)，說明第2主成分主要反映糊化粘度指標，而第3主成分與ΔHr和R%的相關系數(shù)較大(均大于0.397)，說明第3主成分主要反映回生特性指標，而第4主成分主要反映其他指標。將第1與第2主成分作圖 (圖1)，可以將所有性狀都分為3組，分別位于第一、二和四象限。同一組內各性狀間一般都存在正相關性。第二與第四象限的性狀間存在負相關性(圖1，表4)。

圖1 馬鈴薯全粉的理化特性主成分分析圖

表4 馬鈴薯全粉理化特性的相關性分析

表5 馬鈴薯全粉理化特性的主成分分析

2.7 聚類分析

以馬鈴薯全粉的理化特性為變量，將不同變量值做標準化處理，重置為0～1之間，采用組間連接法進行聚類分析(圖2)。14份馬鈴薯可分為兩類，PT10、PT11、PT28、PT29、PT30、PT34、PT35、PT36和PT38歸為A組；PT05、PT12、PT13、PT14和PT18歸為B組。根據(jù)聚類分析圖可以觀察到馬鈴薯樣品的差異明顯，在兩大組中又可分成多個小類，A組中的紅色馬鈴薯PT11與其他品種差異較大，B組中彩色馬鈴薯品種PT13、PT14和PT18較接近，但與PT05和PT12仍有一定差異。

圖2 14份馬鈴薯種質的聚類分析

3 討論

馬鈴薯全粉的理化特性是決定馬鈴薯全粉是否適合食品應用的重要因素。首先應該考慮淀粉含量，一般食品用馬鈴薯全粉淀粉含量較高；其次是淀粉特性，如作為食品添加劑(增稠劑)，則需要淀粉粘度較高的馬鈴薯品種。同時，馬鈴薯全粉理化特性品種間差異研究可為馬鈴薯品質育種中親本的選擇提供依據(jù)。本研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯全粉的淀粉含量差異較大，馬鈴薯全粉中的淀粉含量為49.33%～72.09%，中薯系列馬鈴薯品種(PT34、PT35、PT36和PT38)的含量一般較高。侯飛娜[30]研究表明22種馬鈴薯全粉的淀粉含量為51.70%～72.40%，含量范圍與本試驗結果接近，并且淀粉含量較低的品種均為紅色或紫色馬鈴薯品種。代春華等[25]報道16省馬鈴薯全粉的淀粉含量范圍為55.98%～72.71%，其中，廣東、湖北、山西、云南、河南及甘肅馬鈴薯全粉中淀粉含量均達70%以上。白建明等[31]報道對馬鈴薯淀粉產量影響最大的因素是品種。趙月等[32]報道的11 種馬鈴薯塊莖的淀粉含量范圍為 67.9%～73.4%，其中大西洋品種淀粉含量最高。綜上，馬鈴薯全粉淀粉含量主要受品種的影響，同時也受環(huán)境、基因型和環(huán)境互作的影響[33]。當前馬鈴薯育種中已經考慮到淀粉含量性狀的改良，但是育種目標不同，馬鈴薯親本的淀粉含量不同；如作為淀粉工業(yè)用，馬鈴薯淀粉含量越高越好，而做菜用，則不能太高。

在粘度特性方面，本研究中，14個品種馬鈴薯全粉PV的范圍為266.0～398.8 RVU，HPV值的范圍為158.1～250.6 RVU，CPV值的范圍為259.9～418.8 RVU(表2)。徐忠等[23]報道在馬鈴薯全粉中測得PV值為409.3 RVU，HPV值為 157.5 RVU，CPV值為447.7 RVU。由于不同試驗的測定方法不同，研究結果很難進行比較。如，徐忠等[23]稱取1.5 g全粉加25 mL ddH2O，本試驗稱取3.0 g全粉加25 mL ddH2O。徐忠等[23]加入的全粉量少于本試驗，但其PV值卻略高于本研究結果，表明其馬鈴薯雪花全粉的粘度比本研究所用馬鈴薯高。推測這是馬鈴薯雪花全粉能商品化的原因，同時也說明食品用馬鈴薯全粉需為高粘度的品種。這為雪花全粉類型馬鈴薯品種的育種目標提供了依據(jù)，同時也提供了選擇的方法。

馬鈴薯全粉的質構特性決定了食品的質地。本研究中HD值的范圍為5.75～12.79 g，COH的范圍為0.22～0.83。Singh等[34]僅選取6種馬鈴薯品種進行分析，因此COH值的范圍較小。Przetaczek-Roznoska[35]發(fā)現(xiàn)馬鈴薯淀粉的HD為22.98 g，比本研究測定的HD大，這可能是品種不同之故。需要指出的是淀粉粘度特性與質構特性存在顯著的相關性(表3)，尤其是PV與HD呈顯著正相關，這為育種中開展間接選擇提供了理論依據(jù)，例如選擇PV高的品系，HD也較高。

糊化和回生是淀粉的重要特性，也是影響食品品質的重要因素，糊化溫度影響食品蒸煮加工過程所需的能量，而回生特性影響食品的品質，如質構。因此，質構HD與回生焓呈顯著正相關，與糊化溫度呈極顯著負相關(表3)。但是，本研究僅測定了馬鈴薯全粉的理化特性，未結合食品制作及品質測定，這些理化特性對具體食品品質的影響有待進一步研究。馬鈴薯全粉中除富含淀粉，還含有蛋白質、脂肪、纖維素及其他微量成分等，這些成分均會影響粘度、質構和糊化特性[21]。

4 結論

本研究發(fā)現(xiàn)14種馬鈴薯全粉的理化特性存在差異。中薯系列品種(PT34、PT35、PT36和PT38)的淀粉含量均高于70%，可用于加工成含淀粉高的食品或用于生產淀粉，且上述馬鈴薯品種的淀粉粘度也較高，其中PT34和PT38的糊化溫度最低，進一步說明此類馬鈴薯全粉適用于食品加工。根據(jù)馬鈴薯全粉的理化特性，可將14個品種分為兩大類，在大類下又可分多個小類，體現(xiàn)了馬鈴薯全粉理化特性在不同品種間存在明顯差異。本研究結果為馬鈴薯全粉的食品應用及品質育種提供了理論依據(jù)。