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钾肥对甘薯块根营养成分的影响及其与烘烤风味的关系

许燕 孟迪 柳洪鹃 陈龙 史春余

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钾肥对甘薯块根营养成分的影响及其与烘烤风味的关系

    作者简介: 许燕 E-mail:1317572170@qq.com;
    通讯作者: 柳洪鹃, E-mail:liumei0535@126.com ; 史春余, E-mail:scyu@sdau.edu.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(31371577,31701357);山东省薯类产业创新团队首席专家项目(SDAIT-16-01)。

Effect of potassium fertilizer on nutritional components of sweet potato storage roots and its relationship with roasting flavor

    Corresponding author: LIU Hong-juan, E-mail:liumei0535@126.com ;SHI Chun-yu, E-mail:scyu@sdau.edu.cn
  • 摘要:   【目的】  探讨不同施钾量条件下食用型甘薯块根烘烤后风味品质的变化,及其与生块根中关键营养成分和烘烤后特征挥发性物质的关系。  【方法】  选用烟薯25和北京553两个鲜食型甘薯品种,在山东农业大学农学实验站进行田间小区试验。设置4个钾肥 (K2O) 用量,分别为0、12、24、36 g/m2。在甘薯收获期,测定了块根中主要营养成分含量以及烘烤后挥发性物质含量,同时对块根烘烤后的风味进行评价。  【结果】  施用钾肥不同程度地提高了甘薯块根中可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白、维生素C、β-胡萝卜素和纤维素含量,提高了烘烤后甘薯中挥发物质二丙酮醇、苯乙醛、壬酸、4-乙烯基愈创木酚、丁酸丁酯、未知物-1、十五烷酸、植物醇和香叶基香叶醇的浓度,提高了风味评分。4个钾肥处理中,各成分含量以施钾量24 g/m2处理达到或者接近最高。通过逐步回归和通径分析发现,施用钾肥改善块根烘烤后风味品质的关键营养成分是果糖、葡萄糖、氨基酸、可溶性蛋白质、支链淀粉和蔗果三糖,施用钾肥改善块根烘烤后风味的主要特征挥发性物质是丁酸丁酯、苯乙醛和未知物-1。  【结论】  施用钾肥主要通过提高甘薯收获期块根中营养物质含量和块根烘烤后有益挥发性物质(如苯乙醛、丁酸丁酯等)的浓度,改善块根的烘烤风味。在本试验条件下,K2O用量为240 kg/hm2为最适用量。
  • 图 1  不同施钾处理甘薯块根烘烤后的风味评分

    Figure 1.  Flavor score of sweet potato storage root after baking under different potassium treatments

    表 1  不同钾肥处理收获期块根可溶性糖及各组分含量 (%,DW)

    Table 1.  Content of soluble sugar and its components in storage root at harvestunder different potassium treatments

    品种
    Cultivar
    处理
    Treatment
    可溶性糖
    Soluble sugar
    蔗果三糖
    Kestose
    蔗糖
    Sucrose
    葡萄糖
    Glucose
    果糖
    Fructose
    还原糖
    Reducing sugar
    烟薯
    Yanshu 25
    K0 25.28 b3.36 b9.24 b7.46 b5.21 b13.19 b
    K1226.88 b3.51 b10.18 a7.65 b5.54 a13.19 b
    K2429.27 a4.06 a10.08 a9.53 a5.59 a15.13 a
    K3628.80 a3.42 b10.78 a9.16 a5.45 ab14.61 a
    北京553 Beijing 553K0 15.89 c3.99 c6.51 c1.78 c3.61 b5.39 c
    K1218.11 b4.35 ab6.99 bc2.82 b3.96 a6.78 ab
    K2420.22 a4.41 ab8.64 a3.20 ab3.97 a7.18 a
    K3619.57 ab4.57 a7.67 b3.69 a3.64 ab6.33 b
    注(Note):数据后不同字母表示同一甘薯品种不同钾肥处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters mean significant difference among treatments for the same sweet potato cultivar at the 0.05 level.
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    表 2  不同钾肥处理收获期块根淀粉及各组分含量 (%,DW)

    Table 2.  Content of starch and RAAM in storage root at harvest under different potassium treatments

    品种 Cultivar处理 Treatment总淀粉 Starch直链淀粉 Amylose支链淀粉 Amylopectin直/支 RAAM
    烟薯
    Yanshu 25
    K0 48.02 c17.12 b 30.90 bc0.55 b
    K1250.35 b20.19 a30.16 c0.67 a
    K2453.40 a21.25 a32.15 b0.66 a
    K3652.86 a18.14 b34.71 a0.52 b
    北京 553
    Beijing 553
    K0 55.94 b20.70 c35.24 b0.59 b
    K1261.03 a22.54 b38.49 a0.59 b
    K2461.15 a23.60 a37.55 a0.63 a
    K3654.79 b19.82 d34.98 b0.57 b
    注(Note):RAAM—直/支 Rate of amylose to amylopectin content; 数据后不同字母表示同一甘薯品种不同钾肥处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters mean significant difference among treatments for the same sweet potato cultivarety at the 0.05 level.
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    表 3  不同钾肥处理收获期块根中可溶性蛋白、游离氨基酸和次生代谢产物含量

    Table 3.  Common nutrition components content in storage root at harvest under different potassium treatments

    品种
    Cultivar
    处理
    Treatment
    可溶性蛋白
    Soluble protein
    (mg/g, FW)
    游离氨基酸
    Free amino acid
    (mg/100 g, DW)
    维生素C
    Vitamin C
    (µg/g, FW)
    β-胡萝卜素
    β-Carotene
    (µg/g, FW)
    纤维素
    Cellulose
    (mg/g, DW)
    烟薯
    Yanshu 25
    K0 3.05 c73.43 a263.44 b50.43 c152.06 c
    K124.97 a73.92 a274.02 ab56.74 b161.84 bc
    K245.16 a76.17 a286.92 a63.53 a178.82 a
    K363.66 b68.23 b266.41 b48.96 c169.68 ab
    北京 553 
    Beijing 553
    K0 3.08 a78.51 d221.75 c12.55 c213.66 a
    K123.29 a81.12 c234.24 b13.94 b212.22 a
    K243.32 a91.90 a257.80 a15.79 a210.66 a
    K363.05 a88.05 ab234.40 b12.40 c212.01 a
    注(Note):数据后不同字母表示同一甘薯品种不同钾肥处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters mean significant difference among treatments for the same sweet potato cultivar at the 0.05 level
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    表 4  不同施钾处理甘薯块根烘烤后鉴定出的挥发性化合物及其浓度

    Table 4.  Identified volatile compounds and their concentrations in the baked sweet potato under different potassium treatments

    序号
    No.
    保留时间 (min)
    Retention time
    挥发性化合物
    Volatile compound
    烟薯 25 Yanshu25 (nL/mL)北京 553 Beijing553 (nL/mL)
    K0K12K24K36K0K12K24K36
    1 8.711二丙酮醇Diacetone alcohol0.020.020.030.030.030.030.040.05
    219.325苯乙醛Phenylacetaldehyde0.040.050.050.050.040.040.050.05
    321.805麦芽酚Maltol0.010.010.030.02
    423.330(±)3-羟基-γ-丁内酯
    (+)3-Hydroxy-γ-butyrolactone
    0.880.880.850.810.460.510.230.18
    523.875苯甲酸乙酯Ethyl benzoate0.310.460.730.591.331.311.240.81
    624.2705-氧四氢-2-呋喃羧酸
    5-Oxotetrahydro-2-furancarboxylic acid
    1.561.170.850.431.161.290.460.56
    726.825壬酸Pelargonic acid0.050.060.060.060.060.130.060.09
    828.1004-乙烯基愈创木酚4-vinylguaiacol0.020.020.040.040.090.090.100.10
    928.625环丙甲酸乙酯Ethyl cyclopropionate0.510.360.200.180.570.940.110.10
    1029.555正葵酸Decanoic acid0.030.020.020.01
    1129.820丁酸丁酯Butyl butyrate0.020.030.050.030.030.060.060.05
    1230.360β-榄香烯β-elemene0.010.030.06
    1332.485未知物-1 Unknown-10.090.140.210.230.090.100.110.12
    1433.240β-紫罗兰酮β-ionone0.020.020.050.04
    1532.699罗丹烯Rotundene0.100.160.030.30
    1633.350β-紫罗兰酮5,6-环氧化物
    β-Ionone 5,6-epoxide
    0.030.060.080.06
    1735.190二氢猕猴桃内酯Dihydrokiwi lactone0.140.150.190.20
    1837.865(+)-雪松醇 (+)-Cedarol0.040.070.100.04
    1940.055金合欢醇Farnesol0.080.110.130.13
    2040.764肉豆蔻酸Myristic acid0.090.090.140.17
    2143.375未知物-2 Unknown-20.071.211.491.51
    2243.490十五烷酸Pentadecanoic acid4.695.055.585.725.415.397.327.81
    2344.160香叶基芳樟醇Geranyllinalool0.220.190.150.140.540.830.440.91
    2445.175植物醇Plant alcohol0.040.180.200.100.200.720.851.92
    2545.535(Z)-9-十六碳烯醛 (Z)-9-Hexadecenal2.681.551.342.113.040.991.836.70
    2646.185香叶基香叶醇Geranyl geraniol0.120.280.300.290.581.931.981.95
    2752.500角鲨烯Squalene0.201.391.431.41
    总计Total11.50 11.92 12.52 12.61 14.24 16.18 16.72 23.55
    注(Note):“–”表示未检测到Not detectable.
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    表 5  不同施钾处理甘薯块根烘烤后风味评分与生块根主要营养物质含量的通径系数

    Table 5.  Path coefficient of flavor score and main nutrient contents in baked sweet potatoes under different potassium treatments

    作用因子
    Action factor
    总效应
    Total action
    直接效应
    Direct action
    间接效应Indirect effect
    葡萄糖
    Glucose
    果糖
    Fructose
    蔗果三糖
    Saccharose
    支链淀粉
    Amylopectin
    游离氨基酸
    Free amino acid
    可溶性蛋白
    Soluble protein
    葡萄糖Glucose 0.8837 0.5104 0.6702 –0.1038 –0.1241 –0.2572 0.1882
    果糖Fructose 0.8715 0.6941 0.4928 –0.1173 –0.1305 –0.2740 0.2028
    蔗果三糖Saccharose –0.3554 0.1534 –0.3454 –0.5311 0.1227 0.3185 –0.0736
    支链淀粉Amylopectin –0.6451 0.1755 –0.3608 –0.5160 0.1072 0.2129 –0.1567
    游离氨基酸
    Free amino acid
    –0.4002 0.3593 –0.3653 –0.5293 0.1360 0.1040 –0.1049
    可溶性蛋白
    Soluble protein
    0.8514 0.2810 0.3419 0.5008 –0.0402 –0.0979 –0.1342
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-27
  • 网络出版日期:  2020-11-16
  • 刊出日期:  2020-10-25

钾肥对甘薯块根营养成分的影响及其与烘烤风味的关系

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(31371577,31701357);山东省薯类产业创新团队首席专家项目(SDAIT-16-01)。
  • 摘要:   【目的】  探讨不同施钾量条件下食用型甘薯块根烘烤后风味品质的变化,及其与生块根中关键营养成分和烘烤后特征挥发性物质的关系。  【方法】  选用烟薯25和北京553两个鲜食型甘薯品种,在山东农业大学农学实验站进行田间小区试验。设置4个钾肥 (K2O) 用量,分别为0、12、24、36 g/m2。在甘薯收获期,测定了块根中主要营养成分含量以及烘烤后挥发性物质含量,同时对块根烘烤后的风味进行评价。  【结果】  施用钾肥不同程度地提高了甘薯块根中可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白、维生素C、β-胡萝卜素和纤维素含量,提高了烘烤后甘薯中挥发物质二丙酮醇、苯乙醛、壬酸、4-乙烯基愈创木酚、丁酸丁酯、未知物-1、十五烷酸、植物醇和香叶基香叶醇的浓度,提高了风味评分。4个钾肥处理中,各成分含量以施钾量24 g/m2处理达到或者接近最高。通过逐步回归和通径分析发现,施用钾肥改善块根烘烤后风味品质的关键营养成分是果糖、葡萄糖、氨基酸、可溶性蛋白质、支链淀粉和蔗果三糖,施用钾肥改善块根烘烤后风味的主要特征挥发性物质是丁酸丁酯、苯乙醛和未知物-1。  【结论】  施用钾肥主要通过提高甘薯收获期块根中营养物质含量和块根烘烤后有益挥发性物质(如苯乙醛、丁酸丁酯等)的浓度,改善块根的烘烤风味。在本试验条件下,K2O用量为240 kg/hm2为最适用量。

    English Abstract

    • 根据块根的品质特点和用途,甘薯品种一般分为淀粉型、食用 (鲜食) 型和特用型3种类型[1-2]。其中,食用型品种薯肉黄色、红色或紫色,块根可溶性糖和功能性营养成分含量高、食味好,主要用于鲜食和食品加工[3]。近年来,随着人们对甘薯营养保健价值的深入了解,市场对食用型甘薯的需求量持续增加,食用型甘薯种植面积占甘薯总面积的比例明显提高[4]。因此,选育优质食用型甘薯品种,研究改善其块根品质的栽培方法,对于促进食用型甘薯产业健康发展都具有重要意义。

      食用型甘薯块根的品质主要包括外观品质、营养品质、食味品质等,而食味品质又可以分为口感和风味两个方面[5-7]。块根的营养品质与块根中淀粉及淀粉组分[8-9]、可溶性糖[10-11]、维生素C[12-13]、β-胡萝卜素[14]、可溶性蛋白[15]以及纤维素[16-17]等营养成分的含量和质量密切相关。块根蒸煮或烘烤后的食用口感与淀粉含量、直链淀粉与支链淀粉的比例、纤维素含量、淀粉粒直径以及薯块含水量等都有关系,块根中支链淀粉含量高、淀粉直支比低[18]、块根中小型淀粉粒所占比例高[19]、纤维素尤其是粗纤维含量低时,蒸煮或烘烤后的薯块口感好。块根蒸煮或烘烤后的食用风味与可溶性糖、维生素C、β-胡萝卜素、氨基酸等含量以及所产生的香气成分有关[20]

      钾肥是重要的品质元素,能很好地改善作物品质[21, 22]。已有研究表明,施用适量钾肥可以促进甘薯块根淀粉的合成,提高块根可溶性糖、淀粉、维生素C、β-胡萝卜素、蛋白质和粗纤维等含量[8-17, 23-29]。研究表明,施用钾肥可以提高马铃薯块茎中的淀粉、可溶性糖和维生素C含量[30]。施用钾肥还影响果蔬的香气成分[21, 31]。王锐竹等[32]研究发现,在适量钾肥条件下甜瓜芳香成分尤其是特征香气成分含量最高,钾肥不足或过量时则均呈减少的趋势;Fischer[33]认为,低水平钾处理苤蓝会减少特征风味物质 (醛、硫化物等) 的形成,适当的钾处理能增加醛类的含量,从而改善风味品质。但是,施钾对食用型甘薯块根蒸煮或烘烤后风味的影响研究尚少,特别是施钾对甘薯块根烘烤后挥发性物质的影响,以及影响风味的关键营养物质和挥发性物质研究尚未见报道。本研究以不施钾处理为对照,设置不同的钾肥梯度,测定收获期甘薯块根中的淀粉、可溶性糖、蛋白质、氨基酸、维生素C、β-胡萝卜素和纤维素等含量的变化;同时,测定烘烤后块根中挥发性物质含量变化,以及块根烘烤后的风味品质变化,分析风味品质与块根中的主要营养成分、烘烤后产生的挥发性物质的关系,阐明施用钾肥调控块根风味品质的生理机制,为钾肥应用于食用型甘薯生产提供理论依据。

      • 供试品种为鲜食型甘薯品种烟薯25和北京553。试验田土壤质地为砂壤土,0—20 cm土层土壤有机质含量为1.03%,碱解氮含量为76.42 mg/kg,速效磷含量为26.36 mg/kg,速效钾含量为86.02 mg/kg。供试肥料为K2SO4 (含K2O 50%)、尿素 (含N 46%)。

        本试验为大田试验,在山东农业大学农学实验站甘薯试验田进行。设置4个钾肥 (K2O) 梯度:0、12、24、36 g/m2,处理代号分别为K0、K12、K24、K36;各个处理的氮肥施用量均为9 g/m2。氮、钾肥料全部作基肥施用。试验采用随机区组排列,小区面积15 m2 (3.75 m × 4 m),行距0.75 m,株距0.25 m,重复3次。2018年5月13日栽秧,2018年10月20日收获。

      • 各处理在栽后160天 (收获期) 取样,每一个小区取5棵具有代表性的植株,挖出所有的块根,切片,105℃杀青30 min,60℃烘干留取干样;取具有代表性的新鲜块根在膨大部位切片留作鲜样,液氮速冻,–80℃超低温冰箱保存。用于块根中主要营养成分含量的测定。

        选取收获期薯形较好、大小适中的块根,放入烤甘薯机中,205℃烘烤60 min,用于香气成分的测定及烘烤食味评价。

      • 双波长比色法测定直链淀粉、支链淀粉及总淀粉含量。

        采用高效液相色谱法 (HPLC) 测定可溶性糖组分及含量:准确称取0.1 g过150 μm筛的干样品,加80%乙醇5 mL,80℃水浴30 min提取3次,收集所有提取液并于80℃蒸干,再用蒸馏水溶解后高速离心,过C18柱去色素后,用0.45 µm滤膜过滤,滤液用HPLC测定。用Waters公司生产的测糖专用Sugar-PAK 1型柱,流动相为超纯水 (0.01 mmol/L EDTA Na2-Ca),流速为0.5 mL/min,柱温90℃,检测器为Waters 2410示差折光检测器,进样量为10 µL。根据标样的色谱峰面积分别计算蔗果三糖、葡萄糖、果糖、蔗糖含量。

        采用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量;茚三酮显色法测定游离氨基酸含量;紫外快速测定法测定维生素含量;紫外分光光度计法测定β-胡萝卜素含量;蒽酮比色法[34-35]测定纤维素含量。

        采用同时蒸馏萃取–气质联用法 (SDE-GC-MS) 测定块根烘烤后香气成分:取大小适中的甘薯,205℃烘烤60 min后自然冷却至室温。称取烘烤后的研磨样品50 g,置于1 L圆底烧瓶中,加入去离子水约150 mL制成浆液,至水面恰好淹没样品,加入少量沸石防止爆沸,置于同时蒸馏萃取仪的一端,用可控制电压的电热套进行加热;同时另一端为盛有50 mL二氯甲烷的250 mL圆底烧瓶,45℃水浴加热,采用此同时蒸馏萃取法提取3 h。无水Na2SO4干燥,放至4℃冰箱至少24 h,过滤、浓缩至1 mL,过0.22 µm滤膜。滤液进行气质联机分析,重复3次,结果取平均值。

        GC–MS参数条件:采用日本岛津公司 (SHIMADZU) 生产的三重串联四级杆气质联用仪测定。色谱条件:sh-rxi-5sil ms色谱柱 (30 m × 0.25 mm × 0.25 μm);载气为氦气 (He);流速1 mL/min;不分流进样;进样口温度250℃;程序升温40℃保持10 min,以5℃/min升至140℃,保持5 min,然后以10℃/min升至230℃,保持15 min。质谱条件:电子电离 (electron ionization,EI) 源;接口温度250℃,离子源温度230℃,电子能量70 eV,质量扫描范围为35~500 m/z。

        找10位专业人员组成风味评价小组,块根烘烤后由评价小组成员品尝评比打分,满分为5分,将每个处理的结果取平均值。

      • 采用Sigmaplot 12.5和Excel 2016进行图表制作,采用DPS (Data Processing System) 数据处理系统进行回归分析和通径分析。

      • 甘薯块根烘烤后的风味品质由评价小组成员通过品尝后打分来评价。由图1可知,与对照处理 (K0) 相比,施用钾肥可改善烟薯25和北京553烘烤后的风味品质;其中,烟薯25以K24处理的风味评分最高,K36处理的风味评分有下降趋势,而北京553以K36处理的风味评分最高。

        图  1  不同施钾处理甘薯块根烘烤后的风味评分

        Figure 1.  Flavor score of sweet potato storage root after baking under different potassium treatments

      • 表1可知,与对照 (K0) 相比,施用适量钾肥显著提高了甘薯收获期块根中可溶性糖及其各组分含量;其中,K24处理可溶性糖及其各组分含量达到或接近最高,均显著高于K0处理。K24处理与K0处理相比,烟薯25可溶性糖、蔗果三糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量分别提高了15.78%、20.83%、9.09%、27.75%和7.29%;北京553可溶性糖、蔗果三糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量分别提高了27.25%、10.53%、32.71%、79.78%和9.97%。K24处理下的葡萄糖含量增幅最大。两个品种之间比较,烟薯25具有较高的可溶性糖含量。

        表 1  不同钾肥处理收获期块根可溶性糖及各组分含量 (%,DW)

        Table 1.  Content of soluble sugar and its components in storage root at harvestunder different potassium treatments

        品种
        Cultivar
        处理
        Treatment
        可溶性糖
        Soluble sugar
        蔗果三糖
        Kestose
        蔗糖
        Sucrose
        葡萄糖
        Glucose
        果糖
        Fructose
        还原糖
        Reducing sugar
        烟薯
        Yanshu 25
        K0 25.28 b3.36 b9.24 b7.46 b5.21 b13.19 b
        K1226.88 b3.51 b10.18 a7.65 b5.54 a13.19 b
        K2429.27 a4.06 a10.08 a9.53 a5.59 a15.13 a
        K3628.80 a3.42 b10.78 a9.16 a5.45 ab14.61 a
        北京553 Beijing 553K0 15.89 c3.99 c6.51 c1.78 c3.61 b5.39 c
        K1218.11 b4.35 ab6.99 bc2.82 b3.96 a6.78 ab
        K2420.22 a4.41 ab8.64 a3.20 ab3.97 a7.18 a
        K3619.57 ab4.57 a7.67 b3.69 a3.64 ab6.33 b
        注(Note):数据后不同字母表示同一甘薯品种不同钾肥处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters mean significant difference among treatments for the same sweet potato cultivar at the 0.05 level.

        表 2  不同钾肥处理收获期块根淀粉及各组分含量 (%,DW)

        Table 2.  Content of starch and RAAM in storage root at harvest under different potassium treatments

        品种 Cultivar处理 Treatment总淀粉 Starch直链淀粉 Amylose支链淀粉 Amylopectin直/支 RAAM
        烟薯
        Yanshu 25
        K0 48.02 c17.12 b 30.90 bc0.55 b
        K1250.35 b20.19 a30.16 c0.67 a
        K2453.40 a21.25 a32.15 b0.66 a
        K3652.86 a18.14 b34.71 a0.52 b
        北京 553
        Beijing 553
        K0 55.94 b20.70 c35.24 b0.59 b
        K1261.03 a22.54 b38.49 a0.59 b
        K2461.15 a23.60 a37.55 a0.63 a
        K3654.79 b19.82 d34.98 b0.57 b
        注(Note):RAAM—直/支 Rate of amylose to amylopectin content; 数据后不同字母表示同一甘薯品种不同钾肥处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters mean significant difference among treatments for the same sweet potato cultivarety at the 0.05 level.
      • 表2可知,与对照处理 (K0) 相比,施用适量钾肥可显著提高甘薯收获期块根直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量,同时提高直/支值。其中,2个品种的直链淀粉含量均随施钾量的增加呈现先增加后降低的趋势,以K24处理增幅最大,与K0处理相比,烟薯25的直链淀粉含量提高了24.12%,北京553提高了14.01%;烟薯25支链淀粉含量以K36处理最高,与K0处理相比提高了12.33%,北京553以K12处理和K24处理较高,与K0处理相比,K12处理提高了9.22%,K24处理提高了6.56%。与品种北京553比较,烟薯25具有较低的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量。

      • 施用钾肥可提高两个品种收获期块根中的维生素C和β-胡萝卜素含量,其中K24处理增幅最大。与K0处理相比,K24处理下烟薯25维生素C含量提高了8.91%,β-胡萝卜素含量提高了25.98%;北京553维生素C含量提高了16.26%,β-胡萝卜素含量提高了25.82%。另外,施用钾肥提高了烟薯25块根中的可溶性蛋白和纤维素含量以及北京553块根中的游离氨基酸含量,K24处理增幅最大。与K0处理相比,K24处理下烟薯25可溶性蛋白含量提高了69.18%,纤维素含量提高了17.60%,北京553块根中的游离氨基酸含量提高了17.06%表3

        表 3  不同钾肥处理收获期块根中可溶性蛋白、游离氨基酸和次生代谢产物含量

        Table 3.  Common nutrition components content in storage root at harvest under different potassium treatments

        品种
        Cultivar
        处理
        Treatment
        可溶性蛋白
        Soluble protein
        (mg/g, FW)
        游离氨基酸
        Free amino acid
        (mg/100 g, DW)
        维生素C
        Vitamin C
        (µg/g, FW)
        β-胡萝卜素
        β-Carotene
        (µg/g, FW)
        纤维素
        Cellulose
        (mg/g, DW)
        烟薯
        Yanshu 25
        K0 3.05 c73.43 a263.44 b50.43 c152.06 c
        K124.97 a73.92 a274.02 ab56.74 b161.84 bc
        K245.16 a76.17 a286.92 a63.53 a178.82 a
        K363.66 b68.23 b266.41 b48.96 c169.68 ab
        北京 553 
        Beijing 553
        K0 3.08 a78.51 d221.75 c12.55 c213.66 a
        K123.29 a81.12 c234.24 b13.94 b212.22 a
        K243.32 a91.90 a257.80 a15.79 a210.66 a
        K363.05 a88.05 ab234.40 b12.40 c212.01 a
        注(Note):数据后不同字母表示同一甘薯品种不同钾肥处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters mean significant difference among treatments for the same sweet potato cultivar at the 0.05 level
      • 表4可知,两个品种块根烘烤后都检测出的挥发物质有15种,分别是二丙酮醇、苯乙醛、(±)3-羟基-γ-丁内酯、苯甲酸乙酯、5-氧四氢-2-呋喃羧酸、壬酸、4-乙烯基愈创木酚、环丙甲酸乙酯、丁酸丁酯、未知物-1、十五烷酸、香叶基芳樟醇、植物醇、(Z)-9-十六碳烯醛、香叶基香叶醇。烟薯25独有的挥发性物质有6种,分别是麦芽酚、β-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮5,6-环氧化物、(+)-雪松醇、金合欢醇、未知物-2。北京553独有的挥发性物质有6种,分别是正葵酸、β-榄香烯、罗丹烯、二氢猕猴桃内酯、肉豆蔻酸、角鲨烯。

        表 4  不同施钾处理甘薯块根烘烤后鉴定出的挥发性化合物及其浓度

        Table 4.  Identified volatile compounds and their concentrations in the baked sweet potato under different potassium treatments

        序号
        No.
        保留时间 (min)
        Retention time
        挥发性化合物
        Volatile compound
        烟薯 25 Yanshu25 (nL/mL)北京 553 Beijing553 (nL/mL)
        K0K12K24K36K0K12K24K36
        1 8.711二丙酮醇Diacetone alcohol0.020.020.030.030.030.030.040.05
        219.325苯乙醛Phenylacetaldehyde0.040.050.050.050.040.040.050.05
        321.805麦芽酚Maltol0.010.010.030.02
        423.330(±)3-羟基-γ-丁内酯
        (+)3-Hydroxy-γ-butyrolactone
        0.880.880.850.810.460.510.230.18
        523.875苯甲酸乙酯Ethyl benzoate0.310.460.730.591.331.311.240.81
        624.2705-氧四氢-2-呋喃羧酸
        5-Oxotetrahydro-2-furancarboxylic acid
        1.561.170.850.431.161.290.460.56
        726.825壬酸Pelargonic acid0.050.060.060.060.060.130.060.09
        828.1004-乙烯基愈创木酚4-vinylguaiacol0.020.020.040.040.090.090.100.10
        928.625环丙甲酸乙酯Ethyl cyclopropionate0.510.360.200.180.570.940.110.10
        1029.555正葵酸Decanoic acid0.030.020.020.01
        1129.820丁酸丁酯Butyl butyrate0.020.030.050.030.030.060.060.05
        1230.360β-榄香烯β-elemene0.010.030.06
        1332.485未知物-1 Unknown-10.090.140.210.230.090.100.110.12
        1433.240β-紫罗兰酮β-ionone0.020.020.050.04
        1532.699罗丹烯Rotundene0.100.160.030.30
        1633.350β-紫罗兰酮5,6-环氧化物
        β-Ionone 5,6-epoxide
        0.030.060.080.06
        1735.190二氢猕猴桃内酯Dihydrokiwi lactone0.140.150.190.20
        1837.865(+)-雪松醇 (+)-Cedarol0.040.070.100.04
        1940.055金合欢醇Farnesol0.080.110.130.13
        2040.764肉豆蔻酸Myristic acid0.090.090.140.17
        2143.375未知物-2 Unknown-20.071.211.491.51
        2243.490十五烷酸Pentadecanoic acid4.695.055.585.725.415.397.327.81
        2344.160香叶基芳樟醇Geranyllinalool0.220.190.150.140.540.830.440.91
        2445.175植物醇Plant alcohol0.040.180.200.100.200.720.851.92
        2545.535(Z)-9-十六碳烯醛 (Z)-9-Hexadecenal2.681.551.342.113.040.991.836.70
        2646.185香叶基香叶醇Geranyl geraniol0.120.280.300.290.581.931.981.95
        2752.500角鲨烯Squalene0.201.391.431.41
        总计Total11.50 11.92 12.52 12.61 14.24 16.18 16.72 23.55
        注(Note):“–”表示未检测到Not detectable.

        在两个品种共有的15种挥发性物质中,施用钾肥提高了9种物质浓度,分别为二丙酮醇、苯乙醛、壬酸、4-乙烯基愈创木酚、丁酸丁酯、未知物-1、十五烷酸、植物醇、香叶基香叶醇;施用钾肥降低其含量的有4种,分别为 (±)3-羟基-γ-丁内酯、5-氧四氢-2-呋喃羧酸、环丙甲酸乙酯、香叶基芳樟醇;两个品种变化趋势不一致的有2种,分别为苯甲酸乙酯、(Z)-9-十六碳烯醛。

      • 以块根烘烤后的风味评分为因变量,以葡萄糖 (X1)、果糖 (X2)、还原糖 (X3)、蔗糖 (X4)、蔗果三糖 (X5)、可溶性糖 (X6)、直链淀粉 (X7)、支链淀粉 (X8)、直/支值 (X9)、总淀粉 (X10)、游离氨基酸 (X11)、可溶性蛋白 (X12)、维生素C (X13)、胡萝卜素 (X14)、纤维素 (X15) 为自变量,进行逐步回归分析,回归方程为Y = –2.23 + 0.12X1 + 0.58X2 + 0.24X5 + 0.04X8 + 0.03X11 + 0.24X12 (r = 1.0000,F = 83333.21,P = 0.0027)。为明确逐步回归确定的指标对风味评分的影响,进一步进行通径分析。结果发现,直接效应较大的依次是果糖、葡萄糖、游离氨基酸、可溶性蛋白、支链淀粉和蔗果三糖。按照总效应,正效应较大的依次为葡萄糖、果糖和可溶性蛋白;负效应较大的依次为支链淀粉、游离氨基酸和蔗果三糖 (表5)。

        表 5  不同施钾处理甘薯块根烘烤后风味评分与生块根主要营养物质含量的通径系数

        Table 5.  Path coefficient of flavor score and main nutrient contents in baked sweet potatoes under different potassium treatments

        作用因子
        Action factor
        总效应
        Total action
        直接效应
        Direct action
        间接效应Indirect effect
        葡萄糖
        Glucose
        果糖
        Fructose
        蔗果三糖
        Saccharose
        支链淀粉
        Amylopectin
        游离氨基酸
        Free amino acid
        可溶性蛋白
        Soluble protein
        葡萄糖Glucose 0.8837 0.5104 0.6702 –0.1038 –0.1241 –0.2572 0.1882
        果糖Fructose 0.8715 0.6941 0.4928 –0.1173 –0.1305 –0.2740 0.2028
        蔗果三糖Saccharose –0.3554 0.1534 –0.3454 –0.5311 0.1227 0.3185 –0.0736
        支链淀粉Amylopectin –0.6451 0.1755 –0.3608 –0.5160 0.1072 0.2129 –0.1567
        游离氨基酸
        Free amino acid
        –0.4002 0.3593 –0.3653 –0.5293 0.1360 0.1040 –0.1049
        可溶性蛋白
        Soluble protein
        0.8514 0.2810 0.3419 0.5008 –0.0402 –0.0979 –0.1342
      • 以块根烘烤后的风味评分为因变量,两个品种共有的15种香气成分为自变量进行逐步回归分析,回归方程为Y=6.03+19.84X2–19.38X7–0.48X8+41.91X9+1.15X10–0.29X15 (r = 1.0000,F = 30870.48,P = 0.0044),其中,X2—苯乙醛,X7—4-乙烯基愈创木酚,X8—环丙甲酸乙酯,X9—丁酸丁酯,X10—未知物-1,X15—香叶基香叶醇。结果表明,偏回归系数为正值的是苯乙醛、丁酸丁酯和未知物-1,其中丁酸丁酯偏回归系数最大,苯乙醛次之,未知物-1最小;偏回归系数为负值的是4-乙烯基愈创木酚、环丙甲酸乙酯、香叶基香叶醇。这说明丁酸丁酯、苯乙醛和未知物-1是施钾后改善甘薯块根风味的重要挥发性物质。

      • 前人利用不同的甘薯种质资源、品系和品种,就甘薯块根营养成分含量与蒸煮食味的关系进行了研究。结果表明,块根蒸煮后的适口性和风味与块根的淀粉含量呈负相关,与还原糖含量呈正相关[2];在品质中等的甘薯品种中,食味与淀粉和维生素C含量显著正相关,与可溶性糖呈负相关[36];在品质优良的甘薯品种中,食味与淀粉、可溶性糖和维生素C含量正相关[37-38]。一般认为,适量施用钾肥可以促进甘薯块根膨大过程中的淀粉合成和可溶性糖积累,提高甘薯收获期块根中蔗糖、果糖和葡萄糖等可溶性糖含量,提高直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量[9, 13, 39];另外,适量施用钾肥还可以提高甘薯收获期块根中维生素C、蛋白质和粗纤维等含量[11]。钾还作为酶的激活剂,影响植物体中氮的代谢。缺钾会影响植物体的氮含量,进而影响氨基酸的合成。研究表明,色氨酸的甜味为砂糖的35倍,丙氨酸的甜味为砂糖的1.2倍,甘氨酸的甜味为砂糖的0.8倍,因此把它们称为甜味氨基酸,它们在调节风味方面具有重要作用[40]。氨基酸还可与醇类起酯化反应生成酯而具有芳香味。因此氨基酸含量越丰富,则鲜味、甜味和香味越浓。一些研究还表明,甜味与生甘薯的可溶性糖含量几乎没有关系,但与甘薯蒸煮或烘烤后含糖量有很大关系[41-42]。以不同方式对甘薯加工的研究表明,加工后还原糖含量特别是麦芽糖含量大幅度增加,但是对非还原糖 (可溶性多糖) 含量几乎没有影响[43-44]。但是,不同施钾量对食用型甘薯块根烘烤后风味影响的研究尚少。

        本研究表明,施用钾肥可以提高甘薯收获期块根中蔗糖、葡萄糖、果糖、还原糖、可溶性糖、直链淀粉、支链淀粉、总淀粉、氨基酸、可溶性蛋白质、维生素C、β-胡萝卜素和纤维素等营养物质含量 (表1表3);其中,K24处理各营养物质含量达到或者接近最高值,K36处理有些营养物质增加不显著,甚至出现下降趋势,这与前人的研究结果相似。同时,施用钾肥也提高了块根烘烤后的风味评分,其中K24处理的评分最高 (烟薯25,图1)。为了分析不同钾肥施用量条件下块根营养成分变化与烘烤风味的关系,进行了逐步回归和通径分析,结果表明:按照直接效应,对改善块根烘烤风味贡献较大的营养成分依次是果糖、葡萄糖、游离氨基酸、可溶性蛋白质、支链淀粉和蔗果三糖;按照总效应,对改善块根烘烤风味贡献较大的营养成分是葡萄糖、果糖和可溶性蛋白。说明施用钾肥改善块根烘烤风味,主要是由于增加了块根中果糖和葡萄糖含量,其次是由于增加了块根中游离氨基酸和可溶性蛋白质含量,块根中支链淀粉和蔗果三糖含量的增加也有一定的作用。

      • 甘薯烘烤后的香味是由不同的香味组分相互作用的结果,而不是由某一种香味组分决定的。甘薯香味成分主要包含酯类、醇类、醛类以及挥发性酚类等,对风味品质起着很重要的作用。Sun等[45-47]采用GC-MS对烤制甘薯中散发出来的香气成分进行了鉴定,并发现其中含有大量的苯甲醛、苯乙醛、5-羟基麦芽酚、2-糠醛、2-糠醇、甲基糠醛等挥发性化合物。在甜瓜上的研究发现,适宜的钾浓度处理能显著提高果肉中香气成分的含量,并能改善其品质[22];适量施用钾肥可以显著提高甜瓜特征香气成分的含量,钾肥不足或过多时香气成分均呈减少的趋势[32]。但是,施用钾肥对甘薯块根烘烤后香气成分的影响及与风味品质的关系,尚未见报道。

        本研究表明,两个品种块根在烘烤后共有的15种挥发物质中,施用钾肥提高了二丙酮醇、苯乙醛、壬酸、4-乙烯基愈创木酚、丁酸丁酯、未知物-1、十五烷酸、植物醇、香叶基香叶醇等9种挥发性物质的浓度,其中K24处理各物质达到或者接近最高值;施用钾肥降低了 (±)3-羟基-γ-丁内酯、5-氧四氢-2-呋喃羧酸、环丙甲酸乙酯、香叶基芳樟醇等4种挥发性物质的浓度;施用钾肥以后,两个品种的苯甲酸乙酯和 (Z)-9-十六碳烯醛浓度变化趋势相反。逐步回归分析发现,偏回归系数为正值的是苯乙醛、丁酸丁酯和未知物-1,其中丁酸丁酯偏回归系数最大,苯乙醛次之,未知物-1最小;偏回归系数为负值的是4-乙烯基愈创木酚、环丙甲酸乙酯、香叶基香叶醇。说明丁酸丁酯、苯乙醛和未知物-1是施钾后改善风味的特征性挥发性物质,其中丁酸丁酯最重要。

      • 施用钾肥可以显著提高甘薯收获期块根中可溶性糖及其各组分含量,提高甘薯中直链淀粉、支链淀粉含量和直/支值;还可提高块根中维生素C和β-胡萝卜素含量,其中K24处理中各营养物质增幅最大。施用钾肥改善块根烘烤风味主要与增加了生块根中果糖和葡萄糖含量有关,以施用K2O 24 g/m2的效果最佳。说明合理的钾肥施用量对提高甘薯品质和烘烤风味的效果非常重要。

        施用钾肥可以提高烘烤后块根中易挥发性物质浓度。两个品种中共鉴定出15种挥发性物质,施用钾肥主要提高了二丙酮醇、苯乙醛、壬酸、4-乙烯基愈创木酚、丁酸丁酯、未知物-1、十五烷酸、植物醇、香叶基香叶醇等9种挥发物的含量。其中丁酸丁酯、苯乙醛和未知物-1是施钾后改善风味的重要挥发性物质。

    参考文献 (47)

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