楊志國，李彩林，王亮

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院）食品科學(xué)與工程學(xué)院（農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮研究所），山西 太原 030031）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是茄科茄屬的一年生草本植物，其可食塊莖又被稱為土豆、山藥蛋、洋山芋等[1-2]。馬鈴薯是世界第三大重要的糧食作物，超4 500種馬鈴薯種植于160多個國家，年產(chǎn)量達(dá)3.70億t，為全球13億人口的主食[3-7]。我國是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國和消費國，2018年馬鈴薯種植面積和產(chǎn)量分別為491萬hm2和0.92億t，占全球比例的28.34%和24.80%[8]。山西作為我國馬鈴薯主產(chǎn)地之一，馬鈴薯常年種植面積可達(dá)26.67萬hm2，相關(guān)產(chǎn)業(yè)亦逐年發(fā)展壯大[9-10]。

馬鈴薯營養(yǎng)豐富，不僅富含碳水化合物和蛋白質(zhì)，還含有各種礦質(zhì)元素、維生素和膳食纖維等[11-13]。相對于鮮食，馬鈴薯加工產(chǎn)品顯得更加重要[14-16]，全球50%的馬鈴薯是加工后消耗的[5]。然而，在我國馬鈴薯主要用來鮮食，加工率遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國家[17-19]，這也是我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后和人均消費量較低的主要原因。結(jié)合現(xiàn)有國情和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，我國于2015年提出馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，鼓勵對馬鈴薯進(jìn)行主食化加工利用[20-22]。研究表明，馬鈴薯品種間加工特性差異顯著[23-24]，其中可溶性糖是馬鈴薯食用品質(zhì)和加工過程的重要指標(biāo)之一[17，25]。通?？扇苄蕴呛扛叩鸟R鈴薯適宜鮮食，而加工用薯則要求低可溶性糖，以防止加工變色，提高轉(zhuǎn)化效率[26]。研究發(fā)現(xiàn)，貯藏期間的低溫環(huán)境，也會造成馬鈴薯還原糖急劇增加，出現(xiàn)“低溫糖化”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響加工品質(zhì)[27-28]。此外，地域和環(huán)境對馬鈴薯可溶性糖含量也有重要影響[29-30]，因此準(zhǔn)確測定特定種植區(qū)域馬鈴薯中可溶性糖含量對其開發(fā)和利用具有重要價值。

目前測定馬鈴薯可溶性糖的方法主要基于堿性條件下對糖的氧化，且往往要求高溫顯色，如蒽酮試劑法[26]、斐林試劑法[17]、3，5-二硝基水楊酸法[12]等。雖然這些方法操作簡單，但均不能對可溶性糖的種類進(jìn)行測定。利用高效液相色譜法不僅可以對樣品中可溶性糖的種類和含量進(jìn)行測定，而且該法還具有樣品提取操作簡單、無需衍生化、靈敏度高、檢測結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點[31-32]。近年來該方法已被應(yīng)用于蘋果[33]、梨[34]、桔子[35]、桃[36]、甘薯[37]、南瓜[38]等果蔬中可溶性糖的檢測，但此法運用在馬鈴薯上鮮有報道。

本文建立了一種利用高效液相色譜-示差檢測器法測定馬鈴薯中可溶性糖含量的方法，并對山西省的17個馬鈴薯品種中可溶性糖含量進(jìn)行了分析，旨在為山西省馬鈴薯的加工利用提供一定依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗用馬鈴薯由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高寒區(qū)作物研究所國家產(chǎn)業(yè)體系大同馬鈴薯試驗站提供。17個品種分別為冀張8號、甘引4號、青薯9號、大同里外黃、中加2 號、大西洋、希森 6 號、M13、彩薯、夏波蒂、V7、晉薯15號、同薯20號、麗薯6號、雪川紅、希森9號和晉薯16號。收獲塊莖后，于15℃黑暗通風(fēng)環(huán)境下愈傷15 d后，選擇大小一致的馬鈴薯去皮取肉用液氮冷凍并于-80℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

葡萄糖、果糖、麥芽糖、蔗糖標(biāo)準(zhǔn)品：美國Sigma-Aldrich公司；乙腈（色譜純）：德國Merck公司；超純水：由Ming-CH24UV超純水機(jī)制備。

1.2 儀器與設(shè)備

1200高效液相色譜儀、ZORBAX Carbohydrate柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）：美國 Agilent公司；Ming-CH24UV超純水機(jī)：德國Merck Millipore公司；AS10200AH型超聲波清洗器：天津奧特賽恩斯儀器有限公司；Allegra X-30R Centrifuge高速冷凍離心機(jī)：美國Beckman Coulter公司；CP224S電子分析天平：德國Sartorius公司；A11 basic液氮研磨機(jī)：德國IKA公司；0.45 μm微孔濾膜：天津津騰實驗設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

參照Wu等[35]的方法并略作修改，精確稱取用液氮研磨儀研磨后的馬鈴薯樣品2.00 g于50 mL離心管中，加入10 mL超純水置于超聲清洗器中提取50 min，10 000 r/min離心10 min后上清液過濾到25 mL容量瓶中，殘渣中再加入10 mL超純水提取，合并上清液，用超純水定容后過濾備用。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

先單獨稱取4種可溶性糖標(biāo)準(zhǔn)品各少許，分別溶于超純水后制成單標(biāo)溶液，用于測定各可溶性糖的保留時間。再分別精密稱取蔗糖、果糖、麥芽糖0.100 0 g和葡萄糖0.200 0 g（精確至0.000 1 g），用超純水溶解后定溶于10 mL容量瓶中作為混合標(biāo)準(zhǔn)溶液母液，備用。

1.3.3 色譜條件

ZORBAX Carbohydrate色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm），流動相為乙腈∶水（70∶30，體積比），等度洗脫；柱溫35℃，流速0.9 mL/min；進(jìn)樣量20 μL；檢測池溫度35℃。

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

將1.3.2配制的標(biāo)準(zhǔn)母液精確稀釋為0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、4.0 mg/mL 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后，在1.3.3色譜條件下測定并計算峰面積，每個濃度重復(fù)3次。以濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.5 精密度檢測

取1.3.4中配制好的可溶性糖混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在1.3.3的色譜條件下重復(fù)進(jìn)樣5次，記錄4種可溶性糖的峰面積，并計算其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）。

1.3.6 重復(fù)率檢測

按照1.3.1的方法，平行制備馬鈴薯樣品溶液5份，在1.3.3的色譜條件下進(jìn)樣測定，根據(jù)峰面積計算4種可溶性糖的RSD。

1.3.7 穩(wěn)定性檢測

按照1.3.1的方法制備1份馬鈴薯樣品溶液，在室溫下放置 0、2、4、12、24 h 后，在 1.3.3 的色譜條件下注入高效液相色譜儀中進(jìn)行分析，計算4種可溶性糖的峰面積和RSD。

1.3.8 回收率檢測

按照1.3.1的方法制備1份馬鈴薯樣品溶液，等體積取4份分別加入適量可溶性糖標(biāo)準(zhǔn)品，在1.3.3的色譜條件下進(jìn)樣測定，利用外標(biāo)法定量并計算平均回收率。

1.3.9 可溶性糖、還原糖的計算方法

各可溶性糖含量結(jié)果以鮮重計?？扇苄蕴呛?果糖含量+葡萄糖含量+蔗糖含量+麥芽糖含量。還原糖含量=果糖含量+葡萄糖含量+麥芽糖含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析及處理采用Excel和SPSS 22軟件；表格制作采用Excel。

2 結(jié)果與分析

2.1 可溶性糖標(biāo)準(zhǔn)品與馬鈴薯樣品高效液相色譜分析

4種可溶性糖高效液相色譜圖見圖1。

圖1 4種可溶性糖高效液相色譜圖Fig.1 High performance liquid chromatogram of 4 kinds of soluble sugars

從圖1和圖2中可以看出，在1.3.3色譜條件下馬鈴薯樣品和可溶性糖標(biāo)準(zhǔn)品均得到良好的分離，且樣品中可溶性糖的出峰時間為果糖7.565 min、葡萄糖8.138 min、蔗糖 9.871 min、麥芽糖 11.044 min，標(biāo)準(zhǔn)品的出峰時間為果糖7.650 min、葡萄糖8.235 min、蔗糖10.015 min、麥芽糖11.511 min，馬鈴薯樣品的出峰時間較標(biāo)準(zhǔn)品稍早一些。

圖2 馬鈴薯樣品高效液相色譜圖Fig.2 High performance liquid chromatogram of potato samples

2.2 可溶性糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

表1為4種可溶性糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、相關(guān)系數(shù)及線性范圍。

表1 4種可溶性糖標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、相關(guān)系數(shù)及線性范圍Table 1 Standard curve equations，correlation coefficients and linear range of 4 kinds of soluble sugars

如表1所示當(dāng)線性范圍在0.05 mg/mL～4.0 mg/mL時，標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.999以上，表明該方法良好。

2.3 精密度檢測

表2為4種可溶性糖精密度測定結(jié)果。

表2 4種可溶性糖精密度（n=5）Table 2 Precision of 4 kinds of soluble sugars（n=5）

表2結(jié)果顯示：果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖的RSD值分別為4.33%、1.83%、2.53%、4.08%，均小于5%，表明該方法的精密度良好。

2.4 重復(fù)性檢測

表3為4種可溶性糖重復(fù)性測定結(jié)果。

表3 4種可溶性糖重復(fù)性（n=5）Table 3 Repeatability of 4 kinds of soluble sugars（n=5）

從表3中可以看出，果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD值分別為4.34%、3.01%、3.58%、4.17%，均小于5%，說明該方法的重復(fù)性達(dá)到分析要求。

2.5 穩(wěn)定性檢測

表4為4種可溶性糖穩(wěn)定性測定結(jié)果。

表4 4種可溶性糖穩(wěn)定性（n=5）Table 4 Stability of 4 soluble sugars（n=5）

由表4可知，果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖的RSD值分別為 2.24%、3.20%、4.73%、3.68%，均小于5%，說明馬鈴薯樣品溶液在24 h之內(nèi)是穩(wěn)定的。

2.6 回收率檢測

4種可溶性糖回收率測定結(jié)果見表5。

表5 4種可溶性糖回收率測定Table 5 Recovery rate of 4 kinds of soluble sugars

由表5可知，4種可溶性糖的回收率為96.00%～104.44%，RSD均小于5%，表明該檢測方法的回收率良好，測定結(jié)果準(zhǔn)確性較高。

2.7 17種馬鈴薯可溶性糖含量分析

17個馬鈴薯品種可溶性糖含量見表6。

表6 17個馬鈴薯品種可溶性糖含量（n=3）Table 6 The soluble sugar content of 17 varieties of potatoes（n=3）mg/100 g

續(xù)表6 17個馬鈴薯品種可溶性糖含量（n=3）Continue table 6 The soluble sugar content of 17 varieties of potatoes（n=3）mg/100 g

從表6中可以得出，17種馬鈴薯中可溶性糖組分相似，基本上均檢測出4種可溶性糖。各種可溶性糖、還原糖以及各可溶性糖組分的變異系數(shù)除麥芽糖為52.71%外，其余均為90%以上，說明17種馬鈴薯可溶性糖含量差異較大。這與Duarte-Delgado等[39]的研究結(jié)果一致。但是Choi等[40]對6個不同品種馬鈴薯的研究卻發(fā)現(xiàn)各可溶性糖組分含量在品種間差異較大，但可溶性糖含量卻沒有觀察到相同程度的變化。高佳等[26]采用傳統(tǒng)的蒽酮試劑法檢測了川中丘陵區(qū)馬鈴薯可溶性糖含量，結(jié)果表明10個品種間可溶性糖含量的變異系數(shù)僅為17.16%，差異較小。

17種馬鈴薯可溶性糖的含量為370.95 mg/100 g～4 497.24 mg/100 g。其中大西洋的含量最低，僅為370.95 mg/100 g，其次是夏波蒂和雪川紅，分別為404.08 mg/100 g和459.03 mg/100 g。希森9號、青薯9號、晉薯16號和中加2號的可溶性糖含量相互之間差異顯著（P＜0.05），且顯著高于其他品種（P＜0.05）。其中希森9號的含量最高，高達(dá)4 497.24 mg/100 g，是含量第二高的青薯9號（2 041.89 mg/100 g）的2.20倍，是大西洋的13.48倍。

馬鈴薯還原糖在高溫條件下會發(fā)生美拉德反應(yīng)，明顯影響其食品加工產(chǎn)品的色澤、味道，同時還會形成丙烯酰胺等有害物質(zhì)，是要求最為嚴(yán)格的指標(biāo)之一[7，25]。17種馬鈴薯還原糖含量為 63.09 mg/100 g～2 727.03mg/100g，占可溶性糖含量的17.01%～98.64%。其中大西洋還原糖含量僅為63.09 mg/100 g，顯著低于其他品種（P＜0.05）；其次是夏波蒂和晉薯15號，分別為181.08 mg/100 g和241.63 mg/100 g。希森9號還原糖含量為2 727.03 mg/100 g，顯著高于其他品種（P＜0.05）；晉薯16號、青薯9號、中加2號和冀張8號次之。大西洋和夏波蒂是目前國內(nèi)用于油炸薯片和薯條加工的主要品種[17]。本研究發(fā)現(xiàn)除大西洋和夏波蒂外，晉薯15號還原糖的含量也低于0.3%，符合薯條加工要求[41]，可作為薯片薯條等油炸加工的原料品種。孫莎莎等[17]研究發(fā)現(xiàn)，直接滴定法測得的希森6號還原糖含量低于夏波蒂，且薯條加工產(chǎn)品感官評價二者之間無顯著差異。而本研究中，希森6號還原糖含量顯著高于夏波蒂（P＜0.05），這可能是因為測量方法或生長環(huán)境不同導(dǎo)致的。對于還原糖含量較高的品種，尤其是還原糖含量低于0.4%的大同里外黃、希森6號、麗薯6號、雪川紅和V7可以通過蒸煮方式加工[42]，或采用輻照、超聲波等非熱技術(shù)預(yù)處理后再油炸加工[7]，以避免或減少加工過程中有害物質(zhì)的產(chǎn)生。

表6顯示各可溶性糖組分中，17種馬鈴薯中均檢測到蔗糖，晉薯15號中未檢測到果糖、大西洋中未檢測到葡萄糖和麥芽糖、雪川紅中未檢測到麥芽糖。其余品種中果糖含量為63.09 mg/100 g～1 272.67 mg/100 g，占還原糖含量的20.91%～100%，占可溶性糖含量的 11.95%～40.10%；葡萄糖含量在33.11 mg/100 g～1 409.66 mg/100 g之間，占還原糖含量的18.28%～62.24%，占可溶性糖含量的8.19%～56.37%；麥芽糖含量為40.29 mg/100 g～147.28 mg/100 g，占還原糖含量的1.64%～44.82%，占可溶性糖含量的0.99%～24.96%；蔗糖含量在25.11 mg/100 g～1 770.21 mg/100 g，占可溶性糖含量的1.36%～82.99%。各品種中，希森9號的果糖、葡萄糖、蔗糖的含量均最高（P＜0.05），而麥芽糖含量最高的是甘引4號（P＜0.05）；大西洋的果糖、葡萄糖、麥芽糖含量較低或低于檢測線，晉薯16號的蔗糖含量最低（P＜0.05）。

3 結(jié)論

本研究證明，采用Agilent NH2色譜柱，在流動相為乙腈∶水（70∶30，體積比），流速 0.9 mL/min，柱溫及檢測池溫度35℃的條件下，馬鈴薯中的果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖在15 min內(nèi)得到良好的分離，且標(biāo)準(zhǔn)曲線呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，重復(fù)率、穩(wěn)定性、回收率的RSD值也均在5%以內(nèi)，說明利用該方法對馬鈴薯中可溶性糖進(jìn)行測定分析是可行的。不同品種馬鈴薯中可溶性糖組分相似，基本上均檢測出了4種可溶性糖。但各品種可溶性糖含量差異較大，其中希森9號和青薯9號的可溶性糖含量較高，而大西洋、夏波蒂和雪川紅的含量較低。對于還原糖含量而言，大西洋顯著低于其他品種，希森9號顯著高于其他品種。