生育期環境因素對甘薯營養和香味組分的影響

邱天越 李臣 王永徐 葉夏芳 崔鵬 陸國權

摘要：為了探究生育期及環境因素對甘薯營養成分和香味組分的影響，利用心香、浙薯75、農林54這3個品種的甘薯，分別選取生育期為80、100、120、140、160 d的鮮薯薯塊和熟化薯塊測定其干率、淀粉含量、還原糖含量、可溶性蛋白含量、氨基酸含量、類胡蘿卜素含量、粗脂肪含量以及香味組分含量。結果表明，不同生育期的環境氣象條件直接影響甘薯的鮮薯產量、淀粉含量、可溶性蛋白等營養成分含量，而各營養成分又直接影響甘薯烘烤后香味組分的變化，說明環境氣象條件間接影響不同生育期甘薯烘烤熟化后香味組分的變化;其中芳香族類、醛類、烯類及萜烯類對甘薯的呈香起到主要作用;心香、浙薯75、農林54分別在80、120、140 d香味最佳，適合烘烤鮮食;不同品種可根據需求在不同生育期進行收獲，以達到甘薯的最佳風味。

關鍵詞：甘薯;香味組分;營養成分;生育期

中圖分類號：S531.01文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）18-0117-05

收稿日期：2018-06-13

基金項目：國家現代農業產業技術體系建設專項資金（編號：CARS-10-B19）;國家自然科學基金面上項目（編號：31671750）;浙江省農業（糧食）新品種選育重大科技專項與專題（編號：2016C02050-7-5）;浙江農林大學人才啟動項目（編號：2017FR026）。

作者簡介：邱天越（1994—），女，江蘇南京人，碩士研究生，主要從事甘薯育種和甘薯香味調控研究。E-mail：chiutianyue@hotmail.com。

通信作者：陸國權，博士，教授，主要從事甘薯育種與品質研究。E-mail：lugq10@zafu.edu.cn。

甘薯（Ipomoea batatas L.）為旋花科植物，在我國具有悠久的栽培歷史，是我國重要的四大糧食作物之一。近年來，國家薯類主糧化戰略的提出，使得甘薯的利用方式向多元化方向發展，而甘薯育種也由高產為主轉變為高品質專用育種。高品質甘薯的生產不僅僅取決于甘薯的基因型差異，也受到栽培環境的綜合影響。盧會翔等的研究表明，甘薯基因效應和環境效應會導致甘薯產量性狀以及品質性狀均呈顯著或極顯著差異[1]，同時發現，紫薯的花青苷含量受環境效應影響最大，而干率、淀粉含量、蛋白質含量等受基因和環境互作效應影響最大[2]。而后猛等的研究發現，淀粉、還原糖、可溶性糖在不同試驗點間，受環境效應的影響明顯大于基因型與基因型和環境的互作效應[3]。胡蘿卜素是甘薯營養品質的重要指標，研究發現，不同品種甘薯的總胡蘿卜素含量隨著生長環境的不同差異顯著[4]。然而，香味作為甘薯品質的重要評價指標，直接影響消費者對甘薯的接受度，影響甘薯品種的推廣。甘薯香味是否受環境效應影響，尚不明確，相關研究較少。因此，本研究以環境效應對甘薯香味的影響為切入點，旨在探究不同生育期環境效應對甘薯香味組分的影響，為甘薯高品質育種和甘薯栽培管理提供一定的理論依據和指導。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

本試驗選取3種不同基因型的甘薯品種心香、浙薯75、農林54為參試材料。心香、浙薯75、農林54均為浙江省主要鮮食型甘薯品種，引自浙江省農業科學院。

1.2?試驗設計

試驗于2016年4月1日對上述3個參試品種薯塊統一于浙江農林大學平山試驗基地（119°E、30°N）智能溫室大棚進行排種育苗。從5月1日開始，剪取20～25 cm長的甘薯苗進行扦插種植，每隔20 d扦插1批，共5批。試驗地為校外山坳試驗基地（119°E、30°N），種植采取單行高畦方式，畦寬50 cm，畦高30 cm，溝寬30 cm，株距30 cm。分小區種植，小區內3個品種隨機區組排列，每個小區每個品種種植30株，小區面積為18.9 m2，重復3次，以品種心香作保護行。10月10日統一收獲，每個小區隨機收取15株，共45株，其生育期分別為160、140、120、100、80 d。收獲后，將甘薯置于浙江農林大學薯類研究所甘薯貯藏庫中，選取中等大小的薯塊進行各試驗指標的測定和樣品制作。

1.3?測定指標與方法

干率的測定采用80 ℃烘干法[5];淀粉含量的測定采用酸解DNS（3，5-二硝基水楊酸）比色法[5];還原糖含量的測定采用DNS比色法[5];可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍G-250染色法[5];氨基酸含量的測定采用茚三酮顯色法[5];類胡蘿卜素含量的測定參照NY/T 1320—2007《農作物種質資源鑒定技術規程?甘薯》[6];粗脂肪含量的測定參照GB/T 5512—2008《糧油檢驗?糧食中粗脂肪含量測定》[7];香味組分采用頂空固相微萃取技術（HS-SPME-GC-MS）測定[8]。萃取頭的老化：第1次使用時，將50 μm DVB/CAR/PDMS復合萃取頭在250 ℃氣相色譜進樣口老化30 min。萃取條件：將裝有甘薯樣品的萃取瓶放置在自動進樣器上，孵化溫度設為70 ℃，頂空吸附萃取時間設為50 min，待結束后，于250 ℃解吸附5 min，同時啟動儀器收集數據。氣相色譜條件：HP-5MS色譜柱（30.0 m×250 μm×0.25 μm）;載氣為氦氣，流速為1.0 mL/min，進樣方式為自動進樣，進樣口溫度為250 ℃，接口溫度為250 ℃。程序升溫過程：起始溫度為50 ℃，保持2 min;以20 ℃/min的升溫速率升至110 ℃ 保持1 min;以5 ℃/min的升溫速率升至250 ℃保持2 min;以30 ℃/min 的升溫速率升至280 ℃保持1 min。質譜條件：電離方式為EI（電子電離源）;電子能量為70 eV;離子源溫度為250 ℃;掃描質量范圍為33～650 m/z。

1.4?數據處理

采用Excel 2007進行數據整理，用SPSS 17.0進行數據分析，用OriginPro 8.5進行作圖，香味組分經GC-MS分離鑒定，通過計算機檢索與NIST98質譜庫標準質譜圖對照匹配，對匹配度大于80（最大100）的結果予以確定。用峰面積歸一化法計算各組分的相對含量。

2?結果與分析

2.1?不同生育期的氣象條件分析

氣象數據來源于浙江省氣象臺，對試驗過程中的氣象數據進行分析，如表1所示，隨著生育期的延長，總積溫、總降水量、總地溫均隨之增加，但在不同生育期間，平均濕度和平均地面溫度均呈現波動變化。平均濕度在生育期為140 d 時最大，為82.07%，而在生育期為80 d時最低，為77.66%。平均地面溫度隨著生育期的延長，呈現下降趨勢，80 d時平均地面溫度最高，為31.87 ℃，160 d時最低，為29.42 ℃。

2.2?不同生育期對甘薯主要營養成分的影響

本試驗對3個品種甘薯不同生育期內的營養成分進行測定，結果如圖1所示。甘薯干率整體呈現先上升后下降的趨勢，心香和浙薯75在生育期160 d時有所上升，而農林54則在120 d后一直下降，與心香和浙薯75不同，整體趨勢如圖1-a 所示。3個品種甘薯的干基淀粉含量呈現先上升后下降再趨于平穩的趨勢，如圖1-b所示，同時發現甘薯烘烤熟化后的淀粉含量變化趨勢與生薯干基淀粉含量的變化趨勢相似，但總體含量明顯低于生薯淀粉含量，說明甘薯烘烤熟化后的淀粉含量與生薯的淀粉含量存在一定的關聯性。對于甘薯還原糖含量而言，熟化后甘薯的還原糖含量明顯高于生薯，生薯還原糖含量在不同生育期的變化幅度較小，而熟化后甘薯的還原糖含量隨著生育期延長整體呈現下降趨勢，結果如圖1-c所示。與甘薯還原糖含量不同，甘薯可溶性蛋白含量在熟化后明顯低于生薯，說明可溶性蛋白在烘烤加熱過程中發生了分解，生薯可溶性蛋白含量整體隨生育期變化呈現下降趨勢，然而熟化后其變化趨勢卻呈現先上升后下降，如圖1-d所示。生薯氨基酸含量與熟化后的氨基酸含量隨著生育期延長均呈現下降趨勢，生育期前期氨基酸含量下降幅度較大，生育期后期變化量較小，逐漸趨于平穩，整體趨勢如圖1-e所示。如圖1-f所示，生薯類胡蘿卜素含量與熟化后的變化趨勢基本一致，但3個品種的變化趨勢有所不同，心香類胡蘿卜素含量呈現下降—上升—下降的變化趨勢，而農林54則大致呈現先上升后下降的趨勢，與心香的變化趨勢不同。浙薯75為淀粉型甘薯，類胡蘿卜素含量很低，整體呈現先下降后趨于平穩的變化趨勢。如圖1-g所示，3種甘薯的粗脂肪含量隨著生育期的延長呈現“W”形變化趨勢，但甘薯熟化后粗脂肪含量變化趨勢無規律性。

2.3?不同生育期對甘薯香味組分的影響

不同品種甘薯烘烤熟化后的香味組分變化如表2所示，根據甘薯香味組分分子結構，將甘薯香味組分進行分類，共分為8類，分別為芳香族類、醛類、烯類及萜烯類、烷烴類、酯類、醇類、酮類及其他。3種甘薯品種的烯類及萜烯類占甘薯香味組分的相對含量明顯高于其他種類，浙薯75的酮類在全部生育期內均未檢出，而心香在生育期100 d時醇類和酮類未檢出，在生育期140 d時，烷烴類未檢出。心香在80 d時，芳香族類、醛類、烯類及萜烯類的相對含量在不同生育期內最高，分別為12.33%、15.34%、30.78%，說明心香在生育期80 d 時烘烤香味較為濃郁，優于其他生育期。浙薯75的芳香族類、醛類、烯類及萜烯類的相對含量分別在生育期100、160、120 d最高，分別為16.40%、11.79%、57.55%。不同香味組分分類最大值未能集中表現在同一生育期內，所以在烘烤時浙薯75的甘薯香味明顯較淡。農林54的烯類及萜烯類相對含量在生育期后期明顯高于前期，在140 d時烯類及萜烯類相對含量達到最大值，為49.46%，此時芳香族類的相對含量也達到最大值，為6.74%。從農林54整體生育期甘薯香味組分變化來看，其生育期后期甘薯香味各組分含量明顯高于前期，說明農林54生育期后期的香味較為濃郁。

對不同品種不同生育期甘薯烘烤熟化后的香味組分進行進一步分析，結果如表3所示。5種香味物質在3個品種和不同生育期內均被檢出，分別為甲氧基苯基肟、苯甲醛、苯乙醛、石竹烯以及鄰苯二甲酸二異丁酯。甲氧基苯基肟具有霉味、肉味，是發酵扇貝豆醬的重要揮發風味物[9];苯甲醛具有苦杏仁味[10];苯乙醛被描述為濃郁的玉簪花香味[11];石竹烯具有辛香、木香、柑橘香、樟腦香、溫和的丁香香氣;鄰苯二甲酸二異丁酯是酯類的一種，酯類被認為是重要的香味物質[12]，可以釋放強烈的果香味[13]，根據其揮發出的香味，對甘薯香味最后的呈香具有一定的貢獻，但其出現含量最高的生育期有所不同。心香在生育期160 d時，甲氧基苯基肟的相對含量最高，苯甲醛和石竹烯在生育期120 d時相對含量達到最高值，而苯乙醛與鄰苯二甲酸二異丁酯分別在生育期80、140 d時相對含量最高。對于浙薯75，分別在生育期100、140、80 d時，甲氧基苯基肟、石竹烯、鄰苯二甲酸二異丁酯的相對含量最高， 苯甲醛和苯乙醛均在生育期160 d時，相對含

量最高。農林54則在生育期160 d時，甲氧基苯基肟、苯甲醛和苯乙醛的相對含量明顯高于其他時期，而石竹烯、鄰苯二甲酸二異丁酯達到相對含量最高值的生育期分別為100、120 d。

2.4?不同生育期各指標間的相關性分析

為了研究生育期環境氣象因子對甘薯主要營養成分的影響，對其進行相關性分析，結果如表4所示。結果表明，生薯淀粉含量與總積溫、總地溫呈顯著正相關，與平均濕度呈極顯著正相關，與總降水量和平均地溫無顯著相關性。生薯可溶性蛋白含量與總積溫、總降水量、總地溫及平均濕度呈極顯著負相關，與平均地溫呈極顯著正相關。生薯氨基酸含量與總積溫、總降水量、總地溫及平均濕度也呈顯著或極顯著負相關。由于甘薯生薯淀粉、可溶性蛋白以及氨基酸含量對烘烤熟化后其含量及變化量存在一定影響，所以也會影響熟化后各指標與環境氣象因子的相關性，因而熟化后各指標與環境氣象因子的相關性同生薯各指標的相關性相同或相似。

為了進一步探究營養成分與烘烤熟化后香味組分的相關性，對其相關性進行分析，結果如表5、表6所示。烘烤熟化后香味組分中的酮類含量與生薯淀粉含量、熟薯淀粉含量呈極顯著負相關，與生薯氨基酸含量、熟薯氨基酸含量呈極顯著正相關，與淀粉變化量呈顯著正相關。烯類及萜烯類含量與熟薯還原糖含量呈顯著負相關，而醇類含量與熟薯可溶性蛋白含量呈極顯著正相關。其他香味組分含量分別與生薯可溶性蛋白含量、可溶性蛋白變化量呈極顯著負相關、極顯著正相關。而熟化后香味共有組分中甲氧基苯基肟含量與生薯淀粉含量呈極顯著負相關，與可溶性蛋白變化量呈極顯著正相關。苯甲醛含量與生薯類胡蘿卜素含量呈顯著負相關，與類胡蘿卜素變化量呈顯著正相關。鄰苯二甲酸二異丁酯與生薯淀粉含量呈極顯著負相關，與可溶性蛋白變化量呈極顯著正相關，與生薯類胡蘿卜素和熟薯類胡蘿卜素含量均呈顯著正相關，而與淀粉變化量呈顯著負相關。

3?討論與結論

不同生育期的甘薯所經歷的環境氣象條件不同，而不同的環境氣象條件直接影響了甘薯的鮮薯產量、淀粉含量、可溶性蛋白等營養成分含量。甘薯為喜溫植物，溫度對甘薯塊根膨大具有重要作用，24 ℃為甘薯塊根形成的最佳溫度，同時，晝夜溫差較大有利于塊根形成和膨大[14]。而甘薯又為短日照植物，充足的光照有利于甘薯的光合作用，不同程度的遮陰處理對紫甘薯干物質、總淀粉、花青素的積累影響較大[15]。此外，水分含量直接影響甘薯植株的生長，當土壤含水量低于10%（即相對含水量低于40%）時，甘薯莖葉將受到嚴重傷害[16]。同時，相關研究表明，不同薯肉類型甘薯的主要經濟性狀與氣象因子的相關性有所不同。對于徐薯28、徐薯18、徐紫薯3號而言，干基淀粉含量與積溫、降水量和相對濕度呈顯著正相關，干基粗蛋白含量和可溶性糖含量與積溫、日照時數、降水量和相對濕度呈負相關，且相關度較高，與日平均氣溫呈正相關[17]。本研究發現，生薯淀粉含量與總積溫、總地溫呈顯著正相關，與平均濕度呈極顯著正相關;生薯可溶性蛋白含量與總積溫、總降水量、總地溫及平均濕度呈極顯著負相關，與平均地溫呈極顯著正相關，本研究結果與前人研究結果[17]一致。

本研究結果表明，不同生育期環境氣象因子直接影響不同品種甘薯營養成分的變化，其對甘薯鮮薯產量、淀粉含量、可溶性蛋白含量及氨基酸含量的影響最大，呈極顯著或顯著相關。同時，淀粉、可溶性蛋白及氨基酸含量等成分變化直接影響甘薯烘烤熟化后香味組分的變化以及香味共有組分的變化。結果表明，不同生育期環境氣象條件直接影響甘薯內部各營養成分的變化，而各營養成分又直接影響甘薯烘烤后香味組分的變化，說明環境氣象條件間接影響不同生育期甘薯烘烤熟化后香味組分的變化。根據前人對香味組分芳香族類、醛類、烯類及萜烯類、烷烴類、酯類、醇類、酮類的研究，發現芳香族類香味形成的重要中間產物對香味形成至關重要，醛類、烯類及萜烯類可以產生特殊香味，而醇類的香味活性值較低，酮類一般對香味貢獻不大，起輔助作用，烷烴類化合物主要由脂肪酸烷氧自由基的均裂產生，其閾值較高[18-20]。說明芳香族類、醛類、烯類及萜烯類對甘薯的呈香起到主要作用。心香在生育期80 d時，芳香族類、醛類、烯類及萜烯類的相對含量顯著高于其他生育期。浙薯75在120 d時，芳香族類、醛類、烯類及萜烯類之和所占比例最大，而農林54在生育期140 d時，芳香族類、醛類、烯類及萜烯類所占比例之和最大。說明心香、浙薯75、農林54分別在80、120、140 d香味最佳，適合烘烤鮮食。未來甘薯種植生產時，可根據需求調節不同生育期長度來調節甘薯內部營養成分的不同，從而改變甘薯烘烤熟化后的香味，滿足不同消費者需求，為甘薯產業化發展提供一定的理論依據。

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