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木薯块根不同部位的营养成分研究

2016-07-02林立铭罗春芳

关键词:营养成分块根木薯

魏 艳,黄 洁,林立铭,罗春芳,2

(1 中国热带农业科学院 a 热带作物品种资源研究所/农业部木薯种质资源保护与利用重点实验室,b 科技信息研究所,海南 儋州 571737;2 海南大学 农学院,海南 海口 570228)

木薯块根不同部位的营养成分研究

魏艳1a,1b,黄洁1a,林立铭1a,罗春芳1a,2

(1 中国热带农业科学院 a 热带作物品种资源研究所/农业部木薯种质资源保护与利用重点实验室,b 科技信息研究所,海南 儋州 571737;2 海南大学 农学院,海南 海口 570228)

[摘要]【目的】 研究木薯块根中营养成分的分布规律,以提高木薯的综合利用价值。【方法】 分别取6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的头、中、尾3段,测定其β-胡萝卜素含量及干物质、粗淀粉、粗蛋白、可溶性糖和粗纤维6种营养成分的质量分数,并分析不同部位营养成分的相关性。【结果】 薯肉的干物质、粗淀粉质量分数分别是薯皮的1.3~1.8倍和1.2~2.8倍,表现为薯肉>全薯>薯皮;薯皮的β-胡萝卜素含量及粗蛋白、可溶性糖、粗纤维质量分数分别是薯肉的1.2~15.3,2.4~6.7,1.2~2.2和3.4~7.5倍,表现为薯皮>全薯>薯肉;薯皮干样的粗淀粉质量分数为27.1%~69.0%,是薯肉的32.8%~93.3%;6份木薯种质的全薯、薯肉、薯皮的头、中、尾3段粗蛋白、干物质质量分数均表现为头段>中段>尾段,且差异均达到极显著水平。【结论】 木薯薯皮营养成分丰富,应重视木薯薯皮的综合利用。

[关键词]木薯;块根;薯肉;薯皮;营养成分

近年来,国内外对作物不同部位的营养成分开展了较多研究,如有人比较了大米与米糠、面粉与小麦麸皮营养成分的差异[1-5],为利用米糠加工米糠油和米糠蛋白等[3]、用小麦麸皮加工膳食纤维和多肽等提供了参考依据[6-8];还有人比较了甘薯、参根、管花肉苁蓉等[9-11]作物不同部位的营养成分含量。此外,通过研究甘蔗不同节段糖含量,发现自下而上逐节段糖含量呈降低趋势,初步探索了甘蔗糖分的积累与分配规律[12-13]。

木薯(ManihotesculentaCrantz)属于大戟科木薯属,其块根主要用于食用、饲用和加工,是世界上超过8亿人口的主粮,木薯块根有1.0%~2.0%薯外皮、10.0%~14.0%薯内皮(次生韧皮部,以下简称薯皮)和80.0%~90.0%薯肉(次生木质部)[14-15]。在木薯营养成分研究方面,徐娟等[16]评价了6份木薯种质的薯肉营养成分,陈晓明等[17]测定了薯皮的矿质元素含量,魏艳等[18]、林立铭等[19]评价了3个木薯品系(E24、E1424、F701)薯肉与薯皮的营养成分和矿质元素含量,但国内外有关木薯全薯、薯肉、薯皮的头、中、尾3段营养成分的分析与比较研究尚未见报道。目前,我国木薯加工业的综合利用程度还不高,已严重制约了木薯加工业的良性发展[20]。为此,本试验选用6份木薯种质,分别测定全薯、薯肉、薯皮头、中、尾3段的营养成分含量,以期为木薯的综合利用及木薯块根不同部位营养成分积累和分配规律研究提供依据。

1材料与方法

1.1材料

供试材料取自位于海南省儋州市的中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所(简称“品资所”)木薯种质资源圃,6份木薯种质的来源及用途见表1。供试木薯均于2011-11-21种植,2013-03-22采样,全生长期为16个月。种植地土壤为砖红壤,土壤条件为:pH 6.4,有机质9.0 g/kg,碱解氮35.2 mg/kg,速效磷(P2O5) 10.1 mg/kg,速效钾(K2O) 66.8 mg/kg。

表 1 供试木薯种质的来源及用途

1.2方法

1.2.1样品准备收获木薯时每份种质随机取3株,每株随机取3条中等长度木薯块根,要求所选块根外观无损、无病虫害;洗净抹干,擦去薯外皮,切取头(离薯柄2~5 cm)、中(中间3 cm)、尾(离薯尾 2~5 cm) 3段,每段均为3 cm长;先随机取头中尾的全薯各3段,然后将其余的头中尾全薯都剥离为薯肉和薯皮,对全薯、薯肉、薯皮的头中尾3段样品分别切丝;从混合丝样中抽取100 g鲜样作为一个处理样品,另外抽取50 g鲜样烘干打粉作为一个处理样品,每个处理均3个重复。

1.2.2测定方法(1)块根形态。参照“热带作物品种区域试验技术规程-木薯”(ICS 65.020.20)[21]进行相关测定。

(2)鲜样。干物质质量分数采用烘干法[16]测定;β-胡萝卜素含量采用丙酮提取比色法[16]测定。

(3)干样。粗淀粉质量分数采用氯化钙-旋光法(GB/T 5514-2008)[22]测定;粗蛋白质量分数采用凯氏定氮法(GB/T 15673-2009)[23]测定;可溶性糖质量分数采用蒽酮比色法[24]测定;粗纤维质量分数采用酸碱消煮法(GB/T 5009-2003)[25]测定。

1.3数据处理

试验数据采用Excel 2007和SAS 9.0进行方差分析和相关性分析,采用t检验进行显著性检验。

2结果与分析

2.1不同部位木薯块根的形态

由表2可以看出,6份木薯种质的块根长度为25.0~31.5 cm,薯皮厚度及薯径均表现为头段>中段>尾段,且差异均达极显著水平。

表 2 木薯块根不同部位的形态特征

注:薯皮厚或薯径的同行不同小写字母表示各段间差异达显著水平(P<0.05),不同大写字母表示各段间差异达极显著水平(P<0.01)。

Note:Different lowercase letters indicate significant difference (P<0.05),while different uppercase letters indicate very significant difference (P<0.01).

2.2木薯块根鲜样营养成分分析

2.2.1干物质质量分数由表3可以看出,6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的干物质质量分数分别为35.1%~49.0%,39.2%~51.2%,22.3%~39.1%,薯肉干物质质量分数是薯皮的1.3~1.8倍,表现为薯肉>全薯>薯皮,且差异均达到极显著水平。6份木薯种质全薯、薯皮的干物质质量分数均表现为头段>中段>尾段,且大部分表现出极显著差异;除NZ199薯肉中段与尾段的干物质质量分数相同外,其余5份种质薯肉的干物质质量分数均表现为头段>中段>尾段,差异均达到极显著水平。说明木薯块根干物质质量分数存在薯肉>全薯>薯皮、头段>中段>尾段的分布特点。

表 3 木薯块根不同部位干物质质量分数的比较

注:同行不同小写字母表示差异达显著水平(P<0.05),不同大写字母表示差异达极显著水平(P<0.01)。表4~8同。

Note:Different lowercase letters in each row indicate significant difference (P<0.05),while different uppercase letters indicate very significant difference (P<0.01).The same for Table 4-8.

2.2.2β-胡萝卜素含量由表4可以看出,6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的β-胡萝卜素含量分别为0.07~1.69,0.06~0.95,0.33~1.84 mg/hg,薯皮β-胡萝卜素含量是薯肉的1.2~15.3倍,表现为薯皮>全薯>薯肉,且差异均达到极显著水平。比较每一份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的头、中、尾3段的β-胡萝卜素含量,虽然绝大多数达到极显著差异,但并无明显的规律性。说明木薯块根β-胡萝卜素含量存在薯皮>全薯>薯肉的分布特点,但在全薯、薯肉、薯皮的头、中、尾3段之间β-胡萝卜含量的高低排序未表现出明显的规律性。

2.3木薯块根干样营养成分分析

2.3.1粗淀粉质量分数由表5可以看出,6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的粗淀粉质量分数分别为69.0%~81.3%,72.7%~82.5%,27.1%~69.0%,薯肉粗淀粉质量分数是薯皮的1.2~2.8倍,表现为薯肉>全薯>薯皮,且差异达到极显著水平。比较每一份木薯种质全薯、薯肉、薯皮头、中、尾3段的粗淀粉质量分数,虽然绝大多数差异达到极显著水平,但是未表现出明显的规律性排序。说明木薯块根粗淀粉质量分数存在薯肉>全薯>薯皮的分布特点,但在全薯、薯肉、薯皮头、中、尾3段的分布无明显的高低排序特点。

表 5 木薯块根不同部位粗淀粉质量分数的比较

2.3.2粗蛋白质量分数由表6可以看出,6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的粗蛋白质量分数分别为3.1%~10.9%,2.0%~8.6%,8.0%~33.3%,薯皮粗蛋白质量分数是薯肉的2.4~6.7倍,表现为薯皮>全薯>薯肉,差异达到极显著水平。6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮粗蛋白质量分数均表现为头段>中段>尾段,且差异达到极显著水平。说明粗蛋白质量分数存在薯皮>全薯>薯肉、头段>中段>尾段的分布特点。

表 6 木薯块根不同部位粗蛋白质量分数的比较

2.3.3可溶性糖质量分数由表7可以看出,6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的可溶性糖质量分数分别为4.5%~11.6%,3.6%~10.5%,5.2%~15.2%,薯皮可溶性糖质量分数是薯肉的1.2~2.2倍,表现为薯皮>全薯>薯肉,且差异达到极显著水平。比较每一份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的头、中、尾3段的可溶性糖质量分数,虽然绝大多数差异达到极显著水平,但并无明显的高低排序规律,说明木薯块根可溶性糖质量分数存在薯皮>全薯>薯肉的分布特点,但在全薯、薯肉、薯皮的头、中、尾3段之间的分布无明显规律性。

表 7 木薯块根不同部位可溶性糖质量分数的比较

2.3.4粗纤维质量分数由表8可以看出,6份木薯种质全薯、薯肉、薯皮的粗纤维质量分数分别为2.3%~5.1%,1.6%~2.8%,8.4%~19.3%,薯皮粗纤维质量分数是薯肉的3.4~7.5倍,表现为薯皮>全薯>薯肉,且差异达到极显著水平。比较每一份木薯种质全薯、薯肉头、中、尾3段的粗纤维质量分数,虽然绝大多数差异达到极显著水平,但高低排序并无明显特点。比较每一份木薯种质薯皮头、中、尾3段的粗纤维质量分数,均表现为头段>中段>尾段,且差异均达到极显著水平。说明木薯块根粗纤维质量分数表现出薯皮>全薯>薯肉的分布特点,且薯皮粗纤维质量分数存在头段>中段>尾段的分布特点。

2.4木薯块根营养成分的相关性

2.4.1同一营养成分在木薯不同部位间的相关性由表9可以看出,干物质和粗蛋白质量分数及β-胡萝卜素含量在薯肉或薯皮的头、中、尾3段之间均呈极显著或显著正相关;粗淀粉、可溶性糖质量分数在薯皮的头、中、尾3段之间均呈极显著正相关;粗纤维质量分数在薯肉的头、中、尾3段之间呈极显著或显著正相关;粗纤维质量分数在薯皮的头段与中段、中段与尾段之间分别呈极显著和显著正相关。干物质质量分数在薯肉与薯皮的头段与头段、中段与中段、尾段与尾段之间呈极显著或显著正相关;粗蛋白、可溶性糖质量分数在薯肉与薯皮之间的中段与中段(中/中段)呈显著正相关。

表 9 同一营养成分在木薯不同部位间的相关性分析

注:*代表显著性水平(P<0.05),**代表极显著性水平(P<0.01)。表10~11同。

Note:* represents the significance atP<0.05 level,while ** represents extreme significance atP<0.01 level.The same for Table 10-11.

2.4.2同一部位不同营养成分间的相关性木薯块根同一部位不同营养成分之间相关性的分析结果(表10和11)表明,在薯肉的头段、中段或尾段,干物质质量分数与β-胡萝卜素含量之间呈极显著或显著正相关;在薯肉的尾段,β-胡萝卜素含量与粗淀粉质量分数之间呈显著正相关;在薯皮的尾段,粗淀粉与可溶性糖、粗纤维质量分数之间均呈显著负相关。

表 11 木薯薯皮头、中、尾段营养成分间的相关性分析

3讨论与结论

3.1木薯块根薯皮的利用价值

本试验结果表明,木薯块根干物质、粗淀粉质量分数表现为薯肉>全薯>薯皮,β-胡萝卜素含量与粗蛋白、可溶性糖、粗纤维质量分数表现为薯皮>全薯>薯肉,这与笔者前期的研究结果一致[18];且本试验结果还表明,薯皮β-胡萝卜素含量和粗蛋白、可溶性糖、粗纤维质量分数分别是薯肉的1.2~15.3,2.4~6.7,1.2~2.2,3.4~7.5倍,说明在以上4种营养价值方面薯皮优于薯肉。此外,笔者前期研究[18]及本研究结果表明木薯薯皮的营养价值不亚于米糠[3]、小麦麸皮[26-27];林立铭等[19]的研究表明,薯皮含有较高的K、Ca、Mg等矿质元素;陈晓明等[17,28]的研究表明,薯皮不仅含有较高的K、Ca、Na等矿物质,还含有可作药用的部分生物碱、香豆素及抗胆碱酯酶等重要活性物质。这些事实均说明,木薯皮具有非常高的综合利用价值。

据报道,Zhu等[29]通过化学分析及扫描电子显微镜观察,发现木薯茎的干样含22%~39%的粗淀粉,其中约95%的淀粉位于木质部,4%的淀粉位于韧皮部,1%的淀粉位于髓部,并因此建议将木薯茎作为生物质能源酒精的加工原料。本试验结果表明,薯皮干样的粗淀粉质量分数为27.1%~69.0%,是薯肉的32.8%~93.3%,说明薯皮也含有较高的粗淀粉,值得深入研究薯皮在淀粉和酒精等方面的加工利用价值。由于本研究只采用化学分析方法,有待采用扫描电子显微镜来进一步观察木薯块根粗淀粉的详细分布规律,特别是薯皮(次生韧皮部)是否含有较多的可供加工利用的粗淀粉。

3.2木薯块根不同部位营养成分的分布特点

甘蔗茎内的蔗糖积累速率决定于蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖合酶(SS)、可溶性酸性转化酶(SAI)等蔗糖代谢相关酶的活性平衡,其中SS对蔗糖合成的催化活性随着茎节的成熟而下降,SS分解蔗糖的活性、蛋白质表达随着成熟而升高;此外,合成的蔗糖可作为调控源库代谢的信号分子,调控与蔗糖积累关系密切的蔗糖代谢相关酶(如SS和转化酶(Ivr)的2个同工酶)以及蔗糖运输蛋白的基因表达,还涉及到蔗糖的跨膜运输能力等[30-35]。本试验结果表明,木薯块根全薯、薯肉、薯皮的干物质、粗蛋白质量分数以及薯皮粗纤维质量分数均存在头段>中段>尾段的分布特点,且差异均达到极显著水平,与甘蔗茎节段的蔗糖含量自下而上逐节段降低的分布规律近似[12-13,30]。可见,木薯块根干物质、粗蛋白及粗纤维质量分数的分布特点,可能与块根中某些相关的酶活性、运输蛋白、基因表达、跨膜运输能力等因素有关,这值得进一步研究。

国内外用甘蔗蔗汁的纯度比(即梢部茎蔗汁纯度/中部茎蔗汁纯度),作为判断甘蔗生物学成熟度的指标,纯度比值在95.0以上为甘蔗最成熟,在80.01~95.00为甘蔗成熟[36],以上方法可快速准确地反映甘蔗的生物学成熟情况。目前,我国主要采用全薯的水比重法、化学分析法来测定鲜薯的干物率和淀粉质量分数,然后根据木薯周年种植和收获试验的鲜薯产量、鲜薯干物率、淀粉质量分数来推测木薯成熟期、收获期[25,37],但在不同品种、不同地区、不同气候和不同栽培条件下,难免出现较大偏差和不够准确的问题。本试验结果表明,木薯块根全薯、薯肉、薯皮的干物质、粗蛋白质量分数以及薯皮粗纤维质量分数均存在头段>中段>尾段的分布特点,且均达到极显著差异水平,那么是否可以进一步探索使用薯块的头、中、尾3段的干物质等比值来评价木薯的成熟度和收获期,以随时随地得到准确的鲜薯成熟度指标,从而方便加工企业和种植户准确掌握木薯的收获期,这也值得进一步分析和探讨。

虽然本研究涉及的6种营养成分在薯肉、薯皮的头、中、尾3段之间存在一些显著或极显著的相关关系,但并未发现较强的相关规律,各营养成分的相关性尚有待进一步探究。Burns等[38]研究表明,木薯块根化学成分受基因型和环境条件的双重影响,由于本研究仅是对一年一地6份木薯种质的取样分析,且木薯生长期为16个月,与我国一般10个月左右的木薯生长期有较大的时间差距。因此,应通过多年多点和更多木薯种质的试验验证,进一步研究以明确木薯块根不同部位营养成分的分布规律。

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Nutrients in different parts of cassava root

WEI Yan1a,1b,HUANG Jie1a,LIN Li-ming1a,LUO Chun-fang1a,2

(1 aTropicalCropsGeneticsResourcesInstitute,KeyLaboratoryofConservationandUtilizationofCassavaGeneticResources,MinistryofAgriculture,bScienceandTechnologyInformationInstitute,ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences,Danzhou,Hainan571737,China;2CollegeofAgronomy,HainanUniversity,Haikou,Hainan570228,China)

Abstract:【Objective】 This paper investigated the distribution of nutrients in cassava root to improve its utilization value.【Method】 Three separate sections including head,middle,and end of the whole cassava,flesh,and cortex of six cassava germplasm were selected to measure contents of β-carotene and mass fractions of dry matter,starch,crude protein,soluble sugar and crude fiber.The correlation of nutrients in different parts was also analyzed.【Result】 The mass fractions of dry matter and starch in flesh were 1.3-1.8 and 1.2-2.8 times of those in cortex,and they were in a decreasing order of flesh>whole cassava>cortex.The contents of β-carotene and mass fractions of crude protein,soluble sugar,and crude fiber in cortex were 1.2-15.3,2.4-6.7,1.2-2.2,and 3.4-7.5 times of those in flesh,and they were in a decreasing order of cortex>flesh>whole cassava.The starch mass fraction in dry cortex was 27.1%-69.0%,which was 32.8%-93.3% of that in dry flesh.The mass fractions of dry matter and crude protein in the whole cassava,flesh,and cortex of six cassava germplasm exhibited significant difference and were in the order of head>middle>end.【Conclusion】 The cortex of Cassava is rich in nutrients and its comprehensive utilization is worthy to be highlighted.

Key words:cassava;root;flesh;cortex;nutrient

DOI:网络出版时间:2016-05-03 14:0510.13207/j.cnki.jnwafu.2016.06.009

[收稿日期]2014-11-11

[基金项目]农业部现代木薯产业技术体系建设专项 (CARS-12-hnhj);农业部农业行业标准制定项目“热带作物品种区域试验技术规程-木薯”(ICS 65.020.20)

[作者简介]魏艳(1985-),女,山东济宁人,硕士,主要从事木薯种质资源的创新与利用研究。E-mail:wei_yan2010@126.com E-mail:hnhjcn@163.com

[通信作者]黄洁(1966-),男,广东遂溪人,研究员,硕士生导师,主要从事薯类作物育种与栽培研究。

[中图分类号]S533.099

[文献标志码]A

[文章编号]1671-9387(2016)06-0053-09

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160503.1405.018.html

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