邱天越 李臣 王永徐 叶夏芳 崔鹏 陆国权

摘要：为了探究生育期及环境因素对甘薯营养成分和香味组分的影响，利用心香、浙薯75、农林54这3个品种的甘薯，分别选取生育期为80、100、120、140、160 d的鲜薯薯块和熟化薯块测定其干率、淀粉含量、还原糖含量、可溶性蛋白含量、氨基酸含量、类胡萝卜素含量、粗脂肪含量以及香味组分含量。结果表明，不同生育期的环境气象条件直接影响甘薯的鲜薯产量、淀粉含量、可溶性蛋白等营养成分含量，而各营养成分又直接影响甘薯烘烤后香味组分的变化，说明环境气象条件间接影响不同生育期甘薯烘烤熟化后香味组分的变化;其中芳香族类、醛类、烯类及萜烯类对甘薯的呈香起到主要作用;心香、浙薯75、农林54分别在80、120、140 d香味最佳，适合烘烤鲜食;不同品种可根据需求在不同生育期进行收获，以达到甘薯的最佳风味。

关键词：甘薯;香味组分;营养成分;生育期

中图分类号：S531.01文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）18-0117-05

收稿日期：2018-06-13

基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项资金（编号：CARS-10-B19）;国家自然科学基金面上项目（编号：31671750）;浙江省农业（粮食）新品种选育重大科技专项与专题（编号：2016C02050-7-5）;浙江农林大学人才启动项目（编号：2017FR026）。

作者简介：邱天越（1994—），女，江苏南京人，硕士研究生，主要从事甘薯育种和甘薯香味调控研究。E-mail：chiutianyue@hotmail.com。

通信作者：陆国权，博士，教授，主要从事甘薯育种与品质研究。E-mail：lugq10@zafu.edu.cn。

甘薯（Ipomoea batatas L.）为旋花科植物，在我国具有悠久的栽培历史，是我国重要的四大粮食作物之一。近年来，国家薯类主粮化战略的提出，使得甘薯的利用方式向多元化方向发展，而甘薯育种也由高产为主转变为高品质专用育种。高品质甘薯的生产不仅仅取决于甘薯的基因型差异，也受到栽培环境的综合影响。卢会翔等的研究表明，甘薯基因效应和环境效应会导致甘薯产量性状以及品质性状均呈显著或极显著差异[1]，同时发现，紫薯的花青苷含量受环境效应影响最大，而干率、淀粉含量、蛋白质含量等受基因和环境互作效应影响最大[2]。而后猛等的研究发现，淀粉、还原糖、可溶性糖在不同试验点间，受环境效应的影响明显大于基因型与基因型和环境的互作效应[3]。胡萝卜素是甘薯营养品质的重要指标，研究发现，不同品种甘薯的总胡萝卜素含量随着生长环境的不同差异显著[4]。然而，香味作为甘薯品质的重要评价指标，直接影响消费者对甘薯的接受度，影响甘薯品种的推广。甘薯香味是否受环境效应影响，尚不明确，相关研究较少。因此，本研究以环境效应对甘薯香味的影响为切入点，旨在探究不同生育期环境效应对甘薯香味组分的影响，为甘薯高品质育种和甘薯栽培管理提供一定的理论依据和指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验选取3种不同基因型的甘薯品种心香、浙薯75、农林54为参试材料。心香、浙薯75、农林54均为浙江省主要鲜食型甘薯品种，引自浙江省农业科学院。

1.2 试验设计

试验于2016年4月1日对上述3个参试品种薯块统一于浙江农林大学平山试验基地（119°E、30°N）智能温室大棚进行排种育苗。从5月1日开始，剪取20～25 cm长的甘薯苗进行扦插种植，每隔20 d扦插1批，共5批。试验地为校外山坳試验基地（119°E、30°N），种植采取单行高畦方式，畦宽50 cm，畦高30 cm，沟宽30 cm，株距30 cm。分小区种植，小区内3个品种随机区组排列，每个小区每个品种种植30株，小区面积为18.9 m2，重复3次，以品种心香作保护行。10月10日统一收获，每个小区随机收取15株，共45株，其生育期分别为160、140、120、100、80 d。收获后，将甘薯置于浙江农林大学薯类研究所甘薯贮藏库中，选取中等大小的薯块进行各试验指标的测定和样品制作。

1.3 测定指标与方法

干率的测定采用80 ℃烘干法[5];淀粉含量的测定采用酸解DNS（3，5-二硝基水杨酸）比色法[5];还原糖含量的测定采用DNS比色法[5];可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[5];氨基酸含量的测定采用茚三酮显色法[5];类胡萝卜素含量的测定参照NY/T 1320—2007《农作物种质资源鉴定技术规程 甘薯》[6];粗脂肪含量的测定参照GB/T 5512—2008《粮油检验 粮食中粗脂肪含量测定》[7];香味组分采用顶空固相微萃取技术（HS-SPME-GC-MS）测定[8]。萃取头的老化：第1次使用时，将50 μm DVB/CAR/PDMS复合萃取头在250 ℃气相色谱进样口老化30 min。萃取条件：将装有甘薯样品的萃取瓶放置在自动进样器上，孵化温度设为70 ℃，顶空吸附萃取时间设为50 min，待结束后，于250 ℃解吸附5 min，同时启动仪器收集数据。气相色谱条件：HP-5MS色谱柱（30.0 m×250 μm×0.25 μm）;载气为氦气，流速为1.0 mL/min，进样方式为自动进样，进样口温度为250 ℃，接口温度为250 ℃。程序升温过程：起始温度为50 ℃，保持2 min;以20 ℃/min的升温速率升至110 ℃ 保持1 min;以5 ℃/min的升温速率升至250 ℃保持2 min;以30 ℃/min 的升温速率升至280 ℃保持1 min。质谱条件：电离方式为EI（电子电离源）;电子能量为70 eV;离子源温度为250 ℃;扫描质量范围为33～650 m/z。

1.4 数据处理

采用Excel 2007进行数据整理，用SPSS 17.0进行数据分析，用OriginPro 8.5进行作图，香味组分经GC-MS分离鉴定，通过计算机检索与NIST98质谱库标准质谱图对照匹配，对匹配度大于80（最大100）的结果予以确定。用峰面积归一化法计算各组分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 不同生育期的气象条件分析

气象数据来源于浙江省气象台，对试验过程中的气象数据进行分析，如表1所示，随着生育期的延长，总积温、总降水量、总地温均随之增加，但在不同生育期间，平均湿度和平均地面温度均呈现波动变化。平均湿度在生育期为140 d 时最大，为82.07%，而在生育期为80 d时最低，为77.66%。平均地面温度随着生育期的延长，呈现下降趋势，80 d时平均地面温度最高，为31.87 ℃，160 d时最低，为29.42 ℃。

2.2 不同生育期对甘薯主要营养成分的影响

本试验对3个品种甘薯不同生育期内的营养成分进行测定，结果如图1所示。甘薯干率整体呈现先上升后下降的趋势，心香和浙薯75在生育期160 d时有所上升，而农林54则在120 d后一直下降，与心香和浙薯75不同，整体趋势如图1-a 所示。3个品种甘薯的干基淀粉含量呈现先上升后下降再趋于平稳的趋势，如图1-b所示，同时发现甘薯烘烤熟化后的淀粉含量变化趋势与生薯干基淀粉含量的变化趋势相似，但总体含量明显低于生薯淀粉含量，说明甘薯烘烤熟化后的淀粉含量与生薯的淀粉含量存在一定的关联性。对于甘薯还原糖含量而言，熟化后甘薯的还原糖含量明显高于生薯，生薯还原糖含量在不同生育期的变化幅度较小，而熟化后甘薯的还原糖含量随着生育期延长整体呈现下降趋势，结果如图1-c所示。与甘薯还原糖含量不同，甘薯可溶性蛋白含量在熟化后明显低于生薯，说明可溶性蛋白在烘烤加热过程中发生了分解，生薯可溶性蛋白含量整体随生育期变化呈现下降趋势，然而熟化后其变化趋势却呈现先上升后下降，如图1-d所示。生薯氨基酸含量与熟化后的氨基酸含量随着生育期延长均呈现下降趋势，生育期前期氨基酸含量下降幅度较大，生育期后期变化量较小，逐渐趋于平稳，整体趋势如图1-e所示。如图1-f所示，生薯类胡萝卜素含量与熟化后的变化趋势基本一致，但3个品种的变化趋势有所不同，心香类胡萝卜素含量呈现下降—上升—下降的变化趋势，而农林54则大致呈现先上升后下降的趋势，与心香的变化趋势不同。浙薯75为淀粉型甘薯，类胡萝卜素含量很低，整体呈现先下降后趋于平稳的变化趋势。如图1-g所示，3种甘薯的粗脂肪含量随着生育期的延长呈现“W”形变化趋势，但甘薯熟化后粗脂肪含量变化趋势无规律性。

2.3 不同生育期对甘薯香味组分的影响

不同品种甘薯烘烤熟化后的香味组分变化如表2所示，根据甘薯香味组分分子结构，将甘薯香味组分进行分类，共分为8类，分别为芳香族类、醛类、烯类及萜烯类、烷烃类、酯类、醇类、酮类及其他。3种甘薯品种的烯类及萜烯类占甘薯香味组分的相对含量明显高于其他种类，浙薯75的酮类在全部生育期内均未检出，而心香在生育期100 d时醇类和酮类未检出，在生育期140 d时，烷烃类未检出。心香在80 d时，芳香族类、醛类、烯类及萜烯类的相对含量在不同生育期内最高，分别为12.33%、15.34%、30.78%，说明心香在生育期80 d 时烘烤香味较为浓郁，优于其他生育期。浙薯75的芳香族类、醛类、烯类及萜烯类的相对含量分别在生育期100、160、120 d最高，分别为16.40%、11.79%、57.55%。不同香味组分分类最大值未能集中表现在同一生育期内，所以在烘烤时浙薯75的甘薯香味明显较淡。农林54的烯类及萜烯类相对含量在生育期后期明显高于前期，在140 d时烯类及萜烯类相对含量达到最大值，为49.46%，此时芳香族类的相对含量也达到最大值，为6.74%。从农林54整体生育期甘薯香味组分变化来看，其生育期后期甘薯香味各组分含量明顯高于前期，说明农林54生育期后期的香味较为浓郁。

对不同品种不同生育期甘薯烘烤熟化后的香味组分进行进一步分析，结果如表3所示。5种香味物质在3个品种和不同生育期内均被检出，分别为甲氧基苯基肟、苯甲醛、苯乙醛、石竹烯以及邻苯二甲酸二异丁酯。甲氧基苯基肟具有霉味、肉味，是发酵扇贝豆酱的重要挥发风味物[9];苯甲醛具有苦杏仁味[10];苯乙醛被描述为浓郁的玉簪花香味[11];石竹烯具有辛香、木香、柑橘香、樟脑香、温和的丁香香气;邻苯二甲酸二异丁酯是酯类的一种，酯类被认为是重要的香味物质[12]，可以释放强烈的果香味[13]，根据其挥发出的香味，对甘薯香味最后的呈香具有一定的贡献，但其出现含量最高的生育期有所不同。心香在生育期160 d时，甲氧基苯基肟的相对含量最高，苯甲醛和石竹烯在生育期120 d时相对含量达到最高值，而苯乙醛与邻苯二甲酸二异丁酯分别在生育期80、140 d时相对含量最高。对于浙薯75，分别在生育期100、140、80 d时，甲氧基苯基肟、石竹烯、邻苯二甲酸二异丁酯的相对含量最高， 苯甲醛和苯乙醛均在生育期160 d时，相对含

量最高。农林54则在生育期160 d时，甲氧基苯基肟、苯甲醛和苯乙醛的相对含量明显高于其他时期，而石竹烯、邻苯二甲酸二异丁酯达到相对含量最高值的生育期分别为100、120 d。

2.4 不同生育期各指标间的相关性分析

为了研究生育期环境气象因子对甘薯主要营养成分的影响，对其进行相关性分析，结果如表4所示。结果表明，生薯淀粉含量与总积温、总地温呈显著正相关，与平均湿度呈极显著正相关，与总降水量和平均地温无显著相关性。生薯可溶性蛋白含量与总积温、总降水量、总地温及平均湿度呈极显著负相关，与平均地温呈极显著正相关。生薯氨基酸含量与总积温、总降水量、总地温及平均湿度也呈显著或极显著负相关。由于甘薯生薯淀粉、可溶性蛋白以及氨基酸含量对烘烤熟化后其含量及变化量存在一定影响，所以也会影响熟化后各指标与环境气象因子的相关性，因而熟化后各指标与环境气象因子的相关性同生薯各指标的相关性相同或相似。

为了进一步探究营养成分与烘烤熟化后香味组分的相关性，对其相关性进行分析，结果如表5、表6所示。烘烤熟化后香味组分中的酮类含量与生薯淀粉含量、熟薯淀粉含量呈极显著负相关，与生薯氨基酸含量、熟薯氨基酸含量呈极显著正相关，与淀粉变化量呈显著正相关。烯类及萜烯类含量与熟薯还原糖含量呈显著负相关，而醇类含量与熟薯可溶性蛋白含量呈极显著正相关。其他香味组分含量分别与生薯可溶性蛋白含量、可溶性蛋白变化量呈极显著负相关、极显著正相关。而熟化后香味共有组分中甲氧基苯基肟含量与生薯淀粉含量呈极显著负相关，与可溶性蛋白变化量呈极显著正相关。苯甲醛含量与生薯类胡萝卜素含量呈显著负相关，与类胡萝卜素变化量呈显著正相关。邻苯二甲酸二异丁酯与生薯淀粉含量呈极显著负相关，与可溶性蛋白变化量呈极显著正相关，与生薯类胡萝卜素和熟薯类胡萝卜素含量均呈显著正相关，而与淀粉变化量呈显著负相关。

3 讨论与结论

不同生育期的甘薯所经历的环境气象条件不同，而不同的环境气象条件直接影响了甘薯的鲜薯产量、淀粉含量、可溶性蛋白等营养成分含量。甘薯为喜温植物，温度对甘薯块根膨大具有重要作用，24 ℃为甘薯块根形成的最佳温度，同时，昼夜温差较大有利于块根形成和膨大[14]。而甘薯又为短日照植物，充足的光照有利于甘薯的光合作用，不同程度的遮阴处理对紫甘薯干物质、总淀粉、花青素的积累影响较大[15]。此外，水分含量直接影响甘薯植株的生长，当土壤含水量低于10%（即相对含水量低于40%）时，甘薯茎叶将受到严重伤害[16]。同时，相关研究表明，不同薯肉类型甘薯的主要经济性状与气象因子的相关性有所不同。对于徐薯28、徐薯18、徐紫薯3号而言，干基淀粉含量与积温、降水量和相对湿度呈显著正相关，干基粗蛋白含量和可溶性糖含量与积温、日照时数、降水量和相对湿度呈负相关，且相关度较高，与日平均气温呈正相关[17]。本研究发现，生薯淀粉含量与总积温、总地温呈显著正相关，与平均湿度呈极显著正相关;生薯可溶性蛋白含量与总积温、总降水量、总地温及平均湿度呈极显著负相关，与平均地温呈极显著正相关，本研究结果与前人研究结果[17]一致。

本研究结果表明，不同生育期环境气象因子直接影响不同品种甘薯营养成分的变化，其对甘薯鲜薯产量、淀粉含量、可溶性蛋白含量及氨基酸含量的影响最大，呈极显著或显著相关。同时，淀粉、可溶性蛋白及氨基酸含量等成分变化直接影響甘薯烘烤熟化后香味组分的变化以及香味共有组分的变化。结果表明，不同生育期环境气象条件直接影响甘薯内部各营养成分的变化，而各营养成分又直接影响甘薯烘烤后香味组分的变化，说明环境气象条件间接影响不同生育期甘薯烘烤熟化后香味组分的变化。根据前人对香味组分芳香族类、醛类、烯类及萜烯类、烷烃类、酯类、醇类、酮类的研究，发现芳香族类香味形成的重要中间产物对香味形成至关重要，醛类、烯类及萜烯类可以产生特殊香味，而醇类的香味活性值较低，酮类一般对香味贡献不大，起辅助作用，烷烃类化合物主要由脂肪酸烷氧自由基的均裂产生，其阈值较高[18-20]。说明芳香族类、醛类、烯类及萜烯类对甘薯的呈香起到主要作用。心香在生育期80 d时，芳香族类、醛类、烯类及萜烯类的相对含量显著高于其他生育期。浙薯75在120 d时，芳香族类、醛类、烯类及萜烯类之和所占比例最大，而农林54在生育期140 d时，芳香族类、醛类、烯类及萜烯类所占比例之和最大。说明心香、浙薯75、农林54分别在80、120、140 d香味最佳，适合烘烤鲜食。未来甘薯种植生产时，可根据需求调节不同生育期长度来调节甘薯内部营养成分的不同，从而改变甘薯烘烤熟化后的香味，满足不同消费者需求，为甘薯产业化发展提供一定的理论依据。

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