张艺露 叶夏芳 吕尊富 徐锡明 陆国权，*

（1浙江农林大学现代农学院/浙江省农产品品质改良重点实验室，浙江 杭州 311300；2浙江农林大学薯类作物研究所，浙江 杭州 311300）

甘薯［Ipomoeabatata（L.）Lam］是我国重要的粮食作物，在粮食安全中起着重要作用［1］。我国作为全世界最大的甘薯生产国，对甘薯加工产品的研究也成为了该产业的重要环节。甘薯产业面临的一大问题表现在不同品种的用途结构分布上，在加工上存在兼用型品种多、专用型品种少的现象［2］。在甘薯加工产品中，由甘薯制成的油炸食品独具风味，其中甘薯薯片广受消费者青睐［3］。但甘薯薯片存在高糖、高脂、高硬度的问题［4］，影响其消费市场，因此本研究拟开展甘薯薯片加工品质及其品种的综合评价。

前人研究普遍认为，薯片的油炸过程存在油、水交换的过程，而甘薯品种间的含水量差异显著，其中低干率品种制成的甘薯薯片可以交换更多的油脂［5］。但甘薯含有比马铃薯更多的小分子糖类，使甘薯薯片更甜，但也更硬、更黏［6］。为解决甘薯薯片存在的问题，前人针对原料品质、工艺关键点等进行了研究。其中，吴列洪等［5］研究了不同品种甘薯的干率与油炸薯片含油量和硬度的相关性，发现干率、硬度与含油量均存在显著负相关，该结论与Hagenimana等［7］的结果较一致，且这一结论同样适用于其他薯类炸片产品。杜润鸿等［8］认为，马铃薯油炸薯片应选择干率20%以上的品种，有利于提高薯片的品质和控制成本。已有的工艺优化普遍是对薯片进行预脱水处理［9］，以便减少油炸时间和油水交换。也有研究表明，预加工后的甘薯薯片与直接油炸酥脆度差异极显著［10］，彭麒燕等［11］发现蒸汽烫漂6 min后，4 ℃老化36 h能够改善甘薯片的油炸特性。前人直接油炸甘薯薯片的研究结果，难以应用于预加工薯片的品质分析［12］。因此，王辉等［13］通过预加工后不同品种甘薯脆片的主成分分析，开发了甘薯薯片品质评价模型，但该模型对甘薯薯片产品的评价需要测定薯片及其原材料的全部信息，不够简便。

因此，本研究收集了67份甘薯材料，通过预脱水工艺和热脱油［14］处理加工成甘薯薯片，研究不同地区、不同品种甘薯薯片的基本品质指标、感官评价综合评分与其鲜薯理化特性、质构特性、色差值之间的相关性，旨在为加工健康、低脂的甘薯薯片提供原料选择方案及专用品种选育方向、工艺优化建议。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究供试材料由不同地区提供，共计40个品种。其中，27个品种分别来自2个产地，13个品种来自1个产地，共计67份材料。品种名称、样品来源地见电子附表1。

电子附表1 供试材料信息汇总Electronic Table S1 Summary of materials for testing

1.2 主要仪器与设备

GAMMA1-16LSC冷冻干燥机，德国Marin Christ公司；DHG-9123A鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；TMS-PRO质构仪，美国Food Technology公司；NR10QC精密色度计，中国广东省三恩时科技有限公司；NIRS DS2500近红外多功能品质快速分析仪，丹麦FOSS公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原切油炸甘薯薯片工艺 参照Abano［15］的方法，挑选无破损、无腐烂的新鲜甘薯，清洗、去皮后切成2 mm厚的片状，100 ℃沸水热烫20 s，沥干水分铺在网盘上放入烘箱60 ℃干燥2 h，干燥完成后取出放在自封袋里备用。油锅加热至130 ℃，将甘薯薯片进行油炸，并趁热以600 r·min-1高速脱油40 s，得到甘薯薯片样品。

1.3.2 含水量、干率测定 甘薯薯片含水量［16］：随机称取3片薯片，准确称重记为m1，平整铺于烤盘上，65 ℃烘干至恒质量，准确称重记为m2。含水量根据公式（1）计算：

鲜薯干率［17］：取大小适中、无破损的薯块，洗净、切片，准确称重记为m3，平整铺于烤盘上，65 ℃烘干至恒质量，准确称重记为m4。干率根据公式（2）计算：

1.3.3 含油量测定 参照叶夏芳等［6］的方法取甘薯薯片1 g，碾碎，用滤纸打包，滤纸称重记为m5，样品加滤纸称重记为m6，加入石油醚浸泡24 h，索氏抽提法抽提3 h，取出干燥，晾凉后称重记为m7。含油量根据公式（3）计算：

1.3.4 糖类指标测定 鲜薯与甘薯薯片还原糖含量、淀粉含量参考赵凯等［18］的3，5-二硝基水杨酸比色法测定。

1.3.5 总黄酮、粗蛋白、粗纤维含量测定 取大小适中、无破损的薯块，洗净、切片，真空冷冻干燥，锤式旋风磨磨粉，备用。通过近红外多功能品质快速分析仪扫描测定［19］。

1.3.6 质构特性测定 取大小适中、无破损的薯块3块，洗净后切成8 mm厚的圆片，随机取9片作为样品备用。参考薛冠炜［16］的方法测定。

1.3.7 色差测定 参考林燕等［20］的方法测定色差。

1.3.8 感官评价 参考Monteiro等［21］的评价方法并稍作修改，将不同品种的甘薯薯片随机编号，选择有食品感官鉴定经验的人员组成感官鉴定小组。鉴定小组成员评价前2 h不进食，不向其介绍具体品种信息，评价遵循先看、后闻、再尝的原则。评分标准见表1。

表1 甘薯薯片评分标准Table 1 Evaluation standard of sweetpotato chips

1.4 数据分析

采用Excel 2021、SPSS 20.0以及Origin 2018软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 甘薯薯片的理化指标与综合评分

将不同品种甘薯薯片的含水量、含油量、还原糖含量、淀粉含量、综合评分按组分类，由图1可知，其频数基本符合正态分布。由表2可知，油炸后甘薯薯片含水量低于10.20%，含油量低于29.75%，平均含有12.13%的还原糖和42.31%的淀粉，甘薯薯片感官评价的综合评分平均分为6.79。含油量的变异系数最大，淀粉含量的方差最大，综合评分变异系数和方差最小。

图1 甘薯薯片理化指标、综合评分的分组频数分布图Fig.1 Grouping frequency distribution of oil content，water content，reducing sugar content，starch content and comprehensive score of sweetpotato chips

表2 甘薯薯片的理化指标和综合评分Table 2 Physicochemical indexes and comprehensive score of sweetpotato chips

2.2 甘薯鲜薯的理化指标

将不同甘薯品种干率、淀粉、组纤维、还原糖、可溶性糖、总黄酮、粗蛋白含量按组分类，由图2可知，其频数基本符合正态分布。由表3可知，67份甘薯材料的干率为16.33%～38.43%，平均含有淀粉19.62%、可溶性糖2.65%、还原糖1.57%、总黄酮0.20%、粗纤维1.26%、粗蛋白0.92%。粗纤维含量和干率的变异系数较小，还原糖含量的变异系数较大。

图2 甘薯鲜薯的理化指标的分组频数分布图Fig.2 Grouping frequency diagram and normal distribution diagram of dry matter rate，starch，group fiber，reducing sugar，soluble sugar，flavone and crude protein of sweetpotato

表3 甘薯鲜薯的理化指标Table 3 Physicochemical indexes of sweetpotato/%

将不同甘薯品种色差和质构指标按组分类，由图3可知，质构指标频数基本符合正态分布。由表4可知，67份甘薯材料的硬度为59.69～141.31 N，粘附性为1.18～8.47 J，内聚性为0.17～0.24 Ratio，弹性为4.53～5.60 mm，粘附性的变异系数较大。亮度（L*）变异系数相对红绿值（a*）、黄蓝值（b*）较小。

图3 甘薯鲜薯的色差和质构指标的分组频数分布图Fig.3 Grouping frequency distribution map of color difference and texture indexes of sweetpotato

表4 甘薯鲜薯的色差、质构特性Table 4 Color difference and texture characteristics of sweetpotato

2.3 甘薯薯片品质之间的相关性分析

由表5可知，甘薯薯片的综合评分与其还原糖含量（0.322）呈极显著正相关，与其淀粉含量（-0.292）呈显著负相关；甘薯薯片的淀粉含量与其还原糖含量（-0.347）、含油量（-0.705）呈极显著负相关。

表5 甘薯薯片理化品质与综合评分之间的相关性分析Table 5 Correlation analysis between physical and chemical indexes and comprehensive score of sweetpotato chips

由表6可知，甘薯薯片的综合评分与鲜薯的干率（-0.276）、弹性（-0.271）呈显著负相关，与鲜薯的总黄酮含量（-0.366）、L*（0.340）、b*（0.345）、硬度（-0.365）、粘附性（-0.351）呈极显著相关；甘薯薯片的含水量与鲜薯的粗蛋白含量（0.343）呈极显著正相关，甘薯薯片的还原糖含量与鲜薯的还原糖含量（0.361）呈极显著正相关，甘薯薯片的含油量与鲜薯的可溶性糖含量（-0.310）、L*（0.304）、b*（0.268）呈显著相关，甘薯薯片的淀粉含量与鲜薯的干率（0.263）、粗蛋白含量（-0.267）、硬度（0.291）呈显著相关，与鲜薯的L*（-0.343）、b*（-0.380）呈极显著相关。

表6 甘薯薯片品质与鲜薯理化品质之间的相关性分析Table 6 Correlation analysis between quality of sweetpotato chips and physicochemical quality of sweetpotato

2.4 甘薯鲜薯理化指标和甘薯薯片理化指标的主成分分析、总方差分析

由表7可知，前4个主成分（principal component analysis，PCA）的初始特征值大于1，其中PCA1（sp）的方差贡献率为33.886%，PCA2（sp）的方差贡献率为19.507%，PCA3（sp）的方差贡献率为13.725%，PCA4（sp）的方差贡献率为10.576%，累积方差贡献率为77.694%，解释了绝大部分信息。因此，提取前4个主成分代替原14个指标评价甘薯薯片品质，达到降维的目的。

表7 鲜薯理化指标主成分分析与总方差分析Table 7 Total variance analysis of principal component analysis of physical and chemical indexes of sweetpotato

由表8可知，干率、硬度、总黄酮、淀粉、粗纤维含量对PCA1（sp）具有较大的正向影响，L*值、b*值对PCA1具有相对较大的负向影响。同理，PCA2（sp）受到a*值和粘附性相对较大的正向影响。PCA3（sp）受可溶性糖和b*值影响相对较大。正向影响PCA4（sp）的指标依次为粗蛋白、内聚性、弹性。结合表6的相关性分析，选取鲜薯干率、粘附性、总黄酮、可溶性糖、粗蛋白含量作为加工适宜型甘薯品种筛选指标。

表8 鲜薯理化指标主成分矩阵Table 8 Component matrix of physical and chemical indexes of sweetpotato

表8的特征向量值为对应的成分载荷值除以表8中对应成分初始特征值的平方根。为消除不同单位的影响，对原始数据进行无量纲化处理，即将原始数据统一减去最小值后除以平均值，得到标准化数据X1-Xn。以表8的特征向量值为系数，得到4个主成分方程式。

式中，X1为干率（sp）；X2为总黄酮（sp）；X3为可溶性糖（sp）；X4为还原糖（sp）；X5为淀粉（sp）；X6为粗纤维（sp）；X7为粗蛋白（sp）；X8为L*（sp）；X9为a*（sp）；X10为b*（sp）；X11为硬度（sp）；X12为粘附性（sp）；X13为内聚性（sp）；X14为弹性（sp）。

根据公式（4）～（7）计算不同品种甘薯鲜薯的各主成分得分。结合具体数据和表9可得，PCA1（sp）得分最高为宁紫薯10号，最低为济薯33；PCA2（sp）得分最高为绵薯22，最低为渝薯27；PCA3（sp）得分最高为绵薯22，最低为齐宁20；PCA4（sp）得分最高为苏薯33，最低为泰紫1号；PCA（sp）得分最高为宁紫薯10号，最低为运薯655。

表9 鲜薯指标主成分得分Table 9 Principal component scores of fresh sweetpotato indexes

由表10可知，前2个PCA的初始特征值大于1，其中PCA1（spc）的方差贡献率为45.084%，PCA2（spc）的方差贡献率为27.775%，累积方差贡献率为72.860%，解释了绝大部分信息。因此，提取前2个PCA代替原4个指标评价甘薯薯片品质，达到降维的目的。

表10 甘薯薯片指标主成分分析Table 10 Principal component analysis of sweetpotato chips indexes

由表11可知，甘薯薯片含油量对PCA1（spc）具有较大的正向影响，甘薯薯片淀粉含量对PCA1（spc）具有较大的负向影响。甘薯薯片含水量对PCA2（spc）具有较大的正向影响，甘薯薯片还原糖含量对PCA2（spc）具有较大的负向影响。结合表5的相关性分析可知，还原糖和淀粉含量是影响甘薯薯片品质的关键指标。

表11 甘薯薯片指标成分矩阵Table 11 Component matrix of sweetpotato chips indexes

表11的特征向量值为对应的成分载荷值除以表10中对应成分初始特征值的平方根。以表11的特征向量为系数，得到2个主成分方程式：

式中，X1代表干率（spc）；X2代表含油量（spc）；X3代表还原糖含量（spc）；X4代表淀粉含量（spc）。

结合具体数据和表12可得，PCA1（spc）和PCA（spc）得分最高为渝薯35，最低为宁紫薯10号；PCA2（spc）得分最高秦薯121828，最低为阜薯28。

表12 甘薯薯片指标的主成分得分Table 12 Principal component scores of sweetpotato chips indexes

将鲜薯的各主成分、甘薯薯片的主成分与其感官评价综合评分做相关性比较，由表13可知，鲜薯主成分分PCA（sp）与甘薯薯片综合评分呈极显著负相关，相关系数为-0.467。其中，PCA1（sp）与综合评分拟合度最高，相关系数为-0.460，呈极显著负相关。甘薯薯片主成分PCA（spc）与其综合评分相关性不显著，但PCA1（spc）与甘薯薯片综合评分存在显著正相关，相关系数为0.275。

表13 主成分与感官评价综合评分的拟合度Table 13 The fitting degree of principal component and sensory evaluation comprehensive score

2.5 甘薯品种薯片加工适宜性聚类分析

根据甘薯薯片理化指标主成分PCA1（spc）得分聚类分析可知（电子附图1），当欧式距离为3，将67份甘薯材料按照薯片加工适宜性分为4个等级，薯片加工适宜性由一级向四级依次递增。

电子附图1 甘薯薯片理化指标主成分PCA1 （spc）得分聚类分析Electronic Fig.S1 The principal component PCA1 （spc） score cluster analysis of physical and chemical indexes of sweetpotato chips

其中，一级（薯片加工适宜性差）甘薯材料2份，分别为龙紫9号（广西南宁）、齐宁20（山东烟台）。

二级（薯片加工适宜性较差）甘薯材料17份，分别为齐宁20（山东济宁）、冀紫薯3号（山东青岛）、漯紫薯5号（河南漯河）、南紫薯008（广东湛江）、漯紫薯5号（河南商丘）、湛紫薯3号（广东广州）、齐宁18（四川遂宁）、湛紫薯3号（广东湛江）、龙紫9号（福建龙岩）、绵紫薯15（贵州贵阳）、齐宁18（四川南充）、生命1号（山东泰安）、宁紫薯10号（安徽合肥）、广紫薯9号（贵州贵阳）、宁紫薯10号（江苏徐州）、东皇薯1号（广东广州）、南紫薯008（广东广州）。

三级（较为适宜薯片加工）甘薯材料1份，为运薯657（山西运城）。

四级（最适宜薯片加工）甘薯材料47份，分别为苏薯33（山东威海）、苏薯33（河南漯河）、烟薯32（山东烟台）、农大白（山东青岛）、渝薯27（山西运城）、秦薯121828（山西运城）、济薯35（河南郑州）、黔薯15号（广西南宁）、济薯35（山东济南市）、万薯10号（山西运城）、运薯655（山西运城）、黔薯15号（福建龙岩）、庆渝薯6号（四川绵阳）、烟薯32（山东济宁）、运薯655（陕西宝鸡）、阜薯28（安徽阜阳）、赣薯4号（四川绵阳）、济薯33（山东济南）、浙薯33（湖南长沙）、徐薯41（山东青岛）、南薯021（四川南充）、东皇薯1号（广东湛江）、鄂薯17（湖北武汉）、渝薯35（广西南宁）、庆渝薯6号（重庆市）、鄂薯17（安徽合肥）、秦薯121828（陕西宝鸡）、渝薯35（福建龙岩）、绵薯22（江西南昌）、威薯8号（山东威海）、浙薯33（浙江杭州）、齐宁601（湖南长沙）、万薯10号（陕西宝鸡）、阜薯28（江苏徐州）、泰紫1号（山东泰安）、南薯021（四川遂宁）、齐宁608（山东烟台）、赣薯4号（江西南昌）、齐宁21（重庆市）、郑红163（安徽阜阳）、齐宁608（山东济宁）、齐宁21（湖北武汉）、威薯8号（河南漯河）、广薯22（江西南昌）、商薯23（河南商丘）、齐宁601（浙江杭州）、商薯23（河南漯河）。

3 讨论

薯片加工专用型甘薯品种的缺乏制约着甘薯薯片加工产业的发展［22］；甘薯薯片的品质与原料品质息息相关。本研究将鲜薯的各主成分、甘薯薯片的主成分与甘薯薯片感官评价综合评分做相关性比较。发现鲜薯主成分PCA（sp）与甘薯薯片综合评分呈极显著负相关，说明该主成分与甘薯薯片综合评分拟合度较高，可相对准确地利用鲜薯理化指标测定结果来预测其油炸甘薯薯片的加工适宜性。其中，PCA1（sp）与综合评分拟合度最高，呈极显著相关。而PCA1（sp）主要受干率、硬度、L*、b*、总黄酮、淀粉、粗纤维含量影响，可根据上述指标选育甘薯薯片加工型甘薯。此外，本研究结果显示，硬度、L*、b*这三个可以通过物理手段快速检测的指标与甘薯薯片感官评价综合评分呈极显著相关。前人研究表明，硬度与干率、淀粉含量等指标也存在极显著相关［23］。甘薯鲜薯理化指标主成分分析和甘薯薯片品质与鲜薯理化品质之间的相关性分析结果显示，鲜薯干率、粘附性、可溶性糖、总黄酮、粗蛋白含量可以作为加工适宜型甘薯品种选育关键指标。此外，鲜薯的干率、弹性、总黄酮含量、L*、b*、硬度、粘附性均会显著或极显著影响消费者对其甘薯薯片的感官评价，鲜薯的还原糖、可溶性糖、粗蛋白含量、硬度也能间接影响消费者感官评价，这与前人研究结果相符［24］。

甘薯薯片理化指标主成分分析及其理化指标与感官评价综合评分相关性分析结果显示，甘薯薯片的还原糖、淀粉含量可以作为评价甘薯薯片品质的关键指标，消费者对甘薯薯片的评价主要受其还原糖和淀粉含量的影响，甘薯薯片还原糖与鲜薯还原糖含量存在正相关关系，甘薯薯片淀粉作为主要干物质成分与鲜薯硬度也存在紧密联系，与前人研究结果一致［25］。然而，本研究经过预加工处理使得整体含油量低于临界值，因此并未显示含油量这一关键指标与薯片感官评价存在相关性。

本研究筛选出的最佳薯片加工型甘薯品种不包含紫色甘薯。Vaitkevičienė等［26］研究发现，紫色马铃薯制成的薯片感官评价综合评分与理化特性优于其他颜色马铃薯薯片。但本研究结果显示，甘薯鲜薯主成分PCA1（sp）和PCA3（sp）均受L*、b*影响，PCA1（sp）受a*影响，可能是因为不同薯肉色甘薯的最佳薯片加工方法不同［27］。为开发花青素含量较高的紫色薯片，后期可以建立按照不同薯肉色细分的薯片加工型甘薯品种评价方法。

甘薯高温油炸时产生大量对人体有害的丙烯酰胺，进而对薯片品质产生影响［25］，但本研究未对各品种制成薯片的丙烯酰胺含量进行检测，后续可以展开研究。

薯片的质构也是评价甘薯口感的重要指标，前人在木薯薯片加工品种筛选中将薯片的咀嚼性作为薯片品质评价的重要指标［28］，但本研究仅测定鲜薯的质构，后续需进一步测定薯片的质构特性，对鲜薯质构与甘薯薯片质构进行相关性分析，提升评价标准的实用性［29］。

甘薯薯片主成分PCA（spc）与甘薯薯片综合评分相关性不显著，但PCA1（spc）与甘薯薯片综合评分存在显著正相关。该结论与前人研究不一致［30］，可能是由于加工工艺的优化弱化了不同品种甘薯薯片间的差异。

4 结论

本研究表明，甘薯薯片理化指标主成分PCA1（spc）与薯片感官评价综合评分拟合度呈显著相关，对67份甘薯材料的PCA1（spc）得分进行聚类分析，将甘薯薯片加工适宜程度分为四类，其中商薯23（河南商丘、河南漯河）、齐宁601（浙江杭州）、广薯22（贵州贵阳）、威薯8号（河南漯河）、齐宁21（湖北武汉）较为适合用于薯片加工。甘薯鲜薯的干率、粘附性、总黄酮、可溶性糖、粗蛋白含量可以作为加工适宜型甘薯品种选育关键指标。甘薯薯片的还原糖、淀粉含量可以作为评价甘薯薯片品质的关键指标。甘薯薯片的最终品质不仅受原料品质和加工工艺的影响，也会受到消费者倾向的引导，从而导致分析结果存在差异。在今后的研究中，应扩大采样范围，使得研究结果更加完善，更具有实用价值，从而为甘薯薯片加工企业提供有效技术参考。