紫薯功能及產(chǎn)品開發(fā)研究進(jìn)展

劉軍偉，胡志和

（天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134）

紫薯（學(xué)名：Solanum tuberdsm）又叫黑薯，薯肉呈紫色至深紫色。它除了具有普通紅薯的營養(yǎng)成分外，還富含硒元素和花青素。花青素是目前科學(xué)界發(fā)現(xiàn)的防治疾病、維護(hù)人類健康最直接、最有效、最安全的自由基清除劑，對100多種疾病有預(yù)防和治療作用，其清除自由基的能力是VC的20倍、VE的50倍。紫薯將成為花青素的主要原料之一。

紫薯在國際、國內(nèi)市場上十分走俏，發(fā)展前景非常廣闊。現(xiàn)國內(nèi)外對紫薯生理活性以及產(chǎn)品開發(fā)的研究頗多，筆者將對此作一概述，旨在為紫薯的進(jìn)一步研究開發(fā)提供參考。

1 紫薯生物活性的應(yīng)用研究

1.1 抗氧化作用

盧立真等[1]采用微波加熱-酸化水提取新技術(shù)，從紫薯中提取花青素苷酸化水粗提物,然后給12月齡小鼠（老齡小鼠）灌胃不同濃度的酸化水粗提物，結(jié)果表明，小鼠體內(nèi)血清總抗氧化能力（T-AOC）大大提高，血清中丙二醛（MDA）含量下降,血清中超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH－PX）的活性提高，表明紫薯花色苷提取物具有明顯的抗生物氧化作用，可延緩衰老。

有些學(xué)者通過實驗研究表明紫薯汁可以清除自由基，推遲動脈硬化中低密度脂蛋白（LDL）的氧化[2-3]。另外，對不同肉色甘薯的抗氧化性考察顯示，含有花花色苷的阿雅種[4]和九州119號的品種比肉色為白色、黃色的品種脂質(zhì)過氧化度低，抗氧化能力強(qiáng)。不同肉色甘薯品種的清除自由基能力亦紫薯最強(qiáng)。古田収等[5]對高花色苷甘薯的抗氧化能力進(jìn)行評價，以合成的抗氧化劑丁基羥基茴香醚（BHA）和2，6-二叔丁基對甲酚（BHT）為對照，對各種物質(zhì)的抗氧化性能進(jìn)行比較，結(jié)果顯示花花色苷的抗氧化能力比綠原酸和VC強(qiáng)。區(qū)子弁，王麗娟等[6]以紫薯花色苷為原料，研究其體外清除自由基的能力。結(jié)果顯示：在一定濃度范圍內(nèi)，隨著花色苷濃度的增大，對羥基自由基的清除率增強(qiáng)，其清除率與花色苷濃度成正相關(guān)。

1.2 抗突變功能和抗腫瘤功能

人類癌癥的預(yù)測在一定程度上與腫瘤的生長有關(guān),但主要還是取決于腫瘤的入侵性和腫瘤細(xì)胞數(shù)目的轉(zhuǎn)移。一般認(rèn)為,抑制膠原降解的試劑可能起到抑制腫瘤細(xì)胞的入侵和轉(zhuǎn)移作用。因花色苷類物質(zhì)可促進(jìn)膠原的合成,增加膠原的抵抗性,抑制膠原酶的活性,故推測花色苷能起到抑制腫瘤細(xì)胞的入侵及轉(zhuǎn)移效果,具有抗腫瘤的功能[7-8]。王關(guān)林等以小鼠接種S180肉瘤研究甘薯塊根花色苷抗腫瘤的試驗表明,給小鼠灌胃花色苷后對小鼠肉瘤S180有一定的抑制作用,其抑瘤效果與劑量的高低呈正相關(guān)[9]。曹東旭，董海葉等[10]以人肝癌細(xì)胞HepG2為模型研究紫薯花色苷的抗腫瘤活性。通過MTT實驗檢測表明，紫薯花色苷能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡，且細(xì)胞的凋亡率隨花色苷濃度的增加而增大。

1.3 保肝作用

Suda等[11]研究表明,給大鼠喂食四氯化碳后,大鼠體內(nèi)產(chǎn)生游離自由基,引發(fā)急性肝炎,血清中谷氨酸-草醋酸轉(zhuǎn)氨酶（GOT）、谷氨酸-焦葡萄糖酸轉(zhuǎn)氨酶（GPT）激增；但給其喂食含大量花色苷的紫薯飲料后，病鼠血清中GOT、GPT的上升受到明顯地抑制,而且表現(xiàn)出對血清中的硫化巴比妥酸（TBA）反應(yīng)物、肝臟中的TBA反應(yīng)物及氧化脂蛋白的增加均有一定的抑制能力。Obi等[12]每星期5天共4星期，以每千克體重2.5 mL的劑量，給大鼠灌胃分別含1%、5%和10%花色甙的5%乙醇水溶液每千克體重；再以每千克體重0.5 mL給大鼠灌胃四氯化碳。18 h以后，測得血清中天冬氨酸和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶量明顯低于只灌胃四氯化碳的對照組，說明花色甙能抑制四氯化碳引發(fā)急性肝損傷。

Hwang等[13]研究了紫薯花色苷通過信號通路誘導(dǎo)抗氧化酶抑制慢性肝損傷的機(jī)理?；ㄉ粘煞郑ˋF）可以通過轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2（Nrf-2）信號路徑來誘導(dǎo)抗氧化和消炎作用。Jae等[14]研究發(fā)現(xiàn)，紫薯中提取的AF具有抗增殖作用，這種作用是通過肝星狀細(xì)胞株HSC-T6中獨立的血小板衍生生長因子（PDGF）路徑實現(xiàn)的。

許多研究表明紫薯花色苷（PSPC）是一種天然的食用花色苷，具有保肝作用。然而，很少有文獻(xiàn)闡明PSPC保肝作用的詳細(xì)機(jī)理。Zhang等[15]研究PSPC是否可以通過減弱氧化應(yīng)激或者抑制炎癥來保護(hù)鼠肝臟免于由D-型半乳糖誘導(dǎo)引起的損傷。研究發(fā)現(xiàn)：PSPC可以通過削弱脂質(zhì)過氧化作用，提高抗氧化酶活性和抑制炎癥反應(yīng)來保護(hù)鼠肝臟。此研究在PSPC保肝機(jī)理方面提供了新穎的見解。Hwang等[16]研究了紫薯花色苷對HepG2和大鼠肝細(xì)胞系中叔丁基氫過氧化物誘導(dǎo)產(chǎn)生的肝損傷保護(hù)機(jī)制。結(jié)果表明，AF抗衡t-BHP誘導(dǎo)產(chǎn)生的肝損傷保護(hù)效應(yīng)，也許是由于（在某種程度上來講至少是）其通過Akt和ERK1/2信號通路清除活性氧（ROS）、調(diào)節(jié)抗氧化酶HO-1實現(xiàn)的。Zhang等[17]研究結(jié)果表明，PSPC可以有效地抑制D-半乳糖引起的肝細(xì)胞凋亡，也表明抗凋亡機(jī)制與PSPC保護(hù)鼠肝臟免于D-半乳糖引起的肝損傷有關(guān)系。

1.4 抗高血糖作用

日本學(xué)者M(jìn)atsui等[18]用從紫薯的塊根中分離出來的一種二?；ㄉ?，芍藥花色苷-3-O-[2-O-（6-OE-阿魏酰-β-D-吡喃葡糖基）-6-O-E-咖啡酰-β-D-吡喃葡糖苷]-5-O-β-D-吡喃葡糖苷，給約兩月大的雄性小鼠口服2 g/kg麥芽糖和100 mg/kg二?；ㄉ?。結(jié)果表明，30min后小鼠體內(nèi)的血糖濃度下降了16.5%，即便是10 mg/kg最小劑量的二酰基花色苷都可降低體內(nèi)的血糖水平。試驗結(jié)果還表明，二?；ㄉ帐峭ㄟ^對α-葡糖苷酶產(chǎn)生抑制作用，從而導(dǎo)致血糖的降低。

馬淑青等[19]研究探討紫薯花色苷APSP，調(diào)節(jié)鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)的糖尿病大鼠血糖和血脂異常的作用。糖尿病造模成功灌胃7周后，各治療組血糖仍顯著高于對照組（P＜0.01），但與模型組比，各治療組血糖顯著降低（P＜0.01）；3個APSP劑量組（低、中、高）均能顯著降低血清總膽固醇（TC）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL－C）含量；中劑量和高劑量APSP組甘油三酯（TG）水平較模型組顯著降低（P＜0.01，P＜0.05）；3 個 APSP劑量組對高密度脂蛋白膽固醇（HDL－C）含量無顯著性影響，表明有較強(qiáng)的降脂作用；APSP治療組血清谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）和谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）活性較模型組顯著降低，肝臟未見明顯脂肪變性，肝糖原明顯增加，表明APSP對肝功能和肝細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)有一定的保護(hù)作用。綜上，APSP可改善糖尿病大鼠血糖、血脂異常，促進(jìn)糖代謝和脂代謝的良性循環(huán)，可能與其保護(hù)肝臟的功能有關(guān)。

1.5 抗菌及其他作用

王關(guān)林等[20]研究發(fā)現(xiàn)甘薯塊根花色苷對3種常見致病菌:金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、大腸桿菌均有抑菌作用,并與其濃度呈正相關(guān)?；ㄉ找志鷻C(jī)理是通過花色苷與細(xì)胞中的蛋白或酶結(jié)合,使其變性失活，抑制對數(shù)生長期的細(xì)胞分裂,而后使細(xì)胞質(zhì)固縮、解體,導(dǎo)致細(xì)胞死亡。紫薯花花色苷對金黃色葡萄球菌及大腸埃希氏菌都有一定的抑制作用。利用紫薯花花色苷體外抑菌性能，可以考慮將其作為新型防腐劑應(yīng)用于食品行業(yè)或用于新藥的開發(fā)[21]。韓永斌等[22]研究了紫薯花色苷花色苷抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、啤酒酵母和黑曲霉的作用。結(jié)果表明：紫薯花色苷花色苷對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的最低抑制濃度分別為800 mg/mL和200 mg/mL，并且其抑菌效果與濃度呈正相關(guān)，而對啤酒酵母和黑曲霉無抑制作用。胡志和等[23]以12周齡雄性原發(fā)性高血壓大鼠（SHR）和Wistar大鼠為受試動物，研究紫薯全粉、濾渣、淀粉、水溶性提取物的降血壓作用。上述分別以低、中、高3個劑量（0.1、1、5 g/kg bw）灌胃 SHR 大鼠和 Wistar大鼠，觀察對大鼠血壓的影響。結(jié)果表明，在所選定的灌胃劑量范圍內(nèi)紫薯各成分對正常大鼠（Wistar大鼠）血壓無影響。除淀粉外，其他各成分對SHR大鼠的血壓均具有顯著降低的作用，其中以水溶性提取物作用最為明顯，提取紫薯淀粉后的副產(chǎn)物均有明顯降血壓作用。

2 紫薯產(chǎn)品的開發(fā)

2.1 飲料制品

紫薯塊根中還含有咖啡?？鼘幩?、抗壞血酸、生育酚等抗氧化活性成分[24]，可以用來開發(fā)紫薯飲料。隨著人們生活水平的不斷提高,人們對于酒飲料的觀念發(fā)生了改變。不僅消費意識逐漸過渡到低度酒，而且更體現(xiàn)在對營養(yǎng)保健的追求。消費者購買酒的消費意向逐漸轉(zhuǎn)向了低度酒。楊瑞等[25]以紫薯為原料，配以米曲進(jìn)行發(fā)酵制成低度發(fā)酵酒。這種酒不僅具有葡萄酒風(fēng)味、黃酒風(fēng)味。而且具有預(yù)防癌癥、延緩衰老、降低心血管疾病發(fā)生機(jī)率,防止肝、腎中結(jié)締組織萎縮等生理功效。符合當(dāng)今酒類消費者的需求，為紫薯市場開發(fā)提供了廣闊的前景。楊大毅[26]以紫薯為原料，用安琪葡萄酒活性干酵母發(fā)酵，生產(chǎn)出口感良好、澄清透明、性質(zhì)穩(wěn)定以及顏色穩(wěn)定的紫薯發(fā)酵酒。紫薯的營養(yǎng)成分十分豐富，尤其含有18種氨基酸以及大量的花青素，另外含有VC、VB、VA等8種維生素和磷、鐵等10多種礦物元素。由于紫薯發(fā)酵酒是一種過濾酒，因此營養(yǎng)成分基本都保留在紫薯酒中了。由于富含花青素，而花青素具是唯一能透過血腦屏障清除自由基保護(hù)大腦細(xì)胞的物質(zhì)，因此紫薯酒具特殊保健作用。

除了含酒精飲料之外，果蔬汁飲料也有報道。文利新等[27]以紫薯顆粒為基料，添加不同劑量的食醋，或同時加入果糖漿或蔗糖，制成不同色彩的飲料制品。楊紅鴿[28]在紫薯全漿中加入其他營養(yǎng)強(qiáng)化劑，經(jīng)過脫水干燥作用制成速溶紫薯片。母麗萍等[29]以紫薯為原料，制成色香味俱佳的飲料。由于紫薯中含有大量的淀粉，在制備過程中對飲料的流態(tài)性有著一定的影響。因此研究者在盡量減少花色苷損失的前提下，探討了最佳水解淀粉的工藝條件。但事實上可以把淀粉分離出來，獲得的淀粉可以制成其他產(chǎn)品，這樣可以進(jìn)一步提高紫薯副產(chǎn)物的價值。

2.2 乳制品的開發(fā)

酸奶是一種半流體的發(fā)酵乳制品，因其含有乳酸成分而帶有柔和酸味，它可幫助人體更好地消化吸收奶中的營養(yǎng)成分，因而深深受到消費者的喜愛。隨著生活水平的提高，人們對酸奶風(fēng)味不僅有所追求，更偏向于其營養(yǎng)價值和保健功能的追求。紫薯中含有大量的硒元素以及花青素，曹亞麗等[30]以牛乳和紫薯為原料制備紫薯酸奶。確定了紫薯漿比例，紫薯奶配比，蔗糖量，菌種接種量，發(fā)酵溫度以及發(fā)酵時間等工藝參數(shù)。按此參數(shù)生產(chǎn)出組織細(xì)膩、質(zhì)地均勻、酸甜適中、色澤均勻一致、黏稠適度并具有紫薯和酸奶特有風(fēng)味的紫薯酸奶。鄧錦堅等[31]以紫薯、脫脂奶粉和白糖為原料，采用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌發(fā)酵研制凝固型紫薯酸奶。李思寧[32]采用另外一種工藝，得到色澤均勻、組織狀態(tài)良好、口感細(xì)膩、具有保健功能的凝固型紫薯酸奶。

近年來，隨著人們生活水平的提高和對健康認(rèn)識的加深，在各種媒體的宣傳作用下，人們已開始逐漸認(rèn)識到牛奶的營養(yǎng)價值，越來越多的家庭開始有意識的把牛奶列入日常食譜中。任璐等[33]以紫薯、牛奶為主要原料制成的紫薯牛奶，它不僅具有紫薯和牛奶結(jié)合所形成的特殊香味，并且增加了牛奶中的纖維素、維生素和多種微量元素，實現(xiàn)了兩者的營養(yǎng)互補(bǔ)，同時也降低了牛奶生產(chǎn)的成本。張多敏等[34]以紫薯粉和牛奶為主要原料制作紫薯牛奶，對牛奶、紫薯粉、白砂糖和穩(wěn)定劑的用量對感官品質(zhì)的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，產(chǎn)品的最佳配比為：80%牛奶、6%紫薯粉、5%白砂糖和0.22%復(fù)配穩(wěn)定劑（單硬脂酸甘油酯45%，卡拉膠9%，黃原膠9%，結(jié)冷膠37%）、8.78%水分。

2.3 紫薯全粉

紫薯經(jīng)清洗、去皮、低溫烘干、粉碎后可以制成全粉。徐飛等[35]以優(yōu)質(zhì)紫薯為原料，采用噴霧干燥的方法，研制出一種速溶紫薯固體飲料，并對其工藝參數(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素進(jìn)行了探討。試驗制得的產(chǎn)品有較好的溶解性、口感和組織狀態(tài)、玫瑰紫色、色澤均勻，為紫薯的開發(fā)利用提供技術(shù)依據(jù)。胡林子等[36]以紫薯為主要實驗材料，討論沖調(diào)加水量、紫薯粉的粒徑、白砂糖添加量對速溶紫薯粉沖調(diào)效果的影響。為了增強(qiáng)紫薯粉風(fēng)味，豐富產(chǎn)品的營養(yǎng)，研究人員向紫薯粉中添加一定的速溶椰子粉。最佳工藝條件下速溶風(fēng)味紫薯粉呈松散細(xì)膩粉狀，加水量為（4.0～5.0）mL/g時可快速沖調(diào)成均勻糊狀物，無明顯結(jié)塊，香甜適口，細(xì)膩柔滑，具有濃郁協(xié)調(diào)的紫薯香與椰香。

楊紅鴿[37]在以紫薯為基料的基礎(chǔ)上，添加大豆分離蛋白、復(fù)合維生素強(qiáng)化劑、復(fù)合礦物質(zhì)強(qiáng)化劑，經(jīng)過擠壓成型處理得到一種營養(yǎng)價值全面的紫薯大米。除此之外，紫薯粉絲[38]、紫薯面條[39]也陸續(xù)的得到了開發(fā)和應(yīng)用。

2.4 休閑食品

甘薯脯的加工有多年的歷史，但傳統(tǒng)的加工方式不僅使產(chǎn)品色澤一般、韌度差、甜度不均，而且營養(yǎng)損失可達(dá)30%。張海燕等[40]以紫薯為原料打破傳統(tǒng)工藝，采用兩次糖煮、兩段式烘烤加工方式加工成不含任何添加劑的紫薯脯。與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比較，新型產(chǎn)品不僅色澤鮮艷、里外均勻、韌性好，而且保留了原料原有的營養(yǎng)成分，更重要的是未添加任何色素和防腐劑。杜連啟等[41]以山楂汁和紫薯漿為原料，添加適當(dāng)?shù)脑龀韯┖吞且?，不僅改善了薯脯的色澤與口感，而且增加了產(chǎn)品的滲透壓、延長了保質(zhì)期。辛松林等[42]經(jīng)過蒸制、壓泥、成型、速凍等工藝將紫薯加工成方便速食產(chǎn)品紫薯仔，食用時只需用微波爐加熱或者蒸煮即可。速凍食品不借助任何防腐劑和添加劑的同時，最大限度的使食品營養(yǎng)保存下來。但速凍食品中的維生素緩慢分解，且口感、風(fēng)味方面發(fā)生了變化。除了速凍紫薯仔還有速凍紫薯丁[43]、紫薯軟糖[44]、紫薯火腿[45]、紫薯清蛋糕[46]、紫薯片[47～48]、紫薯果糕[49]等休閑食品。

2.5 紫薯色素

紫薯中富含大量的色素，是從紫薯中提取的水溶性紅色素，為類黃酮系化合物的典型結(jié)構(gòu)，以C6C3C6作為基本骨架[50]。紫薯色素的提取方法以較為簡便傳統(tǒng)的酸化法為主[51-54]，但色素丟失量相對較大。近年來，色素的提取方法現(xiàn)多以微波[55～58]、超聲波[59～60]、酶法[61]以及氣蒸烘焙法[62]為主，這些方法使得色素提取量得到了大幅度的提高。

許多研究者[63-71]研究發(fā)現(xiàn)，與其他色素相比較，紫薯色素耐熱性、耐光性都要好。因此，在紡織工業(yè)方面可以有很大的用途[72]。王潮霞等[73]利用提取的紫薯色素，對真絲織物進(jìn)行染色。得到的制品不僅染色效果好，由于紫薯色素?fù)碛卸喾N功能因而染色后的織物還具有潛在的保健功能。這不僅有利于有色蔬果資源的充分利用，更有利于綠色紡織品的發(fā)展。

3 展望

隨著人們生活節(jié)奏的加快和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，導(dǎo)致營養(yǎng)平衡的紊亂，從而使得各種惡性慢性病（比如：肥胖、肝炎、高血壓、高血糖、動脈硬化和癌癥等）的發(fā)病率逐年上升?；谧鲜砑捌浠ㄉ盏膬?yōu)越性，越來越多的紫薯食品將出現(xiàn)在人們的日常飲食中。

食用花色苷的安全性問題一直受到各國政府、生產(chǎn)廠家及消費者的普遍重視。在確認(rèn)部分合成花色苷具有潛在的致畸、致癌及其他毒副作用后，天然花色苷作為安全的食用花色苷則日益受到消費者的青睞。紫薯花色苷作為一種珍稀的新型天然花色苷資源，在食品、化妝品及醫(yī)藥等行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

在我國，紫薯花色苷的研究和開發(fā)目前還處于起步階段。由于紫薯花色苷具有穩(wěn)定性高，從紫薯中提取的食用花色苷具有更好的耐光性和耐熱性；此外，紫薯還具有產(chǎn)量高，成本低，營養(yǎng)豐富等優(yōu)點，在自然界中很難找到能夠與高花色苷紫薯相抗衡的植物。因此，紫薯花色苷的利用越來越廣泛。在食品工業(yè)日益走向純天然的今天，紫薯花色苷的開發(fā)一定具有非常光明的未來。

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