紫色馬鈴薯保健功效及其利用研究進展

王 蘭，鄧放明*，趙玲艷，湛 夢，周雨佳

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128）

紫色馬鈴薯（purple potato）又名紫色土豆、黑馬鈴薯、黑土豆，屬茄科一年生草本植物，薯形呈長橢圓形，芽眼較小，果皮和果肉均為紫色，是采用雜交育種育成的馬鈴薯新品種。目前，全世界有2/3以上的國家種植馬鈴薯，主要集中在中國、前蘇聯(lián)、波蘭和美國，中國是世界馬鈴薯總產(chǎn)最多的國家，尤其以西南山區(qū)的播種面積最大，約占全國總面積的1/3。馬鈴薯是人類四大糧食作物之一，世界年產(chǎn)量達3億t，僅次于大米、小麥和玉米[1]，是重要的糧食、蔬菜兼用作物。紫色馬鈴薯營養(yǎng)豐富，除具備普通馬鈴薯所含的基本營養(yǎng)成分外，還富含天然水溶性色素花青素，該色素含量相比于其他的紅、粉紅、淺黃等彩色馬鈴薯都要高，具有廣闊的開發(fā)前景[2]。

1 紫色馬鈴薯營養(yǎng)成分與保健功能

1.1 紫色馬鈴薯的營養(yǎng)價值

紫色馬鈴薯營養(yǎng)豐富，據(jù)測定，每100 g紫色馬鈴薯含蛋白質(zhì)2.3 g、脂肪0.1 g、碳水化合物16.5 g、鈣11 mg、鐵1.20 mg、磷64 mg、鉀342 mg、鎂22.9 mg、胡蘿卜素0.01 mg、硫胺素0.1 mg、核黃素0.03 mg、煙酸0.40 mg、VC 16.0 mg、花色苷20.0 mg[3]。其中，馬鈴薯蛋白質(zhì)含18種易被人體消化和吸收的氨基酸，具有很高的營養(yǎng)價值，其功效比值達到2.3[4]，必需氨基酸平衡良好，MEISTER E等[5]通過人體氮平衡實驗證明，馬鈴薯蛋白質(zhì)優(yōu)于其他植物蛋白。馬鈴薯塊莖脂肪含量低，淀粉和VC含量高，且所含淀粉顆粒大，易被人體消化吸收，并對VC有一定的保護作用，可以降低薯類烹調(diào)后VC的損失率。盧其能等[6]測出紫色馬鈴薯的花色苷含量是紅色馬鈴薯花色苷含量的2.9倍，且紫色馬鈴薯的花色苷的穩(wěn)定性優(yōu)于紅色馬鈴薯花色苷，證明了紫色馬鈴薯的高營養(yǎng)性。

1.2 紫色馬鈴薯中花色苷研究進展

紫色馬鈴薯富含花青素，據(jù)研究，該花青素屬天然水溶性植物色素，具有很強的抗氧化性，是維護人類健康的最直接、最安全、最有效的自由基清除劑之一[7]，但是該花青素在光、熱及堿性條件不穩(wěn)定，在弱酸條件下穩(wěn)定，葡萄糖和蔗糖對花青素的穩(wěn)定性影響較小，Al3+、Cu2+對花青素有護色作用，K+、Fe3+對其影響不大[8]，該結(jié)果與VERBEYST L等[9]研究的結(jié)論一致?；ㄇ嗨氐拇嬖谑棺仙R鈴薯具有抗氧化、抗衰老、防癌、降脂、增強體質(zhì)等保健功效[10]。

花色苷是由花青素與單糖結(jié)合形成，屬于黃酮類化合物，紫色馬鈴薯中花色苷結(jié)構(gòu)主要為帶有β-香豆酰基-5-葡萄糖苷-3-鼠李糖苷的錦葵苷（malvidin）、天竺葵苷（pelargonidin）、矢車菊苷（cyanidin）、飛燕草苷（delphinidin）、芍藥苷（peonidin）及其牽牛苷（petunidin）六類物質(zhì)[11]。

目前花色苷提取方法主要有溶劑提取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、加壓溶劑萃取法、亞臨界水提取法、酶法提取法[11]，紫色馬鈴薯花色苷提取方法主要為溶劑提取法，國外常用的提取劑是鹽酸化甲醇、丙酮、硫酸、鹽水溶液[12-13]，國內(nèi)常用的是鹽酸乙醇、檸檬酸和鹽酸甲醇。王立江等[14]采用70%vol乙醇溶液提取紫色馬鈴薯中花色苷，提取液中花色苷含量達20.31 μg/mL?；ㄉ辗蛛x純化的方法主要是固相萃取法、大孔樹脂純化法、制備型高效液相色譜法[15]、高速逆流色譜和膜分離技術(shù)等[11]，紫色馬鈴薯花色苷分離純化方法常用的是前3種。楊智勇等[16]采用D101、HDP100A、HDP450A、NK-9、AB-8這5種大孔吸附樹脂對紫色馬鈴薯花色苷的吸附與解析特性進行了比較分析，結(jié)果表明，AB-8大孔樹脂具有較好的吸附和解析能力，是純化紫色馬鈴薯花色苷的最佳樹脂?；ㄉ战Y(jié)構(gòu)的鑒定方法常用的有質(zhì)譜和核磁共振?；ㄉ蘸康臏y定方法主要是pH示差法[17]。

1.3 紫色馬鈴薯保健作用研究進展

1.3.1 抗氧化作用

紫色馬鈴薯塊莖中含有較多的抗氧化劑，主要為花色苷[18]，花色苷是一類具有保健功能活性的多酚類物質(zhì)，具有良好的穩(wěn)定性[6，19]和抗氧化性[20]。HAN K H等[21-23]用紫色馬鈴薯喂飼小鼠，發(fā)現(xiàn)紫色馬鈴薯具有清除自由基、抑制亞麻酸氧化等抗氧化活性，其強抗氧化活性與紫色馬鈴薯花色苷密切相關(guān)[24]；BROWN C R等[25]研究發(fā)現(xiàn)，紫色馬鈴薯的抗氧化能力是白色馬鈴薯的2～3倍；SOLOMON A等[26]通過研究發(fā)現(xiàn)，新鮮果蔬中的花色苷的含量和抗氧化活性具有較好的相關(guān)性；齊美娜[11]通過試驗表明，紫色馬鈴薯花色苷的總還原力和清除DPPH自由基的能力與VC相當(dāng)，且當(dāng)質(zhì)量濃度高于400 μg/mL時清除羥自由基能力高于VC。

1.3.2 抑制肥胖作用

紫色馬鈴薯提取物能夠抑制脂肪細胞的分化，減少細胞中脂質(zhì)的沉積，從而使紫色馬鈴薯具有一定的減肥功效。吳奇輝[27]通過大鼠體內(nèi)試驗，發(fā)現(xiàn)紫色馬鈴薯花色苷提取物具有抑制3T3-L1前脂肪細胞的增殖，提高大鼠體內(nèi)抗氧化酶活性，降低大鼠體質(zhì)量，調(diào)節(jié)血脂的作用。國外也有研究表明，紫色馬鈴薯花色苷具有降低血清血脂及降低膽固醇的作用[28]。林學(xué)泰等[29]以紫色馬鈴薯原漿或提取物為原料，研制出一種具有肥胖抑制活性的新型保健功能食品，該食品普遍適用于包括青少年、成年及老年人在內(nèi)的肥胖人群。

1.3.3 防癌作用

近幾年，學(xué)者們陸續(xù)針對紫色馬鈴薯的防癌作用展開了研究。方芳[30]通過研究發(fā)現(xiàn)，紫色馬鈴薯皮花色苷提取物能有效抑制雄激素非依賴性前列腺癌Dul45、PC-3細胞的增殖，誘導(dǎo)Dul45、PC-3細胞凋亡，但紫色馬鈴薯薯肉抑制效果不明顯；陳建楊[31]比較了馬鈴薯薯肉和薯皮花色苷提取物對人體幾種癌細胞和相應(yīng)的正常細胞增殖的影響。結(jié)果表明，前列腺癌細胞Dul45細胞對薯肉和薯皮提取物的敏感性均最強，胃癌細胞AGS對薯肉花色苷提取物的敏感性最差，肝癌細胞HepG2對薯皮花色苷提取物敏感性最差，正常細胞的生長受到花色苷提取物的抑制作用顯著低于癌細胞的抑制效果。

1.3.4 其他保健作用

紫色馬鈴薯還有降低膽固醇及預(yù)防疾病等功能。HAN K H等[32]用新鮮紫馬鈴薯喂食大鼠，發(fā)現(xiàn)紫色馬鈴薯中含有的花色苷等，可以促進盲腸的發(fā)酵作用和類固醇的排泄，使大鼠血液中的膽固醇降低。金顯杓等[33]通過動物試驗發(fā)現(xiàn)寶萊維麗馬鈴薯鮮汁或淀粉可明顯的抑制胃炎、胃潰瘍及十二指腸潰瘍，從而研制出了一種針對胃炎、胃潰瘍或十二指腸潰瘍患者的保健功能性食品。

2 紫色馬鈴薯開發(fā)利用研究進展

隨著人們健康意識的增強，紫色馬鈴薯作為原料開發(fā)新型產(chǎn)品越來越受到人們的歡迎和喜愛，將紫色馬鈴薯加工利用，一方面避免了馬鈴薯因貯藏期的病蟲害、發(fā)霉腐爛、發(fā)芽等造成損失的問題；另一方面也提高了馬鈴薯的經(jīng)濟價值，促進了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.1 紫色馬鈴薯淀粉

齊美娜[11]進行了富含花色苷的紫色馬鈴薯淀粉產(chǎn)品的研制，得到最佳提取有色馬鈴薯淀粉的條件為1.5%的檸檬酸水溶液為提取劑，料液比1∶3（g∶mL），攪拌時間10 min，淀粉得率為13.09 g/100 g，此紫色馬鈴薯中花色苷含量為1.97～2.00 g/kg（以干質(zhì)量計）。尤燕莉等[34]以“黑美人”、“紫云一號”兩種紫色馬鈴薯為原料，提取得到了紫色馬鈴薯淀粉，并將其與普通馬鈴薯淀粉的理化性質(zhì)作了對比分析。結(jié)果表明，紫色馬鈴薯與普通馬鈴薯淀粉顆粒的形態(tài)和大小相似，總淀粉含量相近，但直鏈淀粉含量（“黑美人”為39.33%，“紫云一號”為35.83%）高于普通馬鈴薯淀粉。

2.2 紫色馬鈴薯全粉

黃洪媛等[35]采用二次蒸煮+回填制粉優(yōu)化工藝，得到了游離淀粉含量低和色素保留較好的紫色馬鈴薯全粉；崔璐璐等[36]對紫色馬鈴薯進行去皮、切片護色、蒸煮漂燙、60 ℃條件下干燥10 h，粉碎成60～80目的粒度處理，得到了品質(zhì)較優(yōu)的紫色馬鈴薯全粉，得率為20.69%。紫色馬鈴薯全粉不同于紫色馬鈴薯淀粉，它極大程度地保持了細胞壁的完整性，使其在復(fù)水后可恢復(fù)新鮮紫色馬鈴薯泥天然的風(fēng)味，并且花青素保存較多，產(chǎn)品營養(yǎng)價值高。

2.3 紫色馬鈴薯營養(yǎng)粉

劉家艷等[37]以紫色馬鈴薯粉、豆奶粉和白砂糖為原料，研究紫色馬鈴薯營養(yǎng)粉的優(yōu)質(zhì)配方，結(jié)果表明，當(dāng)紫色馬鈴薯粉、豆奶粉和白砂糖的比例為7∶4∶3時，制得的馬鈴薯營養(yǎng)粉水分含量為3.8%，蛋白質(zhì)含量為13.5%，花青素含量也較高，總體品質(zhì)最佳。

2.4 紫色馬鈴薯薯條

黃洪媛等[38]以紫色馬鈴薯為原料，采用燙漂處理+微波真空冷凍工藝，得到了丙烯酰胺含量低，色素保留較好的紫色馬鈴薯薯條。其中，燙漂處理中最優(yōu)護色劑組合為L-半胱氨酸0.08%、檸檬酸0.1%、氯化鈣125×10-6g/mL，浸泡時間10 min；最佳燙漂溫度70 ℃，燙漂時間5 min。此外，在此工藝下加工的紫色馬鈴薯薯條的丙烯酰胺含量相對何秀麗等[39]研究的油炸馬鈴薯片低很多。

2.5 紫色馬鈴薯飲料

陳杰華等[40]研究了以紫色馬鈴薯為原料的新型飲料，確定了最佳酶解條件為：淀粉酶用量0.03%，果膠酶用量0.05%，酶解溫度50 ℃，酶解時間3 h。最佳飲料配方為原汁添加量300 mL/L，檸檬酸2 g/L，蔗糖120 g/L，蜂蜜9 g/L，且在調(diào)配好的飲料中添加0.1%黃原膠可較長時間的維持飲料的穩(wěn)定澄清。由營養(yǎng)豐富的紫色馬鈴薯為原料加工的飲料，是一種純天然、綠色、健康的功能性飲品。

2.6 紫色馬鈴薯果酒

陳杰華[41]以紫色馬鈴薯為原料，用攤飯法、淋飯法與喂飯法相結(jié)合的方法研制出了兩種不同口感的紫色馬鈴薯果酒。前者得到的薯果酒最佳釀造工藝條件為紫色馬鈴薯與糯米的質(zhì)量比1∶10，發(fā)酵溫度26 ℃，主發(fā)酵時間54 h，酒曲用量0.6%；后者得到的薯果酒最佳釀造工藝條件為甜酒藥用量0.4%，發(fā)酵溫度28 ℃，麥曲添加量13%和料水比為1∶0.8（g∶mL）。后者工藝耗時較長且比前者復(fù)雜，但最終產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)于前者。紫色馬鈴薯果肉富含碳水化合物且多汁，比較適用于果酒等飲料加工，以其為原料釀造出的果酒優(yōu)質(zhì)可口，風(fēng)味獨特。

2.7 其他紫色馬鈴薯制品

紫色馬鈴薯除了上述例舉的加工產(chǎn)品外，還可以利用其廢水原料制備花色苷凍干粉等產(chǎn)品。

齊美娜[11]以制備紫色馬鈴薯淀粉的廢水溶液為原料，使用AB-8 樹脂進行動態(tài)吸附解析，得到花色苷凍干粉，測定出其花色苷含量為（28.44±1.31）×103mg/100 g。

3 紫色馬鈴薯加工副產(chǎn)品的綜合利用

馬鈴薯皮不僅用途廣而且營養(yǎng)豐富。因而在馬鈴薯加工過程中，馬鈴薯皮不應(yīng)被當(dāng)作廢棄物丟掉，應(yīng)加以利用，提高馬鈴薯的經(jīng)濟附加值。

牟杰等[42]以紫色馬鈴薯皮為原料，應(yīng)用響應(yīng)面優(yōu)化超聲輔助提取工藝使薯皮花色苷提取時間縮短至20 min，最優(yōu)工藝為超聲時間25.5 min、提取溫度63 ℃、料液比1∶11（g∶mL），提取2次，花色苷的產(chǎn)量由49.00 mg/100 g（干質(zhì)量）提高至50.48 mg/100 g（干質(zhì)量），提高了3.02%；方芳等[43]制備了紫色馬鈴薯皮花色苷凍干粉，含量為207.33 mg/g，并通過高效液相色譜-二極管陣列檢測-電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)鑒定出薯皮凍干粉花色苷有14 種，多為?；幕ㄉ?，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；李新華等[44]對紫色馬鈴薯皮中花色苷的熱降解動力學(xué)進行了研究，證明添加葡萄糖作為輔色劑可提高紫馬鈴薯皮花色苷的穩(wěn)定性；吳奇輝[27]對紫色馬鈴薯果肉和皮中花色苷、總黃酮及總酚酸的含量進行了比較，結(jié)果表明，薯皮中花色苷組分含量低于薯肉，總黃酮和總酚酸含量均高于薯肉，但相差不大。由此可見，紫色馬鈴薯皮作為一種食品加工副產(chǎn)物具有良好的開發(fā)前景和利用價值。

4 前景與展望

我國馬鈴薯種植面積廣、產(chǎn)量大，但每年都有25%～30%的馬鈴薯因保藏不當(dāng)而霉爛，造成嚴重浪費，剩余的以鮮食為主，加工較少。目前，對紫色馬鈴薯原加工制品方面研究很少，多集中在栽培技術(shù)、花色苷提取純化及抗氧化性方面，從而使紫色馬鈴薯的營養(yǎng)價值沒有得到充分的發(fā)揮，也使其綜合經(jīng)濟效益受到了極大的局限。因此，要充分利用我國馬鈴薯資源，必須大力發(fā)展馬鈴薯制品深加工產(chǎn)業(yè)和豐富其產(chǎn)品種類，以提高馬鈴薯經(jīng)濟附加值及適應(yīng)市場對產(chǎn)品多樣化的要求。因紫色馬鈴薯薯皮營養(yǎng)豐富，所以可以利用加工過程中產(chǎn)生的薯皮和廢棄液來提取天然色素和生物堿等，以加大馬鈴薯的深加工及提高其副產(chǎn)品的綜合利用程度?？梢岳米儨貕翰钆蚧ǚ怯驼ǎ└稍锛夹g(shù)[45]生產(chǎn)紫色馬鈴薯脆片。因為經(jīng)過變溫壓差膨化出的薯片綠色天然、營養(yǎng)豐富、品質(zhì)優(yōu)良、保存期長，不僅可以解決普通薯片色澤差、含油量高等問題，還可以滿足消費者對綠色保健食品的需求。同時，作為休閑食品，也可將其進行超微粉碎，以作為其他食品加工時使用的高附加值營養(yǎng)基料，此技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。

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