馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)與健康功能研究現(xiàn)狀

胡宏海，張泓，戴小楓

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193

馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)與健康功能研究現(xiàn)狀

胡宏海，張泓，戴小楓

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193

戴小楓，研究員，博士生導(dǎo)師，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所所長(zhǎng)。全國(guó)農(nóng)業(yè)科研杰出人才，農(nóng)業(yè)部有突出貢獻(xiàn)中青年專家，國(guó)務(wù)院特殊津貼獲得者。獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)4項(xiàng)，省部級(jí)成果獎(jiǎng)6項(xiàng)。發(fā)表論文140余篇，參編著作20余部，獲國(guó)家發(fā)明專利26項(xiàng)。

馬鈴薯是世界第三大糧食作物，是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和部分發(fā)展中國(guó)家的主要食物來源。馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)和健康功能受其品種、加工方式、食物組成等諸多因素的影響，已成為研究熱點(diǎn)。主要對(duì)馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)與健康功能的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

馬鈴薯；營(yíng)養(yǎng)；健康功能

馬鈴薯起源于秘魯安第斯山脈。16世紀(jì)，西班牙人將其帶到歐洲后，在全世界范圍內(nèi)廣泛栽培，目前已培育出5000余個(gè)品種。馬鈴薯適應(yīng)性強(qiáng)、耐瘠薄干旱、產(chǎn)量高，與其他主要作物相比，馬鈴薯可在土地面積更少，氣候更惡劣、更干旱的條件下生產(chǎn)出更多富有營(yíng)養(yǎng)的食物，其可供人類食用部分高達(dá)85%[1]。為提高馬鈴薯作為全球重要意義的糧食作物和商品的形象，重視其生物和營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)，從而促進(jìn)其生產(chǎn)、加工、消費(fèi)、銷售和貿(mào)易，聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）曾將2008年確定為國(guó)際馬鈴薯年。與其他主要谷物不同，馬鈴薯并非全球貿(mào)易商品，其價(jià)格通常取決于當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)成本，受國(guó)際市場(chǎng)的影響很小。因此，馬鈴薯越來越被視為重要的糧食安全作物，可作為昂貴的進(jìn)口谷物替代品。另外，馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)豐富，是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和部分發(fā)展中國(guó)家的主要食物來源。不同國(guó)家/地區(qū)的馬鈴薯消費(fèi)量差異較大，在發(fā)達(dá)國(guó)家，馬鈴薯為每人每天提供540kJ（130kcal）的能量，而發(fā)展中國(guó)家馬鈴薯僅為每人每天提供170kJ（42kcal）的能量。除了可以提供能量（主要源自碳水化合物），馬鈴薯還含有蛋白質(zhì)、膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)、類胡蘿卜素以及綠原酸等對(duì)人體健康有益的活性物質(zhì)，食用馬鈴薯還能解決營(yíng)養(yǎng)失衡問題。近年來，馬鈴薯主要成分的營(yíng)養(yǎng)與健康功能已成為研究熱點(diǎn)，并取得諸多研究進(jìn)展。

1 馬鈴薯淀粉

淀粉是馬鈴薯的主要成分之一，不同品種馬鈴薯中淀粉含量差異顯著，生鮮馬鈴薯中淀粉含量為9%～23%，馬鈴薯干物質(zhì)中淀粉含量為66%～80%。馬鈴薯淀粉顆粒較大，呈橢圓形或圓形，平均粒徑為23～30μm，粒徑范圍為5～100μm，具有單峰粒度分布。盡管掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡結(jié)果顯示，馬鈴薯原淀粉顆粒表面有突起和凹槽，但總體來說馬鈴薯原淀粉顆粒表面光滑[2-4]。馬鈴薯原淀粉水分含量為14%～18%，而其他谷物淀粉水分含量一般為10%～12%。馬鈴薯淀粉中直連淀粉占比約為25%～33%。與其他谷物淀粉相比，馬鈴薯淀粉中脂肪和蛋白含量較低，磷含量較高（含量范圍為36～116mg磷/100g馬鈴薯淀粉，平均含量為60～80mg磷/100g馬鈴薯淀粉）。與其他主要谷物淀粉相比，馬鈴薯淀粉顆粒的結(jié)晶度、表面積/體積比以及表面結(jié)合物均不同，未經(jīng)烹飪的馬鈴薯原淀粉大部分為抗性淀粉（約占總淀粉的70%～80%），在人體小腸中難以消化，大部分進(jìn)入大腸，而其他主要谷物淀粉可在生物體內(nèi)緩慢消化直至完全消化吸收。

馬鈴薯品種、成熟度、淀粉結(jié)構(gòu)、加工方式及食物組成對(duì)馬鈴薯的消化特性有顯著影響，馬鈴薯淀粉對(duì)人體營(yíng)養(yǎng)和健康的影響尚未完全解明。有學(xué)者比較分析了水煮、烘焙、微波烹飪、烤箱烤制、螺桿擠出和油炸等不同加工方式對(duì)馬鈴薯淀粉的糊化、結(jié)晶度的影響。研究表明，油炸馬鈴薯中含有更多的抗性淀粉，而水煮馬鈴薯和馬鈴薯泥中可消化淀粉含量顯著增加。擠出加工條件亦會(huì)影響馬鈴薯淀粉的理化結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。與傳統(tǒng)烹飪方法相比，擠出加工使馬鈴薯淀粉糊化度升高[5]。同時(shí)，水煮馬鈴薯、烤制馬鈴薯等隨著馬鈴薯品種的不同，GI值（升糖指數(shù)）差異顯著，與其淀粉結(jié)構(gòu)存在差異有關(guān)。馬鈴薯GI值的差異性導(dǎo)致人們對(duì)馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)健康功能存在認(rèn)識(shí)誤區(qū)，關(guān)于馬鈴薯是否為高GI值食物的爭(zhēng)論和誤解影響了馬鈴薯的消費(fèi)。

另外，直鏈/支鏈淀粉比亦會(huì)影響馬鈴薯淀粉的營(yíng)養(yǎng)特性。通常的加工條件下，線性直鏈淀粉分子易于發(fā)生逆向排列和重結(jié)晶，形成大量規(guī)則區(qū)域，抑制其在小腸中酶解和吸收。此外，加工過程中淀粉的糊化、溶脹不充分，進(jìn)一步阻礙了直鏈淀粉與水解酶發(fā)生反應(yīng)。馬鈴薯中直鏈淀粉含量受基因和生長(zhǎng)條件的影響，存在一定差異，其含量范圍為24%～32%。目前，已有學(xué)者通過調(diào)控2種功能相反的淀粉分支酶異構(gòu)體，使馬鈴薯淀粉中直鏈淀粉的占比增加至60%～89%，可與商用高鏈玉米淀粉相媲美[6]。

馬鈴薯中脂質(zhì)亦會(huì)與直鏈淀粉結(jié)合形成復(fù)合物，從而影響淀粉的消化特性。直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物可由加工過程中的內(nèi)源性和外源性脂質(zhì)產(chǎn)生。同時(shí)，關(guān)于直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物對(duì)淀粉消化特性的影響存在截然相反的報(bào)道。Holm等[7]發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物可在大鼠小腸內(nèi)完全消化和吸收，而Eggum等[8]發(fā)現(xiàn)該復(fù)合物不能在大鼠小腸內(nèi)消化。導(dǎo)致這兩種截然相反結(jié)果的可能原因是存在兩種不同類型的直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物：復(fù)合物Ⅰ和復(fù)合物Ⅱ。差式掃描量熱法（DSC）檢測(cè)結(jié)果表明，復(fù)合物I在低于100℃即可發(fā)生熔解，且晶體結(jié)構(gòu)幾乎未觀察到；而復(fù)合物Ⅱ的熔解溫度高于100℃，同時(shí)晶體結(jié)構(gòu)較多。相對(duì)完整的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)降低復(fù)合物II的酶降解敏感性。Mercier等[9]發(fā)現(xiàn)純馬鈴薯直鏈淀粉與不飽和脂肪酸形成的復(fù)合物對(duì)酶降解具有較高的抵抗性。

冷卻過程中，馬鈴薯淀粉分子部分聚集形成網(wǎng)絡(luò)，最終導(dǎo)致淀粉回生。在回生過程中，淀粉分子開始結(jié)晶，形成抗性淀粉?；厣蟮鸟R鈴薯直鏈淀粉對(duì)淀粉水解具有極高的抗性。反復(fù)循環(huán)的冷卻和再加熱可使抗性淀粉含量增加，延緩消化吸收，從而降低血糖反應(yīng)。因此，通過優(yōu)化食品加工工藝控制淀粉糊化和回生的程度可降低馬鈴薯加工產(chǎn)品的GI值，加工處理的馬鈴薯經(jīng)冷卻和貯藏后，淀粉分子發(fā)生回生而使GI值顯著降低。

2 馬鈴薯蛋白

塊根塊莖類作物中，馬鈴薯的蛋白含量最高（濕基含量約為2.1%）。與其他蔬菜和谷物來源蛋白相比，其氨基酸模式與人類的需求非常匹配，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，特別是賴氨酸含量較高，這是其他谷物不具有的。馬鈴薯蛋白分為馬鈴薯糖蛋白（patain，約占40%）、蛋白酶抑制劑（protease inhibitors，約占50%）和其他高分子蛋白（約占10%）。馬鈴薯糖蛋白是一種二聚體糖蛋白，分子量約為40～45kDa，呈現(xiàn)多種異構(gòu)體，具有抗氧化活性和脂?；饷富钚裕约傲己玫钠鹋菪院腿榛?。馬鈴薯蛋白酶抑制劑分子量為5～25kDa，具有抗癌、抗菌活性，可通過分泌饑餓抑制劑膽囊收縮素獲得高飽腹感。馬鈴薯蛋白酶抑制劑可溶于較寬的pH范圍，而馬鈴薯糖蛋白僅在pH4時(shí)呈現(xiàn)較低的溶解度[10-12]。

馬鈴薯蛋白含量、氨基酸組成、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與馬鈴薯品種密切相關(guān)。Galdo′n等[13]分析檢測(cè)了10種不同馬鈴薯品種氨基酸組成、氨基酸評(píng)分和總蛋白含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同品種馬鈴薯總蛋白含量、氨基酸組成差異顯著。不同品種馬鈴薯蛋白營(yíng)養(yǎng)價(jià)值差異顯著，含硫氨基酸是10個(gè)馬鈴薯品種的第一限制性氨基酸，賴氨酸是Borralla品種馬鈴薯的第一限制性氨基酸及其他品種的第二限制性氨基酸。聚類分析結(jié)果表明，選取甘氨酸、組氨酸、亮氨酸和總蛋白為變量可將馬鈴薯樣品進(jìn)行正確分類[13]。種植產(chǎn)地對(duì)馬鈴薯氨基酸含量無顯著影響。Ba′rtova等[14]比較分析了南美5種不同馬鈴薯品種的蛋白質(zhì)含量、氨基酸組成、營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量和馬鈴薯糖蛋白含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，S. andigenum和S. stenotomum兩個(gè)品種的蛋白質(zhì)含量（以干基計(jì)）最高，分別為7.9%和8.0%，其中馬鈴薯糖蛋白占比分別為41.7%和34.0%。馬鈴薯糖蛋白的必需氨基酸指數(shù)［相對(duì)于FAO/WHO推薦的成年人必需氨基酸指數(shù)（EAAIadult）參考值］范圍為93.0%（S. phureja）～112.5%（S. goniocalyx）。S. goniocalyx品種馬鈴薯糖蛋白組分是較優(yōu)質(zhì)的蛋白。

3 馬鈴薯多酚等植物化學(xué)物質(zhì)

Ezekiel等[15]研究結(jié)果表明，馬鈴薯含有多酚、黃酮類、多胺及類胡蘿卜素等多種植物化學(xué)物質(zhì)，對(duì)人體健康有益，可改善日常飲食營(yíng)養(yǎng)。該類化合物的含量和穩(wěn)定性受基因、栽培技術(shù)、采后貯藏、烹飪加工條件等諸多因素的影響。Arun等[16]采用正己烷、乙酸乙酯、甲醇提取生長(zhǎng)期和成熟期的馬鈴薯皮中的植物化合物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不論是生長(zhǎng)期還是成熟期，馬鈴薯皮乙酸乙酯提取物中酚類含量最高，分別為83.2mg GAE（沒食子酸當(dāng)量）/g和 44.14 mg GAE/g（以干基計(jì)），自由基清除活性最高。生長(zhǎng)期馬鈴薯皮的乙酸乙酯提取物可增加L6大鼠骨骼肌肉細(xì)胞中的α-葡萄糖苷酶抑制活性、細(xì)胞內(nèi)活性氧去除活性以及還原糖攝取量。高效液相色譜（HPLC）分析結(jié)果表明，馬鈴薯皮中多酚物質(zhì)包括沒食子酸、咖啡酸、阿魏酸和綠原酸等。生長(zhǎng)期馬鈴薯皮中的生物活性物質(zhì)優(yōu)于成熟期馬鈴薯皮。同時(shí)，馬鈴薯皮中還含有α-茄堿（0.001～47.2mg/100g）等抗?fàn)I養(yǎng)因子，但是低含量狀態(tài)下具有抗癌作用。

4 其他營(yíng)養(yǎng)成分

馬鈴薯還含有膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)等人體所需的營(yíng)養(yǎng)成分。馬鈴薯中膳食纖維含量約為3.3%，維生素C含量約為42mg/100g，鉀含量約為693.8mg/100g。一個(gè)中等大小的馬鈴薯中維生素C含量約為WHO建議的正常人日攝入量的一半，鉀含量約為WHO建議的正常人建議日攝入量的1/5。馬鈴薯中營(yíng)養(yǎng)素含量受很多因素影響，其中馬鈴薯品種是最重要的影響因素。

5 馬鈴薯主食營(yíng)養(yǎng)特性

自我國(guó)實(shí)施馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略以來，已陸續(xù)開發(fā)出3大類300余種馬鈴薯主食產(chǎn)品，產(chǎn)品品質(zhì)得到不斷改善[17]。馬鈴薯加工成為主食時(shí)的營(yíng)養(yǎng)特性亦成為研究熱點(diǎn)。諶珍等[18]以添加50%馬鈴薯全粉的米粉為研究對(duì)象, 比較分析了其與普通米粉在維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分的不同以及食用品質(zhì)之間的差異。結(jié)果表明，馬鈴薯米粉中粗蛋白、膳食纖維、礦物質(zhì)、維生素B族、多數(shù)礦物元素和多種氨基酸含量均明顯高于普通米粉，馬鈴薯米粉中必需氨基酸占氨基酸總量的比值（E/T）及必需氨基酸與非必需氨基酸比值（E/ N）均高于普通米粉的E/T和E/N值，更接近WHO和FAO提出的參考值。營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量指數(shù)法分析結(jié)果表明，馬鈴薯米粉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于普通米粉。Xu等[19]通過在小麥粉中添加一定比例大西洋馬鈴薯全粉或夏波蒂馬鈴薯全粉制作面條，并對(duì)鮮濕面、干面、煮制后鮮濕面、煮制后干面等4個(gè)不同狀態(tài)的面條營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明，兩種馬鈴薯面條中粗蛋白、粗纖維、維生素、膳食纖維、多數(shù)礦物元素、多種氨基酸含量均顯著高于小麥面條。營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明兩種馬鈴薯面條營(yíng)養(yǎng)價(jià)值均高于小麥面條，且夏波蒂馬鈴薯面條營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于大西洋馬鈴薯面條。

6 展 望

馬鈴薯僅占全球食物能量供應(yīng)的2%左右，但卻是許多國(guó)家的主要食物?，F(xiàn)代農(nóng)耕技術(shù)和氣候變化致使馬鈴薯生物多樣性減少，從而導(dǎo)致了營(yíng)養(yǎng)素生物合成途徑基因的丟失。低GI值食物有益健康，歐洲糖尿病研究協(xié)會(huì)、加拿大糖尿病協(xié)會(huì)、澳大利亞營(yíng)養(yǎng)師協(xié)會(huì)等多家健康組織建議多攝食低GI值食物以控制2型糖尿病，同時(shí)亦被FAO、WHO推薦為普通人群的健康膳食。因此，培育慢消化淀粉含量高、低GI值的馬鈴薯品種成為研究方向[20]。同時(shí)，加工方式及食物組成對(duì)馬鈴薯GI值有顯著影響，低GI值馬鈴薯主食產(chǎn)品的開發(fā)是馬鈴薯和食品工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。

［1］ LUTALADIO N，CASTALDI L. Potato：the hidden treasure[J]. Journal of Food Composition and Analysis，2009，22（6）：491-493.

［2］ BURLINGAME B，MOUILLE B，CHARRONDIERE R. Nutrients，bioactive non-nutrients and anti-nutrients in potatoes[J]. Journal of Food Composition and Analysis，2009，22（6）：494-502.

［3］ LIU Q，TARN R，LYNCH D，et al. Physicochemical properties of dry matter and starch from potatoes grown in Canada[J]. Food Chemistry，2007，105（3）：897-907.

［4］ LIU Q，WEBER E，CURRIE V，et al. Physicochemical properties of starches during potato growth[J]. Carbohydrate Polymers，2003，51（2）：213-221.

［5］ NAYAK B，BERRIOS J，TANG J. Impact of food processing on the glycemic index（GI）of potato products[J]. Food Research International，2014，56：35-46.

［6］ SCHWALL G，SAFFORD R，WESTCOTT R，et al. Production of very-high-amylose potato starch by inhibition of SBE A and B[J]. Nature Biotechnology，2000，18（5）：551-554.

［7］ HOLM J，BJOERCK I，OSTROWSKA S，et al. Digestibility of amylose-lipid complexes in vitro and in vivo[J]. Starch，1983，35（9）：294-297.

［8］ EGGUM B O，JULIANO B O，PEREZ C M，et al. Starch，energy and protein utilization by rats in milled rice or IR36-based amylose extender mutant[J]. Cereal Chemistry，1993，70（3）：275-279.

［9］ MERCIER C，CHARBONNIERE R，GREBAUT J，et al. Formation of amylose-lipid complexes by twin-screw extrusion cooking of manioc starch[J]. Cereal Chemistry，1980，57（1）：4-9.

［10］ 曾凡逵，劉剛. 馬鈴薯蛋白的分離及氨基酸組成分析[J]. 食品科學(xué)，2014，35（09）：53-56.

［11］ AMANDA W，SALWA K，INTEAZ A. Potato protein isolates：recovery and characterization of their properties[J]. Food Chemistry，2014，142（1）：373-382.

［12］ 潘牧，彭慧元，鄧寬平，等. 馬鈴薯蛋白的研究進(jìn)展[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（10）：22-26.

［13］ GALDO′N B，MESA D，RODRI′GUEZ E，et al. Amino acid content in traditional potato cultivars from the Canary Islands[J]. Journal of Food Composition and Analysis，2010，23（2）：148-153.

［14］ BA′RTOVA V，BA′RTA J，BRABCOVA′ A，et al. Amino acid composition and nutritional value of four cultivated South American potato species[J]. Journal of Food Composition and Analysis，2015，40：78-85.

［15］ EZEKIEL R，SINGH N，SHARMA S，et al. Benefcial phytochemicals in potato-a review[J]. Food Research International，2013，50（2）：487-496.

［16］ ARUN K，CHANDRAN J，DHANYA R，et al. A comparative evaluation of antioxidant and antidiabetic potential of peel from young and matured potato[J]. Food Bioscience，2015，9（4）：36-46.

［17］ 歐陽玲花，戴小楓，胡宏海，等. 雙螺桿擠壓條件對(duì)鮮切馬鈴薯復(fù)配大米米粉品質(zhì)的影響[J]. 食品工業(yè)科技，2017，38（1）：204-207.

［18］ 諶珍，胡宏海，崔桂友，等. 馬鈴薯米粉營(yíng)養(yǎng)成分分析及食用品質(zhì)評(píng)價(jià)[J]. 食品工業(yè)，2016， 37（10）：55-60.

［19］ Xu F，Hu H，Dai X，et al. Nutritional compositions of various potato noodles：comparative analysis[J]. Int J Agric & Biol Eng，2017，10（1）：218-225.

［20］ KAI L，JENNIE B，LES C. Glycemic effect of potatoes[J]. Food Chemistry，2012，133（4）：1230-1240.

Research status of potato nutrition and health function

HU Honghai，ZHANG Hong，DAI Xiaofeng
Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Agro-products Processing, Ministry of Agriculture, Beijing 100193, China

Potato is the third largest food crop in the world, and it is the main food source of developed countries and some developing countries. Nutrition and health functions of potato are affected by many factors, such as potato varieties, processing methods, food composition and so on. In this paper, the research progress of potato nutrition and health functions is reviewed.

potato; nutrition; health function

10.3969/j.issn.1674-0319.2017.04.004

胡宏海，博士，副研究員。主要從事馬鈴薯主食加工基礎(chǔ)與技術(shù)裝備研究。E-mail：huhonghai@caas.cn

北京市科技計(jì)劃（D17110500190000），公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503001-2）