馬鈴薯食品研究進展

楊慶余，王妍文，李芮芷，李 師，陳 革，肖志剛，朱華平

(1.沈陽師范大學糧食學院，遼寧沈陽 110034；2.中國農村技術開發(fā)中心，北京 110045)

2015年1月，農業(yè)部正式啟動馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，將馬鈴薯作為我國第四大主糧進行推廣，把馬鈴薯加工成符合國人消費習慣的饅頭、面包、面條等食品，實現(xiàn)由副食消費向主食消費轉變，原料向產品轉變，溫飽消費向營養(yǎng)健康消費轉變[1-3]。馬鈴薯主食呈現(xiàn)種類多樣化、營養(yǎng)多元化的趨勢，成為提升國家糧食安全的新舉措[4-5]。

中國是馬鈴薯種植和生產的大國，聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織(FAO)數(shù)據顯示2019年我國馬鈴薯種植面積達到478.95萬公頃，單位面積產量達到19139.7千克/公頃，總產量為9193.8萬噸，占全球總產量的24.91%。但是，與國外以薯泥、炸薯條作為主食的飲食習慣不同，馬鈴薯在大部分國人眼中仍屬于鮮食蔬菜類作物[6-7]，導致我國馬鈴薯主糧化進程較慢。雖然十三五以來國內相關學者研究了上百種馬鈴薯產品，但由于馬鈴薯主糧產業(yè)化戰(zhàn)略時間較短，馬鈴薯主食產品的發(fā)展尚未成熟，生產規(guī)模小，市場覆蓋率不高，消費者對馬鈴薯主食產品消費認知、購買行為的意識還需進一步提升。據統(tǒng)計，我國消費者對馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的知曉率較高，但對馬鈴薯主食的營養(yǎng)及其健康功效認知參差不齊，甚至存有誤解，七成以上的受訪者有購買過馬鈴薯主食的經歷，但并沒有將其作為一日三餐主要的主食選擇[8]。因此，推進馬鈴薯主糧化發(fā)展的根本是需轉變我國居民的飲食觀念，讓消費者正確認知馬鈴薯營養(yǎng)成分、功能特性、主食食品膳食結構等相關概念，讓馬鈴薯食品融入消費者生活，提高其市場覆蓋率，從而推動馬鈴薯食品產業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，將馬鈴薯打造成為種植范圍廣、加工用途多樣、產品種類豐富的餐桌主食。本文通過對馬鈴薯營養(yǎng)成分、功能特性和馬鈴薯食品研究進行綜述，以期為馬鈴薯的綜合利用提供有益思考。

1 馬鈴薯營養(yǎng)價值

馬鈴薯屬茄科，又名洋芋、土豆等[9]，作為僅次于小麥、稻谷和玉米的全球第四大重要的糧食作物[10-11]，近年來備受關注。表1為常見品種的馬鈴薯營養(yǎng)成分表。由表可知，馬鈴薯營養(yǎng)十分全面，將馬鈴薯制成主食食品，可以作為從膳食結構上改善人們身體素質的重要舉措。不同品種的馬鈴薯其營養(yǎng)成分也具有一定的差異，可根據馬鈴薯食品的制作特點，選育馬鈴薯主糧化加工的適宜品種。

1.1 馬鈴薯塊莖的營養(yǎng)成分

馬鈴薯因其營養(yǎng)全面，被稱為“十全十美”的食物[14]。馬鈴薯塊莖中蛋白質屬于完全蛋白質，富含人體所需的18種氨基酸，其中必需氨基酸含量占氨基酸總量的47.9%[15]，氨基酸組成接近于FAO/WHO模式[16-17]。侯飛娜等[18]采用國際通用的WHO/FAO氨基酸評分模式對我國22個馬鈴薯品種營養(yǎng)品質進行評價。結果表明，22種馬鈴薯中平均必須氨基酸含量占總氨基酸含量的41.92%，高于WHO/FAO所推薦的理想蛋白必需氨基酸占總氨基酸含量的36%，接近標準雞蛋蛋白。劉素穩(wěn)等[14]通過大鼠實驗將馬鈴薯蛋白與酪蛋白進行對比，實驗結果顯示馬鈴薯蛋白可明顯促進動物的生長發(fā)育，其營養(yǎng)價值不亞于酪蛋白，是一種天然的優(yōu)良蛋白質。馬鈴薯作為維生素含量最全面的糧食作物，富含多種維生素，包括維生素A、維生素B1、維生素B2、維生素C、維生素pp、維生素E、維生素M等。研究表明，250 g新鮮馬鈴薯可提供一個人一晝夜消耗所需要的維生素[9]。馬鈴薯中還含有多種礦物質，如鉀、鎂、鈉、磷等元素[19]，其與小麥、稻米、玉米營養(yǎng)成分對比如表2所示。馬鈴薯營養(yǎng)成分均衡，與小麥、稻米、玉米相比具有明顯優(yōu)勢。

1.2 馬鈴薯皮、渣的營養(yǎng)成分

馬鈴薯皮、渣作為馬鈴薯加工副產物，可用于膳食纖維、果膠、多酚等成分的提取，具有一定的加工適應性。馬鈴薯皮中酚類物質含量高于馬鈴薯其他組織部位，多為酚酸和花青素，可作為天然的抗氧化劑來源[21]。Arun等[22]提取了馬鈴薯皮中的酚類物質，并作用于大鼠骨骼肌細胞中，表現(xiàn)出良好的自由基清除能力，表明馬鈴薯皮是一種具有抗氧化能力、抗糖尿病潛力的植物材料。馬鈴薯皮、渣中含有豐富膳食纖維，膳食纖維是一種多糖，可在消化過程中吸水膨脹形成高粘度的溶膠或凝膠，降低葡萄糖擴散速率，抑制α-淀粉酶的活性[23-24]，進而延緩人體血糖升高速率。Singh等[25]采用鏈脲佐菌素誘導實驗性糖尿病大鼠作為實驗模型，評估馬鈴薯皮所具有的生理調節(jié)功能，試驗結果表明，馬鈴薯皮中的膳食纖維和多酚有助于降低血糖水平，改善糖尿病大鼠肝、腎肥大等其他病癥。程力等[26]采用纖維素酶法處理濕馬鈴薯渣，制備可溶性膳食纖維(C-SDF)，并對制得的C-SDF理化及功能性質進行了研究，結果表明，CSDF具有優(yōu)良的葡萄糖延遲擴散能力、α-淀粉酶活力抑制力、膽酸鈉的吸附能力和胰脂肪酶活力抑制力 ，對人體健康十分有利。

1.3 彩色馬鈴薯的營養(yǎng)成分

普通馬鈴薯薯肉一般呈白色或黃色，薯肉呈紅、紫、黑等顏色的馬鈴薯，統(tǒng)稱為彩薯[27]。彩薯除了具有普通馬鈴薯的營養(yǎng)成分外，還含有豐富的花色苷?；ㄉ諏儆陬慄S酮，是花青素與糖以糖苷鍵結合而成的一類化合物，與類胡蘿卜素共同決定著薯肉所呈現(xiàn)的顏色[28]。因彩薯中花色苷豐富，且產量高、成本低，故可將彩薯作為一種抗氧化劑和天然色素的來源[29]。彩色馬鈴薯中的賴氨酸(Lys)和纈氨酸(Val)含量都較高，可以與谷類混合食用，彌補谷類氨基酸不足，豐富食品中的氨基酸，從而有效提高制品的營養(yǎng)價值。王宏茲等[30]采用紫薯粉和植物乳桿菌發(fā)酵紫薯粉制作富含花青素的面包，制作出的面包營養(yǎng)豐富，總酚含量高，具有較高DPPH 自由基清除能力和抗氧化活性，外觀呈淺紅色，深受消費者喜愛。

2 馬鈴薯營養(yǎng)功能特性

馬鈴薯營養(yǎng)豐富，并具有低脂、低碳水化合物的特點，常作為減肥人群的首選主食，不但可滿足人體對能量的需求，而且可以豐富膳食結構，其中含有的豐富的營養(yǎng)素，賦予了馬鈴薯優(yōu)良的營養(yǎng)功能特性。

2.1 抗氧化性

馬鈴薯可作為僅次于桔子和蘋果的抗氧化劑的重要來源，其中含有大量的抗氧化活性物質，包括多酚，維他命和類胡蘿卜素等，其中與抗氧化活性相關的多酚類物質主要有綠原酸、咖啡酸、阿魏酸等[31]。陳瑾[32]通過檢測不同品種馬鈴薯的五種抗氧化能力并研究其與酚酸相關性發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯中酚酸、綠原酸含量越高，其DPPH自由基清除能力、超氧陰離子清除能力、ABTS自由基清除能力越強。馬鈴薯中的花青素也是天然的抗氧化劑，能夠清除體內的自由基，起到抗衰老的作用。Reddivari等[33]在實驗中發(fā)現(xiàn)，彩色馬鈴薯中的花青素含量高于普通馬鈴薯，其營養(yǎng)價值更高，具有更強的清除自由基、抑制亞麻酸氧化等抗氧化性。花青素還可和馬鈴薯塊莖中的其他抗氧化物質產生協(xié)同作用，使馬鈴薯的總抗氧化能力進一步加強。

2.2 抗消化性

馬鈴薯中的淀粉能夠使人產生飽腹感，能夠供給人體能量、減少脂肪攝入，起到減肥瘦身的功效。新鮮的馬鈴薯中含有RS2型抗性淀粉，馬鈴薯在蒸煮的過程中RS2會有所損失，但回生后會形成新的RS3型抗性淀粉[34]，食用抗性淀粉能夠延緩胃排空、降低食欲。馬鈴薯中的膳食纖維也可以幫助抗性淀粉抵抗酶消化，延緩淀粉在人體內的消化吸收[35]。將馬鈴薯添加到饅頭、面條等主食中，可增加其抗消化特性，降低食物的升糖指數(shù)(Glycemic Index，GI)。蔡沙等[36]將馬鈴薯膳食纖維添加到馬鈴薯熱干面制作中發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯膳食纖維在改善馬鈴薯熱干面品質的同時，可延緩面條中淀粉的分解，增加面條中蛋白質的消化率，降低熱干面的GI值。食用低GI食物，可避免血糖大幅度波動，對糖尿病人、減肥人群都十分有利。

2.3 抗菌性

酚酸是馬鈴薯中的主要酚類化合物，賦予了馬鈴薯良好的抗菌特性[37]。馬鈴薯皮中90%的酚類化合物由綠原酸組成，其水解為奎寧酸和咖啡酸，可表現(xiàn)出明顯的抗菌活性[38]。馬鈴薯中的花青素也具有較好的抗菌作用。有研究指出花青素可減少口腔中白色念珠菌黏附，降低口腔炎癥的發(fā)生[39]。許卉佳[40]利用馬鈴薯淀粉生產抑菌膜，經實驗，其對金黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌、單增李斯特菌均有一定的抑制作用。

2.4 其他

馬鈴薯中的酚酸、花青素和類胡蘿卜素，在預防動脈粥樣硬化和癌癥等許多慢性疾病中發(fā)揮重要作用。研究表明，花青素提取物可以明顯抑制前列腺癌細胞的增殖[41]。王全逸[42]提取了馬鈴薯中的多酚進行實驗，發(fā)現(xiàn)該馬鈴薯提取物對人體結腸癌細胞和肝癌細胞體外增殖有明顯的抑制效果，并且馬鈴薯多酚含量與抗癌活性密切相關。同時，馬鈴薯中綠原酸和花青素在馬鈴薯多酚提取物對人體癌細胞增殖的抑制過程中起協(xié)同作用。

馬鈴薯中的膳食纖維，不僅可以預防便秘、提高機體免疫力，同時能夠促進膽固醇快速排泄，還能夠降低癌癥、糖尿病以及心腦血管等疾病的發(fā)病風險[43-44]。此外，馬鈴薯中含有的鉀離子和粘體蛋白質[45]，可預防肝、腎中締結組織萎縮，具有維持人體血液穩(wěn)定、保持血管彈性的功效，同時可預防心血管疾病，減少中風的危險[46]。丁玉琴等[47]在實驗中發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯中的抗性淀粉可以改善2型糖尿病大鼠的糖脂代謝能力，促進胰島素合成和釋放，可有效降低糖尿病的發(fā)病風險。

3 馬鈴薯食品

馬鈴薯因營養(yǎng)全面奠定了其主糧化的地位，自“十三五”主糧化戰(zhàn)略實施以來，有關馬鈴薯主糧化方面的研究層出不窮，各種馬鈴薯食品開始風靡，以添加了馬鈴薯全粉的饅頭、面條、面包為代表的第一批馬鈴薯主食開始面向市場，同時還發(fā)展了工業(yè)原料、化妝品等新型產品。在我國農業(yè)供給側結構性矛盾日益突出的歷史背景下，實現(xiàn)可持續(xù)的馬鈴薯產業(yè)發(fā)展，主食加工是馬鈴薯成為主糧不可或缺的加工形式，開辟馬鈴薯加工新途徑也是食品加工科研人員亟待解決的技術難題和研究方向，對于改善國民飲食結構，緩解糧食資源壓力，保障國家糧食安全具有重要意義。

3.1 傳統(tǒng)馬鈴薯食品

3.1.1 馬鈴薯全粉 馬鈴薯全粉是一種優(yōu)質的食品加工原輔料，可直接制作成薯餅、薯條、薯泥等休閑食品，也可與小麥粉復配用于生產馬鈴薯面包[30]、馬鈴薯饅頭[5]、馬鈴薯面條[43]等主食產品。目前市面上應用最為廣泛的馬鈴薯全粉主要包括馬鈴薯顆粒全粉和馬鈴薯雪花粉以及馬鈴薯生全粉，三種全粉的理化指標如表3所示。

表3 三種全粉理化指標[48-50]Table 3 Physical and chemical indicators of three kinds of potato flours[48-50]

馬鈴薯雪花全粉的顆粒性狀表現(xiàn)為白中帶黃的片狀結構，生產工藝簡單、耗時短、能耗低，但其產品易結團、黏度大，顆粒破碎情況較嚴重，主要原因是雪花全粉的加工工藝中采用了滾筒式干燥技術進行干燥，使物料喪失了顆粒結構[51]，易導致細胞的大量破損，使雪花全粉缺乏顆粒質地感。

馬鈴薯顆粒全粉外觀呈淺黃色沙粒狀，生產工藝復雜，在干燥環(huán)節(jié)中使用的是氣流或者流化床干燥，涉及大量回填程序，同時加工生產的設備價格高昂，因此成本較高。此工藝下的顆粒全粉細胞完整率較雪花全粉高，更好的保留了馬鈴薯中的營養(yǎng)物質和風味特性，因此顆粒全粉在復水后能更好地呈現(xiàn)出新鮮薯泥的性狀[52]。

馬鈴薯生全粉是以生馬鈴薯在低溫條件下直接脫水干燥出、未經熟化制成的全粉。與傳統(tǒng)全粉相比，其生產能耗較低，且避免了馬鈴薯蒸煮后發(fā)生的品質變化[53]。生粉難以糊化，還原糖含量高，雖然吸水能力低于全粉，但吸油能力、起泡能力和泡沫穩(wěn)定性好，而且生全粉中馬鈴薯淀粉顆粒保留的更加完整[54]。沈存寬[50]在研究中發(fā)現(xiàn)用閃蒸干燥工藝對馬鈴薯全粉中淀粉的破壞程度小，克服了傳統(tǒng)馬鈴薯全粉產品成型困難、易分散的難題，其再加工性能優(yōu)于傳統(tǒng)雪花全粉和顆粒全粉，更適用加工需蒸煮食品或速凍食品。同時可以提高馬鈴薯全粉在產品中所占比例，改善馬鈴薯食品的營養(yǎng)結構。

3.1.2 馬鈴薯淀粉 馬鈴薯淀粉是一種優(yōu)質的淀粉，與玉米、小麥等禾谷類作物的淀粉相比，直鏈淀粉與支鏈淀粉比例更高[55]，其質地細膩、白色有光澤，具有其他淀粉不可代替的品質和功能，用途十分廣泛。

馬鈴薯淀粉添加到糖果、藥片中可增加體積，延長產品保質期[56]。將馬鈴薯淀粉添加至發(fā)酵乳中，可顯著增加發(fā)酵乳的稠度和穩(wěn)定性，同時還可保護發(fā)酵乳中的益生菌，提升發(fā)酵乳的益生功能性[57]。馬鈴薯淀粉中支鏈淀粉的含量高達79%以上，具有一定的黏度和彈性，可以增加面團的韌性。趙保堂等[58]研究表明添加3%馬鈴薯淀粉有利于藜麥面團的黏彈性、回復性，對面條蒸煮特性及質構特性有一定的影響，也使面條表觀更加規(guī)整。也可將馬鈴薯淀粉加工成馬鈴薯變性淀粉，添加到哈爾濱紅腸中，可以改善紅腸的硬度、彈性和咀嚼性[59]。

3.2 營養(yǎng)功能型馬鈴薯食品

3.2.1 馬鈴薯作為抗性淀粉補充劑 隨著人民生活水平的提高，餐桌上的飲食結構已經從溫飽消費趨向營養(yǎng)健康消費轉變。更多的學者開始從營養(yǎng)學方向入手研發(fā)馬鈴薯食品。Liu等[60]在小麥粉中加入馬鈴薯粉制作饅頭，研究發(fā)現(xiàn)，與單純小麥饅頭相比，馬鈴薯饅頭具有更高的膳食纖維、灰分含量和抗氧化活性，以及更低的GI值(60.01)。用馬鈴薯粉替代部分小麥粉制作饅頭，不僅可以保持饅頭的工藝質量，還可以提高饅頭的營養(yǎng)價值。

但是全粉的制備工藝復雜繁瑣，易造成部分營養(yǎng)物質流失，成本也較高，Cao等[61]在研究中采用馬鈴薯泥代替馬鈴薯全粉，與小麥粉復配制成馬鈴薯饅頭。研究表明，加入了馬鈴薯泥的饅頭預期血糖指數(shù)和快速消化淀粉含量均有所下降。由此可見用馬鈴薯泥代替馬鈴薯全粉制備饅頭不僅可以降低饅頭的GI值，也降低了馬鈴薯饅頭能源消耗和成本，達到節(jié)能、經濟的目的。

3.2.2 馬鈴薯作為氨基酸補充劑 市面流通的大部分面包、餅干等食品，雖口味眾多，本質上仍是單一的小麥粉制品，所含的人體必需營養(yǎng)物質并不全面，營養(yǎng)嚴重不均衡。研究表明，在以小麥、大米為原料的主食精制品中添加馬鈴薯可以彌補氨基酸的不足[62]。陳中愛等[63]在面包中加入了10%的馬鈴薯全粉，實驗表明，馬鈴薯全粉面包中必需氨基酸總量高于比普通面粉面包，其中馬鈴薯全粉面包異亮氨酸和賴氨酸含量明顯增多，賴氨酸對調節(jié)人體免疫力具有重要作用。

3.2.3 馬鈴薯作為膳食纖維補充劑 馬鈴薯皮、渣是馬鈴薯加工副產物，但其中含有大量的膳食纖維，可利用價值高。Curti等[64]將馬鈴薯纖維添加到面包的制作中發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯皮纖維的高保水能力可有效延緩面包的老化。Ben等[65]將馬鈴薯皮制成干粉與小麥粉復配制成蛋糕，當馬鈴薯皮干粉添加量為5%時，面團彈性增加，蛋糕硬度降低，提升口感的同時，營養(yǎng)價值也得到了提高。

3.2.4 無麩質產品 馬鈴薯對麩質不耐受或小麥敏感的人非常有利，Liu等[66]以馬鈴薯全粉為原料制備了無谷蛋白饅頭，并通過添加膠體改善了饅頭的比體積、硬度和孔隙率，降低了該饅頭的淀粉消化率和GI值。同時無麩質馬鈴薯曲奇[67]、無麩質馬鈴薯意面[68]、無麩質無過敏玉米馬鈴薯營養(yǎng)面條也相繼問世，此類產品不僅適合普通人群食用，更適用于乳糜瀉或谷蛋白敏感人群，有助于降低血漿膽固醇和甘油三酯濃度，減少脂肪在人體內的積累。

3.3 新興馬鈴薯食品

3.3.1 馬鈴薯重組米 馬鈴薯營養(yǎng)全面，將馬鈴薯全粉與碎米利用擠壓膨化技術制備馬鈴薯重組米，不僅可以彌補普通大米的營養(yǎng)缺陷，提高碎米的附加值，同時帶動馬鈴薯消費，豐富馬鈴薯食品種類。肖志剛等[69]研制了一種馬鈴薯營養(yǎng)重組米，通過加入蔗糖酯、海藻酸鈉和酵母β-葡聚糖對米的質構進行調控，通過擠壓膨化技術制得馬鈴薯重組米，具有較好抗回生性能，營養(yǎng)全面、質構優(yōu)良。

3.3.2 馬鈴薯3D打印食品 近幾年，3D 打印技術因其精準度高、成本低、速度快的特點，興起于食品工業(yè)應用中，改變了傳統(tǒng)食品加工的方法，實現(xiàn)了食品的“個性化”定制。Dankar等[70]將馬鈴薯泥應用于擠壓式3D打印技術中，并加入瓊脂或海藻酸鹽改變其流變學性能，使馬鈴薯泥具有更高的打印穩(wěn)定性，打印性能更好[71]。

中國農業(yè)科學院農產品加工研究所研發(fā)的“馬鈴薯主糧化精準營養(yǎng)3D食品打印技術”可根據食材原料特征和色香味形質的食品要求，逐行逐層打印出事先設計的食品形狀，以馬鈴薯全粉、小麥粉等粉漿狀物料為原料，打印出個性化精準營養(yǎng)食品，為開啟定制健康產品提供了新的方向。

3.3.3 馬鈴薯汁 馬鈴薯汁近幾年被廣泛應用于臨床試驗中。Kowalczewski等[72]從馬鈴薯中提取了馬鈴薯汁，并對其中的蛋白濃縮物進行了研究，通過細胞實驗發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯汁中的蛋白濃縮物對胃癌細胞、結腸癌細胞均有抑制增殖作用。

內蒙古薯元康生物科技有限公司生產的馬鈴薯汁，是一種按照生物制藥無菌罐裝的口服液，其中富含馬鈴薯中絕大多數(shù)有效營養(yǎng)成分。將該馬鈴薯汁應用于內蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院放療科和化療科臨床實驗中發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯汁對提升白細胞具有明顯效果，且對腫瘤細胞有抑制作用。

3.3.4 其他 目前已研發(fā)出的馬鈴薯食品種類繁多，如：馬鈴薯營養(yǎng)早餐粥[11]、馬鈴薯谷物代餐粉[73]、馬鈴薯方便面[74]、馬鈴薯煎餅[75]、馬鈴薯披薩餅[3]，以及具有地域特色的馬鈴薯熱干面[35]、馬鈴薯米粉[7]、馬鈴薯饸饹及麻食[2]等。馬鈴薯不僅可應用于食品行業(yè)，還可制成馬鈴薯面膜，具有美白淡斑、抗氧化等功效。

4 結語與展望

馬鈴薯膳食均衡、營養(yǎng)豐富，種植面積廣泛、產量高，而且具有良好的加工性能與宏觀經濟效益。將馬鈴薯加工成主食產品、方便食品、半成品，有利于改善和豐富人們的膳食結構，促進均衡營養(yǎng)和健康消費。馬鈴薯主糧化食品的研究已然成為熱點，促進馬鈴薯新食品發(fā)展，可以提高馬鈴薯附加值，擴大馬鈴薯食品消費量，對馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的推進具有重要作用。但是，國人從了解馬鈴薯主糧化到孰知馬鈴薯食品，再到認可馬鈴薯食品需要一個發(fā)展過程。在未來的研究中，不僅要注重于新產品種類的開發(fā)，也要根據現(xiàn)有大眾消費產品和習慣，優(yōu)化完善加工生產技術，提升馬鈴薯食品的感官評價，降低馬鈴薯制品生產成本，提高消費者接受度，使馬鈴薯食品真正的融入到百姓生活中，成為餐桌上必不可少的產品。