彩色馬鈴薯營養保健功能及其食品開發研究進展

仇 菊 劉 鵬 孫君茂

(農業部食物與營養發展研究所，北京 100081)

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彩色馬鈴薯營養保健功能及其食品開發研究進展

仇 菊 劉 鵬 孫君茂

(農業部食物與營養發展研究所，北京 100081)

文章分析了彩色馬鈴薯的保健作用，并綜述了其功能食品開發的研究進展。在該基礎上，對未來彩色馬鈴薯功能食品的開發利用進行展望，為其精深加工提供參考。

彩色馬鈴薯；功能組分；保健功能；食品開發；利用前景

馬鈴薯是位于水稻、小麥和玉米之后的世界第四大糧食作物，很多西方國家將馬鈴薯列為主食，非常注重對馬鈴薯資源的開發和產品的加工利用。目前，世界上以馬鈴薯為主的加工產品多達2 000種以上[1]。2015年中國馬鈴薯產量達9 500萬t，占全球馬鈴薯總產量的1/4，居世界第一位[2-3]。自2015年1月6日中國提出馬鈴薯主糧化戰略以來，其主糧地位被逐步確立[4]。

彩色馬鈴薯是指塊莖的皮和/或肉為淺紫、深紫色、粉紅、紅、橙、藍或黑色的馬鈴薯[5]。相比于普通馬鈴薯，其可提供豐富的色彩，且富含多種多酚、花色苷、VC及類胡蘿卜素等功能成分，具有抗氧化、抗癌、降血糖、減肥、延緩衰老和改善生活習慣病等多種生理功能[6-7]。盡管彩色馬鈴薯作為更具營養和經濟價值的食品原料開發前景廣闊，且試驗研究取得了一定的進步，但在其深入研究及大規模產業化開發上仍然存在諸多不足。

因此，本文就彩色馬鈴薯的營養保健功能及其食品開發研究進展做一綜述，并就未來的應用前景進行展望，旨在促進中國彩色馬鈴薯功能活性研究及其相關功能食品開發的產業化發展。

1 彩色馬鈴薯的保健功能

1.1 抗氧化功能

科學研究[8]表明，人體中過量自由基的產生與衰老、癌癥或其它疾病密切相關，食品科研工作者通過尋找天然抗氧化物質如花青素等來維持人體健康。花色苷是具有強抗氧化活性的類黃酮物質，每100 g彩色馬鈴薯中含量可超過100 mg。大量研究結果顯示，紫色馬鈴薯花色苷主要有錦葵苷、天竺葵苷、矢車菊苷、飛燕草苷、芍藥苷和牽牛苷[9-10]；紅色馬鈴薯以天竺葵苷為主[11-12]；紫紅色馬鈴薯以飛燕草花色苷為主[13]；黑色和藍色以牽牛苷為主[14]。其他顏色馬鈴薯雖然品種稀少、種植量小，但是可能含有更高生理活性的功能物質，因此有必要開展相關研究。

有報道[15]顯示紫色馬鈴薯花色苷具有清除大鼠體內自由基以及抑制亞麻酸氧化的作用。Han等[6]報道了紅色馬鈴薯花色苷能夠利用其抗氧化活性抑制大鼠血清中脂質的過氧化。李彩霞等[16]報道黑色馬鈴薯品種“黑美人”黃酮具有顯著的抗氧化效果。但是，對彩色馬鈴薯中的功能組分對水溶、醇溶及脂溶性自由基的清除能力尚缺乏總體的認知，并且動物和體外抗氧化試驗與人體真實情況存在較大的差異，未來需重點關注在人體中的功效。此外，馬鈴薯加工過程中會發生一系列的生理生化變化[17]，因此加工過程對其生理活性的影響的研究亦需重點考慮。

1.2 調節脂質代謝功能

脂質代謝紊亂可引起肥胖、脂肪肝、酮癥酸中毒等多種疾病，眾多報道顯示馬鈴薯具有顯著的脂質代謝調節功能。吳奇輝[18]從紫色馬鈴薯中提取純化了花色苷，鑒定結果顯示其主要為牽牛花色苷和芍藥花色苷。細胞試驗結果表明提取物能夠顯著抑制3T3-L1前脂肪細胞的增殖與分化、減少細胞中脂質沉積，從而發揮預防肥胖的功效。不同提取方法及純化條件間提取物的組成存在較大差異，因此穩定高效的提取純化方法對后期產業化開發非常重要。

Hank等[19]將暗紫色馬鈴薯片喂食給大鼠，考查其在高膽固醇血癥大鼠脂質代謝中的影響。結果顯示喂食馬鈴薯的大鼠的血清和肝臟中硫代巴比妥酸反應性物質的含量顯著下降。硫代巴比妥酸反應性物質涵蓋了大部分氧化傷害產生的醛酮類物質，因而其被用作為衡量脂質過氧化一個重要指標[20]。高脂血癥和脂質過氧化均使得脂質代謝紊亂，最終成為動脈粥樣硬化等心腦血管疾病的高風險因素，因此可以說彩色馬鈴薯具有潛在的預防心腦血管疾病功效，值得進一步深入研究。

1.3 抗癌活性

隨著中國經濟的快速發展和生態環境的惡化，癌癥的發病率不斷上升，預防癌癥的發生亦是營養學家研究的重點。王全逸[21]研究表明，紅色和紫色馬鈴薯多酚可顯著抑制人體結腸癌Caco-2和肝癌HepG2細胞的體外增值，且抗癌活性與多酚含量顯著相關。此提取物中綠原酸和花色素在癌細胞增值的抑制中發揮重要作用。Hayasi等[22]將紅色、紫色馬鈴薯花青素喂食胃癌模型小鼠，結果顯示其能夠顯著抑制腫瘤細胞的增值。在人胃癌細胞試驗中，進一步證實其能夠通過誘導癌細胞凋亡來抑制細胞增值。此外，彩色馬鈴薯花色苷的抗癌作用亦在乳腺癌、前列腺癌、肝癌細胞中被證實[23]。

Reddivari等[24]從4種彩色馬鈴薯中提取出富含花青素的多酚提取物，提取物通過活化促分裂原活化蛋白激酶和氨基末端激酶來誘導癌細胞凋亡，進而發揮抗癌活性。Wang等[25]從5種彩色馬鈴薯中提取了抗氧化組分并在結腸癌和肝癌細胞中研究了其抗腫瘤活性。結果顯示5種馬鈴薯具有不同的腫瘤增值抑制效果，推測可能與其綠原酸、天竺葵換色干和錦葵花色苷的相對含量和比例有關。為進一步明確彩色馬鈴薯在人體中的抗癌活性，有關臨床療效的試驗證據仍需完善。此外，相關抗癌輔助食品的量效關系亦需要明確。

1.4 其他生理活性

除了上述活性外，彩色馬鈴薯還具有降血壓、抗病毒、減輕肝損傷、改善視覺等功效[26]。Hayashi等[27]運用紅肉馬鈴薯在兩種流感病毒A和B中開展抗病毒試驗研究，結果顯示滅活兩種病毒的IC50值分別是48，54 μg/mL。紫色馬鈴薯花青苷通過抑制脂質過氧化，以及調節肝臟中的硫化巴比土酸反應物和谷胱甘肽水平，從而在抗半乳糖胺引起的肝毒性中發揮保肝作用[15]。此外，由于彩色馬鈴薯中膳食纖維含量較高，促進腸道蠕動的同時具有改善腸道微生態的功效。隨著腸道菌群與人體健康的密切關系被廣泛關注，彩色馬鈴薯多種功能組分如何協同調節腸道微生態有望成為未來功能活性研究的熱點。

2 彩色馬鈴薯食品開發

世界各國現有多種彩色馬鈴薯品種栽培種植，代表性的有英國的紫黑色皮肉Congo和Negresse，紅皮突變體King Edward；美國的Red Norland和Dark Red Norland；日本的Northern Ruby等[2]。自20世紀90年代中國深入開展彩色馬鈴薯育種栽培技術以來，已培育出超過500份不同品系的品種。筆者對中國2015年彩色馬鈴薯的種植情況進行了調研，結果見表1。這些品質好、產量高、抗病強的種質資源為中國彩色馬鈴薯產業的發展建立了基礎。

2.1 以主食形式消費產品

隨著消費者對主食產品的要求不斷提高，饅頭、面條、米粉等主食除為消費者提供必需的能量以外，對于主食的安全性、便捷性、營養性提出了更高的要求。彩色馬鈴薯除了具有普通馬鈴薯營養全面的特點以外，其花色苷、多酚等活性物質的存在賦予了其更好的營養特性。隨著中國對馬鈴薯主食化的不斷推進，以科技創新驅動的馬鈴薯主食化工作取得了顯著成效[28]。目前，馬鈴薯全粉占比40%的饅頭、35%的面條、15%的米粉等主食產品已在市場上出現[29]，但是彩色馬鈴薯相關產品發展相對滯后。馬鈴薯主食制品除蛋白質和纖維素含量高外，還富含多酚、VC、鉀、鈣、鐵等營養成分[30]。除粉絲作為傳統的馬鈴薯主食制品經過大量研究目前工藝技術已然成熟以外，中國馬鈴薯饅頭、面條的食用品質可以做到與普通面條無顯著差別[31-32]。

表1 各省彩色馬鈴薯主栽品種及種植概況

李梅等[33]以鮮薯為原料制作面條，相比馬鈴薯全粉，具有低能耗和低成本的特點，結合鮮切馬鈴薯新型保鮮技術如復合涂膜等能夠保證穩定連續生產[34]。但是，以彩色馬鈴薯為主要原料加工主食化產品，需要在開發產品的過程中考慮到護色及活性保持的問題。黃洪媛等[35]采用二次蒸煮和回填制粉的新型工藝開發出了品質優異的紫色馬鈴薯顆粒全粉。崔璐璐等[36]通過正交試驗對紫色馬鈴薯全粉的生產工藝進行了優化，研發出有效保護紫色馬鈴薯花青素的加工方式。這些新型工藝生產的馬鈴薯全粉具有顏色鮮艷、品質好的優點，豐富了馬鈴薯主食化產品開發的原料選擇。

得益于紫色馬鈴薯優質品種、原料、新技術的不斷進步，越來越多的食品研發機構及食品生產企業正著力研發以主食形式消費的彩色馬鈴薯饅頭、面條、糕點等。目前，市場上已有企業推出彩色馬鈴薯饅頭粉產品。除了傳統馬鈴薯主食外，未來馬鈴薯面包、通心粉等高附加值的西方主食產品亦值得加大產品研發的投入。

2.2 功能性產品

彩色馬鈴薯功能性產品開發主要圍繞花色苷展開，其提取及成分鑒定的報道亦是近年來研究的熱點。目前，國內外市場上有花色苷凍干粉、花色苷濃縮液等產品，也有企業通過復配開發出供特殊人群食用的功能性產品。劉家艷等[37]以紫色馬鈴薯全粉、豆奶粉和白砂糖等為原料，開發了紫色馬鈴薯營養粉配方及加工技術，獲得了食用品質及營養品質均優異的產品。陳杰華[38]開發了淋飯法和喂飯法相結合的紫色馬鈴薯保健酒的釀造工藝，相比于傳統的攤飯法釀造，花色苷的含量提高3倍，且酒的風味、色澤均有顯著提高。隨后，他們[39]還采用淀粉酶、果膠酶酶處理獲得紫色馬鈴薯酶解液，再與蜂蜜等復配后獲得具有一定功效的功能性飲品。盡管試驗研究取得了諸多進展，但是從試驗研究到開發出具有功效明確的功能性商業化產品，還需要高效提取技術、人群試驗、成本控制等多個方面的努力。

2.3 其他食品

Han等[15]開發出紫色、紅色馬鈴薯片休閑食品，并在動物試驗中驗證其功能活性。黃洪嬡等[40]將紫色馬鈴薯燙漂處理后，利用微波真空冷凍研發出了丙烯酰胺含量低、色素保留好的薯條產品。燙漂處理過程中，運用L-半胱氨酸、檸檬酸和氯化鈣進行了護色處理。李丹丹[41]將紫薯花色苷與防腐劑復配應用在食品中發揮出良好的抑菌效果，減少防腐劑用量的同時增強了功效。陳杰華等[39]將紫薯原汁與檸檬酸、蔗糖和蜂蜜混合，開發了色澤和風味保持較好的飲料產品。劉家艷等[42]運用冷凍干燥技術開發出紫色薯馬鈴薯沖調粉，產品很好地保持了紫色馬鈴薯的風味和色澤。受益于花色苷護色技術、膳食纖維超微粉碎技術、微孔淀粉發酵技術等的不斷提高，彩色馬鈴薯的應用范圍也正在逐步擴大[43-44]。

3 前景與展望

隨著主食化工作的深入，馬鈴薯種植面積、產量將迎來快速增長期。彩色馬鈴薯在中國許多省市已有大量種植，其相對普通馬鈴薯具有更高的經濟價值，勢必成為馬鈴薯產業大發展的重要一環。而科技推動是產業發展過程中最為重要的一環，相關部門和企業需加強相關研發的投入。

雖然中國彩色馬鈴薯資源豐富，但是絕大部分仍以鮮食為主，工業化加工品較少。通過主糧化著力發展運用彩色鮮薯制作饅頭、面條、粉絲等主食產品，充分發揮主食制品需求量巨大的帶動作用。目前大多數研究多集中于對彩色馬鈴薯花色苷的提取、結構鑒定及抗氧化等生理活性上，基于這些研究開發的成熟產品不能滿足市場需求。因此，必須依靠精深加工形成一系列市場化的商品推動中國彩色馬鈴薯產業發展。

彩色馬鈴薯花色苷相比于葡萄、藍莓等的制品具有成本低、色彩穩定的特點，選育花色苷含量高、生理活性強的專用品種，可利用高效提取及制備技術開發食品基料或產品。還可針對不同顏色馬鈴薯各自的生理活性，與其他藥食同源食物進行復配，開發出適合糖尿病人等特定人群的保健食品，提高產品的附加值。但在功能性產品研發過程中，需在與其它原料進行性價比、可行性的充分探討的前提下進行，防止實驗室研發技術與產業化脫節的現象出現。可將彩色馬鈴薯鮮薯直接制作成薯條、薯片等休閑食品，或直接用于釀造保健酒、制作功能飲料等。亦可將其制成高花色苷粉或者全粉，作為食品基料用于焙烤食品、烘焙食品等食品中，提高產品的附加值。

盡管彩色馬鈴薯可開發應用的范圍較廣，但是需要在開發過程中突出高花色苷含量的特色，研發主食、功能性產品等重點、拳頭產品，打造彩色馬鈴薯品牌。圍繞核心重點產品，從全產業鏈的角度合理設計工藝流程，提高彩色馬鈴薯資源的綜合利用水平，如馬鈴薯渣中的蛋白質、膳食纖維等功能組分，提高企業市場競爭力。

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Research advances in health functions and food development of colored potatoes

QIUJuLIUPengSUNJun-mao

(InstituteofFoodandNutritionDevelopment,MinistryofAgriculture,Beijing100081,China)

This paper analyzed the health benefit of colored potatoes and reviewed the advances in functional food development of colored potatoes. On the basis, the development of functional food and the utilization of colored potatoes were ahead, in order to provide a reference for their intensive processing.

color potato; functional component; health functions; food development; prospect

中國農業科學院農業科技創新工程項目

仇菊，女，農業部食物與營養發展研究所助理研究員，博士。

孫君茂(1968—)，男，農業部食物與營養發展研究所研究員，博士。E-mail: sunjunmao@caas.cn

2016—06—24

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.10.049