不同加工用途馬鈴薯品質特性分析

仇 菊，朱 宏，朱大洲，孫君茂

（農業農村部食物與營養發展研究所，北京100081）

馬鈴薯引入中國在經歷了長足的發展過程后，現今在中國的種植面積和總產量已成為世界第一。在二十世紀六七十年代，馬鈴薯曾作為糧食一度大面積種植，以緩解細糧供應不足。八十年代后，隨著主要糧食小麥和大米的產量大幅度提高，除貧困山區外，馬鈴薯已退出口糧之列。九十年代后，隨著國外消費形式的引進推廣與多種用途的拓展，中國人均馬鈴薯的消費量在一度出現回落后再次迅速增長[1]。據FAO 2017年統計數據，中國是世界上馬鈴薯種植面積和總產量最大的國家，分別占世界的29.88%和25.56%[2]。2017年中國馬鈴薯播種面積在533.33萬hm2以上，近20年來以4%的年增長速度發展。

雖然中國馬鈴薯生產及消費總量可觀，但人均消費量仍然遠低于世界馬鈴薯消費大國。據報道，全世界人均年消費馬鈴薯32 kg，發達國家人均消費74 kg，一些歐洲的馬鈴薯消費大國的人均消費高達80～100 kg，而中國人均42 kg[3]。究其原因，發達國家馬鈴薯消費形式多樣，且以加工制品為主，方便快捷，而中國消費仍以鮮食為主。歐美等發達國家的馬鈴薯加工比例高達80%[4]，其加工食品隨處可見，有薯條、薯泥、脫水薯片（泥、條）、全粉等，各種馬鈴薯食品的加工技術、生產工藝及配套設備也十分成熟。中國馬鈴薯加工的主要產品有淀粉、變性淀粉、全粉、速凍薯條、各類薯片及粉絲、粉條、粉皮等，馬鈴薯加工量約占總量的12%，這與當下追求方便快捷食品的市場消費需求相去甚遠。以家庭主食消費結構為例，中國居民主食消費呈現出越來越依賴主食的工業化生產和社會化供應的趨勢。調查顯示，當前中國居民家庭平均每日花費在做飯上的時間約為95 min，與2000年前相比，45.9%的家庭在廚房做飯的時間減少45 min，約三分之一的家庭餐桌上有主食成品、半成品[5]。可見，隨著經濟快速發展方便快捷的加工主食產品需求日益旺盛。以馬鈴薯為主要原料的加工食品可在主食結構調整、休閑食品及配方食品營養價值提升方面發揮重要作用。

在加工食品日新月異的市場上，馬鈴薯因其富含淀粉、膳食纖維、維生素及礦物元素等營養成分和較為中性的口感易于作為配方食品加工的特性，除了作為淀粉和粉條（絲、皮）的傳統制品外，在冷凍食品、膨化食品、固體飲料等不同加工食品中發揮著多樣化的作用。然而，食用馬鈴薯加工量仍然多年持續低迷，一方面是配套加工技術受限，另一方面可能作為主料的馬鈴薯從原料到產品的品質參差不齊而導致的消費力有限。在中國仍以鮮食為主的馬鈴薯發展背景下，目前的馬鈴薯加工制品僅局限于食用馬鈴薯淀粉、油炸馬鈴薯、雪花全粉方面。形式豐富多樣的加工食品，對馬鈴薯原料也具有不同要求，除了薯形芽眼等外觀要求外，口感、風味、營養價值也是加工食品品質的決定性因素。淀粉含量是影響馬鈴薯淀粉制品等級的首要指標，而還原糖含量是左右薯片及薯條品質的關鍵因素，蛋白質及維生素含量則在馬鈴薯主食配方食品中發揮重要作用。糖苷生物堿含量影響食品風味，而多酚氧化酶、綠原酸則是影響加工制品色澤的重要因素。因此，充分了解不同加工用途的馬鈴薯品質特性對馬鈴薯加工食品從原料到產品的品質提升至關重要。

1 馬鈴薯加工產業現狀

在過去幾十年的發展中，中國馬鈴薯食品加工企業所生產的產品結構相對單一，且產品品質良莠不齊，企業經營規模有限，生產技術較為落后，導致大部分企業加工的馬鈴薯產品多為初加工產品，市場占有量無法提升，產品銷售價格較低，企業的效益不好。近幾年，馬鈴薯作為中國第四大主糧的戰略提出，產業發展受到極大重視。2015年，中國啟動“馬鈴薯主糧化關鍵技術體系研究與示范”公益性行業（農業）科研專項項目，中央財政提供專項資金支持；2016年，中央又將“積極推進馬鈴薯主食開發”列入中央1號文件，再次助推馬鈴薯加工產業的發展[6]。隨著馬鈴薯主食化工作的不斷推進，除傳統的淀粉、粉條（絲、皮）、薯條、薯片、薯泥等以外，以科技創新驅動的馬鈴薯主食化產品也在市場上相繼出現，包括馬鈴薯全粉占比40%的饅頭、35%的面條、15%的米粉等[7]。還出現了一些以全粉為主要原料制成的各種馬鈴薯糕點、膨化食品、固體飲料等新形式產品。此外，具有地域特色豐富多樣的馬鈴薯產品研制工作也如火如荼的開展起來，如馬鈴薯囊、絲糕、饸饹面等。

即便如此，中國馬鈴薯仍未改變以鮮食為主，加工食品比例低，產品種類少的現狀，與發達國家相比尚有一定差距。中國目前馬鈴薯加工量約占總量的12%[1,8]。世界發達國家的馬鈴薯加工食品占比高、種類多、鮮食少。據統計，美國在2013年馬鈴薯加工食品消費量達70%以上[9]，以馬鈴薯為原料的加工食品種類繁多，約占整個美國食品市場的31.7%[10]，主要包括速凍馬鈴薯、薯條、脫水馬鈴薯與馬鈴薯罐頭。法國僅粉狀干馬鈴薯泥的年生產量就接近1 200萬kg，占馬鈴薯加工轉化總量的45%。英國馬鈴薯制品用于食品工業的占78%，以冷凍馬鈴薯制品最多，也有用于制糖、冷凍食品、果蔬制品、啤酒及肉類加工等。荷蘭馬鈴薯鮮食僅占5%，而全國3/4馬鈴薯都進入深加工，制作馬鈴薯食品或提取淀粉[11,12]。日本用于加工的馬鈴薯占總產量的75%，其中用于加工食品和淀粉的占總產量的66%[13]。

雖然政府給予大力支持，但中國馬鈴薯加工產業發展依然面臨著較為嚴峻的形勢。一是優質的加工型品種缺乏，導致產品質量不穩定。二是有效的貯藏方法缺乏，無法解決馬鈴薯貯藏時間短，容易發芽腐爛等問題，不僅導致品質下降，還存在安全隱患。三是初加工產品產能過剩、質量良莠不齊，深加工產品嚴重不足。2017 年中國馬鈴薯總消費量、食用消費量與加工消費都呈下降趨勢。2017年中國馬鈴薯消費量1.06億t，同比減3.5%。馬鈴薯均價為2.12元/kg，同比跌11.7%，是近5年的最低水平。2017年5月上旬至6月上旬1個月時間，全國馬鈴薯批發均價從2.47 元/kg 跌到1.96 元/kg，跌幅達26%；內蒙古馬鈴薯批發均價低于同期全國均價30%，價格只有1.55元/kg，2016年年底，更是跌至0.70元/kg[14]。在消費量下跌的同時部分地區依然盲目擴種，造成市場供大于求，價格下跌成為必然趨勢。因此，擴大馬鈴薯消費已然成為解決馬鈴薯產業發展的首要問題。中國人對鮮食馬鈴薯的消費處于下降態勢是毋庸置疑的，方便快捷、營養健康的馬鈴薯加工食品應運而生，馬鈴薯從原料到產品的品質提升是促進馬鈴薯加工產業發展的關鍵因素。在馬鈴薯主食化加工的基礎上，豐富馬鈴薯產品形式，發揮馬鈴薯及特色農產品的健康效用優勢，研制符合不同消費者營養需求的產品滿足更具針對性的市場需求，提高馬鈴薯產品附加值、擴大消費，才能實現營養導向型的生產、加工及消費的一體化。

擴大消費的原動力是滿足市場需求，而在鮮食消費量逐漸下降的趨勢下，馬鈴薯食品加工則起到至關重要的承接作用。未來，中國馬鈴薯食品加工產業的規模將進一步擴大，馬鈴薯產品種類以及研發水平和生產技術都將更符合中國消費者需求。在解決馬鈴薯加工技術及設備等硬件配置的同時，更為重要的是基于品質調控的規范化及標準化。在馬鈴薯種植及加工過程中，對原料及產品在不同加工方式下的標準化要求，對營養品質、感官品質及加工品質對應指標的限制，將促進馬鈴薯加工產業的健康穩定發展。

2 不同加工用途馬鈴薯品質特性

馬鈴薯在中國的主要用途有種用、鮮食、淀粉加工及各類食品加工。不同用途對馬鈴薯的表觀性狀、加工品質特性、感官品質特性、營養品質特性等方面的要求也不同。

2.1 種用馬鈴薯

種用馬鈴薯塊莖的品質特性要求針對純度高、無病毒病害、塊莖大小以50～80 g為宜等方面。馬鈴薯種薯分為原原種、原種、一級種和二級種。國家標準將混雜、重花葉病、卷葉病、青枯病、黑脛病作為種薯田間質量要求；對收獲后的塊莖質量要求包括：混雜、濕腐病、軟腐病、晚疫病、干腐病、普通瘡痂病、黑痣病、馬鈴薯塊莖蛾、外部缺陷、凍傷、土壤和雜質；對病毒、細菌、真菌、塊莖蛾也做出要求[15]。種用馬鈴薯比較重視對檢疫性有害生物的規范。也有研究關注如何通過貯藏精準控制等技術手段提升加工型馬鈴薯種薯品質[16]。

2.2 鮮食型馬鈴薯

鮮食型馬鈴薯對鮮薯塊莖的要求，外觀方面包括薯形整齊、表皮光滑、芽眼少而淺，塊莖大小適中、無變綠；口感方面包括食味品質好、不麻口；營養品質方面包括蛋白質含量高，淀粉含量適中等。食用型馬鈴薯塊莖的食用品質高低采用食用價（蛋白質與淀粉含量的比值）指標來衡量，食用價高的，營養價值也高。國家標準根據鮮食型馬鈴薯的質量（150 g以上≥95%、100 g以上≥98%、75 g以上≥90%）、腐爛率、雜質，機械損傷、青皮、發芽、畸形、病蟲傷等缺陷率，將商品薯分為三級[17]。

鮮食馬鈴薯的一個重要品質是蒸煮品質。蒸煮是馬鈴薯食用最主要的加工方式之一。劉娟等[18]從馬鈴薯的蒸煮品質角度分析發現營養品質與蒸煮品質密切相關。一方面是對甜、鮮、酸、苦的蒸煮風味影響。馬鈴薯塊莖還原糖含量是影響蒸煮風味中甜度的主要因素，含量應控制在0.4%（FW）以下；游離氨基酸含量與鮮味有關；糖苷堿含量是苦味的主要來源，蒸煮加工型馬鈴薯品種的糖苷堿含量應控制在150 mg/kg以下；檸檬酸是酸味的來源，適當的酸度可以抑制微生物的生長并保持蒸煮后塊莖的風味品質。另一方面是還原糖、游離氨基酸、綠原酸、多酚氧化酶對色澤的影響。還原糖和游離氨基酸發生“美拉德反應”使色澤變暗；綠原酸與金屬離子反應生成穩定的化合物使色澤變黑[19,20]。檸檬酸和抗壞血酸（維生素C）通過抗氧化作用防止馬鈴薯因多酚氧化酶氧化變色。但是，蒸煮過程中檸檬酸較穩定，還能夠發揮維持色澤穩定的作用[21]，而抗壞血酸蒸煮加熱后不同程度分解，并與金屬離子形成穩定的金屬鹽，反而造成色澤呈現淺黃色[22,23]。因此，高抗壞血酸含量反而是引起馬鈴薯蒸煮品質色澤變化的主要因素。已有研究報道馬鈴薯中維生素C含量在烹飪過程中隨著加熱時間延長而降低。蒸制是維生素C損失最小的烹飪方式，與之相比煮或炒使得維生素C損失更多，其中煮制10 min后熟化的馬鈴薯維生素C 損失最多，炒制3 min 后熟化的馬鈴薯維生素C損失次之[24]。另外發現蒸煮后的質構特性也與馬鈴薯中營養成分密切相關。硬度是由馬鈴薯中干物質、纖維和果膠含量共同決定[25,26]，并與淀粉糊化、果膠降解、細胞壁破碎、細胞降解等相關[27]。蒸煮后的馬鈴薯硬度直接決定了其用途，硬度較高的可以用于固形化程度較高的冷凍加工產品，而硬度較低的可用于半固形化程度的加工產品。

2.3 淀粉加工用馬鈴薯

作為淀粉加工用馬鈴薯品種最重要的指標就是淀粉含量。馬鈴薯高淀粉品種選育的研究發現，可用于淀粉加工用的馬鈴薯淀粉含量可以分為高中低，高淀粉含量的品種可以達到19.10%～25.83%、中等含量為16.57%～19.10%、低含量為12.80%～16.57%[28]。國家標準GB/T 31784-2015 馬鈴薯商品薯分級與檢驗規程也根據馬鈴薯的淀粉含量（≥16%、≥13%、≥10%）將商品薯分為三級[17]。同時對腐爛率、雜質；機械損傷、蟲傷也做出具體要求。此外，塊莖大小以50～100 g為宜，過大或過小的淀粉含量均較低。基于淀粉加工制得的粉絲、粉條、粉皮等食品，其最重要的品質也是淀粉含量高（≥18%），而對塊莖薯形、芽眼、還原糖含量等則沒有嚴格要求。國家標準亦有對食用馬鈴薯淀粉的分級指標要求[17]。

2.4 薯片及薯條加工型馬鈴薯

薯片、薯條加工型馬鈴薯不僅對薯形、芽眼、薯肉顏色、薯皮等外觀性狀有嚴格要求，同時對塊莖中干物質、淀粉和還原糖含量，以及糖苷生物堿含量、多酚氧化酶活性也有相應要求[29,30]。薯條加工用馬鈴薯不同于鮮食馬鈴薯或需要通過蒸煮工藝的全粉制品，可以不考慮抗壞血酸和綠原酸引起的加工后褐變問題，因為加工后的薯條表面熟化形成隔離層，其內部的酚類物質的氧化褐變不再發生，且初炸后的速凍薯條在低溫條件下，內部的綠原酸與金屬離子的反應也不能完成[22]。薯條加工前的色澤變化是由酶促反應導致，而加工后的色澤變化主要是還原糖和游離氨基酸作用而成。干物質含量高可降低油炸制品的含油量、縮短油炸時間，可降低脫水制品的脫水時間，減少能耗的同時也能提高成品質量。干物質含量除了直接測定以外，還可以采用比重來間接測定。還原糖含量的高低是食品加工用馬鈴薯對塊莖品質要求最為嚴格的指標，其對產品色澤、味道均有明顯影響。塊莖還原糖含量的高低，與品種、收獲時的成熟度、貯存溫度和時間等因素密切相關。

國家標準GB/T 31784-2015 馬鈴薯商品薯分級與檢驗規程對薯片及薯條加工型馬鈴薯的品質要求有較為詳細的描述。其中共性要求是腐爛、雜質、品種混雜，機械損傷、青皮、空心、內部變色、畸形、病蟲傷等缺陷率。不同之處，首先，塊莖大小略不同，薯片加工型馬鈴薯薯形要求為圓形或橢圓形，且大小在4.5～9.5 cm；薯條加工型為長形或長橢圓形，且大小在7.5～17.5 cm。其次，還原糖含量也略有不同，薯片小于0.20%、薯條小于0.25%；蔗糖含量要求相同，小于0.15 mg/g。再次，薯片加工要注意油炸次品率，且根據干物質含量（21%、20%、19%）可將商品薯分為三級；而薯條加工要特別注意炸條顏色的不合格率，干物質含量（21%、20%、18.5%）的分級指標比較接近[17]。目前的標準尚未對糖苷生物堿含量、多酚氧化酶活性等做出具體要求，仍需進一步研究。

2.5 全粉加工型馬鈴薯

對全粉加工型馬鈴薯而言，除了干物質和還原糖含量，薯肉顏色、芽眼深淺的外觀性狀以外，還應富含氨基酸、類胡蘿卜素等營養成分，這些因素都會影響全粉的產品品質[31]。目前國家標準GB/T 31784-2015 馬鈴薯商品薯分級與檢驗規程對全粉加工型馬鈴薯的品質是根據腐爛、雜質、品種混雜，機械損傷、青皮、空心、內部變色、畸形、病蟲傷等缺陷率，以及干物質含量（21%、19%、16.2%）進行商品薯分級。還原糖含量雖然在全粉加工用馬鈴薯未被做出要求，但在全粉制品中卻有明確要求。國家標準GB/T 31784-2015 馬鈴薯商品薯分級與檢驗規程對馬鈴薯雪花全粉的感官和理化指標做出要求，包括還原糖≤3%、藍值≤500等[17]。馬鈴薯全粉制品根據加工工藝不同分為雪花全粉和顆粒全粉2種。雪花全粉加工工藝成熟，產量高、成本低，已廣泛工業化應用[32,33]。顆粒全粉生產是近年來的新技術，由于其對細胞顆粒破壞少，復水性、口感和風味保持的更好，而受到關注，但產量低、成本高[34,35]。目前，中國大規模生產的為雪花全粉，其作為馬鈴薯主食產品的主要原料之一，對馬鈴薯面制、米制等主食產品的品質有著決定性的影響。在最新發布的農業行業標準《馬鈴薯主食產品分類和術語》中[36]，雪花全粉仍為主食產品最主要的原料，正在工業化示范和研制的還有馬鈴薯生全粉、薯泥、薯塊等[37]。

3 馬鈴薯品質調控的方向

3.1 影響馬鈴薯品質特性的因素

馬鈴薯品質受到品種、地域、環境、施肥等因素影響，亦受到貯藏運輸等采后貯運方式的影響[38,39]。已有研究報道，海拔升高促使馬鈴薯淀粉含量逐漸增加[40,41]；還原糖含量和淀粉含量與種植地區緯度具有顯著正相關[42,43]；還原糖含量受到地域和環境的影響比品種的影響大[39,44]；馬鈴薯中維生素C也一定程度受到品種和種植條件影響[45]。

馬鈴薯的水分含量一般約為80%，薯塊在較高溫度和濕度條件下容易發芽腐爛，因此采后貯藏保鮮尤為重要。目前，中國馬鈴薯貯藏方式有傳統窖藏、大型產地的冷庫冷藏以及新型推廣應用的風光互補發電控溫通風庫。研究表明，不同貯藏方式對馬鈴薯品質影響明顯[46,47]，采收后的馬鈴薯仍進行呼吸、蒸騰等各種生理活動，使得淀粉、還原糖、維生素等營養成分發生變化。與新鮮收獲的馬鈴薯相比，貯藏半年后維生素C含量及淀粉含量分別下降40%～60%和30%～45%。其中，傳統窖藏較大的溫度波動對馬鈴薯維生素C及淀粉含量的不利影響最為明顯，通風控溫的現代化保鮮技術能夠減少維生素C及淀粉含量的損失[46]。通風控溫的保鮮技術同樣可以抑制貯藏過程中還原糖的積累。貯藏的溫度、濕度、CO2含量對馬鈴薯品質有直接影響。鮮食用馬鈴薯貯藏溫度在8～9 ℃為宜，加工用馬鈴薯3～4 ℃貯藏最佳，種薯的貯藏溫度則為1～5 ℃。濕度最好控制在80%左右，能夠避免馬鈴薯由于失水而導致的萎縮[47,48]。通風換氣不足，CO2含量較高，使得馬鈴薯呼吸作用加強，促使品質劣變。因此，貯藏過程中保持通風控溫，可以抑制馬鈴薯的品質劣變。

3.2 營養導向型品質調控的必要性

中國在工業化加工食品消費迅猛增長的初期，加工食品的安全質量是首要問題，隨著“全面建成小康社會”新時代的來臨，消費者的健康意識逐漸增強，對食品的營養需求越來越突顯，營養質量問題亦得到研究者、生產者和消費者全方位的重視。從上述分析可見，不同加工用途對馬鈴薯品質特性要求的側重點不盡相同。種用及淀粉加工用馬鈴薯對品質的要求較為簡單，而鮮食型及食品加工用馬鈴薯對品質的要求較高。食品加工用馬鈴薯主要包括油炸食品、冷凍食品、脫水制品、膨化制品等。對于食品加工用馬鈴薯的市場應用價值而言，加工速凍冷菜類的馬鈴薯對風味、色澤和質地的要求要比加工薯泥的馬鈴薯高[49,50]。幾種不同工藝的加工食品主要在干物質和還原糖含量上強調品質，也有研究報道，綠原酸、多酚氧化酶、游離氨基酸、抗壞血酸等含量與馬鈴薯品質密切相關，這些指標有可能作為篩選適應不同加工型品種的品質標準[51]。最近幾年，淀粉加工型[52,53]、薯條加工型[54]和全粉加工型[55]馬鈴薯品種不斷育成，根據不同加工用途對馬鈴薯品質的不同要求，育成的新品種具有針對性較強、更容易市場化的特點。此外，基因編輯等新技術在馬鈴薯品質調控方面的作用也備受關注，如對高直鏈淀粉馬鈴薯的品質調控[56,57]。傳統育種調控以及一些新技術的應用將助力營養導向型馬鈴薯產業發展。更充分的品質特性研究及指標的細化可以對馬鈴薯的原料篩選及種植生產發揮引導作用，將有利于馬鈴薯從原料到產品的品質提升，更有針對性的符合不同加工食品要求，貼合市場需求，從而推動營養導向型馬鈴薯產業發展。

4 展 望

綜上所述，中國雖為馬鈴薯第一生產大國，但人均消費量與發達國家尚有差距。而低消費量導致的有限市場需求使得馬鈴薯市場價格較低，從而導致馬鈴薯的高產優勢不能充分發揮。在配套加工技術不成熟、加工產品數量少、加工深度不足的現狀下，馬鈴薯收獲后很多時候都會被制作為薯干以及飼料，高產的馬鈴薯并沒有作為食品消費掉。除了馬鈴薯深加工技術的大力發展外，不容忽視擴大消費需求的同時，豐富馬鈴薯的產品形式，滿足不同消費者營養需求，拓展馬鈴薯市場。綜合考慮不同加工用途馬鈴薯的感官品質、營養品質、加工品質，通過科學技術手段排除種植、貯藏運輸等影響品質的因素，更具針對性的發揮馬鈴薯的營養價值，促進馬鈴薯加工食品從原料到產品的品質提升，推動營養導向型消費的科學引導，引領農業供給側結構性改革，促進穩糧增收、提質增效和農業可持續發展。