曾凡逵，許丹，劉剛

綜述

馬鈴薯營養(yǎng)綜述

曾凡逵，許丹，劉剛*

（中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所，環(huán)境材料與生態(tài)化學(xué)研究發(fā)展中心，甘肅蘭州730000）

馬鈴薯塊莖大約含有20%干物質(zhì)，干物質(zhì)主要由淀粉組成，還含有少量的蛋白質(zhì)、膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)等。馬鈴薯儲(chǔ)存能量的形式幾乎完全是淀粉，因?yàn)榕腼冞^的馬鈴薯淀粉糊化以后幾乎能夠完全被消化吸收，被認(rèn)為是高血糖指數(shù)食品，但是糊化后返生的馬鈴薯淀粉含有抗性淀粉，抗性淀粉可以被當(dāng)成膳食纖維。馬鈴薯蛋白必需氨基酸含量高，營養(yǎng)價(jià)值高，富含賴氨酸，這一點(diǎn)剛好能彌補(bǔ)大米、小麥等主糧的缺陷。然而，馬鈴薯可溶性蛋白營養(yǎng)價(jià)值的一個(gè)限制因素是含硫氨基酸含量低，包括蛋氨酸和半胱氨酸。尤其是半胱氨酸含量低，這一點(diǎn)會(huì)對(duì)馬鈴薯面條、饅頭的開發(fā)造成不利影響。對(duì)馬鈴薯塊莖的營養(yǎng)進(jìn)行了全面綜述：闡述馬鈴薯淀粉的理化性質(zhì)及消化過程中對(duì)血糖的影響，馬鈴薯蛋白的營養(yǎng)價(jià)值及對(duì)加工性能的影響，同時(shí)也對(duì)馬鈴薯膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)和植物營養(yǎng)素的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

馬鈴薯；營養(yǎng)價(jià)值；淀粉；血糖指數(shù)；蛋白質(zhì)；植物營養(yǎng)素

2015年，農(nóng)業(yè)部宣布中國啟動(dòng)馬鈴薯主食化戰(zhàn)略，未來將馬鈴薯加工成饅頭、面條和米粉等主食，預(yù)計(jì)到2020年50%以上的馬鈴薯將作為主糧進(jìn)行消費(fèi)。推進(jìn)馬鈴薯主食化可緩解資源環(huán)境壓力，并有效實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

馬鈴薯塊莖含有豐富的淀粉，和大米、小麥一樣非常適合作為主食。馬鈴薯蛋白質(zhì)必需氨基酸含量高，營養(yǎng)價(jià)值好。馬鈴薯還含有多種生物活性物質(zhì)，主要是一些小分子物質(zhì)和次級(jí)代謝產(chǎn)物，其中許多化合物在飲食中具有非常重要的營養(yǎng)價(jià)值，對(duì)人類健康有積極的作用。另外，馬鈴薯也是膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)和植物營養(yǎng)素的重要來源。推動(dòng)馬鈴薯主食化，開發(fā)和馬鈴薯相關(guān)的主食產(chǎn)品，需要對(duì)馬鈴薯的營養(yǎng)價(jià)值有一個(gè)比較全面的了解。

1　馬鈴薯淀粉的理化性質(zhì)及其營養(yǎng)價(jià)值

1.1馬鈴薯淀粉理化性質(zhì)

馬鈴薯塊莖的詳細(xì)化學(xué)組成見曾凡逵和周添紅［1］以前發(fā)表過的論文。馬鈴薯干物質(zhì)含量大約為20%，主要為淀粉，圖1為真空冷凍干燥馬鈴薯的掃描電鏡圖片。馬鈴薯和木薯、玉米、高粱、小麥、大米、黑麥、燕麥、大麥等一樣，是生產(chǎn)商品淀粉的重要原料。

圖1　真空冷凍干燥馬鈴薯SEM圖片F(xiàn)igure 1 Scanning electron microscope（SEM）ofvacuum freeze dried potato

馬鈴薯淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)和直鏈/支鏈淀粉含量與谷物淀粉不同，從而理化性質(zhì)也不一樣［2-4］。天然淀粉顆粒有三種主要的X-射線衍射圖譜：A-型大部分是谷類淀粉；B-型包括馬鈴薯淀粉［5］（圖2）、其他塊根和塊莖類淀粉、高直鏈玉米淀粉和回生的淀粉；C-型是光粒種青豌豆和其他豆類淀粉。

圖2　馬鈴薯淀粉的廣角X-衍射圖譜Figure 2 Wide angle X-ray diffraction profile of potato starch

馬鈴薯淀粉相對(duì)于谷物淀粉糊化溫度較低，圖3為差示掃描量熱儀測定的馬鈴薯淀粉糊化溫度［5］。淀粉糊化溫度跟磷含量有關(guān)，馬鈴薯淀粉通常含有0.01%～0.60%的磷，盡管磷含量很低，對(duì)淀粉的物理化學(xué)性質(zhì)卻有顯著的影響。磷含量對(duì)馬鈴薯淀粉的吸水膨脹性、淀粉糊穩(wěn)定性以及抗淀粉酶水解能力都有影響。馬鈴薯淀粉含有大量的磷酸酯，以共價(jià)鍵和淀粉結(jié)合。馬鈴薯淀粉中葡萄糖C2、C3和C6羥基的磷酸單酯含量分別為1%、38%和61%，磷酸基團(tuán)主要存在于長鏈中（B鏈的平均聚合度為41）。

圖3　DSC法測定固形物含量為30%的馬鈴薯原淀粉的糊化溫度Figure 3 Gelatinization of native potato starch at 30% solid content by DSC

1.2馬鈴薯淀粉的營養(yǎng)價(jià)值

馬鈴薯塊莖是地下莖，膨大演變成為一個(gè)越冬能量儲(chǔ)存器官。在馬鈴薯內(nèi)部，能量儲(chǔ)存形式幾乎完全為淀粉，新鮮烹飪的馬鈴薯，其淀粉幾乎完全被人類消化，所以被稱之為“可利用的碳水化合物（Available carbohydrate）”，因此馬鈴薯是一種易吸收的碳水化合物能量來源。

近些年，伴隨著肥胖現(xiàn)象加重，與流行病相關(guān)的一系列代謝綜合征和2型糖尿病已成為全球危機(jī)，而馬鈴薯易消化這一特點(diǎn)已成為一把雙刃劍［6］，再加之在營養(yǎng)學(xué)中血糖指數(shù)（Glycemic index，GI）是對(duì)有關(guān)血糖食物效果的衡量標(biāo)準(zhǔn)，而幾項(xiàng)研究也得出結(jié)論馬鈴薯通常具有引起高GI的特點(diǎn)，致使馬鈴薯受到爭議［7］。

馬鈴薯的GI測定結(jié)果讓其在食物中處于不利地位，與面包一起被列為高GI食品，甚至有不少西方營養(yǎng)學(xué)家建議降低馬鈴薯的消費(fèi)量，用低GI的食物來代替，如面食和粗糧。其實(shí)，食用馬鈴薯引起肥胖的原因不僅僅是由于馬鈴薯淀粉，與馬鈴薯的加工方式關(guān)系很大。馬鈴薯幾乎不含油脂，而油脂和食物的口感關(guān)系非常大，法式炸薯?xiàng)l、油炸薯片都屬馬鈴薯加工產(chǎn)品，脂肪含量大大增加，尤其是油炸薯片。

2　影響馬鈴薯淀粉GI的因素

目前，國外很多實(shí)驗(yàn)室對(duì)馬鈴薯以及單純的馬鈴薯淀粉的GI進(jìn)行了測定，測定方法包括體內(nèi)法和體外法。體內(nèi)法檢測結(jié)果偏差比較大，體外法重現(xiàn)性好，偏差也小。影響馬鈴薯GI測定結(jié)果的因素很多。

2.1內(nèi)在因素

2.1.1淀粉結(jié)構(gòu)

研究結(jié)果表明，在含有玉米淀粉的餅干和水稻中，直鏈淀粉的血糖反應(yīng)小于支鏈淀粉。直鏈淀粉/支鏈淀粉的比例，還有支鏈淀粉側(cè)鏈的長短、分支程度都可能影響馬鈴薯的消化，尤其是當(dāng)馬鈴薯淀粉在烹飪過程中糊化過程是可逆的［8］。淀粉鏈長度和消化率之間的關(guān)系并非想象當(dāng)中那么簡單，近期的一些研究結(jié)果表明，具有高度分支的支鏈淀粉比具有較長內(nèi)部鏈的支鏈淀粉消化速度要慢，但是鏈長增加又會(huì)降低消化速度［9］。

2.1.2淀粉顆粒結(jié)構(gòu)

天然馬鈴薯淀粉顆粒高度有序和緊密排列的結(jié)構(gòu)賦予了他們對(duì)淀粉酶的高度抗性。生馬鈴薯淀粉實(shí)質(zhì)上是抗酶活性的，但只要糊化后就能迅速被消化。在天然馬鈴薯淀粉未糊化的狀態(tài)下，對(duì)血糖含量幾乎沒有影響［10］，然而只要糊化以后就具有很高的GI值?？剐缘矸垡脖粴w為膳食纖維的一種形式，未糊化的馬鈴薯淀粉可用于增加產(chǎn)品中膳食纖維的含量。

2.1.3淀粉粒磷酸鹽

馬鈴薯淀粉的理化性質(zhì)及營養(yǎng)特性不同于一些谷物淀粉，是因?yàn)槠淞姿猁}含量高。淀粉顆粒中的磷酸鹽含量被認(rèn)為可促進(jìn)顆粒大小，增加其糊化的易感性，這一點(diǎn)對(duì)馬鈴薯淀粉流變學(xué)性質(zhì)非常重要［11］。有研究結(jié)果表明，糊化賦予了消化的易感性，磷酸鹽在淀粉糊化過程中，對(duì)增加馬鈴薯淀粉的血糖效力發(fā)揮了作用。

2.1.4組織結(jié)構(gòu)

組織結(jié)構(gòu)對(duì)馬鈴薯淀粉血糖的影響還未進(jìn)行深入研究。Henry等［12］發(fā)現(xiàn)粉狀馬鈴薯比蠟狀馬鈴薯具有更高的GI值，可能是因?yàn)榉勰┲猩婕敖M織分解。烘烤的馬鈴薯其質(zhì)地一般為粉狀，所以在吞咽時(shí)可能與馬鈴薯泥的形式較為相似，然而煮熟和罐裝的馬鈴薯都在濕潤的烹飪條件下保持了相對(duì)較好的組織完整性，所以消化過程中分解起來比較困難。

2.1.5其他內(nèi)在因素

據(jù)報(bào)道，農(nóng)藝因素影響馬鈴薯淀粉的流變學(xué)特性［11］，但是這些作用是否對(duì)血糖影響有相關(guān)性還沒有進(jìn)行研究；成熟度對(duì)馬鈴薯血糖影響的作用，如果有的話，可能是通過改變淀粉結(jié)構(gòu)引起的，馬鈴薯成熟度、淀粉結(jié)構(gòu)和血糖影響之間的關(guān)系需要進(jìn)一步研究；貯藏對(duì)馬鈴薯血糖效力的影響尚未詳細(xì)研究，但在馬鈴薯的貯藏中，眾所周知，冷凍誘發(fā)的甜化現(xiàn)象非常棘手，但其是否對(duì)血糖影響有相關(guān)性仍然是不確定的，進(jìn)一步研究這方面非常有意義；有研究發(fā)現(xiàn)，品種和栽培條件對(duì)馬鈴薯淀粉的GI有影響，研究品種和栽培條件對(duì)馬鈴薯淀粉GI的影響，對(duì)開發(fā)降低血糖影響新品種具有很重要的作用。

2.2外在因素

2.2.1烹調(diào)方式

用不同的方式烹調(diào)馬鈴薯會(huì)產(chǎn)生不同的GI值，可以采用不同的體外測定方法對(duì)各種不同烹調(diào)方式加工馬鈴薯的GI值進(jìn)行測定。有研究結(jié)果表明，油炸馬鈴薯的GI值較低，也許是因?yàn)橹窘档土说矸垲愂澄锏难欠磻?yīng)。

2.2.2烹調(diào)后冷卻

從營養(yǎng)學(xué)角度來看，馬鈴薯烹調(diào)后的冷卻可導(dǎo)致血糖效力大幅度降低。馬鈴薯在煮熟后的冷卻處理不僅可降低其血糖效力，且抗性淀粉（Resistant starch，RS）含量的增加將會(huì)引發(fā)膳食纖維含量的增加，因?yàn)镽S被歸類為膳食纖維的一個(gè)組成部分。

2.2.3食物組合

即使馬鈴薯具有很高的GI值，但馬鈴薯通常只是作為食物的一部分，與其他食物一起被消耗，其GI會(huì)受到其他食物影響。因此，馬鈴薯淀粉的血糖效應(yīng)可能遠(yuǎn)低于人們所預(yù)期的即馬鈴薯有很高的GI值。不同食物對(duì)降低碳水化合物食品血糖效力的作用已被多次證明，并且有研究結(jié)果表明其他食物對(duì)降低馬鈴薯淀粉血糖效力效果是明顯的。有研究結(jié)果表明，在淀粉類食物中添加有機(jī)酸可有效抑制血糖反應(yīng)。有一項(xiàng)研究將醋加入到煮熟的馬鈴薯后，對(duì)其餐后血糖進(jìn)行測定［13］，結(jié)果顯示，馬鈴薯的GI值降低了31%。似乎可以得出這樣的結(jié)論，即使馬鈴薯具有很高的GI值，但他不太可能威脅到健康，馬鈴薯在混合飲食中是一種健康平衡的營養(yǎng)物質(zhì)。

綜上所述，馬鈴薯在人們的飲食中并非是一種不健康的成分，盡管普遍不確切的推斷認(rèn)為馬鈴薯具有高的GI值，因而有了馬鈴薯為高血糖指數(shù)食品的說法。如果馬鈴薯被認(rèn)為不適合現(xiàn)代人群，認(rèn)為錯(cuò)誤不是馬鈴薯本身，而是人們的馬鈴薯加工方式、飲食習(xí)慣和生活方式。相信在飲食搭配合理，同時(shí)加強(qiáng)身體鍛煉的人群中，馬鈴薯作為一種有利于健康的中密度碳水化合物能量來源起到重要作用，且在平衡膳食的情況下馬鈴薯是一種非常好的食物。

3　馬鈴薯蛋白質(zhì)及其營養(yǎng)價(jià)值

3.1馬鈴薯蛋白質(zhì)組成

新鮮馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)含量為1.7%～2.1%，馬鈴薯塊莖當(dāng)中蛋白質(zhì)種類非常多，圖4為馬鈴薯蛋白的雙向電泳圖［14，15］。馬鈴薯蛋白可分為Patatin蛋白、蛋白酶抑制劑和其他蛋白（高分子量蛋白）三大類［16］。目前關(guān)于Patatin蛋白和蛋白酶抑制劑的研究報(bào)道很多，高分子量蛋白研究報(bào)道相對(duì)較少。

圖4　基于等電點(diǎn)和分子量分離馬鈴薯塊莖蛋白的雙向電泳圖譜Figure 4 Two-dimensional electrophoresis separates potato tuber proteins based on their isoelectric points and molecular weights

3.1.1Patatin蛋白

Patatin蛋白是一類分子量介于40～45 kDa的蛋白。Patatin蛋白大約占馬鈴薯塊莖總可溶性蛋白的40%。Patatin蛋白的組成明顯受到栽培品種的影響，Lehesranta等［17］從‘Désirée’馬鈴薯塊莖中分離出了9種Patatin蛋白，Bauw等［18］從‘Kuras’品種中分離出了17種Patatin蛋白。Patatin蛋白是馬鈴薯塊莖中貯存的主要蛋白，具有抗氧化活性。馬鈴薯Patatin蛋白作為?；饷妇哂袕V泛的底物特異性，也具有1，3-葡聚糖的活性。Patatin蛋白在防御害蟲和真菌病原體方面發(fā)揮了重要作用，可能是具有乳酯酶和β-1，3-葡聚糖酶活性的緣故。

3.1.2蛋白酶抑制劑

蛋白酶抑制劑約占馬鈴薯塊莖總可溶性蛋白的50%［19］。對(duì)于具有天然活性的馬鈴薯蛋白而言，Patatin蛋白適合用于食品工業(yè)，而蛋白酶抑制劑更適合用于制藥行業(yè)。馬鈴薯塊莖中含有幾種蛋白酶抑制劑，能抑制胰蛋白酶、糜蛋白酶和其他蛋白酶的活性，因此可降低攝入的蛋白的消化性和生物價(jià)。然而，蛋白酶抑制劑的活性通常由于蒸煮和其他熱加工而喪失，只有當(dāng)攝入生的或不恰當(dāng)烹飪方式的馬鈴薯時(shí)才會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的抗?fàn)I養(yǎng)反應(yīng)。

馬鈴薯蛋白酶抑制劑種類繁多，到目前為止，編碼馬鈴薯蛋白酶抑制劑的核苷酸序列已經(jīng)公布了100多種。根據(jù)組成蛋白的不同，馬鈴薯蛋白酶抑制劑可分為羧肽酶抑制劑、絲氨酸蛋白酶抑制劑、半胱氨酸蛋白酶抑制劑與天冬氨酸蛋白酶抑制劑等。過去長期把蛋白酶抑制劑當(dāng)作抗?fàn)I養(yǎng)因子進(jìn)行研究［20］，近年來發(fā)現(xiàn)其具有抗癌和調(diào)節(jié)飲食的作用，在食品和制藥工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

馬鈴薯蛋白酶抑制劑具有重要潛在的應(yīng)用價(jià)值，例如用于減肥、預(yù)防和治療血栓性疾病和癌癥等。馬鈴薯蛋白酶抑制劑可提高血漿中膽囊收縮素的含量，膽囊收縮素能延緩胃的排空，控制人體血糖濃度，通過產(chǎn)生飽腹感減少食物的攝入而達(dá)到減肥的目的［21］；馬鈴薯蛋白酶抑制劑還可預(yù)防太陽光紫外線對(duì)人體皮膚的傷害，因此可用于新型護(hù)膚品的研制［22］；糞便中的蛋白酶含量過高會(huì)引起肛周炎，而馬鈴薯蛋白酶抑制劑可有效抑制人體糞便中蛋白酶的活性，因此可通過外敷馬鈴薯蛋白酶抑制劑來預(yù)防和治療蛋白酶引起的肛周炎［23］。此外，馬鈴薯羧肽酶抑制劑具有抗血栓活性［24］與抗腫瘤作用［25］；Kim等［26］報(bào)道了Kunitz型絲氨酸蛋白酶抑制劑具有抗白色念珠菌、金黃色葡萄球菌、李斯特菌和大腸桿菌等人類和植物病原微生物的活性，因此可用于開發(fā)新型抗感染劑或農(nóng)藥；李廣存等［27］報(bào)道了馬鈴薯Kunitz型絲氨酸蛋白酶抑制劑具有抗馬鈴薯青枯病的作用。

工業(yè)化生產(chǎn)馬鈴薯蛋白主要是考慮對(duì)馬鈴薯淀粉加工過程中產(chǎn)生的淀粉分離汁水中的蛋白質(zhì)進(jìn)行回收，國外已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)，相關(guān)產(chǎn)品商品名稱叫馬鈴薯濃縮蛋白（Potato concentrated protein，PCP）。國內(nèi)中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所劉剛課題組經(jīng)過多年的研究，建立了馬鈴薯濃縮蛋白生產(chǎn)線，并且已經(jīng)在多個(gè)淀粉廠進(jìn)行推廣應(yīng)用。馬鈴薯濃縮蛋白是馬鈴薯塊莖當(dāng)中各種蛋白組分的混合物，且蛋白質(zhì)在蒸汽蒸煮過程中已經(jīng)發(fā)生變性，為了回收具有生物活性的食品級(jí)（藥品級(jí)）馬鈴薯蛋白，Zeng等［28］采用擴(kuò)張床吸附技術(shù)以XAD7HP樹脂為吸附填料結(jié)合膜分離技術(shù)（超濾）進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)回收的產(chǎn)品以蛋白酶抑制劑為主，且胰蛋白酶抑制活力很高，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)達(dá)到中試規(guī)模。

3.2馬鈴薯蛋白營養(yǎng)價(jià)值

由于跟其他食物相比，新鮮馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)含量低，因此通常不被當(dāng)成重要的食物蛋白資源。但由于馬鈴薯蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值高，人均消費(fèi)量大，對(duì)人體的蛋白營養(yǎng)需求還是做出了非常突出的貢獻(xiàn)。蛋白質(zhì)的日推薦攝食量（Recommended dietary allowance，RDA）為0.8 g/kg體重/天，成年人蛋白質(zhì)的可接受宏量營養(yǎng)素分布范圍（Acceptable macronutrientdistribution range，AMDR）占能量總需求的10%～35%，人類最好的蛋白資源為動(dòng)物產(chǎn)品，如雞蛋、牛奶和各種肉類。由于人均馬鈴薯消費(fèi)量大，馬鈴薯當(dāng)中高品質(zhì)的蛋白為國際標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于兒童和成人氮元素的RDA提供了很高的比例：100 g煮熟的馬鈴薯能滿足8%～13%FAO/WHO關(guān)于兒童氮元素的RDA和6%～7%成年人的氮元素RDA。在英國，估計(jì)馬鈴薯貢獻(xiàn)了人們4.3%的蛋白質(zhì)攝入量，其他食物雞蛋、魚和奶酪分別為4.6%、4.8%和5.8%。

表1　馬鈴薯塊莖蛋白的氨基酸組成Table 1 Amino acid composition of potato tuber protein

馬鈴薯蛋白的營養(yǎng)價(jià)值高是因?yàn)槠浔匦璋被岷扛?，如賴氨酸、蘇氨酸和色氨酸［29］（表1）。賴氨酸含量高使得馬鈴薯作為主食非常具有吸引力，谷物蛋白如作為主食的大米和小麥缺乏賴氨酸，因此用馬鈴薯作為主糧正好能彌補(bǔ)米飯、面條和饅頭等的缺陷。然而，馬鈴薯蛋白也并非十全十美，其中之一是馬鈴薯可溶性蛋白的營養(yǎng)價(jià)值受到含硫氨基酸的限制，馬鈴薯蛋白中蛋氨酸和半胱氨酸含量都很低。Patatin蛋白只含2.0%的蛋氨酸殘基和少量的半胱氨酸殘基，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于動(dòng)物生長需求，世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）推薦的標(biāo)準(zhǔn)為含硫氨基酸需占蛋白質(zhì)總量的3.5%。

馬鈴薯蛋白半胱氨酸含量低對(duì)其加工成面條、饅頭的加工性能造成了嚴(yán)重的不利影響，小麥的主要貯藏蛋白是面筋，面筋是蛋白質(zhì)的復(fù)雜混合物，主要含有麥醇溶蛋白和麥谷蛋白。面筋蛋白的半胱氨酸含量高，半胱氨酸含有巰基（-SH），巰基在揉面過程中發(fā)生-SH/S-S反應(yīng)生成二硫鍵（S-S）從而形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。有研究結(jié)果表明，馬鈴薯蛋白含硫氨基酸含量低的缺陷可以通過分子育種技術(shù)來解決［30］。

4　膳食纖維

膳食纖維（Dietary fiber，DF）是指一般不易被消化的食物營養(yǎng)素，主要來自于植物的細(xì)胞壁，包含纖維素、木質(zhì)素、半纖維素和果膠。過去人們認(rèn)為食品原料的品質(zhì)取決于蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物含量，根本沒有把不能被人類消化吸收的膳食纖維當(dāng)回事，甚至1970年以前的營養(yǎng)學(xué)中沒有膳食纖維這個(gè)詞。

關(guān)于馬鈴薯當(dāng)中的膳食纖維，人們最先想到的是淀粉加工產(chǎn)生的薯渣［31，32］。Kirby等［33］通過原子力顯微鏡對(duì)分離到的潮濕馬鈴薯細(xì)胞壁進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)纖維素微纖絲呈相互編織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖5）。

圖5　潮濕的分離出來的馬鈴薯細(xì)胞壁原子力顯微照片F(xiàn)igure 5 Atomic force microscopy（AFM）of moist，isolated potato cell walls

薯渣的生物質(zhì)主要為淀粉、果膠和纖維素，除淀粉以外其余兩種物質(zhì)主要來源于馬鈴薯塊莖的細(xì)胞壁，均屬于細(xì)胞壁多糖。Harris［34］在《Advances in Potato Chemistry and Technology》一書的第3章專門對(duì)馬鈴薯細(xì)胞壁多糖進(jìn)行了闡述，馬鈴薯細(xì)胞壁多糖的百分比組成為：纖維素（Cellulose）30%，果膠多糖（Pectic polysaccharides）56%，木葡聚糖（Xyloglucans）11%，異甘露聚糖（Heteromannans） 3%，異木聚糖（Heteroxylans）＜3%。目前除了異甘露聚糖和異木聚糖，馬鈴薯細(xì)胞壁中的其他多糖的分子結(jié)構(gòu)都已經(jīng)闡述清楚。

纖維素能夠吸水，可以防止形成潰瘍和平衡血液中葡萄糖的含量；木質(zhì)素在腸道內(nèi)作為陽離子交換體，能夠與膽酸結(jié)合，可以降低血清中膽固醇的含量，防止大腸癌的發(fā)生；半纖維素能夠與有害的重金屬陽離子結(jié)合，還能防止體重過度增加。果膠能降低膽固醇含量，防止膽道結(jié)石。當(dāng)食物中缺乏膳食纖維時(shí)，通常容易出現(xiàn)冠心病、消化道潰瘍和肥胖。谷物、馬鈴薯、蔬菜、蘋果和梨當(dāng)中膳食纖維含量都比較高。

5　馬鈴薯中的其他營養(yǎng)素

馬鈴薯是多種維生素和礦物質(zhì)非常好的來源，如維生素C，葉酸、維生素B6、鉀等。馬鈴薯塊莖中還含有一些小分子復(fù)合物，其中很多為植物營養(yǎng)素。這些包括多酚，黃酮，花青素，類胡蘿卜素，生物堿等。

5.1維生素

5.1.1維生素C

馬鈴薯是人體維生素的重要來源這已眾所周知。維生素C在植物的活性氧解毒中起主要作用，馬鈴薯是人類飲食中維生素C最主要的來源。據(jù)報(bào)道，馬鈴薯葉子和葉綠體中含有5～25 mmol的L-抗壞血酸。維生素C缺乏癥最有名的是壞血病，在嚴(yán)重的情況下會(huì)出現(xiàn)牙齒脫落，肝斑，出血等典型特征。

許多研究結(jié)果表明，維生素C水平在馬鈴薯冷藏期間會(huì)迅速降低，損失可接近60%［35］。有學(xué)者提出除了通過育種來增加馬鈴薯塊莖維生素C的含量，應(yīng)將更多的精力集中于馬鈴薯的后期貯藏。這對(duì)于把大部分馬鈴薯收獲后置于冷庫的國家而言，將非常有意義。

5.1.2葉酸

葉酸（維生素B9）是參與一碳單位轉(zhuǎn)移反應(yīng)的重要輔助因子。在哺乳動(dòng)物和植物細(xì)胞中，涉及一碳單位轉(zhuǎn)移反應(yīng)發(fā)生的兩個(gè)關(guān)鍵性途徑是DNA合成和“甲基化循環(huán)”［36］。葉酸是在人類飲食中必需的微量營養(yǎng)素。植物和微生物能合成葉酸，而人類缺乏這種能力，需要膳食營養(yǎng)供給。植物中的葉酸是飲食中的主要來源。Hatzis等［37］在希臘人口中檢測血清葉酸狀況與食品消耗之間的關(guān)系，研究結(jié)果表明增加馬鈴薯的消耗量與降低血清葉酸風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。

5.1.3維生素B6

維生素B6是許多酶的輔助因子，也是葉酸代謝的輔助因子，特別是在蛋白質(zhì)代謝中發(fā)揮了重要作用。維生素B6還具有抗癌活性［38］，也是很強(qiáng)的抗氧化劑［39］，參與免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)中血紅蛋白的合成，脂質(zhì)和糖代謝。維生素B6缺乏可能導(dǎo)致的后果包括貧血，免疫功能受損，抑郁和皮炎等［40］。

馬鈴薯是維生素B6的重要來源［41］。最近的許多研究已經(jīng)報(bào)道了植物中維生素B6的合成途徑，包括關(guān)鍵基因PDX1和PDX2的確認(rèn)［42］。這些信息有助于采用新的方法來進(jìn)一步提高馬鈴薯中維生素B6的含量。

5.2類胡蘿卜素

類胡蘿卜素是在質(zhì)體中經(jīng)由類異戊二烯合成的［43］，他有一個(gè)重要作用是應(yīng)對(duì)光電和氧化應(yīng)激。類胡蘿卜素具有多種促進(jìn)健康的特性，包括具有維生素A的活性，可降低多種疾病的風(fēng)險(xiǎn)［44］。紫黃質(zhì)和葉黃素是馬鈴薯塊莖中含量最豐富的類胡蘿卜素。馬鈴薯對(duì)于眼部的健康特別重要，還可降低與年齡相關(guān)的黃斑變性風(fēng)險(xiǎn)［45，46］。橙色肉質(zhì)的馬鈴薯是由于含有玉米黃質(zhì)，葉黃素的濃度與馬鈴薯肉質(zhì)黃色的強(qiáng)度密切相關(guān)，白色肉質(zhì)的馬鈴薯通常含有比黃色或橙色品種馬鈴薯少的類胡蘿卜素。

圖6　蘆丁的結(jié)構(gòu)Figure 6 Structure of rutin

5.3黃酮醇類，花青素，地骨皮胺，綠原酸

馬鈴薯中含有黃酮醇類如蘆?。▓D6），但馬鈴薯還沒有被認(rèn)為是膳食中黃酮醇的重要來源，目前對(duì)于黃酮醇類在不同品種馬鈴薯中的含量報(bào)道很少。新鮮馬鈴薯塊莖中黃酮醇的含量高達(dá)14 mg/100g，表明完全可以作為一個(gè)很有價(jià)值的黃酮醇類的膳食來源。槲皮素和相關(guān)黃酮醇具有多重健康促進(jìn)作用，包括降低心臟疾病的風(fēng)險(xiǎn)，降低某些呼吸系統(tǒng)疾病的風(fēng)險(xiǎn)，如哮喘，支氣管炎和肺氣腫，以及降低某些癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，包括前列腺癌和肺癌。

馬鈴薯，尤其是有色薯肉品種，含有大量花青素，花青素可以作為抗氧化劑并有其他保健作用，如抗癌。A基因編碼二氫黃酮醇4-還原酶，用于合成馬鈴薯中的花葵素，另外還有一些候選基因。Lewis等［47］分析了26個(gè)有色薯肉品種中的花青素含量，發(fā)現(xiàn)在薯皮中的濃度高達(dá)2 mg/g（濕基），在薯肉中的濃度高達(dá)7 mg/g（濕基）。另一項(xiàng)研究分析了31個(gè)馬鈴薯品種中花青素的含量，發(fā)現(xiàn)在薯皮中的濃度范圍為0.5～3.0 mg/g，在薯肉中的濃度高達(dá)1 mg/g［48］。馬鈴薯花青素的含量與抗氧化作用正相關(guān)。

2005年6月，英國的一個(gè)研究組報(bào)道了在馬鈴薯中發(fā)現(xiàn)了一種叫地骨皮胺的化合物［49］。這些化合物是酚-聚胺的結(jié)合物（圖7），先前只在中國的一種藥用植物—枸杞中被發(fā)現(xiàn)（也叫枸杞胺A），因?yàn)榈毓瞧ぐ肪哂薪笛獕鹤饔茫蚤_始進(jìn)行研究。至于烹飪過程中，馬鈴薯當(dāng)中的地骨皮胺是否可以保持生物活性，是否具有足夠的生物利用度以及對(duì)人類有什么作用仍然需要進(jìn)一步研究。地骨皮胺的存在預(yù)示著馬鈴薯塊莖中復(fù)雜的化學(xué)組成，在對(duì)馬鈴薯塊莖的LC-MS分析中，發(fā)現(xiàn)含有30種多胺。馬鈴薯塊莖中多胺的作用包括淀粉的生物合成［50］、打碗花精的合成調(diào)控［51］、抗病性［52］和發(fā)芽［53］。

馬鈴薯塊莖中最豐富的酚類化合物是咖啡酰酯。典型的為綠原酸（Chlorogenic acid，CGA）（圖8），CGA占馬鈴薯塊莖總酚含量的90%以上［54］。有證據(jù)表明，CGA具有許多健康促進(jìn)作用，CGA補(bǔ)充劑在保健店里也可買到。膳食中的CGA在人體中是具有生物利用度的，CGA因保護(hù)動(dòng)物抵抗退行性，抵抗與年齡有關(guān)的疾病而被人們所熟知。當(dāng)將CGA加入到飲食中去，可能會(huì)降低某些癌癥和心臟疾病的風(fēng)險(xiǎn)，CGA也被認(rèn)為是可以抗高血壓的，另外CGA還具有抵抗病毒和細(xì)菌的作用。CGA可降低2型糖尿病的危險(xiǎn)，并且也顯示出可減緩葡萄糖釋放到血液中［55］，這可能是降低馬鈴薯血糖指數(shù)值一個(gè)很重要研究方向。

圖7　地骨皮胺A的分子結(jié)構(gòu)Figure 7 Structure of kukoamine A

關(guān)于通過分子育種開發(fā)高酚類物質(zhì)含量的馬鈴薯有一個(gè)問題值得關(guān)注，他們的褐變速度以及烹調(diào)后顏色變深是否能被消費(fèi)者接受？不過有一篇文獻(xiàn)報(bào)道：鮮切馬鈴薯的褐變水平與馬鈴薯中總酚、綠原酸和多酚氧化酶的含量都沒有關(guān)系［56］。

圖8　綠原酸的分子結(jié)構(gòu)Figure 8 Structure of chlorogenic acid

5.4礦物質(zhì)

馬鈴薯是不同膳食礦物質(zhì)的重要來源。已被證實(shí)提供鉀的RDA的18%，鐵，磷，鎂的6%，鈣和鋅的2%。馬鈴薯帶皮煮熟后，其大多數(shù)的礦物質(zhì)含量依舊很高［57］。專家指出帶皮烘烤馬鈴薯是一個(gè)很好的保留礦物質(zhì)的烹飪方法。許多因素會(huì)影響馬鈴薯的礦物成分，例如地理位置、土壤類型、土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)、施肥、灌溉和天氣等，遺傳型變異也很重要。

5.4.1鉀

就礦物含量而言，馬鈴薯是最有名的飲食鉀的重要來源，鉀在酸堿調(diào)節(jié)和體液平衡中起著基礎(chǔ)性的作用，也是心臟、腎臟、肌肉、神經(jīng)和消化系統(tǒng)功能所必需的最佳元素。鉀的足夠攝取對(duì)健康的好處包括降低低鉀血癥、骨質(zhì)疏松、高血壓、中風(fēng)、腎結(jié)石和哮喘的風(fēng)險(xiǎn)，假設(shè)攝入高鉀低鈉，可減少中風(fēng)的危險(xiǎn)［58，59］。

5.4.2磷

磷也是存在于馬鈴薯塊莖中的主要礦物質(zhì)。在人體內(nèi)起到許多作用，是細(xì)胞、牙齒和骨骼保持健康的關(guān)鍵元素。磷的攝入不足會(huì)導(dǎo)致低血磷，從而引起食欲不振、貧血、肌無力、骨痛、骨軟化佝僂病、四肢極度發(fā)麻疼痛、行走困難等。馬鈴薯塊莖中磷的含量按干基計(jì)算為1.3～6 mg/g［60，61］，人體磷的每日需求量為800～1 000 mg。

5.4.3鐵

鐵缺乏嚴(yán)重影響著人類，被世界衛(wèi)生組織稱為世界上最普遍的健康問題。由于嚴(yán)重缺鐵，每年有6萬多婦女死于懷孕和分娩，且將近有5億的育齡婦女身患貧血癥。膳食鐵的要求取決于許多因素，例如年齡、性別以及飲食搭配。馬鈴薯是鐵元素的理想來源。據(jù)報(bào)道一些安第斯山脈的馬鈴薯中鐵的含量比一些谷物類要高［62］。馬鈴薯中的鐵元素是完全具有生物利用度的，因?yàn)樗哂蟹浅５退降闹菜?，這一點(diǎn)與谷物類不同。

5.4.4鈣

馬鈴薯是鈣的主要來源已有廣泛的報(bào)道。兩項(xiàng)研究結(jié)果報(bào)道馬鈴薯中鈣的含量高達(dá)130 mg/ 100g（干基）和455 mg/kg（濕基）［60，61］。鈣對(duì)骨骼和牙齒的結(jié)構(gòu)，血液凝固和神經(jīng)傳遞十分重要。鈣缺乏與骨骼畸形和血壓異常息息相關(guān)。

6　結(jié)束語

馬鈴薯是繼谷物大米、小麥和玉米之后，世界上的第四大種植作物，并且是唯一以塊莖為食物的主要糧食作物。一些食品科學(xué)家認(rèn)為馬鈴薯和全脂牛奶即可滿足人體所有營養(yǎng)需求，一些農(nóng)業(yè)科學(xué)家認(rèn)為由于全球人口數(shù)量快速增長，如果未來發(fā)生食物危機(jī)，唯一能拯救人類的就是馬鈴薯。

馬鈴薯塊莖干物質(zhì)主要由淀粉組成，生的馬鈴薯原淀粉為抗性淀粉，但經(jīng)過烹飪糊化后幾乎能夠完全被消化吸收，因此馬鈴薯被列為高血糖指數(shù)食品。馬鈴薯淀粉的血糖指數(shù)與烹飪方式關(guān)系非常大，烹飪后冷卻的馬鈴薯血糖指數(shù)降低，因?yàn)榉瞪牡矸蹫榭剐缘矸郏梢援?dāng)成膳食纖維。馬鈴薯蛋白必需氨基酸含量高，營養(yǎng)價(jià)值好，而且富含賴氨酸可以彌補(bǔ)大米、小麥主食的不足，但馬鈴薯蛋白含硫氨基酸含量低，而且半胱氨酸含量低給將馬鈴薯開發(fā)成面條、饅頭等適合中國人主食的加工性能造成了不利影響，但這一缺陷可以通過分子育種來進(jìn)行解決。

馬鈴薯也是膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)和植物營養(yǎng)素的重要來源，馬鈴薯富含胡蘿卜素、葉酸、維生素B6、綠原酸、花青素等，大米、小麥中缺乏這些營養(yǎng)元素，傳統(tǒng)主食模式需要通過水果蔬菜來補(bǔ)充，原本被當(dāng)成蔬菜的馬鈴薯主食化以后可以直接提供；馬鈴薯鉀元素含量高，攝取馬鈴薯當(dāng)中的鉀元素部分替代飲食攝取食鹽中的鈉元素，對(duì)人體健康具有十分重要的營養(yǎng)學(xué)意義。

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Potato Nutrition:A CriticalReview

ZENG Fankui,XU Dan,LIU Gang*
(Lanzhou Institute of ChemicalPhysics,Chinese Academy of Sciences,EnvironmentalMaterials and Eco ChemicalResearch and Development Center,Lanzhou,Gansu 730000,China)

Potato tubercontains about20%ofdry matter,which is mainly composed ofstarch,and italso contains a small amountofothermatters,such as protein,dietary fiber,vitamins,and minerals.The form ofthe energy storage in potato tuberis almostentirely starch.Potato is considered to be high-glycemic index food,as after cooking,potato starch is gelatinized,and almostcompletely absorbed by digestion.Butretrograded potato starch contains resistantstarch,and the resistantstarch can be classified as a form ofdietary fiber.With high contentofessentialamino acids,the nutritionalvalue ofpotato protein is good. Potato protein is rich in lysine,and this justcan make up forthe defectofstaple food,such as rice and wheat.However,one of the limiting factors of potato-soluble proteins as nutritional value is their low content of sulphur-containing amino acids, methionine,and cysteine.Especially,as the cysteine contentis low,itwilladversely affectthe developmentofpotato noodles and steamed bread.A comprehensive review of potato tuber nutrition was conducted:review on the physic-chemical properties ofpotato starch and the effecton blood glucose during digestion,potato protein nutritionalvalue and the effecton the properties ofprocessing,and the research progress in potato dietary fiber,vitamins,minerals and phytonutrients were also summarized.

potato;nutritionalvalue;starch;glycemic index;protein;plantnutrient

S532

A

1672—3635（2015）04-0233-11

2015-06-11

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金（nycytx-15）；國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（31301532）；中國科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目（科發(fā)人字［2013］165號(hào)）。

曾凡逵（1980-），男，副研究員，博士，主要從事馬鈴薯加工研究。

（Corresponding author）：劉剛，研究員，主要從事馬鈴薯加工研究，E-mail：gangliu@licp.cas.cn。