【中科院之聲】小土豆大用處丨新知
土豆又名洋芋、馬鈴薯或山藥蛋，能作為人、畜的糧食和蔬菜鮮食，其加工用途也非常廣泛，可用于加工馬鈴薯淀粉、馬鈴薯全粉、薯片和薯條等。
從土豆到琳瑯滿目的全土豆宴菜肴及工業(yè)化土豆深加工產(chǎn)品，小小的一顆土豆，關(guān)于它的秘密可不少。
近日，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)展中心材料與分離分析課題組，針對土豆的營養(yǎng)組分、食品安全和加工廢棄物資源化利用開展相關(guān)研究，取得了多項成果。
土豆不僅是一種非常營養(yǎng)的蔬菜，還是一種重要的糧食兼經(jīng)濟作物，其作為食品加工原料，可用于淀粉、全粉、薯片和薯條加工。其富含淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維、多種維生素和礦物質(zhì)，這些營養(yǎng)物質(zhì)對人體健康有著非常重要的作用，可提高免疫力、促進消化和血液循環(huán)等。
為什么要研究土豆？
據(jù)2021年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）數(shù)據(jù)顯示，中國是世界最大的土豆種植國，年產(chǎn)量9436.22萬噸，位居全球第一。土豆作為中國農(nóng)業(yè)的重要作物之一，主要在東北、華北、西北、西南等地區(qū)種植，是人們餐桌上不可或缺的日常食材之一。
科研團隊通過物理化學(xué)分析手段研究土豆的化學(xué)組成、營養(yǎng)特征，讓我們“吃”土豆更營養(yǎng)、更安全、更科學(xué)，根據(jù)馬鈴薯的組分與結(jié)構(gòu)特征，研究更適合于馬鈴薯加工的方法和技術(shù)，將有利于發(fā)揮土豆的營養(yǎng)功能。
淀粉是馬鈴薯塊莖干物質(zhì)的主要成分，約占固形物總含量的70%左右。其中，以濕基計，在營養(yǎng)組成平均范圍中，土豆的淀粉占比是12.6%-18.2%、蛋白質(zhì)為0.6%-2.1%、維生素C為8-54 mg/100g。此外，土豆還含有豐富的微量礦物質(zhì)元素和生物活性類植物化學(xué)物質(zhì)，如類胡蘿卜素、黃酮醇類、綠原酸、花色苷、地骨皮胺、糖苷生物堿和打碗花精等。
馬鈴薯的干物質(zhì)主要是淀粉，淀粉含量高的作物還有大米、小麥和玉米等，這些都是可以作為主食的重要原因，其重要性不言而喻。
在應(yīng)用基礎(chǔ)方面，該課題組近年來已發(fā)表馬鈴薯化學(xué)與加工技術(shù)相關(guān)論文40余篇，涉及馬鈴薯蛋白、馬鈴薯淀粉和馬鈴薯植物化學(xué)物質(zhì)等。
課題組的工作就是研究不同馬鈴薯品種的食用及加工用途，因為有些品種適合蒸、煮、烤，而有些品種適合炒土豆絲或作為輔料，有的品種只適合薯條、薯片、全粉和淀粉的工業(yè)化加工等。
如果馬鈴薯的淀粉含量高，過多的碳水會不會引起我們的肥胖問題呢？它們的組分與結(jié)構(gòu)特征是什么？
這些基本的物理化學(xué)原理與變化都需要我們?nèi)パ芯俊⑷ヌ剿?，以科學(xué)的方法指導(dǎo)我們科學(xué)地“吃”馬鈴薯。
不同土豆品種具有不同特點
由于遺傳特性，不同土豆品種的塊莖大小、形狀、薯肉/薯皮的顏色各有不同。
從內(nèi)蒙古的“紅美”到甘肅的“黑美人”，從云南的“合作88”到黑龍江的“東農(nóng)310”，不同品種馬鈴薯的營養(yǎng)品質(zhì)也存在很大差異，外觀形貌和化學(xué)組成差異也非常大。
淀粉含量高的土豆適合于加工淀粉，干物質(zhì)含量高的適合烤著吃或蒸著吃，而新鮮上市的土豆淀粉含量低、水分含量高，則適合于炒洋芋絲。其中，薯形規(guī)整、扁圓和芽眼淺的適合于薯片、薯條和全粉加工，這樣的馬鈴薯品種更適合工業(yè)化蒸汽爆皮。另外，薯片、薯條和全粉加工還要求還原糖含量低，這樣加工出來的產(chǎn)品顏色比較淺。
針對土豆的蒸煮和燒烤，課題組在實驗室以布爾班克和大西洋為對照，對比分析了東農(nóng)310的烹飪加工性能。
對三種烤馬鈴薯進行營養(yǎng)成分分析，結(jié)果顯示，烤馬鈴薯中干物質(zhì)含量是引起其硬度差異的主要原因，而蒸馬鈴薯中干物質(zhì)和膳食纖維含量都對硬度有影響。
而在 L*a*b*顏色值分析中，烤馬鈴薯的 a*值與烤馬鈴薯“焦糖色”高度相關(guān)，且 a*越大，感官評價中顏色評分越高，所以“焦糖色”更易被消費者接受和喜歡。
分析三個品種土豆的游離氨基酸含量和呈味 TAV（滋味物質(zhì)味道強度）發(fā)現(xiàn)，樣品中鮮味主要來自谷氨酸?？緰|農(nóng) 310和布爾班克中，吡嗪類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量高于烤大西洋，更具有典型的烤馬鈴薯風(fēng)味。曾凡逵通過對三種馬鈴薯樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對風(fēng)味活度值進行分析，發(fā)現(xiàn)2-甲基丁醛、3-甲基丁醛為烤馬鈴薯的特征關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)，1-戊醇、正戊醛為蒸馬鈴薯特征關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)。
薯片加工和薯條加工應(yīng)該選擇哪種土豆呢？
因為薯片加工對土豆品種的要求較高，并非所有的土豆都可用于薯片加工。通常用于薯片加工最基本的要求是薯塊形狀為圓形或近似圓形，還原糖含量應(yīng)低于0.2％，貯藏過程中盡可能少形成還原糖，干物質(zhì)含量要適中。云南貴州的土豆一年多熟，每個季度都有新鮮上市的土豆，更適合鮮切薯片加工，而其他地方的更多用全粉做復(fù)合薯片。
目前，我國用于炸片加工的品種（大西洋）主要是從引進品種中篩選出來的，該品種已在我國進行了大面積種植，也是目前我國薯片加工的主要品種。我國選育出來的合作88和東農(nóng)310也非常適合薯片加工。大西洋存在著兩個重大的缺陷，不抗晚疫病和易出現(xiàn)空心，除了作薯片和全粉加工原料外不太適合作其他用途。大西洋對水肥條件要求高，在甘肅只在河西走廊一帶適合種植，不適合在干旱的地區(qū)種植。
國外主要的土豆加工企業(yè)都是將土豆全粉加工與薯條加工結(jié)合起來進行。因為薯條品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)最重要的就是要求薯條有一定長度，如薯條低于5厘米就不合格，不能銷售。生產(chǎn)過程中這類不合格薯條占20~30%。為了解決這一問題，國外薯條加工企業(yè)多在其生產(chǎn)線旁配一條雪花全粉生產(chǎn)線，原料就是薯條生產(chǎn)線上不合格的薯條（邊角料）。生產(chǎn)出來的全粉價值遠高于不合格薯條低價售出和生產(chǎn)其他產(chǎn)品的價值，這是國內(nèi)可借鑒的一點。
從酸辣土豆絲到洋芋攪團
隨著我國人口老齡化和人們對健康的關(guān)注度增加，將來的馬鈴薯加工產(chǎn)品會朝著多元化方向發(fā)展，加工產(chǎn)品將呈現(xiàn)低脂肪（低能量）、低鹽、高維生素、高微量元素、高膳食纖維和高抗氧化物質(zhì)含量等特點。
酸辣土豆絲作為一道“國菜”，深受全國人民的喜愛。酸辣土豆絲相對油炸土豆產(chǎn)品脂肪含量更低，其特殊的加工方式，使脆爽的土豆絲中淀粉沒有完全糊化，保留了較多的抗性淀粉。由于高溫受熱時間短，酸辣土豆絲的維生素C破壞少。維生素C是一種熱敏性營養(yǎng)物質(zhì)，受熱時間越短保留越多，也是一種重要的抗氧化劑，能夠幫助人體抵御自由基的損害，保護細胞健康。
因此，對于追求健康飲食的人來說，酸辣土豆絲是一種更加健康的食品選擇。它不僅美味可口，而且富含營養(yǎng)，能夠為人體提供豐富的抗性淀粉和維生素C。
然而，對于糊化后的土豆淀粉，其具有易消化的特點。該特點是一把雙刃劍，一方面它能夠消化成葡萄糖為人體提供能量，另一方面，根據(jù)已有研究結(jié)論，又能引起高血糖的發(fā)生。
如何將高淀粉食物變?yōu)椤暗吞恰被颉暗吞妓笔澄铮澄锏募庸し绞胶涂茖W(xué)吃法是關(guān)鍵。
課題組從一種甘肅特有小吃——洋芋攪團入手，通過在傳統(tǒng)洋芋攪團中添加額外的蛋白質(zhì)，制備了一種蛋白質(zhì)營養(yǎng)強化食品，具有低血糖指數(shù)、高蛋白含量和方便食用的特點。改良后的洋芋攪團血糖指數(shù)會降低，主要是由于添加蛋白后降低了淀粉含量，另外低溫貯藏過程中淀粉的回生增加了慢速消化淀粉和抗性淀粉的含量。
中國人口眾多，人均蛋白資源嚴(yán)重不足，大量依賴植物蛋白來補充。如何提高食物中蛋白含量，尤其是農(nóng)村人口蛋白攝入是我國食品營養(yǎng)學(xué)研究的重點，在傳統(tǒng)洋芋攪團中添加大豆分離蛋白和豌豆分離蛋白為提高我國居民蛋白攝入提供了新的解決方案，且消費者對價格的可接受性較強。
在傳統(tǒng)洋芋攪團中添加額外的蛋白，可降低血糖指數(shù)，還能增加蛋白含量，作為方便食品其價格能夠被消費者接受。洋芋攪團屬于“仿生馬鈴薯食品”，符合未來全球馬鈴薯加工業(yè)發(fā)展的趨勢。這種食品憑借其優(yōu)異的口感、質(zhì)地和便利性以及優(yōu)越的營養(yǎng)特性，實現(xiàn)了洋芋攪團從“手工作坊式”加工到工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
吃土豆還能減肥？馬鈴薯蛋白酶抑制劑作為馬鈴薯蛋白的主要組成部分，具有減肥功效，這是因為馬鈴薯蛋白酶抑制劑可提高血漿膽囊收縮素水平，胃腸激素參與人體的飽腹感、食物攝入調(diào)節(jié)和血糖控制，其血漿水平升高能延緩胃排空，引起飽腹感，從而減少食物攝入。
別看小小的土豆很普通，但根據(jù)其營養(yǎng)價值和在人類飲食中發(fā)揮的重要作用，未來的地位不可估量。畢竟愛爾蘭大饑荒導(dǎo)致愛爾蘭人口驟減和中國乾隆年間人口猛增至4.3億都跟土豆有很大的關(guān)系。
相關(guān)論文信息：
1. https://doi.org/10.3390/foods12112145
2. https://doi.org/10.3390/foods12132460
3. https://doi.org/10.3390/foods12112252
