【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?xiàng)l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(guó)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(duì)土豆的營(yíng)養(yǎng)組分、食品安全和加工廢棄物資源化利用開(kāi)展相關(guān)研究，取得了多項(xiàng)成果。
土豆不僅是一種非常營(yíng)養(yǎng)的蔬菜，還是一種重要的糧食兼經(jīng)濟(jì)作物，其作為食品加工原料，可用于淀粉、全粉、薯片和薯?xiàng)l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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)人體健康有著非常重要的作用，可提高免疫力、促進(jìn)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(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)是世界最大的土豆種植國(guó)，年產(chǎn)量9436.22萬(wàn)噸，位居全球第一。土豆作為中國(guó)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(tuán)隊(duì)通過(guò)物理化學(xué)分析手段研究土豆的化學(xué)組成、營(yíng)養(yǎng)特征，讓我們“吃”土豆更營(yíng)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(yíng)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(jì)，在營(yíng)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(lèi)植物化學(xué)物質(zhì)，如類(lèi)胡蘿卜素、黃酮醇類(lèi)、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(lái)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?yàn)橛行┢贩N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?xiàng)l、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(guò)多的碳水會(huì)不會(huì)引起我們的肥胖問(wèn)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ヌ剿鳎钥茖W(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(diǎn)
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(yíng)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?xiàng)l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?xiàng)l和全粉加工還要求還原糖含量低，這樣加工出來(lái)的產(chǎn)品顏色比較淺。
針對(duì)土豆的蒸煮和燒烤，課題組在實(shí)驗(yàn)室以布爾班克和大西洋為對(duì)照，對(duì)比分析了東農(nóng)310的烹飪加工性能。
對(duì)三種烤馬鈴薯進(jìn)行營(yíng)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(duì)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(píng)價(jià)中顏色評(píng)分越高，所以“焦糖色”更易被消費(fèi)者接受和喜歡。
分析三個(gè)品種土豆的游離氨基酸含量和呈味 TAV（滋味物質(zhì)味道強(qiáng)度）發(fā)現(xiàn)，樣品中鮮味主要來(lái)自谷氨酸。烤東農(nóng) 310和布爾班克中，吡嗪類(lèi)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(guò)對(duì)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(duì)風(fēng)味活度值進(jìn)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?xiàng)l加工應(yīng)該選擇哪種土豆呢？
因?yàn)槭砥庸?duì)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(guò)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(gè)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(guó)用于炸片加工的品種（大西洋）主要是從引進(jìn)品種中篩選出來(lái)的，該品種已在我國(guó)進(jìn)行了大面積種植，也是目前我國(guó)薯片加工的主要品種。我國(guó)選育出來(lái)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(gè)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(duì)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(guó)外主要的土豆加工企業(yè)都是將土豆全粉加工與薯?xiàng)l加工結(jié)合起來(lái)進(jìn)行。因?yàn)槭項(xiàng)l品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)最重要的就是要求薯?xiàng)l有一定長(zhǎng)度，如薯?xiàng)l低于5厘米就不合格，不能銷(xiāo)售。生產(chǎn)過(guò)程中這類(lèi)不合格薯?xiàng)l占20~30%。為了解決這一問(wèn)題，國(guó)外薯?xiàng)l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?xiàng)l生產(chǎn)線上不合格的薯?xiàng)l（邊角料）。生產(chǎn)出來(lái)的全粉價(jià)值遠(yuǎn)高于不合格薯?xiàng)l低價(jià)售出和生產(chǎn)其他產(chǎn)品的價(jià)值，這是國(guó)內(nèi)可借鑒的一點(diǎn)。
從酸辣土豆絲到洋芋攪團(tuán)
隨著我國(guó)人口老齡化和人們對(duì)健康的關(guān)注度增加，將來(lái)的馬鈴薯加工產(chǎn)品會(huì)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(diǎn)。
酸辣土豆絲作為一道“國(guó)菜”，深受全國(guó)人民的喜愛(ài)。酸辣土豆絲相對(duì)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(méi)有完全糊化，保留了較多的抗性淀粉。由于高溫受熱時(shí)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，受熱時(shí)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(hù)細(xì)胞健康。
因此，對(duì)于追求健康飲食的人來(lái)說(shuō)，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(yíng)養(yǎng)，能夠?yàn)槿梭w提供豐富的抗性淀粉和維生素C。
然而，對(duì)于糊化后的土豆淀粉，其具有易消化的特點(diǎn)。該特點(diǎn)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(tuán)入手，通過(guò)在傳統(tǒng)洋芋攪團(tuán)中添加額外的蛋白質(zhì)，制備了一種蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化食品，具有低血糖指數(shù)、高蛋白含量和方便食用的特點(diǎn)。改良后的洋芋攪團(tuán)血糖指數(shù)會(huì)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(guò)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(guó)人口眾多，人均蛋白資源嚴(yán)重不足，大量依賴(lài)植物蛋白來(lái)補(bǔ)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(guó)食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的重點(diǎn)，在傳統(tǒng)洋芋攪團(tuán)中添加大豆分離蛋白和豌豆分離蛋白為提高我國(guó)居民蛋白攝入提供了新的解決方案，且消費(fèi)者對(duì)價(jià)格的可接受性較強(qiáng)。
在傳統(tǒng)洋芋攪團(tuán)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(jià)格能夠被消費(fèi)者接受。洋芋攪團(tuán)屬于“仿生馬鈴薯食品”，符合未來(lái)全球馬鈴薯加工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。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(yíng)養(yǎng)特性，實(shí)現(xiàn)了洋芋攪團(tuán)從“手工作坊式”加工到工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)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?yàn)轳R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(yíng)養(yǎng)價(jià)值和在人類(lèi)飲食中發(fā)揮的重要作用，未來(lái)的地位不可估量。畢竟愛(ài)爾蘭大饑荒導(dǎo)致愛(ài)爾蘭人口驟減和中國(guó)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
