紫薯功能及产品开发研究进展

刘军伟，胡志和

（天津市食品生物技术重点实验室，天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300134）

紫薯（学名：Solanum tuberdsm）又叫黑薯，薯肉呈紫色至深紫色。它除了具有普通红薯的营养成分外，还富含硒元素和花青素。花青素是目前科学界发现的防治疾病、维护人类健康最直接、最有效、最安全的自由基清除剂，对100多种疾病有预防和治疗作用，其清除自由基的能力是VC的20倍、VE的50倍。紫薯将成为花青素的主要原料之一。

紫薯在国际、国内市场上十分走俏，发展前景非常广阔。现国内外对紫薯生理活性以及产品开发的研究颇多，笔者将对此作一概述，旨在为紫薯的进一步研究开发提供参考。

1 紫薯生物活性的应用研究

1.1 抗氧化作用

卢立真等[1]采用微波加热-酸化水提取新技术，从紫薯中提取花青素苷酸化水粗提物,然后给12月龄小鼠（老龄小鼠）灌胃不同浓度的酸化水粗提物，结果表明，小鼠体内血清总抗氧化能力（T-AOC）大大提高，血清中丙二醛（MDA）含量下降,血清中超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH－PX）的活性提高，表明紫薯花色苷提取物具有明显的抗生物氧化作用，可延缓衰老。

有些学者通过实验研究表明紫薯汁可以清除自由基，推迟动脉硬化中低密度脂蛋白（LDL）的氧化[2-3]。另外，对不同肉色甘薯的抗氧化性考察显示，含有花花色苷的阿雅种[4]和九州119号的品种比肉色为白色、黄色的品种脂质过氧化度低，抗氧化能力强。不同肉色甘薯品种的清除自由基能力亦紫薯最强。古田収等[5]对高花色苷甘薯的抗氧化能力进行评价，以合成的抗氧化剂丁基羟基茴香醚（BHA）和2，6-二叔丁基对甲酚（BHT）为对照，对各种物质的抗氧化性能进行比较，结果显示花花色苷的抗氧化能力比绿原酸和VC强。区子弁，王丽娟等[6]以紫薯花色苷为原料，研究其体外清除自由基的能力。结果显示：在一定浓度范围内，随着花色苷浓度的增大，对羟基自由基的清除率增强，其清除率与花色苷浓度成正相关。

1.2 抗突变功能和抗肿瘤功能

人类癌症的预测在一定程度上与肿瘤的生长有关,但主要还是取决于肿瘤的入侵性和肿瘤细胞数目的转移。一般认为,抑制胶原降解的试剂可能起到抑制肿瘤细胞的入侵和转移作用。因花色苷类物质可促进胶原的合成,增加胶原的抵抗性,抑制胶原酶的活性,故推测花色苷能起到抑制肿瘤细胞的入侵及转移效果,具有抗肿瘤的功能[7-8]。王关林等以小鼠接种S180肉瘤研究甘薯块根花色苷抗肿瘤的试验表明,给小鼠灌胃花色苷后对小鼠肉瘤S180有一定的抑制作用,其抑瘤效果与剂量的高低呈正相关[9]。曹东旭，董海叶等[10]以人肝癌细胞HepG2为模型研究紫薯花色苷的抗肿瘤活性。通过MTT实验检测表明，紫薯花色苷能够促进肿瘤细胞的凋亡，且细胞的凋亡率随花色苷浓度的增加而增大。

1.3 保肝作用

Suda等[11]研究表明,给大鼠喂食四氯化碳后,大鼠体内产生游离自由基,引发急性肝炎,血清中谷氨酸-草醋酸转氨酶（GOT）、谷氨酸-焦葡萄糖酸转氨酶（GPT）激增；但给其喂食含大量花色苷的紫薯饮料后，病鼠血清中GOT、GPT的上升受到明显地抑制,而且表现出对血清中的硫化巴比妥酸（TBA）反应物、肝脏中的TBA反应物及氧化脂蛋白的增加均有一定的抑制能力。Obi等[12]每星期5天共4星期，以每千克体重2.5 mL的剂量，给大鼠灌胃分别含1%、5%和10%花色甙的5%乙醇水溶液每千克体重；再以每千克体重0.5 mL给大鼠灌胃四氯化碳。18 h以后，测得血清中天冬氨酸和丙氨酸转氨酶量明显低于只灌胃四氯化碳的对照组，说明花色甙能抑制四氯化碳引发急性肝损伤。

Hwang等[13]研究了紫薯花色苷通过信号通路诱导抗氧化酶抑制慢性肝损伤的机理。花色苷成分（AF）可以通过转录因子NF-E2相关因子2（Nrf-2）信号路径来诱导抗氧化和消炎作用。Jae等[14]研究发现，紫薯中提取的AF具有抗增殖作用，这种作用是通过肝星状细胞株HSC-T6中独立的血小板衍生生长因子（PDGF）路径实现的。

许多研究表明紫薯花色苷（PSPC）是一种天然的食用花色苷，具有保肝作用。然而，很少有文献阐明PSPC保肝作用的详细机理。Zhang等[15]研究PSPC是否可以通过减弱氧化应激或者抑制炎症来保护鼠肝脏免于由D-型半乳糖诱导引起的损伤。研究发现：PSPC可以通过削弱脂质过氧化作用，提高抗氧化酶活性和抑制炎症反应来保护鼠肝脏。此研究在PSPC保肝机理方面提供了新颖的见解。Hwang等[16]研究了紫薯花色苷对HepG2和大鼠肝细胞系中叔丁基氢过氧化物诱导产生的肝损伤保护机制。结果表明，AF抗衡t-BHP诱导产生的肝损伤保护效应，也许是由于（在某种程度上来讲至少是）其通过Akt和ERK1/2信号通路清除活性氧（ROS）、调节抗氧化酶HO-1实现的。Zhang等[17]研究结果表明，PSPC可以有效地抑制D-半乳糖引起的肝细胞凋亡，也表明抗凋亡机制与PSPC保护鼠肝脏免于D-半乳糖引起的肝损伤有关系。

1.4 抗高血糖作用

日本学者Matsui等[18]用从紫薯的块根中分离出来的一种二酰基花色苷，芍药花色苷-3-O-[2-O-（6-OE-阿魏酰-β-D-吡喃葡糖基）-6-O-E-咖啡酰-β-D-吡喃葡糖苷]-5-O-β-D-吡喃葡糖苷，给约两月大的雄性小鼠口服2 g/kg麦芽糖和100 mg/kg二酰基花色苷。结果表明，30min后小鼠体内的血糖浓度下降了16.5%，即便是10 mg/kg最小剂量的二酰基花色苷都可降低体内的血糖水平。试验结果还表明，二酰基花色苷是通过对α-葡糖苷酶产生抑制作用，从而导致血糖的降低。

马淑青等[19]研究探讨紫薯花色苷APSP，调节链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠血糖和血脂异常的作用。糖尿病造模成功灌胃7周后，各治疗组血糖仍显著高于对照组（P＜0.01），但与模型组比，各治疗组血糖显著降低（P＜0.01）；3个APSP剂量组（低、中、高）均能显著降低血清总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL－C）含量；中剂量和高剂量APSP组甘油三酯（TG）水平较模型组显著降低（P＜0.01，P＜0.05）；3 个 APSP剂量组对高密度脂蛋白胆固醇（HDL－C）含量无显著性影响，表明有较强的降脂作用；APSP治疗组血清谷草转氨酶（GOT）和谷丙转氨酶（GPT）活性较模型组显著降低，肝脏未见明显脂肪变性，肝糖原明显增加，表明APSP对肝功能和肝细胞膜结构有一定的保护作用。综上，APSP可改善糖尿病大鼠血糖、血脂异常，促进糖代谢和脂代谢的良性循环，可能与其保护肝脏的功能有关。

1.5 抗菌及其他作用

王关林等[20]研究发现甘薯块根花色苷对3种常见致病菌:金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌均有抑菌作用,并与其浓度呈正相关。花色苷抑菌机理是通过花色苷与细胞中的蛋白或酶结合,使其变性失活，抑制对数生长期的细胞分裂,而后使细胞质固缩、解体,导致细胞死亡。紫薯花花色苷对金黄色葡萄球菌及大肠埃希氏菌都有一定的抑制作用。利用紫薯花花色苷体外抑菌性能，可以考虑将其作为新型防腐剂应用于食品行业或用于新药的开发[21]。韩永斌等[22]研究了紫薯花色苷花色苷抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、啤酒酵母和黑曲霉的作用。结果表明：紫薯花色苷花色苷对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最低抑制浓度分别为800 mg/mL和200 mg/mL，并且其抑菌效果与浓度呈正相关，而对啤酒酵母和黑曲霉无抑制作用。胡志和等[23]以12周龄雄性原发性高血压大鼠（SHR）和Wistar大鼠为受试动物，研究紫薯全粉、滤渣、淀粉、水溶性提取物的降血压作用。上述分别以低、中、高3个剂量（0.1、1、5 g/kg bw）灌胃 SHR 大鼠和 Wistar大鼠，观察对大鼠血压的影响。结果表明，在所选定的灌胃剂量范围内紫薯各成分对正常大鼠（Wistar大鼠）血压无影响。除淀粉外，其他各成分对SHR大鼠的血压均具有显著降低的作用，其中以水溶性提取物作用最为明显，提取紫薯淀粉后的副产物均有明显降血压作用。

2 紫薯产品的开发

2.1 饮料制品

紫薯块根中还含有咖啡酰奎宁酸、抗坏血酸、生育酚等抗氧化活性成分[24]，可以用来开发紫薯饮料。随着人们生活水平的不断提高,人们对于酒饮料的观念发生了改变。不仅消费意识逐渐过渡到低度酒，而且更体现在对营养保健的追求。消费者购买酒的消费意向逐渐转向了低度酒。杨瑞等[25]以紫薯为原料，配以米曲进行发酵制成低度发酵酒。这种酒不仅具有葡萄酒风味、黄酒风味。而且具有预防癌症、延缓衰老、降低心血管疾病发生机率,防止肝、肾中结缔组织萎缩等生理功效。符合当今酒类消费者的需求，为紫薯市场开发提供了广阔的前景。杨大毅[26]以紫薯为原料，用安琪葡萄酒活性干酵母发酵，生产出口感良好、澄清透明、性质稳定以及颜色稳定的紫薯发酵酒。紫薯的营养成分十分丰富，尤其含有18种氨基酸以及大量的花青素，另外含有VC、VB、VA等8种维生素和磷、铁等10多种矿物元素。由于紫薯发酵酒是一种过滤酒，因此营养成分基本都保留在紫薯酒中了。由于富含花青素，而花青素具是唯一能透过血脑屏障清除自由基保护大脑细胞的物质，因此紫薯酒具特殊保健作用。

除了含酒精饮料之外，果蔬汁饮料也有报道。文利新等[27]以紫薯颗粒为基料，添加不同剂量的食醋，或同时加入果糖浆或蔗糖，制成不同色彩的饮料制品。杨红鸽[28]在紫薯全浆中加入其他营养强化剂，经过脱水干燥作用制成速溶紫薯片。母丽萍等[29]以紫薯为原料，制成色香味俱佳的饮料。由于紫薯中含有大量的淀粉，在制备过程中对饮料的流态性有着一定的影响。因此研究者在尽量减少花色苷损失的前提下，探讨了最佳水解淀粉的工艺条件。但事实上可以把淀粉分离出来，获得的淀粉可以制成其他产品，这样可以进一步提高紫薯副产物的价值。

2.2 乳制品的开发

酸奶是一种半流体的发酵乳制品，因其含有乳酸成分而带有柔和酸味，它可帮助人体更好地消化吸收奶中的营养成分，因而深深受到消费者的喜爱。随着生活水平的提高，人们对酸奶风味不仅有所追求，更偏向于其营养价值和保健功能的追求。紫薯中含有大量的硒元素以及花青素，曹亚丽等[30]以牛乳和紫薯为原料制备紫薯酸奶。确定了紫薯浆比例，紫薯奶配比，蔗糖量，菌种接种量，发酵温度以及发酵时间等工艺参数。按此参数生产出组织细腻、质地均匀、酸甜适中、色泽均匀一致、黏稠适度并具有紫薯和酸奶特有风味的紫薯酸奶。邓锦坚等[31]以紫薯、脱脂奶粉和白糖为原料，采用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌发酵研制凝固型紫薯酸奶。李思宁[32]采用另外一种工艺，得到色泽均匀、组织状态良好、口感细腻、具有保健功能的凝固型紫薯酸奶。

近年来，随着人们生活水平的提高和对健康认识的加深，在各种媒体的宣传作用下，人们已开始逐渐认识到牛奶的营养价值，越来越多的家庭开始有意识的把牛奶列入日常食谱中。任璐等[33]以紫薯、牛奶为主要原料制成的紫薯牛奶，它不仅具有紫薯和牛奶结合所形成的特殊香味，并且增加了牛奶中的纤维素、维生素和多种微量元素，实现了两者的营养互补，同时也降低了牛奶生产的成本。张多敏等[34]以紫薯粉和牛奶为主要原料制作紫薯牛奶，对牛奶、紫薯粉、白砂糖和稳定剂的用量对感官品质的影响进行了研究。结果表明，产品的最佳配比为：80%牛奶、6%紫薯粉、5%白砂糖和0.22%复配稳定剂（单硬脂酸甘油酯45%，卡拉胶9%，黄原胶9%，结冷胶37%）、8.78%水分。

2.3 紫薯全粉

紫薯经清洗、去皮、低温烘干、粉碎后可以制成全粉。徐飞等[35]以优质紫薯为原料，采用喷雾干燥的方法，研制出一种速溶紫薯固体饮料，并对其工艺参数及产品质量的影响因素进行了探讨。试验制得的产品有较好的溶解性、口感和组织状态、玫瑰紫色、色泽均匀，为紫薯的开发利用提供技术依据。胡林子等[36]以紫薯为主要实验材料，讨论冲调加水量、紫薯粉的粒径、白砂糖添加量对速溶紫薯粉冲调效果的影响。为了增强紫薯粉风味，丰富产品的营养，研究人员向紫薯粉中添加一定的速溶椰子粉。最佳工艺条件下速溶风味紫薯粉呈松散细腻粉状，加水量为（4.0～5.0）mL/g时可快速冲调成均匀糊状物，无明显结块，香甜适口，细腻柔滑，具有浓郁协调的紫薯香与椰香。

杨红鸽[37]在以紫薯为基料的基础上，添加大豆分离蛋白、复合维生素强化剂、复合矿物质强化剂，经过挤压成型处理得到一种营养价值全面的紫薯大米。除此之外，紫薯粉丝[38]、紫薯面条[39]也陆续的得到了开发和应用。

2.4 休闲食品

甘薯脯的加工有多年的历史，但传统的加工方式不仅使产品色泽一般、韧度差、甜度不均，而且营养损失可达30%。张海燕等[40]以紫薯为原料打破传统工艺，采用两次糖煮、两段式烘烤加工方式加工成不含任何添加剂的紫薯脯。与传统产品相比较，新型产品不仅色泽鲜艳、里外均匀、韧性好，而且保留了原料原有的营养成分，更重要的是未添加任何色素和防腐剂。杜连启等[41]以山楂汁和紫薯浆为原料，添加适当的增稠剂和糖液，不仅改善了薯脯的色泽与口感，而且增加了产品的渗透压、延长了保质期。辛松林等[42]经过蒸制、压泥、成型、速冻等工艺将紫薯加工成方便速食产品紫薯仔，食用时只需用微波炉加热或者蒸煮即可。速冻食品不借助任何防腐剂和添加剂的同时，最大限度的使食品营养保存下来。但速冻食品中的维生素缓慢分解，且口感、风味方面发生了变化。除了速冻紫薯仔还有速冻紫薯丁[43]、紫薯软糖[44]、紫薯火腿[45]、紫薯清蛋糕[46]、紫薯片[47～48]、紫薯果糕[49]等休闲食品。

2.5 紫薯色素

紫薯中富含大量的色素，是从紫薯中提取的水溶性红色素，为类黄酮系化合物的典型结构，以C6C3C6作为基本骨架[50]。紫薯色素的提取方法以较为简便传统的酸化法为主[51-54]，但色素丢失量相对较大。近年来，色素的提取方法现多以微波[55～58]、超声波[59～60]、酶法[61]以及气蒸烘焙法[62]为主，这些方法使得色素提取量得到了大幅度的提高。

许多研究者[63-71]研究发现，与其他色素相比较，紫薯色素耐热性、耐光性都要好。因此，在纺织工业方面可以有很大的用途[72]。王潮霞等[73]利用提取的紫薯色素，对真丝织物进行染色。得到的制品不仅染色效果好，由于紫薯色素拥有多种功能因而染色后的织物还具有潜在的保健功能。这不仅有利于有色蔬果资源的充分利用，更有利于绿色纺织品的发展。

3 展望

随着人们生活节奏的加快和环境污染问题的日益严重，导致营养平衡的紊乱，从而使得各种恶性慢性病（比如：肥胖、肝炎、高血压、高血糖、动脉硬化和癌症等）的发病率逐年上升。基于紫薯及其花色苷的优越性，越来越多的紫薯食品将出现在人们的日常饮食中。

食用花色苷的安全性问题一直受到各国政府、生产厂家及消费者的普遍重视。在确认部分合成花色苷具有潜在的致畸、致癌及其他毒副作用后，天然花色苷作为安全的食用花色苷则日益受到消费者的青睐。紫薯花色苷作为一种珍稀的新型天然花色苷资源，在食品、化妆品及医药等行业中有着广阔的应用前景。

在我国，紫薯花色苷的研究和开发目前还处于起步阶段。由于紫薯花色苷具有稳定性高，从紫薯中提取的食用花色苷具有更好的耐光性和耐热性；此外，紫薯还具有产量高，成本低，营养丰富等优点，在自然界中很难找到能够与高花色苷紫薯相抗衡的植物。因此，紫薯花色苷的利用越来越广泛。在食品工业日益走向纯天然的今天，紫薯花色苷的开发一定具有非常光明的未来。

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