“黑美人”马铃薯研究现状及开发利用

韩黎明 童丹

摘 要：“黑美人”马铃薯因独特的营养功能，在食品、化妆品、保健品和医药等领域有广泛的开发应用价值，种质资源创新利用、提取花青素及主食化产品开发是其主要开发利用途径。“黑美人”马铃薯花青素的高效提取和高纯度制备技术开发、花青素组分及生理活性研究、花青素相关产品加工技术研究及产业化开发、以“黑美人”马铃薯全粉为基料的主食化产品加工技术研究及产业化开发是今后的研究方向。

关键词：“黑美人”马铃薯;营养价值;保健功能;开发利用

“黑美人”马铃薯是我国优质彩色马铃薯品种资源之一，主产于有“中国薯都”之称的甘肃定西，因其薯形美观，色泽艳丽，营养丰富而备受消费者青睐，引起了许多学者的研究兴趣。“黑美人”马铃薯的产业化，将成为马铃薯产业可持续发展的一个重要生长点。

1 “黑美人”马铃薯的营养功能

相比于普通马铃薯，“黑美人”马铃薯可提供丰富的色彩，且富含多种多酚、花青素、维生素C及类胡萝卜素等功能成分。

1.1 营养价值

经甘肃省农业科学院农业测试中心检测（No.R41-AP-2006），每100g“黑美人”马铃薯含蛋白质2.45g、淀粉12g、维生素C 21.7mg。除了淀粉含量稍低外，Ca、K等矿质含量均高于普通马铃薯。据甘肃省草原生态研究所分析化验室氨基酸分析（No.121），“黑美人”马铃薯蛋白质含18种易被人体消化吸收的氨基酸，必需氨基酸构成比例均衡，功效比值达到2.3[1]，具有很高的营养价值。阳淑等[2]研究表明，紫色马铃薯中必需氨基酸与氨基酸总量的比值（E/T）和必需氨基酸与非必需氨基酸的比值（E/N）分别高达48%和95%，均高于WHO/FAO提出的40%和60%的参考蛋白质模式，机体利用程度高，符合理想蛋白质的标准，优于其他植物蛋白。

1.2 保健功能

“黑美人”马铃薯含有普通马铃薯所缺乏的花青素。花青素是一类植物次生代谢产生的具有保健功能活性的多酚类物质——类黄酮的一种。花青素的存在使“黑美人”马铃薯具有抗氧化、抗癌、抗病毒、抗衰老、抗癌、降血糖、保护肝脏、美容、减肥等多种生理功能[3]。

1.2.1 抗氧化作用 “黑美人”马铃薯花青素具有良好的稳定性[4-7]和抗氧化性。李彩霞等[8-9]研究发现，“黑美人”马铃薯花青素处理后，小鼠体重、血清中SOD酶活性、肝脏中GSH-Px酶活性，以及脑中T-AOC、SOD、GSH酶活性显著升高，肝脏和脑中MDA含量下降，表明“黑美人”马铃薯花青素具有显著的抗氧化活性，且具有靶向性，对脑组织有较强的抗衰老作用，清除ABTS自由基的能力大于维生素C。白粉娥等[10]研究表明，“黑美人”马铃薯源的花青素总抗氧化活性高于“红宝石”马铃薯源花青素。杨晓辉等[11]、高海宁等[12]分别采用多种体系研究“黑美人”马铃薯花青素清除自由基的能力，结果表明，“黑美人”马铃薯花青素的还原力、抗脂质过氧化能力、清除羟基自由基、亚硝基、超氧阴离子自由基（O2-.）和DPPH自由基的能力明显高于维生素C，清除率与其浓度呈正相关。

1.2.2 抗突变和抗癌活性 许多学者研究了紫色马铃薯的抗突变和抗癌作用。Brown C R等[13-14]研究表明，彩色马铃薯花青素能有效抑制线粒体的自发性突变和诱导有机体突变物质的活性，从而减少突变剂诱导的可逆性突变。马铃薯花青素能抑制肿瘤细胞的生长，诱导肿瘤坏死因子（TNF）的产生，其抗癌作用在胃癌、乳腺癌、前列腺癌、结肠癌、肝癌等肿瘤细胞中都得到了证实。Hayashi K等[15]发现，马铃薯花青素能够诱导人胃癌细胞 KATO III细胞凋亡，抑制胃癌细胞的增殖，对胃癌有防治作用。通过对小鼠喂食紫色马铃薯和含有1%马铃薯花青素的标准食物，都不同程度地抑制了白细胞的增殖。王全逸[16]研究表明，彩色马铃薯多酚可显著抑制人体结肠癌Caco-2和肝癌HepG2细胞的体外增殖，绿原酸和花青素在癌细胞增殖的抑制中发挥重要作用，抗癌活性与多酚含量显著相关。方芳[17]研究发现，紫色马铃薯花青素能有效抑制雄激素非依赖性前列腺癌Dul45、PC-3细胞的增殖，诱导Dul45、PC-3细胞凋亡。Reddivari等[18]从4种彩色马铃薯中提取花青素，通过活化促分裂原活化蛋白激酶和氨基末端激酶来诱导癌细胞凋亡，进而发挥抗癌活性。Wang等[19]从5种彩色马铃薯中提取抗氧化组分并在结肠癌和肝癌细胞中研究了其抗癌活性，结果显示，5种马铃薯对癌细胞增殖具有不同的抑制效果，可能与其绿原酸及花青素组分的相对含量和比例有关。谢庆华等[20]用马铃薯花青素分别对白血病细胞株和胃腺癌细胞株进行生长抑制研究，结果表明，马铃薯花青素对红细胞白血病株有十分明显的抑制能力。Thompson M D等[21]研究发现，对由N-甲基-N-亚硝基脲诱导的小鼠乳腺癌，马铃薯花青素可以降低癌症的发病率，花青素与其他抗氧化物的协同效应可以极大提高对癌的抑制能力。

1.2.3 抗病毒活性 Hayashi K.等[22]发现，马铃薯花青素（IC50）具有抗病毒活性，对流感病毒 A（Influenza virus types A，IVA）和 B（Influenza virus types B，IVB）有灭活作用，其抗病毒活性与花青素的分子结构密切相关，并与其他共存成分具有累加或协同作用。

1.2.4 其他保健作用 研究表明，彩色马铃薯还具有保护肝脏、降血糖、抗衰老、美容、减肥等多种保健功能。Han K H等[23]研究发现，马铃薯花青素对小鼠血清中半乳糖胺诱导TNF的改变及乳酸脱氢酶（LDH）、谷丙转氨酶（ALT）、天门冬氨酸氨基转移酶（AST）以及脂质过氧化有抑制作用，可以控制肝脏中硫化巴比土酸反应物（TBARS）、谷胱甘肽（GSH）水平变化，对抗半乳糖胺引起的肝毒性有保肝作用，从而减轻肝损伤。Wang等[24]研究表明，花青素可有效降低叔丁基过氧化氢引起的鼠肝细胞脂肪氧化和细胞中毒。花青素通过降低胆固醇和低密度脂蛋白，具有预防心血管疾病的功能[25]。Han K H等[26]、Kayamori等[27]研究發现，马铃薯花青素可以促进大鼠类固醇排泄，降低血液中胆固醇含量。Ghiselli等[28]体外实验发现，花青素对低密度脂蛋白氧化和血小板聚集有显著抑制作用。马铃薯花青素能有效抑制胶原酶、弹性酶的活性保持血管和皮肤弹性，还具有改善视觉、抑制脂肪细胞分化，减少细胞中脂质沉积，从而具有一定的抗衰老[29]和减肥功效[30]。

2 “黑美人”马铃薯研究现状

“黑美人”马铃薯的研究热点主要集中于花青素含量、提取分离纯化工艺、抗氧化性、稳定性及保健功能等方面。白粉娥等[10]采用HPLC法从“黑美人”马铃薯中检测到6种花青素，其主要组分为矮牵牛色素，在表皮和薯肉中的含量分别为（165.47±2.01）mg/100 g、（26.71±1.21）mg/100 g。于振等[31]采用HPLC-VWD法对“黑美人”花青素中不同组分进行了分离鉴定，鉴定出7种花青素组分（表1）。

周向军等[32-33]研究了“黑美人”马铃薯多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）活性，同时探讨了柠檬酸、L-半胱氨酸、维生素C、EDTA及亚硫酸氢钠等5种抑制剂对酶促褐变的抑制作用，建立了酶促褐变反应动力学方程。有关“黑美人”马铃薯花青素清除自由基、抗氧化性及稳定性的研究比较深入，已如前述。为获得“黑美人”马铃薯花青素提取的最佳工艺条件，不少学者做了大量的研究工作。据文献报道，花青素的提取方法主要有溶剂提取法、超声波辅助提取法、超临界流体萃取法、酶解提取法、超临界-酶解提取法、组织培养法等。目前国内对马铃薯花青素的提取方法多以酸性乙醇溶剂提取法为主。花青素纯化精制的方法主要有柱层析（CC）、纸层析（PC）、薄层层析（TLC）、高效液相色谱法（HPLC）以及高速逆流色谱法（HSCCC）等。目前国内马铃薯花青素的纯化多用大孔树脂法（表2）。

3 “黑美人”马铃薯开发利用途径

“黑美人”马铃薯独特营养保健功效和优势使其最有希望替代合成色素和其他天然色素，在食品、化妆品、保健品和医药等领域广泛开发应用。“黑美人”马铃薯因其口感好，色泽鲜艳，富含花青素、富硒，市场价格较高，具有较高的附加值和开发潜力。

3.1 种质资源创新与利用

高产、优质和高花青素含量的彩色马铃薯新品种选育逐渐成为育种学家的研究热点。许多发达国家对彩色马铃薯颇有研究，相继培育出许多优质彩薯品种，如美国的Red Norland、Dark Red Norland、All Blue等品种;英国的Congo、Negresse、King Edward等品种;荷兰的Desiree品种;日本的Northem Ruby品种。对于马铃薯花青素合成机理的研究也比较深入，与之相关的P、R和I等基因的定位克隆以及对色素合成的遗传调控都有了初步了解，并建立了调控模型[39]。国内也绘制完成了马铃薯基因组精细图谱，利用多种分子标记技术进行了资源和品种遗传多样性研究，定位和克隆了部分基因，为马铃薯分子育种奠定了理论基础。但国内优质彩色马铃薯种质资源匮乏，育种的遗传基础狭窄，有利基因挖掘和利用研究刚刚起步，彩色马铃薯育种进程缓慢。“黑美人”马铃薯拓展和丰富了彩色马铃薯种质遗传背景，为彩色马铃薯研究利用和品种创新提供了新的种质资源材料，可以做为极好的遗传资源进行杂交育种，同时利用分子生物学研究成果，采用常规育种、细胞学育种、分子育种相结合的生物技术方法培育彩色马铃薯品种，实现品种创新。

3.2 花青素的开发利用

“黑美人”马铃薯花青素含量丰富，有很高的附加值和开发潜力。开展“黑美人”马铃薯花青素提取分离纯化、组分及生理活性研究、生产制备及其产业化开发十分必要，这对于“黑美人”马铃薯的深度开发利用和促进大众健康都具有重要意义。

3.2.1 在食品工业中的应用 随着食品工业的快速发展和对化学合成色素安全性质疑的不断增加，使天然色素的开发成为食品领域的研究热点。基于清除体内自由基的功效，花青素作为一种抗氧化功能食品由于不受作为药物需有明确适应症的限制，其应用范围越来越大。在食品工业中主要应用于清凉饮料、水果蜜饯、糖果（高度煮沸糖果、明胶果冻）、乳制品及干混食品等休闲食品、保健食品中。花青素添加于食品中，不仅赋予食品五彩缤纷的色泽，更能增强食品抗氧化性，有益人体健康。另外，花青素具有很好的生物利用度，易与胶原蛋白结合，稳定细胞膜以及抗酶活性（组胺脱羧酶），这些特点与抗氧化能力协作，使花青素成为一种基于清晰理论基础和严格实验结果之上的保健功能食品添加剂。

我国对花青素保健食品的研发较晚，在我国已批准注册的含花青素保健食品中推荐摄入量一般为50～500mg/d。这对“黑美人”马铃薯花青素的开发利用是很好的启示。

3.2.2 在化妆品领域的应用 花青素的特殊抗氧化活性和清除自由基的能力为其在化妆品领域中的应用开辟了广阔前景。法国已开发出含花青素的晚霜、发乳和漱口水;日本Yamaskosh研制了含花青素的可使皮肤亮洁的油性化妆品。我国也有公司在开发紫色马铃薯黑夜白面膜，初步试验具有抗皱、提亮肤色、抗氧化、美白、补水等功效。充分利用“黑美人”马铃薯这一资源，开发含花青素的纯天然、高效、无毒、抗皱、美白、防晒、保湿、抗辐射、养颜等功能的化妆品，具有更广阔的前景和应用价值。

3.2.3 在医药领域的应用 花青素对许多疾病的预防和治疗价值已被普遍认同。法国、德国、罗马尼亚等国家都有花青素制剂用于疾病治疗，并获专利保护。我国虽然研究较晚，但随着医药、化工技术的发展，并结合我国传统中医药技术，必将促进花青素在医药中的开发应用，利用“黑美人”马铃薯这一资源将被开发出更多有效的花青素医药产品。

3.3 主食化应用

“黑美人”马铃薯不仅可以作为高档菜肴食用，在加工上更具有普通马铃薯无法比拟的优势。

3.3.1 全粉加工 目前国内市场紫色马铃薯全粉和紫色马铃薯衍生产品还很稀缺，有关紫色马铃薯全粉研究的报道较少。崔璐璐等[40]通过正交试验优化紫色马铃薯全粉加工工艺，得率为20.69%，全粉顆粒组织均匀细腻，具有浓郁的鲜薯香味，有润滑的沙质口感，花青素含量为348.03mg/100g，花青素保存较好。黄洪媛等[41]采用“二次蒸煮+回填制粉”优化工艺，得到了游离淀粉含量低，色素保留较好的紫色马铃薯颗粒全粉。甘肃薯香园农业科技有限公司以定西地产“黑美人”马铃薯为原料生产的紫色马铃薯颗粒全粉和雪花全粉已经上市，成为市场新宠。

紫色马铃薯全粉生产过程中极大程度地保持了细胞的完整性，使紫色马铃薯全粉保留了新鲜紫色马铃薯的天然风味和口感，花青素保存较多，营养价值高。紫色马铃薯全粉既能作为最终产品，也能作为马铃薯食品深加工的基本原料，从而提高其附加值和经济效益。

3.3.2 主粮化产品开发 随着国家马铃薯主粮化战略的实施，马铃薯主食产品开发成为马铃薯产业及食品加工最具活力的领域，研究人员着力于马铃薯主食产品加工基础理论和工艺技术研究，取得了许多重要成果，“黑美人”等彩色马铃薯主食产品开发也已经得到重视。仇干等[42]以“黑美人”马铃薯为原料，研究紫马铃薯全粉-小麦粉混粉的化学组分、颜色、功能特性和热特性等理化特性，质量比为30∶70时，各项颜色指标的变化最为显著，混粉的功能特性和热特性均随着紫马铃薯全粉含量的增加呈现趋势性变化，认为紫马铃薯全粉-小麦粉混粉的营养价值高于纯小麦粉。尤燕莉等[43]以“黑美人”马铃薯为原料，提取紫色马铃薯淀粉并研究其理化性质，认为紫色马铃薯淀粉与普通马铃薯淀粉颗粒形态和大小相似，总淀粉含量相近，但直链淀粉含量（“黑美人”为39.33%）高于普通马铃薯淀粉。

刘振宇等[44]报道了紫色马铃薯馒头加工优化工艺：紫色马铃薯全粉占比35%、面粉250g、加水量175mL、酵母添加量0.75%、发酵时间4h、醒发时间30min、气蒸时间15min。据媒体报道，某公司开发生产的紫色马铃薯全粉馒头上市后备受消费者青睐。童丹等[45]以“黑美人”马铃薯全粉为原料研制紫色马铃薯全粉蛋糕，优化的最佳配方和加工工艺为：紫色马铃薯全粉40g、小麦粉60g、鸡蛋360g、黄油50g、白糖80g、植物油40g、食用盐2g、泡打粉1g、塔塔粉1g;烘烤温度180℃、烘烤时间30min。所得紫色马铃薯全粉蛋糕薯香浓郁、口感润泽，感观品质和质构特性优良。张伟君等[46]研究了紫马铃薯全粉添加对马芬蛋糕烘焙损失率、色差、质构性能及感官的影响，紫马铃薯全粉适宜添加量为30%。这些研究成果均对“黑美人”马铃薯主粮化产品开发提供了一定的理论和实践参考。

3.4 休闲和功能食品

“黑美人”马铃薯全粉因其色泽和保健功效，是开发特色功能食品的绝佳基料，可应用于速冻食品、膨化食品、快餐食品、婴儿食品等，也可制成全营养、多品种、多风味的方便食品，也可以全粉为“添加剂”制成冷饮食品、方便食品、膨化食品、代餐粉及特殊人群（高血脂症、糖尿病人，老年、妇女、儿童等）食用的多种营养食品、减肥食品、休闲食品。刘家艳等[47]研制紫色马铃薯营养粉，优化配方为紫色马铃薯粉∶豆奶粉∶白砂糖=7∶4∶3，制得的紫色马铃薯营养粉花青素和蛋白质含量高，感官优良、冲调性好、品质佳。林学泰等[48]以紫色马铃薯为原料，研制出一种具有肥胖抑制活性的新型保健功能食品，适用于肥胖人群。

4 展望

“黑美人”马铃薯是我国马铃薯资源中一类具有独特遗传特性和经济价值的特殊品种类型，许多省市已有大量种植，资源来源广泛，种植及贮藏技术成熟，块茎产量高，其独特的营养保健功效和优势使其在食品、化妆品、保健品和医药等领域有广泛的开发应用价值。今后的研究方向主要是：（1）“黑美人”马铃薯花青素的高效提取和高纯度制备技术的开发;（2）花青素组分及生理活性的研究，花青素相关产品的加工技术研究及产业化开发;（3）以“黑美人”马铃薯全粉為基料的主粮化产品、特色功能食品加工技术研究及产业化开发等。构建“政产学研用”深度合作和“协同创新”机制，对于深度开发利用“黑美人”马铃薯和促进大众健康都具有重要意义，也具有广阔的发展空间和应用前景。

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Abstract：Due to nique nutritional and health care effectiveness and advantages of‘Black beauty’potato，there are extensive development and application prices in food，cosmetic，health product，and medicines.Innovative utilization of germplasm resources，extraction of anthocyanin and main grain-based product development is its main development and utilization route.Development of high efficiency extraction and high purity preparation of potato anthocyanin，study on anthocyanin components and physiological activities，study on processing technology and industrial development of anthocyanin related products，study on processing technology and industrial development of main grain products based on ‘Black beauty’ potato powder are research directions.

Keywords：‘Black beauty’ potato;nutritional value;health function;development and utilization

（责任编辑 唐建敏）