【中科院之声】小土豆大用处丨新知
土豆又名洋芋、马铃薯或山药蛋，能作为人、畜的粮食和蔬菜鲜食，其加工用途也非常广泛，可用于加工马铃薯淀粉、马铃薯全粉、薯片和薯条等。
从土豆到琳琅满目的全土豆宴菜肴及工业化土豆深加工产品，小小的一颗土豆，关于它的秘密可不少。
近日，vic115维多利亚环境材料与生态化学研究发展中心材料与分离分析课题组，针对土豆的营养组分、食品安全和加工废弃物资源化利用开展相关研究，取得了多项成果。
土豆不仅是一种非常营养的蔬菜，还是一种重要的粮食兼经济作物，其作为食品加工原料，可用于淀粉、全粉、薯片和薯条加工。其富含淀粉、蛋白质、膳食纤维、多种维生素和矿物质，这些营养物质对人体健康有着非常重要的作用，可提高免疫力、促进消化和血液循环等。
为什么要研究土豆？
据2021年联合国粮食及农业组织（FAO）数据显示，中国是世界最大的土豆种植国，年产量9436.22万吨，位居全球第一。土豆作为中国农业的重要作物之一，主要在东北、华北、西北、西南等地区种植，是人们餐桌上不可或缺的日常食材之一。
科研团队通过物理化学分析手段研究土豆的化学组成、营养特征，让我们“吃”土豆更营养、更安全、更科学，根据马铃薯的组分与结构特征，研究更适合于马铃薯加工的方法和技术，将有利于发挥土豆的营养功能。
淀粉是马铃薯块茎干物质的主要成分，约占固形物总含量的70%左右。其中，以湿基计，在营养组成平均范围中，土豆的淀粉占比是12.6%-18.2%、蛋白质为0.6%-2.1%、维生素C为8-54 mg/100g。此外，土豆还含有丰富的微量矿物质元素和生物活性类植物化学物质，如类胡萝卜素、黄酮醇类、绿原酸、花色苷、地骨皮胺、糖苷生物碱和打碗花精等。
马铃薯的干物质主要是淀粉，淀粉含量高的作物还有大米、小麦和玉米等，这些都是可以作为主食的重要原因，其重要性不言而喻。
在应用基础方面，该课题组近年来已发表马铃薯化学与加工技术相关论文40余篇，涉及马铃薯蛋白、马铃薯淀粉和马铃薯植物化学物质等。
课题组的工作就是研究不同马铃薯品种的食用及加工用途，因为有些品种适合蒸、煮、烤，而有些品种适合炒土豆丝或作为辅料，有的品种只适合薯条、薯片、全粉和淀粉的工业化加工等。
如果马铃薯的淀粉含量高，过多的碳水会不会引起我们的肥胖问题呢？它们的组分与结构特征是什么？
这些基本的物理化学原理与变化都需要我们去研究、去探索，以科学的方法指导我们科学地“吃”马铃薯。
不同土豆品种具有不同特点
由于遗传特性，不同土豆品种的块茎大小、形状、薯肉/薯皮的颜色各有不同。
从内蒙古的“红美”到甘肃的“黑美人”，从云南的“合作88”到黑龙江的“东农310”，不同品种马铃薯的营养品质也存在很大差异，外观形貌和化学组成差异也非常大。
淀粉含量高的土豆适合于加工淀粉，干物质含量高的适合烤着吃或蒸着吃，而新鲜上市的土豆淀粉含量低、水分含量高，则适合于炒洋芋丝。其中，薯形规整、扁圆和芽眼浅的适合于薯片、薯条和全粉加工，这样的马铃薯品种更适合工业化蒸汽爆皮。另外，薯片、薯条和全粉加工还要求还原糖含量低，这样加工出来的产品颜色比较浅。
针对土豆的蒸煮和烧烤，课题组在实验室以布尔班克和大西洋为对照，对比分析了东农310的烹饪加工性能。
对三种烤马铃薯进行营养成分分析，结果显示，烤马铃薯中干物质含量是引起其硬度差异的主要原因，而蒸马铃薯中干物质和膳食纤维含量都对硬度有影响。
而在 L*a*b*颜色值分析中，烤马铃薯的 a*值与烤马铃薯“焦糖色”高度相关，且 a*越大，感官评价中颜色评分越高，所以“焦糖色”更易被消费者接受和喜欢。
分析三个品种土豆的游离氨基酸含量和呈味 TAV（滋味物质味道强度）发现，样品中鲜味主要来自谷氨酸。烤东农 310和布尔班克中，吡嗪类挥发性风味物质的含量高于烤大西洋，更具有典型的烤马铃薯风味。曾凡逵通过对三种马铃薯样品的挥发性风味物质含量和挥发性风味物质相对风味活度值进行分析，发现2-甲基丁醛、3-甲基丁醛为烤马铃薯的特征关键性风味物质，1-戊醇、正戊醛为蒸马铃薯特征关键性风味物质。
薯片加工和薯条加工应该选择哪种土豆呢？
因为薯片加工对土豆品种的要求较高，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块形状为圆形或近似圆形，还原糖含量应低于0.2％，贮藏过程中尽可能少形成还原糖，干物质含量要适中。云南贵州的土豆一年多熟，每个季度都有新鲜上市的土豆，更适合鲜切薯片加工，而其他地方的更多用全粉做复合薯片。
目前，我国用于炸片加工的品种（大西洋）主要是从引进品种中筛选出来的，该品种已在我国进行了大面积种植，也是目前我国薯片加工的主要品种。我国选育出来的合作88和东农310也非常适合薯片加工。大西洋存在着两个重大的缺陷，不抗晚疫病和易出现空心，除了作薯片和全粉加工原料外不太适合作其他用途。大西洋对水肥条件要求高，在甘肃只在河西走廊一带适合种植，不适合在干旱的地区种植。
国外主要的土豆加工企业都是将土豆全粉加工与薯条加工结合起来进行。因为薯条品质标准最重要的就是要求薯条有一定长度，如薯条低于5厘米就不合格，不能销售。生产过程中这类不合格薯条占20~30%。为了解决这一问题，国外薯条加工企业多在其生产线旁配一条雪花全粉生产线，原料就是薯条生产线上不合格的薯条（边角料）。生产出来的全粉价值远高于不合格薯条低价售出和生产其他产品的价值，这是国内可借鉴的一点。
从酸辣土豆丝到洋芋搅团
随着我国人口老龄化和人们对健康的关注度增加，将来的马铃薯加工产品会朝着多元化方向发展，加工产品将呈现低脂肪（低能量）、低盐、高维生素、高微量元素、高膳食纤维和高抗氧化物质含量等特点。
酸辣土豆丝作为一道“国菜”，深受全国人民的喜爱。酸辣土豆丝相对油炸土豆产品脂肪含量更低，其特殊的加工方式，使脆爽的土豆丝中淀粉没有完全糊化，保留了较多的抗性淀粉。由于高温受热时间短，酸辣土豆丝的维生素C破坏少。维生素C是一种热敏性营养物质，受热时间越短保留越多，也是一种重要的抗氧化剂，能够帮助人体抵御自由基的损害，保护细胞健康。
因此，对于追求健康饮食的人来说，酸辣土豆丝是一种更加健康的食品选择。它不仅美味可口，而且富含营养，能够为人体提供丰富的抗性淀粉和维生素C。
然而，对于糊化后的土豆淀粉，其具有易消化的特点。该特点是一把双刃剑，一方面它能够消化成葡萄糖为人体提供能量，另一方面，根据已有研究结论，又能引起高血糖的发生。
如何将高淀粉食物变为“低糖”或“低碳水”食物，食物的加工方式和科学吃法是关键。
课题组从一种甘肃特有小吃——洋芋搅团入手，通过在传统洋芋搅团中添加额外的蛋白质，制备了一种蛋白质营养强化食品，具有低血糖指数、高蛋白含量和方便食用的特点。改良后的洋芋搅团血糖指数会降低，主要是由于添加蛋白后降低了淀粉含量，另外低温贮藏过程中淀粉的回生增加了慢速消化淀粉和抗性淀粉的含量。
中国人口众多，人均蛋白资源严重不足，大量依赖植物蛋白来补充。如何提高食物中蛋白含量，尤其是农村人口蛋白摄入是我国食品营养学研究的重点，在传统洋芋搅团中添加大豆分离蛋白和豌豆分离蛋白为提高我国居民蛋白摄入提供了新的解决方案，且消费者对价格的可接受性较强。
在传统洋芋搅团中添加额外的蛋白，可降低血糖指数，还能增加蛋白含量，作为方便食品其价格能够被消费者接受。洋芋搅团属于“仿生马铃薯食品”，符合未来全球马铃薯加工业发展的趋势。这种食品凭借其优异的口感、质地和便利性以及优越的营养特性，实现了洋芋搅团从“手工作坊式”加工到工业化生产，具有广阔的市场应用前景。
吃土豆还能减肥？马铃薯蛋白酶抑制剂作为马铃薯蛋白的主要组成部分，具有减肥功效，这是因为马铃薯蛋白酶抑制剂可提高血浆胆囊收缩素水平，胃肠激素参与人体的饱腹感、食物摄入调节和血糖控制，其血浆水平升高能延缓胃排空，引起饱腹感，从而减少食物摄入。
别看小小的土豆很普通，但根据其营养价值和在人类饮食中发挥的重要作用，未来的地位不可估量。毕竟爱尔兰大饥荒导致爱尔兰人口骤减和中国乾隆年间人口猛增至4.3亿都跟土豆有很大的关系。
相关论文信息：
1. https://doi.org/10.3390/foods12112145
2. https://doi.org/10.3390/foods12132460
3. https://doi.org/10.3390/foods12112252
