紫薯营养与加工研究进展

陈丽潇，王晓梅，李靓靓，李文品，李 慧，陈 祥，贾礼桂，李 评，龚维洪，常

（1.十堰市农业科学院，湖北十堰 442000；2.十堰市农产品质量检验检测所，湖北十堰 442000；3.湖北鸿大粮油股份有限公司，湖北 郧西 442600）

紫薯（Ipomoea batatas（L.） Lam），属旋花科甘薯属草本植物，薯肉呈紫色至深紫色，故又称黑薯、紫心甘薯、紫肉甘薯。紫薯是甘薯的一个特殊品种类型，兼有粮食作物、药用作物和经济作物的特点，不仅具有普通甘薯的成分和功能，硒元素和花青素的含量也较高，具有抗肿瘤、抗氧化、预防和治疗心血管疾病、延缓衰老、增强人体免疫力等功效，是食品、纺织、医药、轻工、化工等工业的重要原料[1-2]。随着生活水平的提高，人们在追求饱腹的基础上，开始更加关注食品的保健功能，紫薯富含营养，是一个非常好的选择。

当前，甘薯在我国的粮食作物生产中占据重要的地位，紫薯作为其中的一个分支，在兼具粮食作物功能的基础上，也可广泛运用于食品加工、医药等其他方面，具有广阔的发展前景，关注紫薯的营养成分研究及加工现状，将有利于指导紫薯产业的良好发展，指导紫薯育种的选育方向，并在此基础上提供紫薯相关产业链新的发展方向。

1 紫薯营养物质及其功能研究进展

紫薯含Se，Zn，Fe，P 等10 多种矿物元素，蛋白质含量约20%，含有18 种氨基酸，富含维C、维B、维A 等8 种维生素，特别是含有大量药用价值的花青素。

1.1 淀粉

紫薯淀粉含量较高，占干物质的50%左右，主要由高度分支的支链淀粉和线性的直链淀粉组成，其中直链淀粉含量较高。纯紫薯淀粉难以形成面团，因为紫薯淀粉中缺少面筋结构，淀粉颗粒之间的相互作用力太弱[3]。

1.2 花青素

紫薯色素主要是天然花青素类色素，是具有良好生物活性的水溶性天然色素，属于黄酮类化合物，广泛存在于紫薯的块根、茎、叶及薯皮中。

紫薯花色苷具有较强的抗氧化特性、良好的降血脂功能、较好的抗UVB 诱导的皮肤光老化活性。紫薯花色苷可通过抑制脂多糖诱导磷酸化的细胞外信号调节激酶ERK c-jun 氨基末端激酶JNK 的表达及核因子κ（NF-κB） 的激活等一些炎症因子的产生来减轻脑急性炎症性反应。小鼠试验研究发现，紫薯花色苷可通过降低脂质过氧化程度、激活抗氧化酶的活性及抑制炎症性反应来保护由D - 半乳糖诱导的肝脏损伤，还发现二酰基花色苷可通过对α -葡糖苷酶产生的抑制作用来降低血糖水平[4-5]。

1.3 膳食纤维

按溶解性的不同可以将膳食纤维可分为不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维2 种，不溶性膳食纤维可以促进肠道蠕动、清理肠腔、改善消化道环境，可溶性膳食纤维则能够抑制血糖升高、降低血清胆固醇、预防“三高”等。紫薯中膳食纤维含量较高，且可溶性膳食纤维大约占总膳食纤维含量的一半[6]。

1.4 微量元素

紫薯中各种微量元素含量是普通甘薯的3～5 倍，其中硒元素的含量更是普通甘薯的20 倍[7]。紫薯中锌、铁、钙、铜、锰、硒均为天然，且都是人体必需元素，其中硒和铁是人体补血、抗衰老、抗疲劳的必要元素，硒又是“抗癌大王”，易被人体吸收，具有增强机体免疫力、修补心肌、抑制癌细胞中DNA 的合成和癌细胞的分裂与生长，预防胃癌、肝癌等疾病的发生[8]。

1.5 其他物质

紫薯果胶类多糖含量、总半乳糖醛酸、酸不溶灰分、酯化度、pH 值、总糖、蛋白质含量分别为4.32%，65.24%，0.32%，31.00%，4.22，65.00%，1.02%[9]。

2 紫薯加工研究进展

2.1 面食类制品

2.1.1 面包类

面包是以麦类为主要原料的焙烤食品，可以作为主食或点心，是高热量碳水化合物食品，多吃容易肥胖。在追求健康饮食的大环境下，各种纤维含量高、低糖的食物常常被引入到面包的制作过程当中。针对紫薯粉这种健康原料，有研究表明紫薯生全粉的加工特性远优于熟全粉[10]。

在软欧包的制作中，加入紫薯[11]、紫薯枸杞[12]、紫薯麦麸[13]都能提高产品品质，紫薯粉分别占紫薯粉与面粉总质量的15%，29.6%，26.7%左右。面包中加入紫薯粉比加入紫薯泥得到的面团颜色及分布更加均匀，且紫薯粉添加量为紫薯粉与高筋面粉总质量的8%时，感官评价得分最高[14-15]。在加入紫薯粉的同时加入山药粉，得到的试验结果显示，紫薯粉添加量6%，山药粉添加量10%时，有较好的感官评价[16]。紫薯粉与红豆粉同时添加时，紫薯粉添加量为高筋面粉的10%，红豆粉为5%，制备的面包柔软细腻、组织均匀、紫薯和红豆风味明显[17]。紫薯粉会对面团筋力和面包口感产生不利影响，适当添加谷朊粉可使该情况得到改善，当紫薯粉的添加量是面包粉的10%时，再添加5%谷朊粉得到感官评价最好的面包[18]。

2.1.2 面条挂面类

面条是中国传统美食，制作简单、食用方便，营养丰富，现市售面条根据含水量差异，主要分为鲜面、鲜湿面（半干面） 和挂面，挂面含水量一般低于14.5%，因此易于贮存、食用方便，颇受消费者青睐。

面团是面条的基础，以纯小麦粉面团为对照，取紫薯粉与小麦粉以15%比例混合，测定面团特性发现，紫薯粉的添加使得面团衰减值、回生值降低，延长了制品保质期，测定流变学特性发现能提高面团稳定性[3]。适度添加紫薯生全粉可改善面条的色泽和气味，过度添加紫薯生全粉则会对面条的质构产生不利影响。玉米紫薯面条的最佳工艺配方以除食盐外的干物质总质量为基准，各组分添加量为紫薯粉10%，玉米粉10%，食盐1.6%，谷朊粉2.5%，水45%[19]。以面粉添加量为100%，紫薯粉添加量为20%，膳食纤维添加量7.5%，水和食盐的添加量分别为复合粉的30.0%和0.35%时，制得的挂面颜色气味较好，软硬适中不黏牙，韧性较强，在各供试配方中综合品质最好，且该复合粉挂面中挥发性风味物质有48 种，比普通挂面多25 种[20-21]。为了提高面条中紫薯粉含量，以紫薯全粉添加量为基础添加6.30%玉米淀粉，0.80%混合胶（CMC∶刺槐豆胶=6∶4） 得到的紫薯全粉面条品质较好[22]。

2.2 饮料制品

紫薯淀粉含量较高，因此在发酵成酒、醋等方面有巨大的优势，由于保健功能的优势，也常有人利用紫薯调配各种饮料，如紫薯乳酸菌发酵饮料[23]等。

2.2.1 酒类

以新鲜紫薯为原料发酵得到的紫薯酒其清除自由基能力强于亚洲干红葡萄酒及紫薯清汁，与0.5 mg/mL的维C 溶液清除能力相当，自由基清除率约为93%[24]。以紫薯粉为原料同样可发酵得到紫薯酒，且具有一定的保健功效[25]。用不同处理方式得到的紫薯为原料发酵酿酒，结果表明真空冷冻干燥样与紫薯鲜样发酵得到的果酒各项常规物质和活性物质的含量差别不大，前者略高，且活性物质含量明显高于其他2 种，真空干燥样次之，鼓风干燥样最差[26]。在紫薯糯米酒的制作过程中，有的选择直接将紫薯代替部分糯米同时糖化发酵，有的选择紫薯、糯米分别糖化后，再共同发酵，都可得到色泽均匀透明、香气浓郁、甜度适中、口感细腻的成品[27-28]。紫薯还可以和大米一起制作紫薯清酒[29]；以浓香型蒸馏白酒为基酒，利用超声波浸提技术得到一种具有抗氧化活性的功能性紫薯浸泡酒[30]；与山楂一起制作干型紫薯山楂果酒[31]。

2.2.2 果醋类

醋虽然常被认为是调味品，但也有很好的保健作用，有抗菌杀菌、降血脂、降血压、缓解疲劳、抗氧化、护肝等功能。紫薯也被认为是集营养、保健为一体的粮食作物，因此用紫薯酿造食醋可以得到营养更为丰富的紫薯醋，但在紫薯醋的酿造过程中，一些营养物质的含量都有一定量的下降，因此紫薯醋的酿造工艺也还在不断的优化中[32-34]。

2.3 乳类制品

乳类制品通常营养价值比较高，有人尝试在奶酪中加入紫薯膳食纤维[35]，但更多的还是制作酸奶。单一添加紫薯制作紫薯益生菌酸奶[36]，紫薯凝固型酸奶[37]都得到了口感、色泽和风味俱佳的产品，为了增加产品的不同风味、提高营养价值，也有用紫薯来复 配 燕 麦[38]、葛 根[39]、甘 蔗[40]、山 楂[41]、南 瓜[42]、黑米[43]、抹茶[44]、大豆[45]制作酸奶的研究。

2.4 休闲食品

2.4.1 饼干类

饼干的含水量低，便于运输保存，可以即食，是人们比较喜欢的一种烘焙食品，但在营养价值方面则有所欠缺，且存在高糖高脂的问题。将紫薯以紫薯粉的形式代替部分小麦粉来制作饼干，可以改善曲奇饼干的硬度、黏聚性、咀嚼性，紫薯粉添加量占50%～70%时，效果较好[46]。在低筋面粉中添加紫薯泥、薏米粉，并以麦芽糖醇代替白砂糖，可研制出具有紫薯独特色泽和薏米风味的无糖曲奇饼干[47]。紫薯在饼干中的添加主要是改善营养结构，在其他饼干种类中（如酥性饼干[48]、韧性薄饼干[49]等） 都有添加，或者和其他原料（如藜麦[50]、燕麦[51]） 共同添加。

2.4.2 米糕

米糕是历史悠久的中式糕点，口感软糯、老少皆宜，深受大众喜欢。在米糕制作过程中添加紫薯、牛奶、营养强化剂维D 和食用钙粉，再配以卡通模具，在丰富营养、维持口感的同时增加观感，可得到一款具有一定前景的针对幼儿的零食产品[52]。以糯米150 g，小米40 g，淀粉30 g 为基准，添加紫薯140 g，山药50 g，白砂糖10 g，设定蒸煮时间为30 min，此配方及工艺蒸制而成的紫薯山药米糕外观完整，色泽均匀有光泽，口感香甜，糯性适中[53]。

2.4.3 方便面类

方便面属于快餐类面制食品，随着生活节奏的加快以及外出需要，方便面成为现代生活不可或缺的简易食品之一。在人们追求健康的大环境下，非油炸方便面开始出现，以新鲜紫薯为主要原料，热风干燥为技术手段制作非油炸方便面，可以得到较为合适的配方，但相较油炸对面条的质构产生不利影响，复水性能也有所下降[54]。为了减少非油炸方便面与油炸方便面口感上的差距，可以适当复配加入木薯酯化淀粉、硬脂酰乳酸钠、卡拉胶，得到更润滑、更具弹性、适口性更好的方便面[55]。

2.4.4 营养餐粉

紫薯淀粉及膳食纤维含量较高，既提供了一定的能量又能促进胃肠蠕动，因此有人尝试用紫薯粉来做代餐粉。紫薯4.0 g，黑豆3.5 g，银杏2.5 g，黑芝麻1.5 g，红枣1.0 g，木糖醇1.5 g，可复配出适合中年妇女食用且具有美容养颜、抗衰老、预防心脑血管疾病功效的复合早餐粉[56]。有研究表明，通过蒸熟、煮熟、微波熟化、烘烤熟化4 种方式熟化的紫薯全粉中，微波熟化的适宜作为原料，复配出微波熟化的紫薯全粉添加量75%（15 g），葡萄籽原花青素3% （0.6 g），甜菊糖苷0.3% （0.06 g），桑葚粉24.8% （4.96 g），瓜尔豆胶1% （0.2 g） 的代餐粉，具有有益的消化特性与良好的风味口感[57]。

2.5 原料提取

2.5.1 花青素

花青素作为天然色素，不仅安全性高，还有一定的保健作用，常用于食品着色，也可用于医药、染料、化妆品等方面。紫薯花青素的常规提取方法是溶剂提取法，也是应用最为广泛的方法，并在此基础上衍生出微波辅助提取法及超声波辅助提取法。其他还有酶提取法、联合提取法、加速溶剂提取法、脉冲电场辅助提取法等[58]。

2.5.2 果胶

果胶物质是一种多糖聚合物，具有优良的凝胶性和乳化稳定性，目前在食品、保健品、纺织和一些化妆品中有许多应用。紫薯果胶的提取方法，经试验研究有酶解提取法[59]、酸提取法[60]、超声波辅助提取法[61]。

3 结语

据抽样估算，近年来紫薯的种植面积约在18.5万hm2，进行紫薯加工的企业在甘薯加工企业中占比约3.337%，且在紫薯加工中，紫薯全粉占紫薯加工的50%以上[62]。紫薯产业整体规模相对还是较小，但是随着人们对紫薯营养物质的不断了解及其保健功能认识的不断加深，紫薯产业尤其是加工产业具有一定的广阔前景。花青素是紫薯有别于其他甘薯的主要原因，作为天然色素以及良好的抗氧化物质，在食品、化妆品及医药等领域有巨大优势，在花青素提取之后，紫薯渣中含有的果胶、淀粉、膳食纤维等均可以进行再次利用。

现阶段对于花青素、果胶等的提取均有一定的研究，但在纯度和提取率等方面还可以有较大提升，因此对于紫薯的利用等更多还是停留在全粉在食物中的添加，化妆品、保健品这些经济附加值较高的产品的开发还较少。因此，对于紫薯产业发展首先应该更加重视品种的选育，区分鲜食及不同加工用途的紫薯，分方向优化品种性状；其次，优化提取工艺，减少提取过程中的损失与破坏，降低提取成本；最后加大新产品研发力度，增加紫薯加工产品种类，提升紫薯产品的商业附加值。