紫薯功能及產(chǎn)品開發(fā)研究進(jìn)展

劉軍偉，胡志和

（天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134）

紫薯（學(xué)名：Solanum tuberdsm）又叫黑薯，薯肉呈紫色至深紫色。它除了具有普通紅薯的營(yíng)養(yǎng)成分外，還富含硒元素和花青素。花青素是目前科學(xué)界發(fā)現(xiàn)的防治疾病、維護(hù)人類健康最直接、最有效、最安全的自由基清除劑，對(duì)100多種疾病有預(yù)防和治療作用，其清除自由基的能力是VC的20倍、VE的50倍。紫薯將成為花青素的主要原料之一。

紫薯在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上十分走俏，發(fā)展前景非常廣闊。現(xiàn)國(guó)內(nèi)外對(duì)紫薯生理活性以及產(chǎn)品開發(fā)的研究頗多，筆者將對(duì)此作一概述，旨在為紫薯的進(jìn)一步研究開發(fā)提供參考。

1 紫薯生物活性的應(yīng)用研究

1.1 抗氧化作用

盧立真等[1]采用微波加熱-酸化水提取新技術(shù)，從紫薯中提取花青素苷酸化水粗提物,然后給12月齡小鼠（老齡小鼠）灌胃不同濃度的酸化水粗提物，結(jié)果表明，小鼠體內(nèi)血清總抗氧化能力（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）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH－PX）的活性提高，表明紫薯花色苷提取物具有明顯的抗生物氧化作用，可延緩衰老。

有些學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)研究表明紫薯汁可以清除自由基，推遲動(dòng)脈硬化中低密度脂蛋白（LDL）的氧化[2-3]。另外，對(duì)不同肉色甘薯的抗氧化性考察顯示，含有花花色苷的阿雅種[4]和九州119號(hào)的品種比肉色為白色、黃色的品種脂質(zhì)過氧化度低，抗氧化能力強(qiáng)。不同肉色甘薯品種的清除自由基能力亦紫薯最強(qiáng)。古田収等[5]對(duì)高花色苷甘薯的抗氧化能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，以合成的抗氧化劑丁基羥基茴香醚（BHA）和2，6-二叔丁基對(duì)甲酚（BHT）為對(duì)照，對(duì)各種物質(zhì)的抗氧化性能進(jìn)行比較，結(jié)果顯示花花色苷的抗氧化能力比綠原酸和VC強(qiáng)。區(qū)子弁，王麗娟等[6]以紫薯花色苷為原料，研究其體外清除自由基的能力。結(jié)果顯示：在一定濃度范圍內(nèi)，隨著花色苷濃度的增大，對(duì)羥基自由基的清除率增強(qiáng)，其清除率與花色苷濃度成正相關(guān)。

1.2 抗突變功能和抗腫瘤功能

人類癌癥的預(yù)測(cè)在一定程度上與腫瘤的生長(zhǎng)有關(guān),但主要還是取決于腫瘤的入侵性和腫瘤細(xì)胞數(shù)目的轉(zhuǎn)移。一般認(rèn)為,抑制膠原降解的試劑可能起到抑制腫瘤細(xì)胞的入侵和轉(zhuǎn)移作用。因花色苷類物質(zhì)可促進(jìn)膠原的合成,增加膠原的抵抗性,抑制膠原酶的活性,故推測(cè)花色苷能起到抑制腫瘤細(xì)胞的入侵及轉(zhuǎn)移效果,具有抗腫瘤的功能[7-8]。王關(guān)林等以小鼠接種S180肉瘤研究甘薯塊根花色苷抗腫瘤的試驗(yàn)表明,給小鼠灌胃花色苷后對(duì)小鼠肉瘤S180有一定的抑制作用,其抑瘤效果與劑量的高低呈正相關(guān)[9]。曹東旭，董海葉等[10]以人肝癌細(xì)胞HepG2為模型研究紫薯花色苷的抗腫瘤活性。通過MTT實(shí)驗(yàn)檢測(cè)表明，紫薯花色苷能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡，且細(xì)胞的凋亡率隨花色苷濃度的增加而增大。

1.3 保肝作用

Suda等[11]研究表明,給大鼠喂食四氯化碳后,大鼠體內(nèi)產(chǎn)生游離自由基,引發(fā)急性肝炎,血清中谷氨酸-草醋酸轉(zhuǎn)氨酶（GOT）、谷氨酸-焦葡萄糖酸轉(zhuǎn)氨酶（GPT）激增；但給其喂食含大量花色苷的紫薯飲料后，病鼠血清中GOT、GPT的上升受到明顯地抑制,而且表現(xiàn)出對(duì)血清中的硫化巴比妥酸（TBA）反應(yīng)物、肝臟中的TBA反應(yīng)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，以每千克體重2.5 mL的劑量，給大鼠灌胃分別含1%、5%和10%花色甙的5%乙醇水溶液每千克體重；再以每千克體重0.5 mL給大鼠灌胃四氯化碳。18 h以后，測(cè)得血清中天冬氨酸和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶量明顯低于只灌胃四氯化碳的對(duì)照組，說明花色甙能抑制四氯化碳引發(fā)急性肝損傷。

Hwang等[13]研究了紫薯花色苷通過信號(hào)通路誘導(dǎo)抗氧化酶抑制慢性肝損傷的機(jī)理。花色苷成分（AF）可以通過轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2（Nrf-2）信號(hào)路徑來誘導(dǎo)抗氧化和消炎作用。Jae等[14]研究發(fā)現(xiàn)，紫薯中提取的AF具有抗增殖作用，這種作用是通過肝星狀細(xì)胞株HSC-T6中獨(dú)立的血小板衍生生長(zhǎng)因子（PDGF）路徑實(shí)現(xiàn)的。

許多研究表明紫薯花色苷（PSPC）是一種天然的食用花色苷，具有保肝作用。然而，很少有文獻(xiàn)闡明PSPC保肝作用的詳細(xì)機(jī)理。Zhang等[15]研究PSPC是否可以通過減弱氧化應(yīng)激或者抑制炎癥來保護(hù)鼠肝臟免于由D-型半乳糖誘導(dǎo)引起的損傷。研究發(fā)現(xiàn)：PSPC可以通過削弱脂質(zhì)過氧化作用，提高抗氧化酶活性和抑制炎癥反應(yīng)來保護(hù)鼠肝臟。此研究在PSPC保肝機(jī)理方面提供了新穎的見解。Hwang等[16]研究了紫薯花色苷對(duì)HepG2和大鼠肝細(xì)胞系中叔丁基氫過氧化物誘導(dǎo)產(chǎn)生的肝損傷保護(hù)機(jī)制。結(jié)果表明，AF抗衡t-BHP誘導(dǎo)產(chǎn)生的肝損傷保護(hù)效應(yīng)，也許是由于（在某種程度上來講至少是）其通過Akt和ERK1/2信號(hào)通路清除活性氧（ROS）、調(diào)節(jié)抗氧化酶HO-1實(shí)現(xiàn)的。Zhang等[17]研究結(jié)果表明，PSPC可以有效地抑制D-半乳糖引起的肝細(xì)胞凋亡，也表明抗凋亡機(jī)制與PSPC保護(hù)鼠肝臟免于D-半乳糖引起的肝損傷有關(guān)系。

1.4 抗高血糖作用

日本學(xué)者M(jìn)atsui等[18]用從紫薯的塊根中分離出來的一種二酰基花色苷，芍藥花色苷-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，給約兩月大的雄性小鼠口服2 g/kg麥芽糖和100 mg/kg二酰基花色苷。結(jié)果表明，30min后小鼠體內(nèi)的血糖濃度下降了16.5%，即便是10 mg/kg最小劑量的二酰基花色苷都可降低體內(nèi)的血糖水平。試驗(yàn)結(jié)果還表明，二酰基花色苷是通過對(duì)α-葡糖苷酶產(chǎn)生抑制作用，從而導(dǎo)致血糖的降低。

馬淑青等[19]研究探討紫薯花色苷APSP，調(diào)節(jié)鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)的糖尿病大鼠血糖和血脂異常的作用。糖尿病造模成功灌胃7周后，各治療組血糖仍顯著高于對(duì)照組（P＜0.01），但與模型組比，各治療組血糖顯著降低（P＜0.01）；3個(gè)APSP劑量組（低、中、高）均能顯著降低血清總膽固醇（TC）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL－C）含量；中劑量和高劑量APSP組甘油三酯（TG）水平較模型組顯著降低（P＜0.01，P＜0.05）；3 個(gè) APSP劑量組對(duì)高密度脂蛋白膽固醇（HDL－C）含量無顯著性影響，表明有較強(qiáng)的降脂作用；APSP治療組血清谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）和谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）活性較模型組顯著降低，肝臟未見明顯脂肪變性，肝糖原明顯增加，表明APSP對(duì)肝功能和肝細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)有一定的保護(hù)作用。綜上，APSP可改善糖尿病大鼠血糖、血脂異常，促進(jìn)糖代謝和脂代謝的良性循環(huán)，可能與其保護(hù)肝臟的功能有關(guān)。

1.5 抗菌及其他作用

王關(guān)林等[20]研究發(fā)現(xiàn)甘薯塊根花色苷對(duì)3種常見致病菌:金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、大腸桿菌均有抑菌作用,并與其濃度呈正相關(guān)。花色苷抑菌機(jī)理是通過花色苷與細(xì)胞中的蛋白或酶結(jié)合,使其變性失活，抑制對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞分裂,而后使細(xì)胞質(zhì)固縮、解體,導(dǎo)致細(xì)胞死亡。紫薯花花色苷對(duì)金黃色葡萄球菌及大腸埃希氏菌都有一定的抑制作用。利用紫薯花花色苷體外抑菌性能，可以考慮將其作為新型防腐劑應(yīng)用于食品行業(yè)或用于新藥的開發(fā)[21]。韓永斌等[22]研究了紫薯花色苷花色苷抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、啤酒酵母和黑曲霉的作用。結(jié)果表明：紫薯花色苷花色苷對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的最低抑制濃度分別為800 mg/mL和200 mg/mL，并且其抑菌效果與濃度呈正相關(guān)，而對(duì)啤酒酵母和黑曲霉無抑制作用。胡志和等[23]以12周齡雄性原發(fā)性高血壓大鼠（SHR）和Wistar大鼠為受試動(dòng)物，研究紫薯全粉、濾渣、淀粉、水溶性提取物的降血壓作用。上述分別以低、中、高3個(gè)劑量（0.1、1、5 g/kg bw）灌胃 SHR 大鼠和 Wistar大鼠，觀察對(duì)大鼠血壓的影響。結(jié)果表明，在所選定的灌胃劑量范圍內(nèi)紫薯各成分對(duì)正常大鼠（Wistar大鼠）血壓無影響。除淀粉外，其他各成分對(duì)SHR大鼠的血壓均具有顯著降低的作用，其中以水溶性提取物作用最為明顯，提取紫薯淀粉后的副產(chǎn)物均有明顯降血壓作用。

2 紫薯產(chǎn)品的開發(fā)

2.1 飲料制品

紫薯塊根中還含有咖啡酰奎寧酸、抗壞血酸、生育酚等抗氧化活性成分[24]，可以用來開發(fā)紫薯飲料。隨著人們生活水平的不斷提高,人們對(duì)于酒飲料的觀念發(fā)生了改變。不僅消費(fèi)意識(shí)逐漸過渡到低度酒，而且更體現(xiàn)在對(duì)營(yíng)養(yǎng)保健的追求。消費(fèi)者購(gòu)買酒的消費(fèi)意向逐漸轉(zhuǎn)向了低度酒。楊瑞等[25]以紫薯為原料，配以米曲進(jìn)行發(fā)酵制成低度發(fā)酵酒。這種酒不僅具有葡萄酒風(fēng)味、黃酒風(fēng)味。而且具有預(yù)防癌癥、延緩衰老、降低心血管疾病發(fā)生機(jī)率,防止肝、腎中結(jié)締組織萎縮等生理功效。符合當(dāng)今酒類消費(fèi)者的需求，為紫薯市場(chǎng)開發(fā)提供了廣闊的前景。楊大毅[26]以紫薯為原料，用安琪葡萄酒活性干酵母發(fā)酵，生產(chǎn)出口感良好、澄清透明、性質(zhì)穩(wěn)定以及顏色穩(wěn)定的紫薯發(fā)酵酒。紫薯的營(yíng)養(yǎng)成分十分豐富，尤其含有18種氨基酸以及大量的花青素，另外含有VC、VB、VA等8種維生素和磷、鐵等10多種礦物元素。由于紫薯發(fā)酵酒是一種過濾酒，因此營(yíng)養(yǎng)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過血腦屏障清除自由基保護(hù)大腦細(xì)胞的物質(zhì)，因此紫薯酒具特殊保健作用。

除了含酒精飲料之外，果蔬汁飲料也有報(bào)道。文利新等[27]以紫薯顆粒為基料，添加不同劑量的食醋，或同時(shí)加入果糖漿或蔗糖，制成不同色彩的飲料制品。楊紅鴿[28]在紫薯全漿中加入其他營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，經(jīng)過脫水干燥作用制成速溶紫薯片。母麗萍等[29]以紫薯為原料，制成色香味俱佳的飲料。由于紫薯中含有大量的淀粉，在制備過程中對(duì)飲料的流態(tài)性有著一定的影響。因此研究者在盡量減少花色苷損失的前提下，探討了最佳水解淀粉的工藝條件。但事實(shí)上可以把淀粉分離出來，獲得的淀粉可以制成其他產(chǎn)品，這樣可以進(jìn)一步提高紫薯副產(chǎn)物的價(jià)值。

2.2 乳制品的開發(fā)

酸奶是一種半流體的發(fā)酵乳制品，因其含有乳酸成分而帶有柔和酸味，它可幫助人體更好地消化吸收奶中的營(yíng)養(yǎng)成分，因而深深受到消費(fèi)者的喜愛。隨著生活水平的提高，人們對(duì)酸奶風(fēng)味不僅有所追求，更偏向于其營(yíng)養(yǎng)價(jià)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，曹亞麗等[30]以牛乳和紫薯為原料制備紫薯酸奶。確定了紫薯漿比例，紫薯奶配比，蔗糖量，菌種接種量，發(fā)酵溫度以及發(fā)酵時(shí)間等工藝參數(shù)。按此參數(shù)生產(chǎn)出組織細(xì)膩、質(zhì)地均勻、酸甜適中、色澤均勻一致、黏稠適度并具有紫薯和酸奶特有風(fēng)味的紫薯酸奶。鄧錦堅(jiān)等[31]以紫薯、脫脂奶粉和白糖為原料，采用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌發(fā)酵研制凝固型紫薯酸奶。李思寧[32]采用另外一種工藝，得到色澤均勻、組織狀態(tài)良好、口感細(xì)膩、具有保健功能的凝固型紫薯酸奶。

近年來，隨著人們生活水平的提高和對(duì)健康認(rèn)識(shí)的加深，在各種媒體的宣傳作用下，人們已開始逐漸認(rèn)識(shí)到牛奶的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，越來越多的家庭開始有意識(shí)的把牛奶列入日常食譜中。任璐等[33]以紫薯、牛奶為主要原料制成的紫薯牛奶，它不僅具有紫薯和牛奶結(jié)合所形成的特殊香味，并且增加了牛奶中的纖維素、維生素和多種微量元素，實(shí)現(xiàn)了兩者的營(yíng)養(yǎng)互補(bǔ)，同時(shí)也降低了牛奶生產(chǎn)的成本。張多敏等[34]以紫薯粉和牛奶為主要原料制作紫薯牛奶，對(duì)牛奶、紫薯粉、白砂糖和穩(wěn)定劑的用量對(duì)感官品質(zhì)的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，產(chǎn)品的最佳配比為：80%牛奶、6%紫薯粉、5%白砂糖和0.22%復(fù)配穩(wěn)定劑（單硬脂酸甘油酯45%，卡拉膠9%，黃原膠9%，結(jié)冷膠37%）、8.78%水分。

2.3 紫薯全粉

紫薯經(jīng)清洗、去皮、低溫烘干、粉碎后可以制成全粉。徐飛等[35]以優(yōu)質(zhì)紫薯為原料，采用噴霧干燥的方法，研制出一種速溶紫薯固體飲料，并對(duì)其工藝參數(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素進(jìn)行了探討。試驗(yàn)制得的產(chǎn)品有較好的溶解性、口感和組織狀態(tài)、玫瑰紫色、色澤均勻，為紫薯的開發(fā)利用提供技術(shù)依據(jù)。胡林子等[36]以紫薯為主要實(shí)驗(yàn)材料，討論沖調(diào)加水量、紫薯粉的粒徑、白砂糖添加量對(duì)速溶紫薯粉沖調(diào)效果的影響。為了增強(qiáng)紫薯粉風(fēng)味，豐富產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)，研究人員向紫薯粉中添加一定的速溶椰子粉。最佳工藝條件下速溶風(fēng)味紫薯粉呈松散細(xì)膩粉狀，加水量為（4.0～5.0）mL/g時(shí)可快速?zèng)_調(diào)成均勻糊狀物，無明顯結(jié)塊，香甜適口，細(xì)膩柔滑，具有濃郁協(xié)調(diào)的紫薯香與椰香。

楊紅鴿[37]在以紫薯為基料的基礎(chǔ)上，添加大豆分離蛋白、復(fù)合維生素強(qiáng)化劑、復(fù)合礦物質(zhì)強(qiáng)化劑，經(jīng)過擠壓成型處理得到一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值全面的紫薯大米。除此之外，紫薯粉絲[38]、紫薯面條[39]也陸續(xù)的得到了開發(fā)和應(yīng)用。

2.4 休閑食品

甘薯脯的加工有多年的歷史，但傳統(tǒng)的加工方式不僅使產(chǎn)品色澤一般、韌度差、甜度不均，而且營(yíng)養(yǎng)損失可達(dá)30%。張海燕等[40]以紫薯為原料打破傳統(tǒng)工藝，采用兩次糖煮、兩段式烘烤加工方式加工成不含任何添加劑的紫薯脯。與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比較，新型產(chǎn)品不僅色澤鮮艷、里外均勻、韌性好，而且保留了原料原有的營(yíng)養(yǎng)成分，更重要的是未添加任何色素和防腐劑。杜連啟等[41]以山楂汁和紫薯漿為原料，添加適當(dāng)?shù)脑龀韯┖吞且海粌H改善了薯脯的色澤與口感，而且增加了產(chǎn)品的滲透壓、延長(zhǎng)了保質(zhì)期。辛松林等[42]經(jīng)過蒸制、壓泥、成型、速凍等工藝將紫薯加工成方便速食產(chǎn)品紫薯仔，食用時(shí)只需用微波爐加熱或者蒸煮即可。速凍食品不借助任何防腐劑和添加劑的同時(shí)，最大限度的使食品營(yíng)養(yǎng)保存下來。但速凍食品中的維生素緩慢分解，且口感、風(fēng)味方面發(fā)生了變化。除了速凍紫薯仔還有速凍紫薯丁[43]、紫薯軟糖[44]、紫薯火腿[45]、紫薯清蛋糕[46]、紫薯片[47～48]、紫薯果糕[49]等休閑食品。

2.5 紫薯色素

紫薯中富含大量的色素，是從紫薯中提取的水溶性紅色素，為類黃酮系化合物的典型結(jié)構(gòu)，以C6C3C6作為基本骨架[50]。紫薯色素的提取方法以較為簡(jiǎn)便傳統(tǒng)的酸化法為主[51-54]，但色素丟失量相對(duì)較大。近年來，色素的提取方法現(xiàn)多以微波[55～58]、超聲波[59～60]、酶法[61]以及氣蒸烘焙法[62]為主，這些方法使得色素提取量得到了大幅度的提高。

許多研究者[63-71]研究發(fā)現(xiàn)，與其他色素相比較，紫薯色素耐熱性、耐光性都要好。因此，在紡織工業(yè)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，對(duì)真絲織物進(jìn)行染色。得到的制品不僅染色效果好，由于紫薯色素?fù)碛卸喾N功能因而染色后的織物還具有潛在的保健功能。這不僅有利于有色蔬果資源的充分利用，更有利于綠色紡織品的發(fā)展。

3 展望

隨著人們生活節(jié)奏的加快和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)平衡的紊亂，從而使得各種惡性慢性病（比如：肥胖、肝炎、高血壓、高血糖、動(dòng)脈硬化和癌癥等）的發(fā)病率逐年上升。基于紫薯及其花色苷的優(yōu)越性，越來越多的紫薯食品將出現(xiàn)在人們的日常飲食中。

食用花色苷的安全性問題一直受到各國(guó)政府、生產(chǎn)廠家及消費(fèi)者的普遍重視。在確認(rèn)部分合成花色苷具有潛在的致畸、致癌及其他毒副作用后，天然花色苷作為安全的食用花色苷則日益受到消費(fèi)者的青睞。紫薯花色苷作為一種珍稀的新型天然花色苷資源，在食品、化妝品及醫(yī)藥等行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

在我國(guó)，紫薯花色苷的研究和開發(fā)目前還處于起步階段。由于紫薯花色苷具有穩(wěn)定性高，從紫薯中提取的食用花色苷具有更好的耐光性和耐熱性；此外，紫薯還具有產(chǎn)量高，成本低，營(yíng)養(yǎng)豐富等優(yōu)點(diǎn)，在自然界中很難找到能夠與高花色苷紫薯相抗衡的植物。因此，紫薯花色苷的利用越來越廣泛。在食品工業(yè)日益走向純天然的今天，紫薯花色苷的開發(fā)一定具有非常光明的未來。

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