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薯类加工与营养

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薯类加工与营养专题导读：中国薯类加工现状与展望     木泰华，陈井旺 中国农业科学   2016,49(9 ):1744 -1745. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.09.010 摘要  （628） HTML （21） PDF （222KB）（1450） 收藏     薯类作物营养丰富，富含淀粉、膳食纤维、维生素及矿物元素等成分，在改善居民膳食营养结构，提高全民健康素质，保障国家粮食安全等做出了重要贡献，而薯类加工业的发展在促进中国农业的持续增效、农民的持续增收、现代农业的可持续发展中具有不可替代的作用。2014年，中国薯类种植面积约为1 100万hm2，总产量达1.64亿t。目前，中国薯类（甘薯、马铃薯）的种植面积和产量均居世界首位。但其加工比例相对较低，加工产业发展水平与国外发达国家相比还存在一定的差距。以马铃薯为例，欧美等发达国家加工技术比较先进，马铃薯的加工比例高达80%，其相关食品随处可见，主要有马铃薯条、马铃薯泥、脱水马铃薯片（泥、条）、马铃薯全粉等，各种马铃薯食品的生产工艺及配套设备也十分成熟。中国马铃薯加工的主要产品有淀粉、变性淀粉、全粉、速冻薯条、各类薯片及粉丝、粉条、粉皮等产品。据统计，2014年，中国马铃薯加工业消耗马铃薯约1 000万t（约占马铃薯总产量的10%），其中马铃薯淀粉43.4万t、冷冻薯条28.3万t、薯片45万t、全粉25万t、变性淀粉25万t、粉丝粉条等28万t，以及马铃薯方便菜肴食品、马铃薯泥等方便食品10万t，说明中国马铃薯产品已逐渐呈现多元化发展的趋势，但加工比例整体仍偏低。     相比欧美等发达国家，中国薯类淀粉行业普遍存在能耗高、淀粉提取率低、副产物综合利用水平低、资源浪费及环境污染严重等问题。以甘薯淀粉加工能耗为例，中国甘薯淀粉加工设备大多是在仿造国外马铃薯淀粉加工设备基础上制造的，平均淀粉提取率低于85%。中国每年因生产马铃薯和甘薯淀粉而排放的废液约1 650万t，薯渣约550万t，薯皮约110万t，肆意丢弃后造成环境污染；而薯浆中的蛋白、多酚和β-淀粉酶等成分及薯渣中的膳食纤维和果胶等有益副产物未得到有效利用。在薯类全粉加工、生物乙醇发酵以及薯类功效成分等研究方面与世界先进水平也存在较大差距。中国目前加工和销售的薯类产品主要以淀粉和薯条等休闲食品为主，并未将薯类中丰富的营养成分充分利用，对薯类中的功效成分缺乏深入挖掘，缺少适合中国大众普遍消费的馒头、面条等传统主食类的加工产品。因此，在设备的研发和改进上，需重视和借鉴发达国家薯类淀粉及薯类全粉等产品的研发经验，对现有技术和设备进行升级改造，提高中国甘薯淀粉及薯类全粉加工技术和装备的水平。重点针对薯类加工废弃物（薯浆、薯渣、薯皮）以及薯类茎叶的资源化利用展开研究，开拓其在食品、工业领域的应用途径，延长产业链、提高附加值。强化薯类功效成分及新型薯类加工制品的研发。如紫心甘薯和马铃薯中花青素含量较高，其具有较强的抗氧化、抗炎作用，但不同加工处理方式（蒸、煮、烤、炸、微波、超声波等）、环境条件（pH、温度）及提取方法都会影响花青素的提取率、结构组成及功能特性，因此有待在提取技术上加强研发。橙色甘薯中的胡萝卜素含量较高，可用于生产甘薯面包和馒头作为缺乏VA人群的重要膳食补充。此外，以甘薯、马铃薯为原料直接生产乙醇及其他发酵饮料，也将成为开发新型生物能源及新型薯类加工制品的重要研究方向。      2015年，中国启动“马铃薯主粮化关键技术体系研究与示范”公益性行业（农业）科研专项项目，中央财政安排1亿元专项资金用于马铃薯主食产品开发；2016年，中央又将“积极推进马铃薯主食开发”列入中央1号文件，为薯类加工产业的发展提供了良好的平台。目前，中国科研人员在薯类品种选育、原料生产、产品加工、营养评价等方面已取得一批科研成果。研发含薯类成分的馒头、面条、米粉等具有中国特色的主食产品并实现产业化生产和规模化消费，可以丰富中国居民的营养膳食，有力促进中国薯类产品的消费，大幅提高薯类主食产品消费的比重，推动马铃薯和甘薯从杂粮副食转变为与三大主粮协调发展的第四大主粮。     本专题将从薯类蛋白提取、薯渣发酵技术、甘薯营养成分鉴定等方面展开评述，旨在为薯类产品加工、新型生物能源开发等提供参考。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

马铃薯块茎特异蛋白Patatin的研究进展     张笃芹，木泰华，孙红男 中国农业科学   2016,49(9 ):1746 -1756. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.09.011 摘要  （554） HTML （12） PDF （446KB）（646） 收藏 马铃薯是仅次于小麦、水稻和玉米的第四种主要作物，中国是世界马铃薯产量最大的国家。目前，随着马铃薯加工业的发展，对马铃薯的研究也在不断深入。马铃薯块茎特异蛋白Patatin是马铃薯块茎的贮藏蛋白，是马铃薯蛋白的主要组成部分。除具有酯酰基水解活性（lipid acyl hydrolase，LAH）和抗氧化活性外，Patatin还具有较好的溶解度、乳化性、起泡性及凝胶性等物化与功能特性，是目前备受关注的植物蛋白之一。文中通过介绍Patatin的分子量、结构特性、物化与功能特性，归纳和比较Patatin的分离、提取及纯化方法以及各自的优缺点，旨在为Patatin在食品领域的进一步研究和开发应用提供理论参考。Patatin在马铃薯蛋白中含量约为5.4%—38.0%，与马铃薯品种及代谢生理等有关，Patatin分子量在39—45 kDa，大小与糖基化程度有关；Patatin是一种结构紧凑的球蛋白，一级结构由360多个氨基酸组成，一级结构不受外界环境因素的影响，而高级结构易受温度、pH等的影响。Patatin具有较好的溶解度、凝胶性、乳化性、起泡性及抗氧化活性等，且这些物化与功能特性均受外界环境因素的影响。凝胶色谱法和离子交换色谱法是进一步分离和纯化Patatin最常用的方法，反向色谱、免疫亲和层析及基因表达法等可获得纯度较高的Patatin，但无法进行大规模生产，膨化床法可用于大量制备纯度不高的Patatin。目前国内外关于Patatin在食品领域中应用的研究十分缺乏。Patatin是一种可应用于食品领域的极具潜力的食品配料，未来对于马铃薯块茎特异蛋白Patatin的研究应继续朝着简化提取方法，降低提取成本，开发具有高功能价值的食品、保健产品及药品的方向发展。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

酶法降黏工艺在鲜甘薯直接发酵制备乙醇中的应用     岳瑞雪，钮福祥，孙 健，徐 飞，王洪云，朱 红，张 毅 中国农业科学   2016,49(9 ):1757 -1766. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.09.012 摘要  （357） HTML （8） PDF （404KB）（296） 收藏 【目的】建立鲜甘薯料液的酶法降黏工艺，并实现鲜甘薯料液不加水直接发酵制备乙醇。【方法】从中国甘薯主产区选择12个种植范围较广的淀粉型甘薯品种作试验材料。分析甘薯主要成分（干物质、淀粉、蛋白质、可溶性糖、果胶、半纤维素、纤维素和木质素）与鲜甘薯料液黏度的相关性并选择对应的降黏酶。研究料水比（1﹕0、2﹕1、3﹕2、5﹕4和1﹕1）、酶处理时间（1、2、3、4和5 h）、酶添加量（纤维素酶：1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 GCU·g-1；果胶酶：1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 U·g-1）和酶处理温度（30℃、40℃、50℃、60℃和70℃）对酶法降黏效果的影响。通过正交试验确定最佳酶处理条件，并分析其在不同品种鲜甘薯直接发酵制备乙醇中的效果。【结果】对于12个供试淀粉型甘薯品种，在所有组分中，除了半纤维素（r=-0.239）和木质素（r=-0.069）外，其他组分均与黏度呈正相关（干物率，r=0.356；淀粉，r=0.211，可溶性糖，r=0.307；蛋白质，r=0.266；果胶，r=0.526；纤维素，r=0.600）。其中，果胶（P＜0.01）和纤维素（P＜0.05）与料液黏度分别呈极显著和显著正相关性。根据极差分析发现，对酶处理效果影响由大到小的酶处理条件分别为酶用量、料水比、酶处理时间和酶处理温度。基于正交试验结果并考虑到工业应用的实际情况，确定最佳酶处理条件为：料水比1﹕0、纤维素酶1.5 GCU·g-1、果胶酶1.5 U·g-1、温度50℃、作用3 h。经过酶处理后，鲜甘薯料液黏度明显下降。除皖苏178号（4 930 cp）外，其余品种的料液黏度在经过酶处理后均低于3 000 cp，降黏幅度95.07%—99.31%。乙醇发酵结束后，11个甘薯品种的乙醇含量均高于12%（v/v），其中有9个品种的发酵效率达到90%以上。【结论】果胶和纤维素是造成甘薯料液黏度高的主要成分。在液化前通过添加纤维素酶和果胶酶可以有效降低鲜甘薯料液黏度，并实现鲜甘薯料液不加水直接发酵制备乙醇。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

鼠李糖乳杆菌利用甘薯废渣发酵产乳酸的研究     刘玉婷，吴明阳，靳艳玲，沈维亮，方扬，赵海 中国农业科学   2016,49(9 ):1767 -1777. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.09.013 摘要  （445） HTML （7） PDF （566KB）（563） 收藏 【目的】研究鼠李糖乳杆菌发酵甘薯淀粉加工废渣生产乳酸的工艺条件，为薯渣的治理和利用提供新的技术思路。【方法】使用元素分析仪对甘薯淀粉废渣中的主要元素进行分析测定，同时，在以菌体OD值法确定的鼠李糖乳杆菌的生长对数期内分别取不同时间点设置4组乳酸发酵试验，以该菌利用葡萄糖液体培养基产乳酸的发酵效率为考察指标确定该菌的乳酸发酵最适种龄。在此基础上，利用鼠李糖乳杆菌对甘薯废渣直接进行固体发酵：采用单因素试验方法分别考察接种量、发酵温度、碳酸钙添加量，以及外加氮源对乳酸发酵效率的影响；此外，考察外加氮源对发酵结束后薯渣固体发酵醪中的生物量的影响；结合正交试验设计，得到影响薯渣发酵产乳酸因素的最优组合。【结果】元素分析结果显示甘薯淀粉废渣是一种高C、H含量的生物质，其干渣中C、H元素质量百分含量分别达40.34%、6.16%，而N元素质量百分含量仅为0.32%，虽C元素含量丰富，但N元素相对匮乏，需要外加氮源方可进一步促进其生长代谢。通过菌体OD值法确定的鼠李糖乳杆菌的生长曲线显示，菌体接入2 h后OD值迅速增长，菌体生长进入对数期。8 h后OD值基本不变，菌体进入稳定期。确定了种子的对数生长期在2—8 h。在该时间区间内以4 h龄种子的乳酸发酵效率最高，达92.39%，对应残糖浓度最低，为0.59 g·L-1，确定4 h是鼠李糖乳杆菌乳酸发酵的最适种龄。薯渣固体发酵中分批单因素试验结果依次为：接种量在10%时发酵效率达最高，为83.87%；发酵温度在37℃时发酵效率最高，达85.55%；CaCO3添加量在5%时发酵效率达最大值，为90.24%；4种无机氮源中尿素组发酵效率达91.01%；尿素在0.8%添加量下发酵效率最大值为94.13%，同时发酵醪中活菌数达4.32×108 cfu/g。依据以上单因素试验结果，CaCO3适宜添加量为5%，与中和发酵体系中初始糖（10%）产生的乳酸所需的理论添加值相符，故以5%作为其固定添加量，不再列入正交试验的考察范围。此外，加入了纤维素酶作为考察因素，确定正交试验因素与水平，开展四因素三水平的正交试验，最终确立了最适薯渣发酵条件：接种量10%、尿素添加量0.8%、纤维素酶含量0.4%、发酵温度35℃、碳酸钙添加量5%，在该条件下发酵效率可达（96.55±0.866）%，发酵醪中活菌数达3.04×108 cfu/g。【结论】建立了低成本、简工艺、高效率的甘薯废渣发酵生产乳酸工艺。该工艺不仅适于工业化生产乳酸，同时易于被广大甘薯淀粉加工农户利用。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

NaCl浓度和pH对甘薯蛋白肽乳化特性的影响     崔珊珊，木泰华，孙红男，张苗，陈井旺 中国农业科学   2016,49(9 ):1778 -1786. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.09.014 摘要  （352） HTML （6） PDF （745KB）（492） 收藏 【目的】明确不同NaCl浓度和pH对甘薯蛋白肽乳化特性的影响，为甘薯蛋白肽在食品工业中的应用提供理论依据。【方法】测定不同NaCl浓度（0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 mol·L-1）和不同pH（3、5、7和9）条件下，甘薯蛋白肽乳化液的显微结构、乳化颗粒平均粒径（d4,3）、乳化活性、乳化稳定性、流变学性质和甘薯蛋白肽的表面疏水活性。【结果】与未添加NaCl的相比，添加浓度为0.2 mol·L-1的NaCl时，甘薯蛋白肽乳化液的d4,3由54.19 μm增大至59.70 μm；乳化活性指数由86.29 m2·g-1显著降低为56.35 m2·g-1（P＜0.05）；乳化稳定性指数由14.84 min降为13.19 min。然而，随着NaCl浓度的增大，甘薯蛋白肽乳化颗粒均一程度降低，d4,3进一步由0.2 mol·L-1时的59.70 μm增加至69.72 μm；而乳化活性由56.35 m2·g-1逐渐降低至32.32 m2·g-1，乳化稳定性呈先升高后降低的趋势，在0.4 m2·g-1时达最大值，为15.55 min；初始表观黏度增大，并有剪切变稀现象发生；表面疏水活性降低。此外，随着pH增加，乳化颗粒均一程度升高，d4,3由pH 3时的64.45 μm减小至pH 9时的51.21 μm；而乳化活性由pH 3时的3.99 m2·g-1升高至pH 9时的120.47 m2·g-1，乳化稳定性呈先降低后升高的变化趋势，pH 3时其最佳值为29.13 min；初始表观黏度降低，并有剪切变稀现象发生；表面疏水活性升高。【结论】甘薯蛋白肽的乳化特性与NaCl浓度和pH密切相关，添加≥0.2 mol·L-1 NaCl降低了甘薯蛋白肽的乳化活性和稳定性，而增加pH可有效提高甘薯蛋白肽的乳化活性。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

‘宁紫薯1号’花青素组分鉴定及其对大鼠高脂诱导肥胖的预防效果     张 毅，王洪云，钮福祥，孙 健，徐 飞，朱 红，岳瑞雪 中国农业科学   2016,49(9 ):1787 -1802. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2016.09.015 摘要  （430） HTML （11） PDF （1719KB）（441） 收藏 【目的】紫甘薯是天然抗氧化物花青素的重要来源。鉴定‘宁紫薯1号’花青素（PSPC）组成成分，探索紫甘薯花青素对高脂诱导肥胖的预防效果并探讨其分子机制。【方法】通过液质联用技术分析紫甘薯新品种‘宁紫薯1号’的花青素组分；采用pH示差法测定制备的样品中总花青素含量。建立因高脂摄入过多导致机体产生营养性肥胖的动物模型，并灌胃不同剂量的紫甘薯花青素比较其预防肥胖效果。每周定时测量大鼠禁食6 h后的体重，通过试剂盒检测大鼠血清样品血糖（Glu）、甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）的含量，采用酶联免疫法检测瘦素（Leptin）含量。通过荧光定量PCR法（RT-PCR）检测下丘脑样品瘦素及其受体的mRNA表达，采用蛋白质免疫印迹法（Western blot）检测瘦素及其下游蛋白的信号表达。【结果】分离鉴定出11种PSPC组分，其中10种为已知的矢车菊素和芍药素酰基化衍生物，峰1为新发现的1种化合物。制备的花青素样品中矢车菊素-3-葡萄糖苷含量为17.4%。体重指标直接表明高剂量花青素组预防肥胖效果最好，为（358.2±20.1）g，中剂量组其次，为（371.6±16.3）g；效果最差的为低剂量组，体重为（384.0±7.2）g。紫甘薯花青素各剂量组大鼠血糖、甘油三酯和总胆固醇的3项血生化指标均趋于正常水平，有效预防肥胖的发生。血清瘦素检测结果显示，高脂组比对照组多释放65.50%；低剂量、中剂量和高剂量紫甘薯花青素组血清瘦素含量分别为（3.13±0.05）、（2.84±0.12）和（2.64±0.06)ng·mL-1，与高脂组相比均显著下降。同时不同剂量紫甘薯花青素组下丘脑中瘦素及瘦素受体的mRNA表达均显著高于高脂组。而高剂量紫甘薯花青素组可以调节下丘脑中瘦素信号，从而降低下游腺苷酸活化蛋白激酶α（AMPKα）的磷酸化。【结论】高剂量紫甘薯花青素可以通过调节下丘脑中leptin/AMPKα信号通路有效抑制高脂诱导肥胖的形成。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价