马铃薯：从南美洲到火星的奇幻之旅

作者：王红霞 罗数 张鹏 章文峻

单位：中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所 中国科学院上海分院

如果一个人被独自遗留在了火星上，他能靠什么活下来？答案是马铃薯！《火星救援》影片中身为植物学家的马特·达蒙选择是十分明智的！马铃薯简直浑身都是宝，而且居然能在恶劣的火星环境中生长出来！今天大院er就给你讲讲马铃薯的故事。

图1 没有马铃薯，就没有《火星救援》

世界第四大粮食作物 为啥是它？

马铃薯是世界最古老的人类食物之一，在所有的农作物中，马铃薯算是最好种植的一类。每当有边角地块又不想撂荒时，农民们总会选择“投下几粒马铃薯”。因为它是“最好伺候”的农作物，与其他粮食作物相比，马铃薯不仅抗旱、早熟，而且淀粉含量高、种植适应性好，素有“铁杆庄稼”的美称。

马铃薯，别名土豆、洋芋、地豆等，是茄科中一年生草本植物，株高可达100厘米，与同科中的茄子、番茄（西红柿）等是近亲。由于其地下形成块茎，丰富的淀粉含量使其成为仅次于玉米、小麦和水稻的世界第四大粮食作物。

图2 马铃薯植株示意图

同样是地下的可食用部分，与甘薯的块根不同，马铃薯是块茎。马铃薯生长茎的构成包括地上茎、地下茎、匍匐茎和块茎四部分，其中块茎是缩短而肥大的变态茎，既是产品器官，又是繁殖器官，匍匐茎顶端停止极性生长后，由于皮层、髓部及韧皮部薄壁细胞的分生和扩大，并积累大量淀粉，从而使匍匐茎顶端膨大形成块茎，一般呈圆形、长筒形、椭圆形，表皮有白、黄、红、紫等颜色，果肉有白、黄、红、紫等，其中食用品种以黄肉和白肉者居多。而马铃薯的根是由块茎繁殖生长而成的须根系。

图3 马铃薯

虽然马铃薯主要靠地下块茎繁殖，但马铃薯其实也是有果实的，马铃薯的果实是一种浆果，呈圆形或椭圆形，果皮为绿色、褐色或紫绿色，果实内含种子100～250 粒。有意思的是，贮藏一年的种子发芽率较当年的反而高30-40%，这可能是因为种子有休眠期的缘故。

图4 马铃薯的花、叶及果实

相比其他主粮，水稻、小麦和玉米收获的都是果实和种子，唯独马铃薯收获的是块茎，这也给它带来了额外的优势。由于自带营养储备，又是整个生长期间持续生长，所以马铃薯抵抗恶劣环境的能力很强，可以在除了盐碱地之外的所有类型土壤中生长，能够适应低至8℃高至30℃的日均温度，因此许多贫瘠且偏寒冷的多山地区，种植马铃薯是当之无愧的首选。而在较温暖的亚热带地区，马铃薯可以在全年任何时候播种，此外，温带地区马铃薯的生长周期大约是4个月，从第二个月起新的块茎就开始形成，成熟之后仍然可以留在地里一段时间，因此不存在特别集中的农忙时节，不易出现“青黄不接”的场景，更不易遭受战乱摧残。

图5 收获季节的马铃薯

南美来客的漂泊史

由于马铃薯含有丰富的营养物质，被一些国家赋予“地下苹果”、“第二面包”、“珍贵作物”等美称，具有主粮食物的全部特性，并且其亦粮、亦蔬、亦果，是公认的健康食物。虽然马铃薯看起来土头土脑，其貌不扬，但它也是个不折不扣的外来“洋货”！

马铃薯原产于南美洲安第斯山区，最早种植的是秘鲁的印第安人。考古学家曾在印第安人的古墓中发现了许多绘有马铃薯图案的陶器，从这些图案的绘画风格推断，马铃薯在南美的栽培史至少可以追溯到公元前2000～2800年。

图9 弗朗西斯科·皮萨罗

1532年，以弗朗西斯科·皮萨罗为首的首批西班牙殖民者抵达南美洲安第斯山地区，并惊奇地发现当地人种植一种名为“papa”的奇特的地下果实，“煮熟后变得柔软，吃起来如同炒栗子一样，外面包着一层不太厚的皮”。这种被当地印第安人尊奉为“丰收之神”的、和菌菇类似的奇异圆形“块菌”，就是今天为人熟知的马铃薯。随着西班牙、葡萄牙殖民者对安第斯山区的征服，马铃薯被殖民者作为一种“战利品”带回了欧洲。

图10 马铃薯在欧洲的推动者腓特烈大帝

最初马铃薯在欧洲的产量很低，直到17世纪初，植物学家培育出适应欧洲种植的马铃薯品种，这一问题才得到解决。不过人们普遍对马铃薯心存疑虑，大部分人甚至相信食用马铃薯会引起麻疯病等传染病，所以只有少量种植，主要用作饲料，只有得不到粮食的穷人才会尝试食用马铃薯。但是马铃薯高产和适应性强的特点，在饥荒来临时凸显了自身的优势。发生于18世纪的一系列饥荒，为马铃薯的扩张迎来了机遇。普鲁士是最早接纳马铃薯的地区之一，腓特烈大帝在1740年将推广马铃薯作为官方政策，并获得了很大的成效。

图11 安东奥古斯特·巴曼提耶画像

1756年-1763年， 欧洲大陆爆发了“七年战争”，在此期间，巴黎一位名叫安东奥古斯特·巴曼提耶的药剂师作为法国军队的随军医生被普鲁士军队五次俘虏，能吃到的牢饭几乎只有农民用以喂猪的马铃薯，尽管如此，巴曼提耶的身体却依然健康，这使他对马铃薯产生了浓厚的兴趣。他回到法国后通过对马铃薯成分的分析，发现马铃薯无毒、而且营养丰富。于是他亲自栽种马铃薯，不惜自掏腰包请上层社会名流吃马铃薯宴，美国总统杰斐逊也一度是他的座上宾。在巴曼提耶、国王路易十四和王后玛丽 ·安东诺特的积极推动下，马铃薯成功地走上了法国人的餐桌。

与其他欧洲国家的艰难推广不同，马铃薯进入爱尔兰格外地顺利，由于连年的战争、贫穷、人口过多及土地的贫瘠，爱尔兰人几乎没有任何犹豫就接纳并疯狂喜爱上了这种植物。在1780-1840的60年间，得益于马铃薯大规模种植带来的食物充足，爱尔兰人口从4百万增长到了8百万人。

但是这种脆弱的经济在1845年受到了巨大的打击。当时，一种叫晚疫病菌的真菌感染了马铃薯，造成其茎叶和块茎腐烂，马铃薯出现了大幅减产甚至绝收。欧洲大陆上的其他地方还可以依靠小麦等作物弥补马铃薯减产带来的冲击，然而在爱尔兰，粮食的种植品种单一，大量的农民主要都靠马铃薯维持生计，再加上当时英国政府的政策错误，饥荒不可避免地发生了。在随后的5年里，100万人因饥荒而死，更多的人背井离乡，去了新大陆美洲和澳洲寻求生计，构成了如今美国庞大的爱尔兰后裔群体。这次饥荒带来的惨痛是如此巨大，以至于在爱尔兰谚语里说：世界上只有两种东西开不得玩笑，一是婚姻，二是土豆。

图12 爱尔兰首都都柏林的饥荒雕像

马铃薯在美国的发扬光大，其中总统与科学家的工作功不可没。1767年，美国第一任总统华盛顿将马铃薯种植在自己的庄园；第二任总统亚当斯的家信中也时常提及“吃马铃薯”的片段；第三任总统杰斐逊于1772年开始吃马铃薯，并钟爱一生。大名鼎鼎的美国科学家本杰明·富兰克林曾任法国大使，期间一次偶然的宴会上鉴赏了马铃薯20种不同的烹饪方法，回到美国后，他盛赞马铃薯，认为马铃薯是最好的蔬菜。1802年，托马斯·杰弗逊总统在白宫用炸薯条招待客人，自此炸薯条迅速成为美国最时尚、最流行的食物，并影响至今。20世纪60年代开始，早已跻身世界超级强国的美国通过遍布世界的麦当劳连锁店，将薯条推向全球，如今在大众眼里，“薯片（条）”已经与硅谷的“芯片”、好莱坞的“大片”一样成为美国文化软实力的标志。

图13 马铃薯世界传播地图

马铃薯进入中国的历史目前说法不一，不过大多数认为在明朝传入我国。徐光启（1562—1633年）所写的《农政全书》中记载有“土豆”的名字，书中写道：“土芋，一名土豆， 一名黄独。蔓生叶如豆, 根圆如鸡卵, 内白皮黄，……煮食、亦可蒸食。又煮芋汁, 洗腻衣, 洁白如玉。”在中国人口膨胀，战乱频繁的年代，马铃薯以其独特的优势，与甘薯一起迅速被广大民众接受，醋溜土豆丝、土豆炖肉、地三鲜、洋芋擦擦等具有鲜明本土特色的菜肴不断涌现，成为了餐桌上必不可少的食品。

马铃薯 怎么吃才对？

作为粮食作物，马铃薯在营养上占有一定优势：

1. 马铃薯块茎含有2%左右的蛋白质，薯干中蛋白质含量为8%～9%，并且其品质相当于鸡蛋，容易消化、吸收，优于其他作物的蛋白质。

2. 马铃薯也是所有粮食作物中维生素含量最全的，其含量相当于胡萝卜的2倍、大白菜的3倍、番茄的4倍，尤其是维生素C，马铃薯块茎维C含量是苹果的6倍，一个成年人每天吃0.5 kg的马铃薯即可满足体内对维生素C的全部需要量。此外，钾和胡萝卜素含量也较高。

不过，切碎水煮或者油炸会导致许多营养元素的流失，所以从营养角度看，洗净后带皮煮熟似乎是马铃薯最好的吃法。

图6 马铃薯与果蔬营养成分当量

马铃薯如果放置时间比较长，或者储存温度较高时，会出现发芽、变青的情况。这是因为土豆中产生了一种叫做龙葵碱的物质，马铃薯发芽后，芽周围的龙葵碱含量会大幅增加，虽然产生青色的物质不是龙葵碱，但“变青”是龙葵碱产生的标志。这是马铃薯在进化过程中形成的一种自我保护机制，保护其不被动物取食。龙葵碱是一种神经毒素，人摄入过多会引发呕吐、腹泻等症状，严重时甚至威胁生命。

许多茄科植物都有这个特点，龙葵碱也可见于茄子和未成熟的青色西红柿，但由于这两种作物龙葵碱含量相对较低，因此不会引发中毒。如果马铃薯产生的芽不多、青色部位不大、而且马铃薯还比较硬的情况下，彻底去除发芽和青色部位后，充分加热或用醋烹制可破坏龙葵素，食用起来不会有什么问题。但如果马铃薯发芽明显或变青比较严重（如下图），或者已经变软，则应当扔掉，不能再食用了。

图7 不能食用的马铃薯

由于马铃薯含有一种叫作天冬酰胺的氨基酸，当它和还原性糖(比如马铃薯中大量的淀粉转化而成的葡萄糖和果糖)共同加热的情况下(比如炸薯条)，就会发生美拉德反应 (Maillard)，产生丙烯酰胺(Acrylamide)，丙烯酰胺是潜在的致癌物质（这是之前的“咖啡致癌”谣言主角，真相看这里>>>，所以少吃炸薯条比较安全~），所以育种专家会想方设法减少马铃薯中所含的天冬酰胺。2014年，美国批准了一种遗传工程技术改造的马铃薯（Innate Potato）种植，该品种大幅减少了天冬酰胺的含量，同时降低擦伤带来的变色。Innate Potato在2015年又推出了第二代，不仅继承一代的优点，而且抗晚疫病，低温储存能力也大为增强。

图8 Innate Potato与传统马铃薯对比

你不吃土豆

可能也摆脱不了马铃薯淀粉！

图14 马铃薯淀粉

最后来说说马铃薯淀粉。马铃薯经过洗涤、磨碎、筛分、分离蛋白质、清洗、脱水和干燥等工序，可以得到马铃薯淀粉。注意：一般的马铃薯粉和马铃薯淀粉可不是一种东西，我们在快餐店里吃的土豆泥就是马铃薯粉做的。

马铃薯淀粉在 19 世纪70 年代开始规模化生产，目前, 全球年产量约600万吨，其中我国80万吨。较玉米淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉而言，马铃薯淀粉具有粒径大、粘性大、糊化温度低、吸水力强等特点，在食品领域得到广泛运用：

明胶糖果中, 马铃薯淀粉因其良好的透明度和较强的持水作用，与明胶能很好地配合，可以制成具有良好口感和弹性的凝胶糖果

面食中，马铃薯淀粉蛋白质含量低，颜色洁白，能有效改善面团的色泽，同时能显著提高面团的弹性和筋韧度，制作的面条和粉丝等产品不易断条

肉制品中，马铃薯淀粉糊化后的透明度非常高，可使制品的肉色鲜亮，减少亚硝酸盐和色素的使用量，同时明显改善产品的保水性。

此外，马铃薯淀粉在工业领域也发挥着不可忽视的作用。

图16 德国发行的2008国际土豆年纪念邮票

结语

目前，作为世界第四大粮食作物的马铃薯依旧以其廉价、便于种植、科技要求不高等优势在抗饥饿和抗贫困中发挥着巨大的作用。为了提高公众意识、发掘马铃薯潜力，纽约联合国总部还举行了特别仪式，正式宣布2008年为“国际土豆年”。联合国粮农组织介绍说，“国际土豆年”就是要让人们对马铃薯以及整个农业生产都引起高度重视，以助于解决饥饿、贫困和环境威胁等全球性问题。

参考资料及图片来源：

1 经济观察网 《土豆改变世界》

2 科普中国网 《马铃薯成长日记》《马铃薯世界之旅》

3 知乎 https://www.zhihu.com/question/27433419?rf=27439032

4松鼠云无心《吃的真相3》

5 Ent《土豆1846》

6刘千生《舌尖上的战争》

7 马晓东, 钟浩《马铃薯淀粉的研究及在工业中的应用》

8 潘明《马铃薯淀粉和玉米淀粉的特性及其应用比较》