“沁州黃”小米營養(yǎng)成分及應(yīng)用研究進展

張鑫鑫 楊燕強 花 錦 武 曦

(1. 太原海關(guān)技術(shù)中心，山西 太原 030024; 2. 長治學(xué)院，山西 長治 046000)

小米又稱“粟”，是中國北方居民食用的主要雜糧之一，屬耐寒耐旱作物，品種繁多且不怕酸堿，較其他農(nóng)作物易于種植。其營養(yǎng)豐富、食用口感俱佳，所含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等營養(yǎng)成分可與大米、小麥等主要糧谷持平甚至更高,同時含有大量的不飽和脂肪酸、無機鹽、維生素、人類必需氨基酸等[1-2]。作為名米之一的“沁州黃”小米，生長于山西長治沁縣地區(qū)，其小米米粒小而精、米色黃而亮、米香濃烈、米質(zhì)優(yōu)良，富含人體所需蛋白質(zhì)、氨基酸、鈣、鐵、鋅、硒等45種微量元素，被譽為"米中黃金"。文章擬以“沁州黃”小米獨特的生長環(huán)境、營養(yǎng)成分、應(yīng)用價值為出發(fā)點進行研究綜述，為小米產(chǎn)品的研發(fā)、出口產(chǎn)品質(zhì)量的提升等提供依據(jù)。

1 “沁州黃”小米種植環(huán)境

小米是谷子去糠皮加工而成的產(chǎn)物，其生育期短、耐旱耐貧，因其適應(yīng)性、抗逆性強，種植發(fā)展空間較大，在黏土、砂土中均可種植，不同環(huán)境下所產(chǎn)小米受當?shù)貧夂颦h(huán)境影響較大[3]。如山東章丘的“龍山米”主要種植在山前紅積土中，雖土質(zhì)肥沃、養(yǎng)分含量較高，但達到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、大面積種植還需進一步提高土壤對養(yǎng)分的保留能力等。而“沁州黃”小米則生長在山西省長治市沁縣的山嶺上，這一帶為人類早期農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)域，其種植區(qū)域丘陵起伏，富含紅褐膠黏土質(zhì)，具有光照充足、地勢高燥、土質(zhì)偏堿、地溫較高、雨量適中、氣候溫和、風(fēng)速較大、溫差明顯，無早霜、干燥多風(fēng)等特征。經(jīng)過萬余年的自然選育，“沁州黃”小米具備了耐瘠薄、抗干旱、低化肥、綠色環(huán)保的特性[4],種植環(huán)境要求比一般小米較易于滿足。

2 “沁州黃”小米研發(fā)現(xiàn)狀

近年來，世界小米消費呈穩(wěn)步增長的格局，國外市場對綠色、有機農(nóng)作物需求不斷增多，這對中國小米出口企業(yè)也提出了更高要求。目前，在育種方面，山西沁州黃小米(集團)有限公司自主選育的“沁07012”谷子品種蛋白質(zhì)含量已高達13.1%[5],現(xiàn)已正式命名為“沁黃2號”并在山西省廣泛推廣。在種植方面，沁縣綠色谷子基地認證4 000 hm2，出口“沁州黃”小米質(zhì)量安全示范區(qū)實現(xiàn)了有機、綠色基地標準的全覆蓋，逐步建成富硒小米333.3 hm2、高鈣小米200 hm2、高蛋白小米200 hm2、高葉酸小米333.3 hm2。在品牌創(chuàng)建方面，2016年“沁州黃”小米獲得了農(nóng)業(yè)部“沁州黃國家地理標志保護產(chǎn)品”、其種植系統(tǒng)入選了“2016年中國農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)”。在研發(fā)產(chǎn)品方面，推出了“谷之愛”米粉系列產(chǎn)品，同時加大自主研發(fā)，開發(fā)小米方便粥、藥食同源產(chǎn)品、特殊醫(yī)學(xué)用途食品及小米鍋巴、小米酸奶等營養(yǎng)產(chǎn)品。隨著全球經(jīng)濟一體化進程和特色農(nóng)業(yè)建設(shè)步伐的加快,“沁州黃”小米產(chǎn)業(yè)已被納入國家級出口食品質(zhì)量安全示范區(qū)建設(shè)行列[6]。

近年來，“沁州黃”小米出口前景比較樂觀，然而，要持續(xù)保證其優(yōu)良品質(zhì)，自然環(huán)境尤為重要，過多人為干預(yù)反而會使種植產(chǎn)量下降，因此如何在保障生態(tài)環(huán)境不受影響的情況下進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、如何減少病蟲害、自然災(zāi)害等造成的產(chǎn)量下降問題等都是下一步農(nóng)學(xué)專家研究的課題。

3 “沁州黃”小米營養(yǎng)成分

長期以來，“沁州黃”小米因其獨特環(huán)境優(yōu)勢和生長特性，被當作貢米和評定各種小米品質(zhì)的標準，其脂肪、可溶性糖類、蛋白質(zhì)含量也比一般小米高出1.0～2.5倍，同時富含豐富的維生素B1、復(fù)合維他命B、鈣、鉀、纖維礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分[7]。

3.1 基本營養(yǎng)

姬中偉等[8-10]研究表明，小米中蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維含量均較高于其他糧谷，其不飽和脂肪酸占總脂肪酸的85%；唐文娟等[11-13]通過對米谷中蛋白的分離、純化來進一步探究小米產(chǎn)品在膳食營養(yǎng)中的重要作用；此外，國際上也對小米類谷物營養(yǎng)成分有廣泛研究[14-16]。目前，GB/T 11766—2008對普通小米的營養(yǎng)品質(zhì)并未進行要求，《地理標志產(chǎn)品 沁州黃小米》標準[17]明確規(guī)定其優(yōu)級小米所含蛋白質(zhì)含量≥9.0%，脂肪含量≥3.0%，維生素B1含量≥0.6 mg/100 g，含直鏈淀粉14%～20%，膠稠度≥100.0 mm，糊化溫度(堿消值)2.0～4.0級[18]，與其他地區(qū)特色小米相比，“沁州黃”小米不僅營養(yǎng)豐富，且糊化溫度低、膠稠度高，直鏈淀粉含量也較低，特別適合蒸煮食用。趙淑玲等[19]研究發(fā)現(xiàn)，長治地區(qū)生長的小米營養(yǎng)成分含量較高、營養(yǎng)相對均衡(見表1)。

表1 全國代表性小米營養(yǎng)成分對比表[19]

“沁州黃”小米最明顯特征是色澤蠟黃,Shen等[20]研究發(fā)現(xiàn)，小米中富含其他雜糧不含的天然類胡蘿卜素；趙欣等[21]發(fā)現(xiàn)黃色小米中所含類胡蘿卜素含量較其他有色小米要高，其中“沁州黃”小米高達1.98 μg/g；楊延兵等[22]發(fā)現(xiàn)，小米產(chǎn)地是影響黃色素含量高低的重要因素，華北地區(qū)小米中黃色素要高于西北地區(qū)，可能與不同地區(qū)的氣候水文、土壤成分、育種培育等有很大關(guān)系。同時，“沁州黃”小米米香濃厚，蛋白含量豐富。小米中氨基酸的形成與生態(tài)環(huán)境、栽培措施、土壤地質(zhì)、海撥高度以及施肥用量等有很大相關(guān)性[23]，高溫干燥環(huán)境更利于氨基酸合成，紅色黏性土壤更利于谷子生長，同時盡量少施化肥才能提高蛋白質(zhì)含量。因此，“沁州黃”小米蛋白含量高除了得宜于獨有的氣候和含有特殊物質(zhì)的深褐色黏性土壤外，還與耕種時不施氮肥、磷肥保障了土壤的肥力有關(guān)。然而，隨著“沁州黃”小米基地的不斷開發(fā)增收，其土壤現(xiàn)狀也較令人擔(dān)憂。董健京等[24]對“沁州黃”小米種植土壤狀況進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)地土壤肥力整體處于中等偏低水平，可能與常年的小米種植及地質(zhì)環(huán)境變化等有關(guān)，多數(shù)專家認為應(yīng)在保持原有種植習(xí)慣的基礎(chǔ)上，加大有機肥的用量從而增加土壤肥力來保證“沁州黃”小米的產(chǎn)量與品質(zhì)。此外，“沁州黃”小米熬粥米油醇厚，湯汁濃烈，富含豐富的脂肪、維生素E、維生素B1、維生素B2、可溶性糖類、粗纖維等。張海明等[25]對長治地區(qū)5個縣區(qū)不同生長環(huán)境生長的小米進行營養(yǎng)品質(zhì)研究,發(fā)現(xiàn)沁縣小米品質(zhì)最優(yōu),其蛋白質(zhì)、葉酸、鐵含量分別達(11.88±0.12)%、(1.92±0.11) μg/g和(268±15) mg/kg，其不飽和脂肪酸如油酸、亞油酸、α-亞麻酸等含量也明顯高于白小米[21]，長期飲用可有效降低人體血液黏稠度。綜上，沁縣生態(tài)環(huán)境對于高品質(zhì)小米生長很有優(yōu)勢，下一步應(yīng)加大資源利用與保護，融入科技含量，大力助農(nóng)發(fā)展小米產(chǎn)業(yè)。

3.2 特殊營養(yǎng)成分

多食小米可起到補血、健腦狀體的作用[26]。“沁州黃”小米作為米中佳品，其主要特色就是富含多種礦物質(zhì)、氨基酸及酚類物質(zhì)等多種生物活性成分，對于人體保健、補充營養(yǎng)、預(yù)防疾病等具有一定的價值。

3.2.1 礦物質(zhì) 小米在加工過程中一般無需精制，可保留其所含的多種礦物質(zhì)，其鈣、鎂、鉀、鐵、磷、銅、硒含量均大大超過稻米、小麥粉和玉米[27-28]，尤其是人體所需的硒元素含量位于谷物產(chǎn)品之首。馮利芳等[29]通過對同一地區(qū)的燕麥、蕎麥、小米中礦物元素含量進行對比研究，發(fā)現(xiàn)小米硒含量遠遠高于其他，說明小米在生長過程中對于硒元素的富集能力較強，對于改善人體內(nèi)硒含量的營養(yǎng)狀況有重要價值。小米所含礦物元素主要源于其種植基地土壤中礦物質(zhì)成分，趙閃閃等[30]研究發(fā)現(xiàn)土壤的溫度、通氣程度、酸堿度均對小米吸收能力有一定影響，因此小米種植時選擇適宜的土壤基礎(chǔ)條件、生態(tài)環(huán)境非常重要。

張艾英等[31]研究發(fā)現(xiàn)，沁縣氣候更有利于小米中鉀、銅、鋅等元素的富集，種植區(qū)域多為紅色黏土，有利于鎂、鐵、銅元素的積累，但土壤含硒量不足，需進行生物強化以保證質(zhì)量；長治氣候更有利于鈣、磷、鎂、鈉、鐵、硒等元素的富集，種植區(qū)域多為褐壤土，更有利于氨基酸、蛋白質(zhì)和維生素B的積累，同時含硒量較為豐富。要想充分利用土壤資源，克服沁縣小米種植土壤缺陷，應(yīng)采取增撒農(nóng)家肥、深耕土地、改良土壤結(jié)構(gòu)、增強土壤保水能力等措施保證小米根系下扎，促進植株生長健壯，有效提高小米的礦物成分含量。此外，“沁州黃”小米一直保持完全石碾脫殼的原生態(tài)加工工藝，也使植物內(nèi)吸收的礦物質(zhì)易于保留，其鉀、銅、鋅含量幾乎與礦物質(zhì)含量最高的綠小米持平，硒、錳含量明顯高于其他米色小米[21]，目前，最新育種的“沁黃2號”種子所產(chǎn)小米各項品質(zhì)指標均符合甚至高于國家優(yōu)級小米，其微量元素硒含量為0.202 μg/g，是原“沁州黃”小米含量的10倍，可達黑龍江省等地的地方富硒農(nóng)產(chǎn)品一級標準[32-33]，對于提高人體免疫力，化瘀美容、防癌治癌均有一定功效，下一步還將繼續(xù)培育其他富鈣、富鋅等優(yōu)質(zhì)品種，大力投入特色品種的研發(fā)利用。

3.2.2 必需氨基酸 小米中含人體必需的17種氨基酸，種類豐富且含量均衡，主要成分谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸和天門冬氨酸含量分別比大米、小麥粉和玉米高56.4%，80.6%，42.6%，色氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、亮氨酸、蘇氨酸等特殊氨基酸含量均高于小麥[34-36]，賴氨酸和蘇氨酸為限制性氨基酸。馮耐紅等[37]發(fā)現(xiàn)小米中谷氨酸含量最高，胱氨酸含量最低，其氨基酸構(gòu)成比例與人體所需具有很大吻合性。為更好調(diào)節(jié)人們膳食結(jié)構(gòu)，高婧等[38]提出通過培育新品種、強化賴氨酸、與其他雜糧搭配等措施，以實現(xiàn)小米氨基酸營養(yǎng)強化和互補，這也是今后谷子育苗的發(fā)展方向。

近年來，“沁州黃”小米通過建設(shè)標準化有機基地，嚴格執(zhí)行統(tǒng)一地塊標準、種植品種、技術(shù)規(guī)程、配方施肥、訂單收購等基地管理模式，培育出綠色、有機、環(huán)保的優(yōu)質(zhì)的“沁黃2號”小米，其所含18種氨基酸總量高達7.65 mg/g，高于其他小米25%以上[39-40]。隨著小米米質(zhì)的不斷提高，生態(tài)環(huán)境的消耗也不斷增加，下一步應(yīng)采取休耕輪耕、控制施肥、加強環(huán)境監(jiān)控等多方措施來保證產(chǎn)品質(zhì)量的可持續(xù)發(fā)展。

3.2.3 生物活性成分 隨著對小米營養(yǎng)成分研究的不斷深入，國內(nèi)外專家對小米谷糠油中的維生素E、谷維素、角鯊烯、脂肪酸等活性成分進行了分析研究，發(fā)現(xiàn)其對黑色素的生成有一定的抑制效果[41-42]。小米所含的多酚類物質(zhì)，如黃酮類化合物有降低血脂和膽固醇、抵抗病毒、美容保健等作用[43]。鄭楠楠等[44-45]發(fā)現(xiàn)小米中具有抗氧化作用的生物活性元素豐富多樣，比如，原花青素、類胡蘿卜素等遠遠高于其他雜糧，深色小米中所含抗氧化成分較其他色系要高，可能與品種遺傳有關(guān)，因為顏色越深的小米越能減少自由基帶給人體肌膚的衰老，也更能抵擋紫外線對肌膚的傷害[46]。

“沁州黃”小米所含的生物活性成分不論從遺傳角度還是產(chǎn)地氣候方面都占有較大優(yōu)勢，所含多酚總含量高達2.0 mg/g，明顯高于其他色系小米[47]。付麗紅等[48-49]提出了“沁州黃”小米籽粒中總黃酮、多糖等成分的提取工藝，為產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用提供了一定技術(shù)基礎(chǔ)。目前，“沁州黃”小米中大多生物活性成分如米糠油、多糖、功能性蛋白、多肽等還有待進一步研究。

4 “沁州黃”小米的應(yīng)用

小米作為人們生活不可或缺的雜糧，它既是平衡膳食、調(diào)節(jié)口味的理想食品，又是營養(yǎng)進補、身體滋補的絕佳選擇，中醫(yī)認為小米還是很好的中藥，具有清熱、清渴，滋陰、補脾腎、益腸胃、利小便、治水瀉等功效[50-51]，因此被廣泛應(yīng)用于食品加工、醫(yī)藥等行業(yè)。

4.1 食品加工中的應(yīng)用

4.1.1 傳統(tǒng)食品 小米傳統(tǒng)食用方式以煮粥為主，所熬制的米粥、米飯具有清熱解渴、健胃除濕、補充虛損和健胃消食等功效，是老百姓餐桌上最常見的養(yǎng)生補品。用小米面與白面搭配蒸制的小米饅頭既可彌補小米粉不能形成面筋蛋白的不足，又能豐富食用者口感[52-53]。經(jīng)發(fā)酵而成的小米酒產(chǎn)生的單糖和低聚糖、維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，極易被人體吸收，對于通腸胃、潤皮膚、養(yǎng)脾氣、護肝等有明顯療效[54-55]。

“沁州黃”小米熬制的小米粥素有“代參湯”之美稱，其獨特的口感、氣味與色澤備受人們青睞，所含豐富的色氨酸有調(diào)節(jié)睡眠的作用，但小米在蒸煮過程很容易造成營養(yǎng)成分的流失。張凡等[56]研究發(fā)現(xiàn)直徑過小、色澤黃的小米往往可達到較好的蒸煮食味品質(zhì)和感官評價。由于山西的水質(zhì)偏硬(堿性水)，“沁州黃”小米在熬制過程中吸收、膨脹且鍋邊不掛粒，鍋底不沉米，湯汁濃厚，微甜微香且有嚼勁，營養(yǎng)成分也得以保留，這也是“沁州黃”小米能夠保留藥食兩用功效的重要原因之一。小米發(fā)酵工藝在中國也有幾千年歷史，傳統(tǒng)工藝發(fā)酵的米酒雜質(zhì)多，酒水渾濁，風(fēng)味口感也不似其他酒類可以愈陳愈香，為更好地凸顯特色小米優(yōu)勢，“沁州黃”小米產(chǎn)業(yè)綜合利用現(xiàn)代生物技術(shù)，在生產(chǎn)過程中經(jīng)微生物和生物酶的作用，采用低溫液體發(fā)酵，將原料中各成分分解成小分子的氨基酸、維生素及多種微量元素，所得的米酒中氨基酸含量為啤酒的8倍，特別是酒店自釀黃酒，采用無菌過濾不經(jīng)過熱殺菌，較好地保存了酒中的各種營養(yǎng)成分，對于產(chǎn)品風(fēng)味口感和品質(zhì)的提升起了關(guān)鍵作用[57]。

4.1.2 特色深加工食品 劉小翠[58]提出將小米與其他雜糧進行搭配，其色澤、香氣、口感和滋味等均有所提升。劉鵬等[59]通過將小米與復(fù)配脫脂大豆粉相結(jié)合，開發(fā)升糖指數(shù)較低的方便粥來滿足人們養(yǎng)生的飲食習(xí)慣。王立東等[60]以小米為主要原料，采用微波熟化技術(shù)、生物復(fù)合酶技術(shù)、高壓均質(zhì)技術(shù)等不同方法處理，制備速食小米方便粥、小米乳飲料等系列方便食品來順應(yīng)人們對速食產(chǎn)品的需求。劉淑婷等[61]通過擠壓膨化工藝將豆渣與藥食同源的小米綜合利用開發(fā)米稀產(chǎn)品。燕麥小米酸奶[62]、綠豆小米酸奶[63]、小米紅棗酸奶[64]、小米發(fā)酵飲料[65]等，既可以保留相關(guān)產(chǎn)品與小米的雙重營養(yǎng)價值，又具備酸奶本身提高免疫力、改善人體腸胃的功能，為人們生產(chǎn)生活提供了極大便利。

目前，“沁州黃”小米產(chǎn)業(yè)也在不斷研發(fā)擴大，所推出的“谷之愛”米粉系列是在綜合了小米、白砂糖、大豆分離蛋白、玉米油等多種營養(yǎng)的基礎(chǔ)上調(diào)制而成，能有效促進嬰幼兒智力和視力發(fā)育，并能增強老人抵抗力?！扒咧蔹S高級小米鍋巴”也因其低脂、無油、健康的優(yōu)勢備受消費者喜愛。龐震鵬等[66]以“沁州黃”小米粉中主要原料與藜麥粉以質(zhì)量比1∶2混合后得到的復(fù)合米粉其氨基酸構(gòu)成與標準蛋白中必需氨基酸構(gòu)成非常接近，營養(yǎng)價值也高于其他。李楠等[67]通過將“沁州黃”小米和大豆搭配研制兼具小米、大豆雙重營養(yǎng)的特色速食粥，上述研究將為下一步產(chǎn)品的研發(fā)推進提供依據(jù)。

4.2 醫(yī)藥加工方面的應(yīng)用

小米自古就有藥用的先例，尤其是小米粥上層的米油對產(chǎn)婦身體、男性生殖疾病都有良好的調(diào)養(yǎng)效果。吳寶華等[68]研究發(fā)現(xiàn)小米維生素B1對預(yù)防和緩解心肌病、提高人體抵抗力有益，防止皮膚病的發(fā)作等具有良好的效果；王軍峰等[69]從中醫(yī)角度深入闡述了小米健胃消食、降壓降脂、滋陰養(yǎng)血、調(diào)節(jié)睡眠等功效；富硒小米在醫(yī)藥領(lǐng)域也被廣泛應(yīng)用[70]，小米多酚類物質(zhì)還有很強的抗氧化活性，對于降低血糖、降膽固醇及預(yù)防潰瘍等有明顯的生理功效[71-73]。

“沁州黃”小米經(jīng)多年精心培育，富含微量元素硒、色氨酸、黃酮類物質(zhì)等多種生物活性成分，可與不同食物藥材搭配煲粥熬湯用于一些常見病。如:“麥冬小米粥”可用于治口瘡，健脾益氣、養(yǎng)陰清胃；“法半夏小米粥”對反胃嘔吐、降逆止嘔有一定療效；“百合小米粥”可防腳氣；“紅糖小米粥”可防產(chǎn)后血虛，有益氣養(yǎng)血、補虛的功效。“蔥白小米湯”治虛人感冒，有益氣解表的功效?！靶∶咨徦幹唷笨芍涡浩⑻撌撤e等[74]。但目前“沁州黃”小米在西藥、中草藥等成分中被應(yīng)用得較少，根據(jù)其生物功效的研究[75-77]，推測“沁州黃”小米被醫(yī)藥界廣泛應(yīng)用指日可待。

5 展望

綜上，“沁州黃”小米作為一種優(yōu)質(zhì)雜糧有著廣泛的應(yīng)用價值，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的不斷進程，出口量也在不斷增加，下一步應(yīng)從以下方面進行探索研究。

5.1 加大新品種的培育力度

目前，“沁州黃”已開展了全縣種植，多種品種綜合培育，大大提高了小米產(chǎn)量、滿足了市場供應(yīng)。但要長期保持國家標準要求的“沁州黃”小米品質(zhì)要求還需進一步努力，應(yīng)不斷加強科技攻關(guān)、培育優(yōu)良品質(zhì)、及時調(diào)整基地布局、精心選擇適宜環(huán)境、實行標準化綠色種植管理模式等，有效防止谷子品種退化、顆粒不飽、色澤不均等問題的出現(xiàn)，形成綠色有機種植常態(tài)化。

5.2 深化新產(chǎn)品的研究發(fā)展

目前，“沁州黃”小米的加工產(chǎn)品還處于初級加工階段，產(chǎn)品組成也相對單一。下一步應(yīng)將小米與其他產(chǎn)品進行合理調(diào)配，從營養(yǎng)學(xué)角度彌補小米營養(yǎng)成分的不足、延伸小米產(chǎn)業(yè)鏈、增加產(chǎn)品附加值，實現(xiàn)產(chǎn)品的升級換代，在帶來經(jīng)濟效益的同時，充分提高優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的影響力。

5.3 拓寬小米的應(yīng)用領(lǐng)域

后續(xù)應(yīng)加大“沁州黃”小米向更寬領(lǐng)域延伸。比如：在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可研制特殊醫(yī)學(xué)用途的食品配方為腸道、腫瘤治療等提供營養(yǎng)支持。在化工領(lǐng)域，小米中大量淀粉成分可用于制作綠色環(huán)保的塑料制品，還可以用于合成具有環(huán)保特性的黏合劑等。