小米营养成分及其贮藏加工稳定性研究进展

作者: 刘建垒 常柳 段晓亮 洪宇 孙辉

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摘 要:目的:小米的营养品质受品种、环境及贮藏加工等多种因素的影响,全面深入了解小米的营养成分及其贮藏加工稳定性,对于引导绿色优质粮油产品消费,推动粮食产业高质量发展具有重要意义。方法:综述了小米营养成分的研究进展,介绍了贮藏、加工、烹调等对小米营养成分的影响。结果与结论:通过控制贮藏和加工条件,可以有效减少营养成分的损失。

关键词:小米;营养成分;贮藏加工;稳定性

谷子脱壳后称为小米,也称粟米,富含蛋白质、脂肪、膳食纤维、维生素B1、维生素B2等营养物质[1],还含有丰富的功能活性物质,如黄酮、多酚、低聚糖等[2-3]。目前,关于小米营养成分含量的研究报道较多,但缺乏全面系统的分析。小米营养成分的含量受品种、种植区域等因素的影响较大[4],且不同的检测方法也会导致测定结果的差异[5-6]。此外,小米的营养虽然丰富,但其营养品质受多种因素的影响,其中最主要的是贮藏、加工和烹调这三个因素。国家“优质粮食工程”实施中的“五优联动”特别强调优粮优储、优粮优加,注重科学的贮藏加工来保证优质粮食的品质。全面深入了解小米的营养成分及其贮藏加工稳定性,对于引导绿色优质粮油产品消费,推动粮食产业高质量发展具有重要意义。本文首先综述了基于大样本研究的小米各种营养成分含量的研究进展,进一步论述了贮藏和加工对小米营养成分的影响,以期为如何减少贮藏加工造成的营养成分损失提供科学依据。

1 小米的营养成分

《中国食物成分表》显示,小米的脂肪含量是小麦粉的1.82倍、稻米的3.44倍;不溶性膳食纤维含量是小麦粉的2.00倍、稻米的2.67倍;维生素B1含量是小麦粉的1.65倍、稻米的2.20倍;维生素B2含量是小麦粉的1.67倍、稻米的2.50倍;维生素E含量是小麦粉的5.50倍、稻米的8.44倍。小米中还含有维生素A、胡萝卜素,钙、钾、镁、铁、锌等矿物元素的含量也均较小麦粉和稻米丰富[7]。

1.1 蛋白质和氨基酸

1.1.1 蛋白质 为了便于比较,按GB 5009.5—2016规定的小米的氮折算成蛋白质的折算系数5.83[8]进行转换。除郝明杰等[9]及古世禄等[10]的研究中未说明使用的检测方法外,其他均采用国家标准方法或近红外反射光谱法进行测定。综上所述,小米粗蛋白干基平均含量基本在12.2%~14.3%之间。不同地区小米的蛋白质含量也不同,杨延兵等[11]研究发现,西北早熟春谷区小米品种的蛋白质平均含量最高,华北夏谷区品种蛋白质含量平均最低[11];与李庆春等[14]报道的不同,后者研究发现,华北平原小米蛋白含量最高,平均为13.73%,其次是东北平原,平均为13.59%,西北内陆样品蛋白含量居中,内蒙古高原最低,且不同米色和米质(粳性小米和糯型小米)间粗蛋白含量均无显著性差异(附表)。

1.1.2 氨基酸组成 李庆春等[15]分析了228份不同品种小米的氨基酸组成,发现小米蛋白质中的氨基酸种类齐全,含量丰富,含有人体必需的8种氨基酸;赖氨酸和苏氨酸都是限制性氨基酸,其评分分别为36.31、91.52。也有研究显示,小米含有丰富的赖氨酸,可用作大多数谷物的补充蛋白质来源[16]。小米中人体必需氨基酸与总氨基酸的比值(39.1)和非人体必需氨基酸与总氨基酸的比值(64.2)均接近于FAO/WHO理想氨基酸标准,适合人体氨基酸配比[17]。小米的必需氨基酸指数(EAAI)为76.91[15],部分品种如汾选3号的EAAI可达到80,接近100[18],但熟化小米蛋白的可消化必需氨基酸评分(DIAAS)为10,较大米(37)和全麦粉(20)低[19]。小米蛋白质的生物学价值和蛋白质利用率都较高,消化率可达78%以上[16]。此外,小米蛋白是一种低过敏性蛋白,是一种安全性较高的食品基料,特别适宜于孕产妇和婴幼儿食用[20]。更重要的是,小米蛋白价格低,来源丰富,且具有很好的功能特性,是替代动物蛋白食品的理想选择[21]。

1.2 脂肪和脂肪酸

小米中的脂肪含量因品种、产地及耕作期间的管理方式不同而有所差异,杨延兵等[11]报道了我国4个主要谷子生态区270份小米品种的平均脂肪含量为(4.00±0.42)%,且不同生态区品种之间粗脂肪含量差异不显著。Yang等[13]报道了全国6个省份的259份小米样品的粗脂肪含量范围为2.82%~4.47%,平均含量为3.64%,但未报道不同地区的粗脂肪含量差异。Zhang等[22]报道了全国5个地区的35份小米样品的粗脂肪含量可达3.38%~6.49%,平均含量为4.51%,且受品种和种植区影响显著,其中石家庄地区的小米粗脂肪含量最高。综上所述,小米粗脂肪平均含量基本在3.6%~4.5%之间。

小米脂肪酸中不饱和脂肪酸所占比例较大,不饱和脂肪酸以亚油酸和油酸为主,还有少量的亚麻酸和花生酸,饱和脂肪酸以棕榈酸和硬脂酸为主[22-24]。刘发敏等[25]测定了871份国内小米品种和45份国外小米品种的脂肪酸组成,发现在小米6种主要的脂肪酸中,亚油酸含量为46.63%~76.96%,平均为70.01%;油酸含量为6.81%~43.34%,平均13.39%;棕榈酸含量为5.94%~11.58%,平均8.34%;硬脂酸含量为0.00%~8.72%,平均4.38%;亚麻酸含量为0.29%~3.16%,平均1.96%;花生酸含量为0.02%~4.31%,平均1.72%;不饱和脂肪酸总量为85.54%,这与Zhang等[22]报道的全国5个地区的35份小米样品的脂肪酸组成基本一致[22]。小米脂肪酸组成主要受品种和种植区域的影响,总体看来,我国北方地区的小米亚油酸与不饱和脂肪酸含量普遍高于南方地区[25]。此外,不同脂肪酸的含量受品种或种植区域的影响也不同,其中棕榈酸、硬脂酸、亚油酸和亚麻酸含量受品种差异影响最大,油酸含量受品种影响较小,而亚麻酸含量受种植区域的影响较大,其他脂肪酸含量受种植区域的影响均不显著,且通过育种和耕作管理,可以改善小米脂肪的组成[22]。

1.3 碳水化合物

小米中总碳水化合物含量为71.5%~83.8%,平均含量为79.1%±2.6%[26],主要组成成分为淀粉,还有膳食纤维、抗性淀粉等。

1.3.1 总淀粉 Yang等[13]报道了全国6个省份的259份小米样品的总淀粉含量范围为65.59%~74.12%,平均含量为70.23%。田翔等[12]报道了191份山西核心谷子种质材料中的淀粉含量范围为70.13%~82.15%,平均值为76.27%,较Yang等研究的淀粉含量高。淀粉可分为直链淀粉和支链淀粉两类,Qi等[27]研究报道,小米中直链淀粉含量范围在16.8%~26.8%之间,而张卓敏[28]报道的小米直链淀粉较低,为14.56%~19.72%;糯性小米直链淀粉含量很低,通常为3.46%~4.18%[29]。直链淀粉含量测定结果不同主要与小米品种及检测方法不同有关。直链淀粉和支链淀粉的比例直接影响小米的质地和蒸煮品质,进而影响小米食品的适口性。直链淀粉含量较低的小米饭黏性大、柔软,而直链淀粉含量较高的(25%以上)小米饭干燥、蓬松、适口性较差,且有回升现象[30]。直链淀粉含量比例属于中等偏下(14%~18%)的品种,一般米饭既蓬松又柔软可口,适口性好[31]。

1.3.2 膳食纤维 膳食纤维对人体健康具有多种保健作用[32-33]。据报道,我国7个品种5个地区小米膳食纤维含量的变幅为1.30~2.91 g/100 g,且品种对膳食纤维的影响不显著[34],喜马拉雅地区中部的小米膳食纤维平均含量为5.70%,变幅为4.88%~5.95%[35]。利用超声-微波辅助酶法,小米中可溶性膳食纤维的得率可达13.63%[36]。膳食纤维按溶解性不同分为不溶性膳食纤维(IDF)和可溶性膳食纤维(SDF),小米中的膳食纤维以IDF为主,占总膳食纤维含量的74%~98%[37]。小米IDF中木糖含量(48.36%)较SDF中的(30.99%)高,SDF中葡萄糖含量(34.56%)较IDF中的(24.79%)高[38],而小米糠IDF中的木糖含量可达73.92%、小米糠SDF中葡萄糖含量可达68.23%[39]。

1.3.3 抗性淀粉 抗性淀粉对预防和改善肥胖症、糖尿病、心血管疾病和慢性肾病等非传染性疾病具有重要作用[40]。刘敬科[41]等研究了216份小米材料的抗性淀粉含量,发现小米抗性淀粉呈偏正态分布,平均含量为2.43%,变幅为0%~6.74%,主要以2.00%~4.00%为主;不同生态区小米抗性淀粉含量从高到低依次为:内蒙古高原、华北平原、东北平原、黄土高原。而李颖等[42]测定的小米抗性淀粉含量较高,范围为6.31%~8.69%,这与抗性淀粉测定的方法不同有关。

1.4 矿物质

小米中矿物元素的含量与土壤、品种等因素相关,各种矿物元素的含量差别较大。如河南和内蒙小米的矿物元素中钙含量为225~239 mg/kg、铁14.2~19.7 mg/kg、锌2.15~2.43 mg/kg、铜17.7~21.9 mg/kg、镁646~697 mg/kg[43];辽宁地区小米的矿物元素中钙含量为40.2~140 mg/kg、铁79.9~134 mg/kg、锌16.2~30.6 mg/kg、铜2.20~4.40 mg/kg、镁1 151~1 755 mg/kg[44];内蒙古地区小米的矿物元素中铁含量为10.0~23.8 mg/kg、锌18.1~30.1 mg/kg、铜2.90~4.60 mg/kg[45]。

对小米中硒含量的研究报道较多,Liu等[46]测定了200份全国主产区的小米品种及品系中硒的含量发现,小米中的硒平均含量为100 μg/kg[46],刘三才等[47]对中国谷子5个生态区(西北内陆、黄土高原、东北平原、华北平原和内蒙古高原)的112份小米硒含量分析显示,小米硒含量平均为53.3 μg/kg,变异范围20.8~89.2 μg/kg[47],较Liu等报道的硒含量低。不同地区的小米硒含量差异较大:西北内陆和黄土高原的品种硒含量最高,其次是东北平原、华北平原,最低是内蒙古高原[47]。其中,山西的小米品种硒含量最高,为110 μg/kg;内蒙古的小米品种硒含量最低,平均为84.7 μg/kg[46]。而刘晓辉等[48]发现,吉林省240个小米品种的硒含量较高,范围为210~810 μg/kg,平均含量为500 μg/kg。这些结果的差异与样品不同及检测方法的差异有关。

1.5 维生素

小米中维生素含量多且种类丰富,主要有维生素B1、维生素B2、维生素E、叶酸等。刘晓辉等[48]分析了吉林省240个小米品种的维生素B1和维生素B2含量,发现小米中维生素B1含量范围为4.77~6.81 μg/g,平均含量为5.57 μg/g;维生素B2含量范围为0.81~1.68 μg/g;平均含量为1.00 μg/g。刘敏轩等用正相高效液相色谱法测定了200份不同省份谷子育成品种籽粒中的4种维生素E(α-维生素E、β-维生素E、γ-维生素E和δ-维生素E)的含量,发现小米维生素E总量呈正态分布,其主要分布区间为43.93~93.34 μg/g,其中α-维生素E、(β+γ)-维生素E、δ-维生素E含量主要分布区间分别为8.98~23.07 μg/g、29.90~74.43 μg/g、0~0.865 μg/g[5]。李国营等[6]用反向高效液相色谱法测定了466份小米种质资源的维生素E含量,发现小米维生素E总含量主要分布区间在36.00~72.00 μg/g;其中α-维生素E、(β+γ)-维生素E、δ-维生素E含量主要分布区间分别为6.00~21.00 μg/g、27.00~51.00 μg/g、0.09~1.20 μg/g。α-VE、(β+γ)-维生素E和δ-维生素E含量分别占总维生素E的27.4%、71.3%、1.3%。上述两项研究中,后者测定的维生素E含量略低于前者,这主要还是与小米品种及检测方法不同有关。不同地区及不同米色的维生素E含量也不同,东北平原和西北内陆小米的α-维生素E的含量较高,且黑色、褐色子粒维生素E及各组分的含量均高于其他粒色[6]。闫陆飞[49]对302份小米籽粒的总叶酸进行了测定,发现晋中生态区的小米叶酸平均含量为1.28 μg/g,变幅为0.12~2.76 μg/g;晋南生态区的小米叶酸平均含量1.21 μg/g,变幅为0.29~2.53 μg/g;叶酸含量不同可能与试验材料及生长气候和土壤等条件有关。

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