“沁州黄”小米营养成分及应用研究进展

张鑫鑫 杨燕强 花 锦 武 曦

(1. 太原海关技术中心，山西 太原 030024; 2. 长治学院，山西 长治 046000)

小米又称“粟”，是中国北方居民食用的主要杂粮之一，属耐寒耐旱作物，品种繁多且不怕酸碱，较其他农作物易于种植。其营养丰富、食用口感俱佳，所含蛋白质、脂肪、碳水化合物等营养成分可与大米、小麦等主要粮谷持平甚至更高,同时含有大量的不饱和脂肪酸、无机盐、维生素、人类必需氨基酸等[1-2]。作为名米之一的“沁州黄”小米，生长于山西长治沁县地区，其小米米粒小而精、米色黄而亮、米香浓烈、米质优良，富含人体所需蛋白质、氨基酸、钙、铁、锌、硒等45种微量元素，被誉为"米中黄金"。文章拟以“沁州黄”小米独特的生长环境、营养成分、应用价值为出发点进行研究综述，为小米产品的研发、出口产品质量的提升等提供依据。

1 “沁州黄”小米种植环境

小米是谷子去糠皮加工而成的产物，其生育期短、耐旱耐贫，因其适应性、抗逆性强，种植发展空间较大，在黏土、砂土中均可种植，不同环境下所产小米受当地气候环境影响较大[3]。如山东章丘的“龙山米”主要种植在山前红积土中，虽土质肥沃、养分含量较高，但达到高产优质、大面积种植还需进一步提高土壤对养分的保留能力等。而“沁州黄”小米则生长在山西省长治市沁县的山岭上，这一带为人类早期农业开发区域，其种植区域丘陵起伏，富含红褐胶黏土质，具有光照充足、地势高燥、土质偏碱、地温较高、雨量适中、气候温和、风速较大、温差明显，无早霜、干燥多风等特征。经过万余年的自然选育，“沁州黄”小米具备了耐瘠薄、抗干旱、低化肥、绿色环保的特性[4],种植环境要求比一般小米较易于满足。

2 “沁州黄”小米研发现状

近年来，世界小米消费呈稳步增长的格局，国外市场对绿色、有机农作物需求不断增多，这对中国小米出口企业也提出了更高要求。目前，在育种方面，山西沁州黄小米(集团)有限公司自主选育的“沁07012”谷子品种蛋白质含量已高达13.1%[5],现已正式命名为“沁黄2号”并在山西省广泛推广。在种植方面，沁县绿色谷子基地认证4 000 hm2，出口“沁州黄”小米质量安全示范区实现了有机、绿色基地标准的全覆盖，逐步建成富硒小米333.3 hm2、高钙小米200 hm2、高蛋白小米200 hm2、高叶酸小米333.3 hm2。在品牌创建方面，2016年“沁州黄”小米获得了农业部“沁州黄国家地理标志保护产品”、其种植系统入选了“2016年中国农业文化遗产”。在研发产品方面，推出了“谷之爱”米粉系列产品，同时加大自主研发，开发小米方便粥、药食同源产品、特殊医学用途食品及小米锅巴、小米酸奶等营养产品。随着全球经济一体化进程和特色农业建设步伐的加快,“沁州黄”小米产业已被纳入国家级出口食品质量安全示范区建设行列[6]。

近年来，“沁州黄”小米出口前景比较乐观，然而，要持续保证其优良品质，自然环境尤为重要，过多人为干预反而会使种植产量下降，因此如何在保障生态环境不受影响的情况下进一步提高产品质量和产量、如何减少病虫害、自然灾害等造成的产量下降问题等都是下一步农学专家研究的课题。

3 “沁州黄”小米营养成分

长期以来，“沁州黄”小米因其独特环境优势和生长特性，被当作贡米和评定各种小米品质的标准，其脂肪、可溶性糖类、蛋白质含量也比一般小米高出1.0～2.5倍，同时富含丰富的维生素B1、复合维他命B、钙、钾、纤维矿物质等多种营养成分[7]。

3.1 基本营养

姬中伟等[8-10]研究表明，小米中蛋白质、脂肪、膳食纤维含量均较高于其他粮谷，其不饱和脂肪酸占总脂肪酸的85%；唐文娟等[11-13]通过对米谷中蛋白的分离、纯化来进一步探究小米产品在膳食营养中的重要作用；此外，国际上也对小米类谷物营养成分有广泛研究[14-16]。目前，GB/T 11766—2008对普通小米的营养品质并未进行要求，《地理标志产品 沁州黄小米》标准[17]明确规定其优级小米所含蛋白质含量≥9.0%，脂肪含量≥3.0%，维生素B1含量≥0.6 mg/100 g，含直链淀粉14%～20%，胶稠度≥100.0 mm，糊化温度(碱消值)2.0～4.0级[18]，与其他地区特色小米相比，“沁州黄”小米不仅营养丰富，且糊化温度低、胶稠度高，直链淀粉含量也较低，特别适合蒸煮食用。赵淑玲等[19]研究发现，长治地区生长的小米营养成分含量较高、营养相对均衡(见表1)。

表1 全国代表性小米营养成分对比表[19]

“沁州黄”小米最明显特征是色泽蜡黄,Shen等[20]研究发现，小米中富含其他杂粮不含的天然类胡萝卜素；赵欣等[21]发现黄色小米中所含类胡萝卜素含量较其他有色小米要高，其中“沁州黄”小米高达1.98 μg/g；杨延兵等[22]发现，小米产地是影响黄色素含量高低的重要因素，华北地区小米中黄色素要高于西北地区，可能与不同地区的气候水文、土壤成分、育种培育等有很大关系。同时，“沁州黄”小米米香浓厚，蛋白含量丰富。小米中氨基酸的形成与生态环境、栽培措施、土壤地质、海拨高度以及施肥用量等有很大相关性[23]，高温干燥环境更利于氨基酸合成，红色黏性土壤更利于谷子生长，同时尽量少施化肥才能提高蛋白质含量。因此，“沁州黄”小米蛋白含量高除了得宜于独有的气候和含有特殊物质的深褐色黏性土壤外，还与耕种时不施氮肥、磷肥保障了土壤的肥力有关。然而，随着“沁州黄”小米基地的不断开发增收，其土壤现状也较令人担忧。董健京等[24]对“沁州黄”小米种植土壤状况进行监测，发现其产地土壤肥力整体处于中等偏低水平，可能与常年的小米种植及地质环境变化等有关，多数专家认为应在保持原有种植习惯的基础上，加大有机肥的用量从而增加土壤肥力来保证“沁州黄”小米的产量与品质。此外，“沁州黄”小米熬粥米油醇厚，汤汁浓烈，富含丰富的脂肪、维生素E、维生素B1、维生素B2、可溶性糖类、粗纤维等。张海明等[25]对长治地区5个县区不同生长环境生长的小米进行营养品质研究,发现沁县小米品质最优,其蛋白质、叶酸、铁含量分别达(11.88±0.12)%、(1.92±0.11) μg/g和(268±15) mg/kg，其不饱和脂肪酸如油酸、亚油酸、α-亚麻酸等含量也明显高于白小米[21]，长期饮用可有效降低人体血液黏稠度。综上，沁县生态环境对于高品质小米生长很有优势，下一步应加大资源利用与保护，融入科技含量，大力助农发展小米产业。

3.2 特殊营养成分

多食小米可起到补血、健脑状体的作用[26]。“沁州黄”小米作为米中佳品，其主要特色就是富含多种矿物质、氨基酸及酚类物质等多种生物活性成分，对于人体保健、补充营养、预防疾病等具有一定的价值。

3.2.1 矿物质 小米在加工过程中一般无需精制，可保留其所含的多种矿物质，其钙、镁、钾、铁、磷、铜、硒含量均大大超过稻米、小麦粉和玉米[27-28]，尤其是人体所需的硒元素含量位于谷物产品之首。冯利芳等[29]通过对同一地区的燕麦、荞麦、小米中矿物元素含量进行对比研究，发现小米硒含量远远高于其他，说明小米在生长过程中对于硒元素的富集能力较强，对于改善人体内硒含量的营养状况有重要价值。小米所含矿物元素主要源于其种植基地土壤中矿物质成分，赵闪闪等[30]研究发现土壤的温度、通气程度、酸碱度均对小米吸收能力有一定影响，因此小米种植时选择适宜的土壤基础条件、生态环境非常重要。

张艾英等[31]研究发现，沁县气候更有利于小米中钾、铜、锌等元素的富集，种植区域多为红色黏土，有利于镁、铁、铜元素的积累，但土壤含硒量不足，需进行生物强化以保证质量；长治气候更有利于钙、磷、镁、钠、铁、硒等元素的富集，种植区域多为褐壤土，更有利于氨基酸、蛋白质和维生素B的积累，同时含硒量较为丰富。要想充分利用土壤资源，克服沁县小米种植土壤缺陷，应采取增撒农家肥、深耕土地、改良土壤结构、增强土壤保水能力等措施保证小米根系下扎，促进植株生长健壮，有效提高小米的矿物成分含量。此外，“沁州黄”小米一直保持完全石碾脱壳的原生态加工工艺，也使植物内吸收的矿物质易于保留，其钾、铜、锌含量几乎与矿物质含量最高的绿小米持平，硒、锰含量明显高于其他米色小米[21]，目前，最新育种的“沁黄2号”种子所产小米各项品质指标均符合甚至高于国家优级小米，其微量元素硒含量为0.202 μg/g，是原“沁州黄”小米含量的10倍，可达黑龙江省等地的地方富硒农产品一级标准[32-33]，对于提高人体免疫力，化瘀美容、防癌治癌均有一定功效，下一步还将继续培育其他富钙、富锌等优质品种，大力投入特色品种的研发利用。

3.2.2 必需氨基酸 小米中含人体必需的17种氨基酸，种类丰富且含量均衡，主要成分谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸和天门冬氨酸含量分别比大米、小麦粉和玉米高56.4%，80.6%，42.6%，色氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、亮氨酸、苏氨酸等特殊氨基酸含量均高于小麦[34-36]，赖氨酸和苏氨酸为限制性氨基酸。冯耐红等[37]发现小米中谷氨酸含量最高，胱氨酸含量最低，其氨基酸构成比例与人体所需具有很大吻合性。为更好调节人们膳食结构，高婧等[38]提出通过培育新品种、强化赖氨酸、与其他杂粮搭配等措施，以实现小米氨基酸营养强化和互补，这也是今后谷子育苗的发展方向。

近年来，“沁州黄”小米通过建设标准化有机基地，严格执行统一地块标准、种植品种、技术规程、配方施肥、订单收购等基地管理模式，培育出绿色、有机、环保的优质的“沁黄2号”小米，其所含18种氨基酸总量高达7.65 mg/g，高于其他小米25%以上[39-40]。随着小米米质的不断提高，生态环境的消耗也不断增加，下一步应采取休耕轮耕、控制施肥、加强环境监控等多方措施来保证产品质量的可持续发展。

3.2.3 生物活性成分 随着对小米营养成分研究的不断深入，国内外专家对小米谷糠油中的维生素E、谷维素、角鲨烯、脂肪酸等活性成分进行了分析研究，发现其对黑色素的生成有一定的抑制效果[41-42]。小米所含的多酚类物质，如黄酮类化合物有降低血脂和胆固醇、抵抗病毒、美容保健等作用[43]。郑楠楠等[44-45]发现小米中具有抗氧化作用的生物活性元素丰富多样，比如，原花青素、类胡萝卜素等远远高于其他杂粮，深色小米中所含抗氧化成分较其他色系要高，可能与品种遗传有关，因为颜色越深的小米越能减少自由基带给人体肌肤的衰老，也更能抵挡紫外线对肌肤的伤害[46]。

“沁州黄”小米所含的生物活性成分不论从遗传角度还是产地气候方面都占有较大优势，所含多酚总含量高达2.0 mg/g，明显高于其他色系小米[47]。付丽红等[48-49]提出了“沁州黄”小米籽粒中总黄酮、多糖等成分的提取工艺，为产品的开发应用提供了一定技术基础。目前，“沁州黄”小米中大多生物活性成分如米糠油、多糖、功能性蛋白、多肽等还有待进一步研究。

4 “沁州黄”小米的应用

小米作为人们生活不可或缺的杂粮，它既是平衡膳食、调节口味的理想食品，又是营养进补、身体滋补的绝佳选择，中医认为小米还是很好的中药，具有清热、清渴，滋阴、补脾肾、益肠胃、利小便、治水泻等功效[50-51]，因此被广泛应用于食品加工、医药等行业。

4.1 食品加工中的应用

4.1.1 传统食品 小米传统食用方式以煮粥为主，所熬制的米粥、米饭具有清热解渴、健胃除湿、补充虚损和健胃消食等功效，是老百姓餐桌上最常见的养生补品。用小米面与白面搭配蒸制的小米馒头既可弥补小米粉不能形成面筋蛋白的不足，又能丰富食用者口感[52-53]。经发酵而成的小米酒产生的单糖和低聚糖、维生素、矿物质等营养物质，极易被人体吸收，对于通肠胃、润皮肤、养脾气、护肝等有明显疗效[54-55]。

“沁州黄”小米熬制的小米粥素有“代参汤”之美称，其独特的口感、气味与色泽备受人们青睐，所含丰富的色氨酸有调节睡眠的作用，但小米在蒸煮过程很容易造成营养成分的流失。张凡等[56]研究发现直径过小、色泽黄的小米往往可达到较好的蒸煮食味品质和感官评价。由于山西的水质偏硬(碱性水)，“沁州黄”小米在熬制过程中吸收、膨胀且锅边不挂粒，锅底不沉米，汤汁浓厚，微甜微香且有嚼劲，营养成分也得以保留，这也是“沁州黄”小米能够保留药食两用功效的重要原因之一。小米发酵工艺在中国也有几千年历史，传统工艺发酵的米酒杂质多，酒水浑浊，风味口感也不似其他酒类可以愈陈愈香，为更好地凸显特色小米优势，“沁州黄”小米产业综合利用现代生物技术，在生产过程中经微生物和生物酶的作用，采用低温液体发酵，将原料中各成分分解成小分子的氨基酸、维生素及多种微量元素，所得的米酒中氨基酸含量为啤酒的8倍，特别是酒店自酿黄酒，采用无菌过滤不经过热杀菌，较好地保存了酒中的各种营养成分，对于产品风味口感和品质的提升起了关键作用[57]。

4.1.2 特色深加工食品 刘小翠[58]提出将小米与其他杂粮进行搭配，其色泽、香气、口感和滋味等均有所提升。刘鹏等[59]通过将小米与复配脱脂大豆粉相结合，开发升糖指数较低的方便粥来满足人们养生的饮食习惯。王立东等[60]以小米为主要原料，采用微波熟化技术、生物复合酶技术、高压均质技术等不同方法处理，制备速食小米方便粥、小米乳饮料等系列方便食品来顺应人们对速食产品的需求。刘淑婷等[61]通过挤压膨化工艺将豆渣与药食同源的小米综合利用开发米稀产品。燕麦小米酸奶[62]、绿豆小米酸奶[63]、小米红枣酸奶[64]、小米发酵饮料[65]等，既可以保留相关产品与小米的双重营养价值，又具备酸奶本身提高免疫力、改善人体肠胃的功能，为人们生产生活提供了极大便利。

目前，“沁州黄”小米产业也在不断研发扩大，所推出的“谷之爱”米粉系列是在综合了小米、白砂糖、大豆分离蛋白、玉米油等多种营养的基础上调制而成，能有效促进婴幼儿智力和视力发育，并能增强老人抵抗力。“沁州黄高级小米锅巴”也因其低脂、无油、健康的优势备受消费者喜爱。庞震鹏等[66]以“沁州黄”小米粉中主要原料与藜麦粉以质量比1∶2混合后得到的复合米粉其氨基酸构成与标准蛋白中必需氨基酸构成非常接近，营养价值也高于其他。李楠等[67]通过将“沁州黄”小米和大豆搭配研制兼具小米、大豆双重营养的特色速食粥，上述研究将为下一步产品的研发推进提供依据。

4.2 医药加工方面的应用

小米自古就有药用的先例，尤其是小米粥上层的米油对产妇身体、男性生殖疾病都有良好的调养效果。吴宝华等[68]研究发现小米维生素B1对预防和缓解心肌病、提高人体抵抗力有益，防止皮肤病的发作等具有良好的效果；王军峰等[69]从中医角度深入阐述了小米健胃消食、降压降脂、滋阴养血、调节睡眠等功效；富硒小米在医药领域也被广泛应用[70]，小米多酚类物质还有很强的抗氧化活性，对于降低血糖、降胆固醇及预防溃疡等有明显的生理功效[71-73]。

“沁州黄”小米经多年精心培育，富含微量元素硒、色氨酸、黄酮类物质等多种生物活性成分，可与不同食物药材搭配煲粥熬汤用于一些常见病。如:“麦冬小米粥”可用于治口疮，健脾益气、养阴清胃；“法半夏小米粥”对反胃呕吐、降逆止呕有一定疗效；“百合小米粥”可防脚气；“红糖小米粥”可防产后血虚，有益气养血、补虚的功效。“葱白小米汤”治虚人感冒，有益气解表的功效。“小米莲药粥”可治小儿脾虚食积等[74]。但目前“沁州黄”小米在西药、中草药等成分中被应用得较少，根据其生物功效的研究[75-77]，推测“沁州黄”小米被医药界广泛应用指日可待。

5 展望

综上，“沁州黄”小米作为一种优质杂粮有着广泛的应用价值，随着农业产业化的不断进程，出口量也在不断增加，下一步应从以下方面进行探索研究。

5.1 加大新品种的培育力度

目前，“沁州黄”已开展了全县种植，多种品种综合培育，大大提高了小米产量、满足了市场供应。但要长期保持国家标准要求的“沁州黄”小米品质要求还需进一步努力，应不断加强科技攻关、培育优良品质、及时调整基地布局、精心选择适宜环境、实行标准化绿色种植管理模式等，有效防止谷子品种退化、颗粒不饱、色泽不均等问题的出现，形成绿色有机种植常态化。

5.2 深化新产品的研究发展

目前，“沁州黄”小米的加工产品还处于初级加工阶段，产品组成也相对单一。下一步应将小米与其他产品进行合理调配，从营养学角度弥补小米营养成分的不足、延伸小米产业链、增加产品附加值，实现产品的升级换代，在带来经济效益的同时，充分提高优质产品的影响力。

5.3 拓宽小米的应用领域

后续应加大“沁州黄”小米向更宽领域延伸。比如：在医学领域，可研制特殊医学用途的食品配方为肠道、肿瘤治疗等提供营养支持。在化工领域，小米中大量淀粉成分可用于制作绿色环保的塑料制品，还可以用于合成具有环保特性的黏合剂等。