三種不同顏色稻米的營養(yǎng)品質(zhì)分析

傅瑤 顧朝劍郭岱明 周夏 鄧宏宇段其龍 張貴超 吳先軍 陳曉瓊*

（1四川農(nóng)業(yè)大學水稻研究所/西南作物基因資源與遺傳改良教育部重點實驗室，成都611130；2仲衍種業(yè)股份有限公司，成都610041；*通訊作者:xiaochenq777@126.com）

有色米是我國十分珍貴的特種米資源，有著天然的色、香、味，且營養(yǎng)豐富，是天然的功能性食品[1]。水稻家族中從黃到黑有很多不同米色的品種，目前大家比較熟知的有色米主要有黑米和紅米[2]。紅米因其果皮內(nèi)含有原花色素而呈紅色，黑米是由于花色素苷的積累導致果皮呈紫色[3]。花青素屬于類黃酮物質(zhì)的一種，在自然界分布廣泛，是植物主要的水溶性色素之一，是一種天然食用色素，安全、無毒，而且具有一定營養(yǎng)和藥理作用[4]。在有色稻米中含有原花色素、二氫黃酮醇等多種類黃酮成分，類黃酮具有清除自由基、抗氧化、減少心血管疾病發(fā)生的作用。有色米還具有很好的營養(yǎng)價值，比如黑米的花色素會富集Fe、Zn等微量元素，且有研究表明有色米中蛋白質(zhì)維生素、粗纖維等營養(yǎng)物質(zhì)也比普通的白米要豐富[5]；紅米稻富含一般水稻品種中缺乏的Fe、Zn、Ca等營養(yǎng)成分，具有良好的食療和保健功能[6]。還含有一般水稻品種中缺乏的胡蘿卜素、黃酮、生物堿、強心甙、木酚素、甾醇等生物活性物質(zhì)，具有特殊的營養(yǎng)功效[7]。紅米中還具有升高血漿高密度脂蛋白膽固醇，有抗癌、抗動脈粥樣硬化等作用[6]。有色米的顏色也很好看，在釀酒工藝方面也是很好的材料，有色米酒就是以有色米為基本原料釀造而成[8]。本文比較分析了不同品種的黑米、紅米和白米礦質(zhì)元素、直鏈淀粉和多酚含量的差異。希望可以為以后選育高營養(yǎng)品質(zhì)的大米品種提供理論依據(jù)，為人們膳食選擇提供依據(jù)。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

實驗共選用68個品種，其中，白米品種35個，即Doblecavolina、Kaorimei、Hunan121、Nakateshinshebon、Kuriaeiru、Moroberekan、Neparu、Jhona 2、Hokuriku 129、Purple Puffu、Shiratai、Shishikuwazu、紅寶石、Daijyo、Kahei、Tehran、CS-S4、kinan dong、Keitowa、Tadukan、南京11 號、Wasanohoshi、Houg cheuh zhai、Sadri Belyi、十石、Dular、D.sancho、RD209、北 斗 、Vinlula、Romeo、wc2811等；黑米品種17個，即紫香稻、香血糯、粳黑米、豫南黑香糯、南京香稻、L221-1-4、IR532-1-47、聯(lián)鑒 33、黑756、紫米、Okuromurasaki、Murasaki、Pandakuromai、紫麝香、黑珍米等；紅米品種16個，即kasalath1514、Akamemochi、w1193、Black gcra、紅米 34、紫丹、DV123、Akashifukumochi、Beniroman、Tsukuakamochi、紅糯 D11、Pusur、NP97、Akage等。參試品種均于同年收集自成都溫江。從田間收取種子洗凈曬干后，用礱谷機脫殼，然后用粉碎機粉碎于烘箱烘干至恒重，裝于袋子中密封保存待用。

1.2 實驗儀器與試劑

所用試劑有95%乙醇、硝酸、抗壞血酸、苯二酚、鉬酸銨、亞硝酸鈉、5%鹽酸、雙蒸去離子水、NaOH、乙酸、0.02%碘液、碘化鉀、10%鹽酸甲醇以及各元素溶液標準物質(zhì)，所用試劑均為分析純，都來自四川西隴化工有限公司。

表1 不同顏色稻米中的8種礦質(zhì)元素含量

所用儀器有JLG－II實驗小型礱谷機、粉碎機、分光光度計（四川新科儀器有限公司）、等離子體發(fā)射光譜儀（美國PE公司）、電子天平（梅特勒－托里多（上海）有限公司）、MARS微波消解儀（美國CEM公司）、DW100超純水機（上海和泰儀器有限公司）。

1.3 測定方法

1．3．1 礦質(zhì)元素含量的測定

本文涉及的 K、P、Cu、Ca、Fe、Mg、Mn、Zn 等 8 個元素均采用等離子體發(fā)射光譜儀（ICP－AES）法測定[21]。

稱取0．5 g樣品與微波消解的內(nèi)罐中，加入1 mL水和5 mL硝酸，蓋上外罐旋緊。放置一段時間進行微波消化。首先把溫度設(shè)定為100℃，升溫5 min，保溫5 min；再把溫度設(shè)定為150℃，升溫10 min，保溫10 min；最后把溫度設(shè)定為190℃，升溫10 min，保溫10 min。消化完之后，用水定容至50 mL容量瓶中，最后再上機測定。

1．3．2 直鏈淀粉含量的測定

按農(nóng)業(yè)部頒布標準NT－47－88測定。

首先制備干精米粉，過100目篩，在每個試管中加入 0．5 mL 95%乙醇和 4．5 mL 1N NaOH，然后將裝有米粉的試管置于沸水中煮20 min，邊煮邊震蕩至米粉完全消化，冷卻至室溫后用蒸餾水定容，搖勻。從定溶后的試管中吸取2．5 mL混合液，加入50 mL容量瓶中再加入1．0 mL 1N 乙酸溶液，然后再加入 1．5 mL 0．02%碘液（先加2．00 g碘至適量（約900 mL）蒸餾水中，遮光震蕩1 h后再加入20．00 g碘化鉀，定容至1 000 mL，遮光震蕩24 h使其完全溶解并遮光保存，僅限3個月內(nèi)使用）。在分光光度計上于620 nm波長下用1 cm比色皿測定吸光度。以標準樣品的光密度值及其相應的直鏈淀粉含量制作標準曲線，并據(jù)此計算出直鏈淀粉含量。標準曲線為 y=0．0298x+0．0193，R2=0．9951。

1．3．3 多酚含量的測定

分別稱取等量的樣品1 g，用10%的鹽酸甲醇作提取液分次提取，定容至50 mL。用分光光度計法測定。標準曲線為 y=110．53x+0．0249，R2=0．9976。該方法主要利用食品中多酚類化合物與其他試劑發(fā)生顯色反應來測定食品中的多酚類化合物含量，此法操作簡便，應用廣泛，儀器成本和材料消耗較低，是目前國內(nèi)對食品或其他植物中多酚類化合物進行總含量測定的最常用方法[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 礦質(zhì)元素含量及品種間差異

如表1所示，在68個稻米品種中測得的K、P、Mg的含量最大值都大于1 000 mg/kg，其中P的含量最高，含量在1 500 mg/kg以上；其次是Ca的含量，在200～500 mg/kg之間；Fe、Zn和 Mn 的含量在 20～50 mg/kg之間；含量最少的是Cu，小于10 mg/kg。

通過對比3種有色米的礦質(zhì)元素含量發(fā)現(xiàn)，P元素的含量在黑米中比較高，紅米次之，且都遠高于白米；Ca、Fe、Mg、Mn、Zn 這幾種元素在有色米中的含量都高于白米；其他幾個元素在不同顏色大米中的含量相差不大。元素含量的變異系數(shù)在一定程度上反映了基因型（品種）差異特征及其穩(wěn)定性或可調(diào)控性。從表1可見，各元素中變異系數(shù)最大的是Ca，變異系數(shù)最小的是Mg。

通過差異顯著性分析發(fā)現(xiàn)，不同有色米的糙米間各元素含量差異多數(shù)是顯著的，且紅米中P、Ca、Mg、Zn、Fe、Mn、Cu 的含量比白米要高，其中 Fe、Zn、Mn 含量差異顯著；黑米中 P、K、Fe、Mn、Cu的含量比白米高，且K、Fe、Mn含量差異顯著；紅米與黑米相比，Cu、Fe和Ca含量相對較高，但差異不顯著。

通過元素間的相關(guān)性分析可知，大多數(shù)元素間都存在相關(guān)性。如Fe Cu、Ca、Mg、P呈顯著正相關(guān)關(guān)系；P和Mg、Mn呈顯著正相關(guān)關(guān)系；K和Ca呈顯著負相關(guān)關(guān)系。

表2 有色米中礦質(zhì)元素的差異顯著性測定結(jié)果

表3 各元素間的相關(guān)性分析

表4 不同顏色稻米品種直鏈淀粉含量的多重比較

2.2 多酚含量及品種間差異

由檢測結(jié)果可知，紅米的平均多酚含量最高，其次是黑米，白米最低。白米的多酚含量在62．653～132．762 mg/100 g 之間，平均為 98．57 mg/100 g，含量最高的品種 Houg cheuh zhai是含量最低品種 shinatai的 2．12倍；黑米的多酚含量在 173．454～596．039 mg/100 g 之間，跨度范圍最大，平均為330．65 mg/100 g，其含量最高的品種粳黑米是含量最低品種IR532－1－47的3．44倍；紅米的多酚含量在 289．340～499．561 mg/100 g 之間，平均為366．47 mg/100 g，含量最高品種紫丹是含量最低品種紅糯的1．73倍。方差分析表明，白米的多酚含量極顯著低于黑米和紅米，而黑米和紅米之間差異不顯著；同一種顏色米中不同品種的多酚含量存在顯著差異。說明有色米比普通白米更能富集多酚，不同顏色稻米品種因遺傳背景的差異其多酚含量差異達到了顯著或極顯著水平。

2.3 直鏈淀粉含量及品種間差異

從表4可以看出，白米品種的平均直鏈淀粉含量為14．26%；黑米品種的平均直鏈淀粉含量為9．17%；紅米品種的平均直鏈淀粉含量是14．58%。白米和紅米的平均直鏈淀粉含量比黑米要高，且最大直鏈淀粉含量也比黑米高。國際水稻研究所（IRRI）根據(jù)稻米直鏈淀粉含量的不同將水稻分為糯稻（AC＜2%）、極低（2%～9%）、低（9%～20%）、中（20%～25%）和高（＞25%）五種類型[10]。總體來看，本研究供試材料的直鏈淀粉含量都處于中低水平。

圖1 不同顏色米中多酚含量的最分析

圖2 不同顏色稻米平均直鏈淀粉含量

總體來看，有色米和白米的直鏈淀粉含量有明顯的差異。進一步對白米、黑米、紅米的直鏈淀粉含量進行多重比較，發(fā)現(xiàn)白米和黑米之間存在極顯著差異，而白米和紅米之間無顯著差異，黑米和紅米之間存在極顯著差異。且由圖2可以更直觀的看出，黑米的平均直鏈淀粉含量比白米和紅米要低很多。此外，通過比較直鏈淀粉含量與多酚含量的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩者無顯著相關(guān)性。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)本研究所選的68個品種的8種礦質(zhì)元素含量的測定結(jié)果顯示，這8種礦質(zhì)元素在有色米和白米中的含量從大到小依次是 P＞K＞Mg＞Ca＞Fe＞Zn＞Mg＞Cu。總體來說P、K、Mg這三種元素的含量比較高，都超過 1 000 mg/kg；其次是 Ca，含量在 300～500 mg/kg 之間；剩下的除Cu以外含量從大到小依次是Fe、Zn、Mg在20～50 mg/kg范圍，與裘凌滄等[11]的研究結(jié)果相符。對比來看，紅米中的 P、Ca、Mg、Zn、Fe、Mn、Cu 含量比白米中要高；黑米中 P、K、Fe、Mg、Mn、Cu 的含量比白米高。總體來說，有色稻米中的大量元素P和微量元素Fe、Mn、Zn、Cu的含量顯著高于白米，該研究與郭詠梅等[12]的研究結(jié)果相符，但是各元素的含量大小順序有所差異，可能與品種的遺傳背景或者是生長環(huán)境有關(guān)。通過元素間的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，元素間的積累是有一定的相關(guān)性的，如Ca與K呈負相關(guān)，Mg與P呈正相關(guān)。Jiang等[13]的研究中，F(xiàn)e 與 Mn、Zn，Zn 與 Cu、Mn，Cu與Mn都呈正相關(guān)，與本研究結(jié)果僅有部分相似之處，而Mg與Fe、Mn呈正相關(guān)這一結(jié)果與Chen等[14]的結(jié)果是一致的，所以元素間相關(guān)性的差異可能與選擇品種的遺傳背景和生長環(huán)境有關(guān)，正如Du等[15]的研究結(jié)果中提到的一樣。P與Fe、Mn、Mg都存在正相關(guān)，說明可能金屬元素的積累與大量元素的積累也是有一定的聯(lián)系的。

本研究結(jié)果顯示，黑米和紅米的多酚含量比白米高，且具有顯著差異。而黑米和紅米之間差異不大，沒有顯著差異。相比之下，紅米的平均多酚含量最高，是白米的3．72倍，黑米的平均多酚含量是白米的3．35倍。說明有色米確實比普通大米的多酚含量高，與Chen等[14]的研究結(jié)果是一致的。

本研究結(jié)果顯示，白米和紅米的直鏈淀粉含量比黑米要高，且具有顯著差異，而白米和紅米之間差異不顯著。說明直鏈淀粉含量與稻米顏色沒有直接的關(guān)系。

本研究還比較了多酚含量與礦質(zhì)元素、直鏈淀粉含量的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)有色米中多酚的富集并沒有帶動其他元素的積累，這一結(jié)果與Huang等[16]的報道一致，所以多酚含量和礦質(zhì)元素的積累可能還與遺傳背景或者環(huán)境有關(guān)。同時也發(fā)現(xiàn)，多酚含量與直鏈淀粉含量相關(guān)性不顯著。

礦質(zhì)元素 P、Ca、Mg、Zn、Fe、Mn、Cu 在紅米中的含量比白米中要高，P、K、Fe、Mg、Mn 在黑米中的含量比白米中要高，但是大多不具有顯著差異，礦質(zhì)元素的積累可能受很多因素的影響，不只是稻米的顏色，可能還與其生長環(huán)境有關(guān)。紅米和白米的直鏈淀粉含量比黑米高，且具有顯著差異，同一個顏色的稻米品種的直鏈淀粉含量也存在差異，所以推測直鏈淀粉含量與稻米的顏色沒有直接的關(guān)系，決定稻米直鏈淀粉含量的主要因素是遺傳背景。黑米和紅米的多酚含量比白米要高，且差異極顯著。此外，通過比較直鏈淀粉含量與多酚含量的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩者相關(guān)性不顯著。這表明抑制類黃酮產(chǎn)物合成的并非是淀粉，而是來自于稻米中的其他成分。謝辭：

感謝顧朝劍同學實驗上的幫助，感謝陳曉瓊老師在實驗過程中給予的悉心指導，幫我修改文章，感謝課題組給我提供實驗平臺和條件，幫助我順利完成實驗。在此謹向他們致以誠摯的謝意和崇高的敬意。謝謝!