不同品種小米主要營養成分及氨基酸組分評價

馮耐紅,侯東輝,楊成元,*,陳麗紅,李 婧,岳忠孝,沈 群,田 翔

(1.山西省農業科學院經濟作物研究所,山西汾陽 032200;2.中國農業大學食品科學與營養工程學院,北京 100083;3.山西省農業科學院品種資源研究所,山西太原 030031)

谷子為抗旱耐瘠作物,多分布在我國北部省份土壤氣候條件較差的干旱丘陵區,是中華民族的主要糧食作物[1]。谷子籽粒脫皮后的種仁稱為小米,是一種高營養的暖性食物,能夠在天氣寒冷時幫助人們御寒[2]。小米還被公認為最易消化的谷物,含有豐富的營養物質,包括碳水化合物、維生素、礦物質、脂肪、蛋白質和氨基酸等,其中必需氨基酸含量豐富且組成合理[3-5]。

前人已從淀粉、蛋白或脂肪等成分的差異對不同產地、不同品種的營養成分做了評價,張桂英等[6]以17個小米品種為材料,對其淀粉顆粒大小、化學組成、透光率、碘藍值、糊化特性進行分析,結果表明小米淀粉特性指標間的相關性顯著,且不同品種的淀粉品質不同;張卓敏等[7]研究了黑龍江省主栽小米蛋白質的功能性質,結果表明蛋白質的乳化性及乳化穩定性等指標與品種相關,張雜谷蛋白質的特性最佳;王峰等[8]以2016年新疆地區示范種植的17份谷子品種資源為研究對象,對小米的硒、脂肪和氨基酸含量進行了測定與分析,結果表明不同谷子品種的小米硒含量和脂肪含量等差異較大。除上述營養物質成分外,氨基酸的種類和含量也影響著小米的營養價值和鮮味,但目前未見以氨基酸組分分析為主的小米營養品質評價文獻報道。

因此本文以10種山西主推優質谷子品種碾成的小米為研究對象,測定其營養品質,同時對其氨基酸組分進行測定與分析,為“山西小米”品牌創建提供理論支撐,對反哺優質新品種選育的相關性研究提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

晉谷40號、晉谷57號、晉谷61號、晉汾106號、汾選3號、晉谷29號、晉谷54號、晉汾103號、晉谷21號、晉汾107號 10種谷子由山西省農業科學院經濟作物研究所試驗地于2018年種植并收獲隨機抽取碾米,獲得的小米放入自封袋中,在-18 ℃貯藏備用;氨基酸標準品 濃度1000 μmol/L,中國計量院。

XMJ100碾米機 山東魚臺金利糧油機械有限公司;BSA124S電子天平 德國賽多利斯;HCLASS超高效液相色譜儀 美國沃特世。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的預處理 將不同品種的谷子分別碾成小米,去雜,過篩(直徑1 mm圓孔篩),去除碎米和米糠,制得精小米,粉碎為小米粉備用(60目)。

1.2.2 基本營養成分的測定 按GB 5009.3-2016、GB 5009.5-2016、GB 5009.6-2016進行水分、蛋白質、脂肪等營養成分的測定[9-11],重復三次取平均值。

1.2.3 碳水化合物的計算 總碳水化合物(%)=100-(蛋白質+脂肪+水分)[12-13]。

1.2.4 氨基酸含量的測定 使用超高效液相色譜儀測定[14],重復三次取平均值。

1.2.5 營養評價

1.2.5.1 模糊識別法 由模糊識別法,以雞蛋蛋白為標準蛋白質,按照蘭式距離法[15-17]識別對象μ和標準蛋白a的貼近度,如公式(1)所示:

式(1)

式中:μ為待評價的蛋白,μ(μ1,μ2,μ3,μ4,μ5,μ6,μ7,μ8,μ9,μ10)分別代表晉谷40號、晉谷57號、晉谷61號、晉汾106號、汾選3號、晉谷29號、晉谷54號、晉汾103號、晉谷21號、晉汾107號;a表示標準蛋白(全雞蛋蛋白)的7種必需氨基酸EAA含量(mg/g pro),即P(a)=P(a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7)=P(86,54,70,47,66,57,93),其中a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7分別代表亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、蛋氨酸+半胱氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸;uik為第i種初乳蛋白中的第k種氨基酸的含量(mg/g pro),u1k、u2k…u9k、u10k分別表示這10種小米蛋白的7種EAA含量/(mg/g pro)。

4.2.4 性病規范化治療 單陽配偶中，無論是HIV陽性方還是HIV陰性方，患有性傳播感染性疾病都會增加配偶間HIV傳播風險。因此，對患有性病的性伴，需積極進行規范化的性病診療，以降低HIV的易感性。受規范化性病門診建設和各醫療機構利益等因素的影響，當前性病規范化診療水平并不高［38］，需加強衛生政策的引導和規范技術服務的推廣應用。

1.2.5.2 氨基酸比值系數法 根據聯合國糧食及農業組織和世界衛生組織提出的EAA標準模式與全雞蛋蛋白標準模式為參考,按照氨基酸比值系數法[15-17],分別計算氨基酸比值系數(Ratio Coefficient,RC)、氨基酸比值(ratioof amino acid,RAA)、谷子蛋白質的比值系數分(score of ratio coefficient,SRC)、必需氨基酸指數(essential amino acids index,EAAI),公式見式(2)～(5):

式(2)

式(3)

式(4)

式(5)

式中:aa1…aa7每種谷子蛋白7種EAA含量(mg/g pro);AA1…AA7為全雞蛋蛋白中7種EAA含量(mg/g pro)。

1.3 數據處理

實驗重復測量3次;使用Excel 2007對實驗數據進行分析處理,計算各指標測定結果的均值及標準差等。

2 結果與分析

2.1 10種小米基本營養成分的測定結果

10種小米基本營養成分的測定分析結果見表1所示,不同品種小米,其水分、蛋白質、脂肪、碳水化合物(以干基計)等營養成分的含量存在差異[18]。小米水分含量在10.35%～12.37%之間,這也為小米的儲藏提供了基本的條件。小米的蛋白變化范圍在11.43%～13.72%之間,其中晉谷61號蛋白質含量最高,晉谷21號次之,汾選3號最低。蛋白質是小米的主要營養成分,同時蛋白質的含量也影響小米的品質、口感[19]。10種小米中脂肪變化范圍在3.75%～5.34%之間,其中晉谷54號脂肪含量最高,晉汾107號脂肪含量最低。脂肪也是一種重要的營養成分,對小米粥的滋氣味、口感有明顯的影響,每克脂肪提供的熱能比碳水化合物或蛋白質多一倍以上,因此脂肪含量高的食品具有較高的生理價值[20]。碳水化合物的變化范圍在81.33%～84.61%之間,其中晉汾107號的碳水化合物含量最高,可達84.61%。由此可知,從蛋白質含量的角度看,應選用晉谷61號;如果更追求脂肪含量,則優選晉谷54號。

表1 10種小米營養組分分析(%)

2.2 10種小米氨基酸組分分析

10種小米氨基酸分析中谷氨酸含量最高,胱氨酸含量最低。各品種氨基酸含量存在差異[21],晉谷21號總氨基酸含量最高,除胱氨酸未檢出,第一限制性氨基酸賴氨酸含量較低外,其他氨基酸比另外9種小米普遍較高;晉谷40號總氨基酸含量最低,但胱氨酸含量較高;汾選3號賴氨酸和組氨酸含量最高;晉汾107號甘氨酸含量最高,結果見表2。由此可見,晉谷21號能夠為人體補充更多的氨基酸,具有一定的營養價值。

表2 10種小米氨基酸組分分析(%)

小米中氨基酸含量豐富,種類齊全,有7個品種的小米富含17種氨基酸。其中每克蛋白質中總氨基酸(TAA)含量在10.27%～11.64%之間,必需氨基酸(EAA)含量為4.35%～4.98%。EAA與TAA含量比值范圍在0.42～0.43,EAA與非必需氨基酸(NEAA)比值范圍在0.72～0.75之間,與FAO/WHO提出的EAA/TAA為0.400,EAA/NEAA為0.600,與建議值相接近,表明小米中的蛋白質是優質蛋白,且營養價值較高[22-23]。

2.3 10種小米必需氨基酸占總氨基酸含量百分比

由表3可知,各小米樣品必需氨基酸占總氨基酸的含量百分比為42.09%～43.20%,接近雞蛋而高于FAO/WHO模式蛋白[24]。且各樣品均含有極高的亮氨酸(Leu)比例,占總氨基酸含量的14.31%～15.29%,是雞蛋模式蛋白下亮氨酸含量的1倍以上,是FAO/WHO模式蛋白下亮氨酸含量的2倍多。亮氨酸具有調節血糖、為身體組織提供能量,同時還可以有效防止肌肉損失,促進訓練后肌肉恢復等功能。由此可知,本次測定的十種小米能夠作為供能物質食用,為人體提供能量,促進身體恢復。

表3 必需氨基酸占總氨基酸含量百分比(%)

2.4 10種小米風味氨基酸分析

風味氨基酸主要分為鮮、甜和苦三類,其中鮮味氨基酸包括天冬氨酸和谷氨酸;甜味氨基酸包括丙氨酸、脯氨酸、蘇氨酸、甘氨酸、絲氨酸;苦味氨基酸包括亮氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、組氨酸和精氨酸[25-26]。

表4 風味氨基酸分析表(%)

2.5 模糊識別法評價

由模糊識別法中公式(1)可分別計算出10種小米中的蛋白與標準雞蛋蛋白之間的貼近度,結果見表5。

表5 10種小米中的蛋白相對于標準蛋白的貼近度

由表5可知,10種小米的貼近度范圍在0.861～0.890,其中“汾選3號”為最高,“晉谷21號”最低,這10種小米中蛋白的貼近度都相差不大,與雞蛋蛋白的貼近度也很高,說明10種小米中的蛋白營養價值好。

2.6 氨基酸比值系數法評價

為了更好地從營養角度評價小米的品質,采用FAO/WHO提出的模式和全雞蛋標準蛋白模式進行比較[27],分別計算出10種小米的RAA值,計算結果見表6、表7。

表6 10種小米必需氨基酸的RAA、RC、SRC、EAAI的比較(全雞蛋模式)

表7 10種小米必需氨基酸的RAA、RC、SRC、EAAI的比較(FAO/WHO模式)

從表6中全雞蛋蛋白模式的氨基酸組成評價可知,汾選3號有5種氨基酸的RAA及RC在1左右,1種氨基酸指標大于1,3種氨基酸指標小于1,且SRC較大,相比于其他品種小米,EAAI為0.80。如果氨基酸的含量豐富且與FAO/WHO提出的標準模式相近,表明這種蛋白質接近人體所需的氨基酸比例,能為人體所利用的營養價值越高。RAA及RC的數值越接近1,表明該種小米蛋白與模式蛋白中EAA推薦值越接近。當RC大于1,表明此種EAA超過標準模式,相對過剩;當RC小于1,表明此種EAA低于模式蛋白,相對不足。SRC值越大,表明該種蛋白質營養價值越高,為人體吸收的概率越大。EAAI作為評價蛋白質的指標時,當EAAI越接近1,表明此蛋白質越優質[28]。所以,汾選3號的營養價值與利用率較高,為良好蛋白質源。汾選3號第l限制氨基酸為賴氨酸;第2限制氨基酸為蛋氨酸與半胱氨酸,可以根據蛋白質的互補理論[29],充分利用汾選3號的這一特質,與其他食物蛋白混合搭配,以提高膳食的營養價值。

表7為FAO/WHO模式下汾選3號與其他幾種小米的氨基酸評價,從表7可以看出,按照SRC的大小,幾種小米的排列順序為:汾選3號>晉谷54號>晉谷57號>晉汾106號>晉汾103號>晉汾107號>晉谷40號>晉谷61號>晉谷21號;按照EAAI大小,幾種小米蛋白的排列順序為:汾選3號=晉谷54號>晉谷57號=晉汾106號=晉汾103號>晉谷40號>晉汾107號>晉谷61號=晉谷29號>晉谷21號。汾選3號第l限制氨基酸為賴氨酸;第2限制氨基酸為蛋氨酸與半胱氨酸,這與全雞蛋蛋白模式條件下評價的結果基本一致。由此可知,汾選3號的氨基酸組成更加合理,基本可以滿足人體需要。

3 結論

通過分析10種小米中營養成分可知,10種小米水分含量較低,易于保藏;蛋白質、碳水化合物含量相對較高,且必須氨基酸種類齊全,含量豐富,尤其谷氨酸和亮氨酸含量較高,其中汾選3號和晉谷21號的EAA/TAA含量在0.4左右,EAA/NAA含量在0.6左右,接近FAO/WHO模式蛋白的含量。不僅如此,通過鮮甜苦味差和營養價值評價可知,汾選3號蛋白質營養價值較高,晉谷21號鮮味較濃。實驗結果解釋了汾選3號和晉谷21號能夠長期推廣的原因,為其更好的發展提供了基礎性的理論依據。但汾選3號的蛋白質總量低于其他品種,因此,還有進一步提升的空間。如何能夠保持現有小米的優勢,同時提高蛋白質含量和鮮甜氨基酸水平,增加鮮味,可以作為今后優質谷子育種的方向。