種植地點和加工精度對小米營養與安全品質的影響

楊延兵 張會笛 秦 嶺 陳二影 黎飛飛 管延安

(山東省農業科學院作物研究所;山東省特色作物工程實驗室， 濟南 250100)

谷子[Setariaitalica(L.) P. Beauv.]是禾本科(Gramineae)狗尾草屬(Setaria)的栽培種，在我國栽培歷史悠久，適應性強，耐旱、耐貧瘠，是典型的環境友好型作物。谷子脫殼后為糙米，進一步加工成為消費者食用的精米。小米營養豐富，富含維生素、氨基酸、不飽和脂肪酸、微量元素及膳食纖維，營養價值較高[1]。近年來，隨著人們生活品質和質量的提高，對小米營養品質及質量安全的要求越來越高。

小米品質包括外觀品質、營養品質、蒸煮品質和食味品質，既受品種遺傳因素支配，又受生態環境條件影響。梁克紅等[2]研究認為地域因素相對品種因素對小米營養品質影響作用更大，地域因素主要對小米中蛋白質、脂肪、膳食纖維和灰分含量影響顯著, 而品種因素主要對蛋白質和脂肪含量影響顯著。小米黃色素含量是影響小米商品性的重要指標，楊延兵等[3]研究表明除品種對小米黃色素含量的決定因素外，不同種植地點之間小米黃色素含量差異顯著。張艾英等[4]研究了沁縣和長治2種氣候條件、土壤類型對小米品質的影響，認為氣候因素對小米的適口性影響較大，土壤因素影響小米品質及各種礦物質元素的積累。

小米中礦質元素受品種和地點影響顯著[5，6]。硒(Se)是一種非金屬礦物微量營養素，具有預防心腦血管疾病、調節維生素的吸收和利用以及提高人體免疫力等多種功能[7]。不同品種間小米硒含量變幅較小，土壤硒含量是影響小米硒含量的決定性因素，小米硒含量隨著土壤硒含量的增加而顯著提高[8，9]；外源硒能夠顯著提高谷子籽粒硒含量[10]。谷子中鐵(Fe)含量受品種因素影響差異顯著，受地域因素影響差異極顯著[9]，品種對小米鐵含量有重要作用，劉正理等[11]曾報道富鐵營養保健型超早熟谷子新種質的創新研究。食品中的鉛(Pb)、鎘(Cd)含量是食品安全比較關注的2個指標。張喜文等[12]研究表明谷子幼苗地上部鉛的積累會隨著土壤溶液中鉛濃度的升高而升高，因此土壤中鉛元素背景值可能會影響小米中鉛的含量。

除不同生態條件的氣候及土壤環境因素對小米品質的影響外，加工對小米的品質也有重要影響。糙米加工成精米過程中會產生米糠和碎米混合物，米糠副產物富含蛋白質(16.20%)、脂肪(14.90%)、粗纖維(26.81%)和碳水化合物(30.83%)，以及多種礦物質，米糠副產物中的Ca、Mg、Zn、Fe含量顯著高于糙米中的含量，氨基酸總量(TAA)達到為14.47%[13]。張竹青等[14]檢測了糙小米和小米的營養成分，認為糙小米主要營養成分指標含量較高，人們適量食用糙小米類雜糧，平衡膳食，對人體健康有著重要的現實意義。因此，在小米加工過程中盡可能減少營養成分的損失，避免優質、專用型品種加工精度過度，營養價值降低，也是需要關注的重要問題。

濟谷19具有良好的適應性和穩產性[15]。2015年12月榮獲中國作物學會粟類專業委員會舉辦的第十一屆優質食用粟“一級優質米”品種，由于其良好的適應性和品質性狀受到種植戶的青睞，在山東多地成為主栽品種。

針對山東省不同地點所產小米品質狀況，尤其是小米黃色素含量、微量元素以及重金屬含量等營養及安全品質指標，相關研究資料缺乏；加工精度對小米品質有何影響，精米和糙米之間小米品質有何差異，相關研究較少。為了解不同種植地點和加工精度對小米營養及安全品質的影響，為谷子品種選育、優質栽培以及區域化種植提供科學依據，選取章丘龍山(山前沖積-洪積平原)、曹范(章丘丘陵區)、柳埠(濟南南部山區)以及萊州(沿海丘陵區)4個地點，種植優質谷子品種濟谷19。4個地點都屬于暖溫帶大陸性季風氣候，但生態小氣候及土壤條件存在差異。谷子成熟收獲后分別加工成糙米和精米，粉碎后測定其主要營養和安全品質指標，分析同一遺傳背景條件下其品質指標的差異，以及加工對小米品質的影響，為優質谷子品種開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

濟谷19：萊州、濟南柳埠、章丘龍山、章丘曹范4個地點種植，大田管理按照當地種植習慣，其中章丘龍山種植地點合作社在谷子抽穗期噴施了富硒微肥。谷子成熟后收獲脫粒，分別加工為糙米和精米，其中糙米統一用礱谷機脫殼3次而成，精米為合作社加工的商品性小米。

1.2 方法

把4個地點的糙米和精米粉碎，水分、粗脂肪、粗淀粉、氨基酸、硒、鐵、鉛、鎘、等指標由農業農村部食品質量監督檢驗測試中心(濟南)測定，黃色素含量由本實驗室完成。各指標測定參照方法：水分 GB 5009.3—2010《食品安全國家標準 食品中水分的測定方法》;淀粉 GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測定方法》;脂肪GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定方法》;氨基酸 GB 5009.124—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》;硒含量 GB 5009.93—2010《食品安全國家標準 食品中硒的測定》；鐵含量 GB 5009.90—2016《食品安全國家標準 食品中鐵的測定》；鉛含量 GB 5009.12—2010《食品安全國家標準 食品中鉛的測定》；鎘含量 GB 5009.15—2014《食品安全國家標準 食品中鎘的測定》；黃色素含量按照楊延兵等[16]方法測定。

1.3 統計分析

實驗重復2次，計算各指標平均值和變異系數，利用Duncan新復極差法進行差異顯著性比較；運用IBM SPSS Statistics 22.0統計軟件對精米和糙米平均數進行T檢驗，比較樣本平均值差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同地點小米水分、脂肪、淀粉和黃色素含量

不同種植地點和加工精度小米水分、脂肪、淀粉及黃色素含量分析如表1。不同地點精米、糙米水分含量變異系數較小，差異不顯著，含水量都小于13%，符合GB/T 11766—2008[17]。精米、糙米之間水分含量差異不顯著。

表1 不同種植地點和加工精度小米的基本指標分析

不同地點之間脂肪含量差異顯著，糙米、精米都以萊州地點小米脂肪含量最高。糙米脂肪平均質量分數為4.3%，精米脂肪平均質量分數為1.8%，精米脂肪含量顯著低于糙米脂肪含量。4個地點糙米脂肪質量分數大于或等于4.0%，而精米脂肪質量分數均低于2.5%，加工精度對小米脂肪含量影響較大。

不同地點之間糙米、精米淀粉含量差異顯著，以柳埠地點小米淀粉含量最高，龍山地點小米淀粉含量最低；精米淀粉質量分數平均為69.2%，糙米淀粉平均質量分數67.5%，精米淀粉含量顯著高于糙米淀粉含量。說明種植地點和加工精度對小米淀粉含量影響顯著。

糙米黃色素質量分數變幅24.30～33.42 mg/kg，變異系數14.40%，精米黃色素質量分數變幅24.02～33.73 mg/kg，變異系數14.91%，精米、糙米變異系數較大；不同地點之間糙米、精米黃色素含量差異顯著；萊州地點黃色素含量最高；龍山地點小米黃色素含量最低；說明地點因素對小米黃色素含量影響顯著。精米、糙米黃色素含量差異不顯著，加工精度對小米黃色素含量影響較小。

2.2 不同地點間小米氨基酸含量的差異

不同種植地點和加工精度小米氨基酸組成分析如表2。

表2 不同種植地點和加工精度小米氨基酸組成分析/%

不同地點糙米氨基酸變異系數2.72%，說明種植地點對氨基酸含量影響較小。精米氨基酸總和變異系數5.12%，比糙米氨基酸略大；說明不同加工會對氨基酸總和含量有影響。糙米中除胱氨酸、蛋氨酸等變異系數大于10%外，其他氨基酸變異系數都小于10%，變異相對較小，種植地點對氨基酸組成影響較小。

加工精度對17種氨基酸影響均顯著，表現為糙米氨基酸各組分含量顯著高于精米氨基酸組分含量，精米氨基酸總和9.86%顯著低于糙米氨基酸總和10.92%。

17種氨基酸中最大量氨基酸為谷氨酸，其次為亮氨酸，再次為胱氨酸；賴氨酸為小米的第一限制氨基酸，賴氨酸占氨基酸總和2%左右，總體含量較低。糙米中賴氨酸含量0.25 mg/kg，精米中賴氨酸含量為0.21 mg/kg，糙米加工成精米過程中會造成部分賴氨酸的損失。總體來說，種植地點對氨基酸組成及氨基酸總和有一定影響；而加工精度對之影響顯著。

2.3 不同地點小米硒、鐵、鉛、鎘含量差異

種植地點和加工精度小米金屬元素硒、鐵、鉛、鎘的含量分析如表3。無論糙米還是精米，不同地點之間小米硒、鐵、鉛、鎘含量存在顯著差異，說明種植地點對小米中4種礦質元素含量影響顯著。糙米、精米都以龍山地點小米硒含量最高(龍山地點谷子生育期噴施富硒微肥是造成龍山小米硒含量較高的原因之一)，曹范次之；萊州地點小米硒含量最低。鐵元素含量4個地點相對變幅較小，糙米鐵元素含量變幅18.4～27.7 mg/kg，精米鐵元素含量11.9～22.5 mg/kg，曹范地點小米鐵元素含量最高，濟南柳埠點小米含鐵量最低。不同種植地點糙米鉛元素含量變幅0.044～0.079 mg/kg，精米鉛含量變幅0.034～0.074 mg/kg，都遠低于食品安全國家標準鉛限量值0.2 mg/kg。不同地點糙米鎘含量變幅0.012～0.021 mg/kg，精米鎘含量變幅0.008～0.016 mg/kg，鎘含量也都遠低于食品安全國家標準鎘限量值0.1 mg/kg[19]。糙米和精米之間硒平均含量差異不顯著，加工精度對小米中硒含量影響不顯著；糙米和精米之間鐵、鉛、鎘含量差異顯著，加工精度對小米中鐵、鉛、鎘影響顯著。

表3 不同種植地點和加工精度小米中金屬元素含量分析

3 討論

本研究中不同種植地點對小米脂肪、淀粉、黃色素含量影響顯著， 說明種植地點顯著影響小米品質。不同種植地點小米黃色素含量差異較大，這和楊延兵等[3]對山東不同生態地點因素對小米黃色素含量影響結論基本一致。龍山、曹范、柳埠盡管都在濟南市范圍內，脂肪、淀粉、黃色素含量差異顯著，說明農業生態小氣候對小米商品及營養品質有重要影響，這也說明優質小米生產區域性較強。本研究中萊州點小米脂肪、黃色素含量最高，龍山地點小米黃色素含稍低，可能與萊州地點生態氣候和土壤特點有關。萊州為環渤海地區，地處膠東半島，種植地點為低山丘陵區；而龍山地點屬于山前沖積-洪積平原區，區域性氣候和土壤類型存在較大差異。萊州小米顏色較黃，黃色素含量相對較高，具體和土壤、氣候哪種影響因素關系密切尚需進一步研究。

加工精度對小米脂肪、淀粉含量、氨基酸影響顯著，脂肪、氨基酸含量精米顯著低于糙米，淀粉含量精米顯著高于糙米。主要原因在于糙米在加工成精米過程中，胚、皮層和糊粉層部分多被去除，余下部分多為籽粒胚乳部分；而胚是籽粒中脂肪、蛋白較高的器官，糊粉層也是蛋白質含量高的器官，而胚乳是淀粉含量最高的器官，所以精米脂肪含量低，淀粉含量高，氨基酸含量低。因此，如何控制小米的加工精度，減少脂肪、氨基酸等營養成分的損失，也是需要研究的問題之一。張愛霞等[13]研究表明糙米加工成精米過程中產生的米糠和碎米混合物(主要包含種皮、糊粉層、胚和少量胚乳)，其蛋白質、脂肪含量遠高于糙米中的含量。加工精度對黃色素含量影響不顯著，甚至精米黃色素含量比糙米略微升高，主要因為谷子黃色素主要在胚乳中積累，谷糠和谷殼中含量較低[18]。

不同地點之間硒、鐵含量變異系數較大，差異顯著，說明地點因素對小米硒、鐵含量影響較大。這與劉曉東、趙宇等[8,9]研究認為硒、鐵含量受地域因素影響差異極顯著基本一致。研究中章丘龍山、曹范地點小米硒含量相對較高，一方面和當地土壤硒含量背景值較高有關，據趙西強等[19]關于章丘地區土壤硒含量報道，龍山屬于中硒土壤(0.2～0.4mg/kg)，曹范多屬于富硒土壤(>0.4 mg/kg)；另一方面，龍山試點在谷子生長過程中合作社噴施了富硒微肥，也是小米硒含量偏高的原因。硒、鐵是非常重要的微量營養元素，依靠自然資源的稟賦條件生產營養強化型功能食品是未來營養導向性農業的重要方向。最新營養與健康狀況監測顯示我國居民硒實際攝入量低于推薦量，利用富硒土壤研發富硒農產品是滿足我國居民食品消費營養健康需求的重要舉措[20]。

不同地點之間小米鉛、鎘差異顯著，加工精度對小米鉛、鎘含量影響顯著。本研究中所有試點小米鉛、鎘都雖然都有檢出，但其含量都在國家標準[21]允許限量范圍內，說明所有試點的土壤中鉛、鎘含量不超標。如果谷子種植區土壤重金屬含量超標，會直接影響到谷子的產量和品質，并對人體健康產生潛在危害。

4 結論

加工精度對小米的脂肪、淀粉、氨基酸含量和微量元素鐵影響較大，和糙米相比，精米脂肪、氨基酸、鐵含量顯著降低，淀粉含量顯著升高，控制小米加工精度，可以顯著減少營養成分的損失。種植地點對小米脂肪、淀粉、黃色素含量，礦質元素硒、鐵含量影響顯著，利用種植地點的自然稟賦條件可以生產營養強化型小米。