全國主要谷子品種的營養及食用品質分析

劉建壘，王文娟，王瑞杰，趙璐瑤，常 柳，楊維巧，張 東，孫 輝，段曉亮

(國家糧食和物資儲備局科學研究院糧食品質營養研究所1，北京 102629) (山東省糧油檢測中心2，濟南 250100)

谷子(Setariaitalica)是起源于中國的古老農作物[1]，脫殼后稱小米(Foxtail millet)。我國是世界上谷子種植面積最大的國家，2019年，我國谷子播種面積為83.1萬hm2，總產量達254萬t，單產也達到了歷史最高點[2]。與小麥粉和稻米等主糧相比，小米不僅富含蛋白質、脂肪、膳食纖維、維生素等營養物質[3]；而且含有豐富的功能活性成分，如酚類、活性肽、類胡蘿卜素等，具有降血糖、降血脂、降血壓等多種保健功能[4,5]。目前，國內外對谷子或小米的營養成分進行了大量的研究，有關谷子或小米蛋白質[6-9]、脂肪[6, 8, 9]、淀粉[7, 9]、膳食纖維[10-12]、維生素[13]、礦物元素[13-15]等均有較多的報道。但這些研究通常樣本量較少，且缺乏同批樣品的營養指標的全面比較；而大樣本的研究多集中在少數幾個營養指標，或采用近紅外等快速檢測的方法進行測定[7, 9]，同國家標準方法測定的結果還存在一定的差距。此外，小米的營養還受品種[8]、區域[10]、氣候條件和土壤類型[16]及加工精度[17]等眾多因素的影響，如品種因素主要對蛋白質和脂肪含量的影響顯著，地域因素主要對小米中的蛋白質、脂肪和膳食纖維含量影響顯著[10]；溫度、降雨、海拔、日照時間等氣候條件會影響氨基酸和蛋白質的積累，土壤因素主要影響小米各種礦物質元素的積累[16]；同一小米的營養還受加工精度的影響，加工精度高的小米脂肪、氨基酸和鐵含量降低，淀粉含量升高[17]。

除了營養指標外，食用品質也是衡量谷子品質的關鍵指標。小米的食用方式以煮粥為主，但此前由于缺少廣泛認可的評價方法，目前我國關于小米食用品質尚缺乏全面系統的評價。為此，本團隊建立了小米食用品質感官評價方法[18]，并在大量樣品中進行實踐，得到質檢機構和同行專家的廣泛認可。本研究對全國谷子主要品種的食用品質進行評價，對全面了解我國谷子品種的食用品質具有一定的指導意義。

本研究全面分析了我國主推谷子品種的營養品質及食用品質，為全面了解我國谷子品種的營養及食用品質提供了豐富的數據支撐；同時建立了較為完善的谷子品質營養資源數據庫，通過比較不同種植省份的谷子的營養和食用品質，對于挖掘谷子的區域優勢，推動谷子產業高質量發展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

根據農業農村部全國農業技術推廣服務中心2018年10月發布的《2017年全國農作物主要品種推廣情況統計》中谷子主要品種推廣面積，依托國家谷子高粱產業技術體系，從全國11個谷子主產省份收集了103個2020年新收獲的主推谷子品種樣品，涉及46個品種，代表面積占全國谷子種植面積的80%以上。樣品分布及主要品種如表1所示。

表1 實驗收集谷子樣品的分布及品種

1.2 儀器與設備

XMJ100型胚芽米機(鮮米機)，直徑22 cm不銹鋼材質帶蓋平底鍋等。

1.3 方法

1.3.1 試樣準備

試樣的扦樣、分樣按GB/T 5491—1985執行，樣品經過人工篩分和挑選，去除泥土、砂石、異種糧粒等雜質及病斑粒等不完善粒。谷子經碾米得到糙小米，用于營養指標的測定；將糙小米進一步碾米制備得到精小米，用于食用品質的評價。

1.3.2 營養指標檢測方法

水分按GB 5009.3—2016第一法測定；粗蛋白按GB 5009.5—2016第一法測定；粗脂肪按GB 5009.6-2016第一法測定；總淀粉按GB 5009.9—2016第二法測定；膳食纖維按GB 5009.88—2014法測定；維生素B1按GB 5009.84—2016第一法測定；維生素B2按GB 5009.85—2016第一法測定；礦物元素按GB 5009.268—2016法測定，其中鐵銅鋅硒錳按第一法，鉀鈉鈣鎂磷按第二法測定。所有營養成分均以干基計。

1.3.3 食用品質評價方法

1.3.3.1 小米粥制作方法

參考劉建壘等[18]的方法，稱取100 g精小米，放入帶蓋平底鍋中，用自來水快速淘洗2次，瀝盡余水。按米水質量比1∶20加入預先燒開的生活飲用水，蓋上鍋蓋，在電磁爐2 100 W下煮沸；取下鍋蓋，將電磁爐功率調至1 400 W，繼續煮至25 min。期間間歇攪拌幾次，防止粥沸騰溢出。

將鍋從電磁爐上取下，室溫下放置，待溫度降至65～70 ℃(約20 min)時，攪勻并分裝到100 mL燒杯中，每杯80 mL，供品嘗評定。

1.3.3.2 小米粥食用品質感官評價方法

參考劉建壘等[18]的方法，并對評分標準的細則略有改動，見表2。感官評價人員由8位經過培訓且考核合格的品評員組成。品評時先觀察小米粥的色澤和均勻性；用勺子攪勻后，再通過咀嚼品嘗其滋味及適口性，對比參照樣品進行評分。根據每個品評員的綜合評分結果計算平均值，個別人員品評誤差大者(誤差超過平均分5分以上)舍棄，舍棄后重新計算平均值，最后以綜合評分的平均值作為小米粥食用品質感官評定的結果，計算結果取整數。

表2 小米粥食用品質評分標準

1.4 數據處理與統計分析

每個實驗重復2次，結果以平均值表示。用IBM SPSS Statistics 25軟件進行多變量方差分析，對品種、省份及兩者交互作用對谷子營養及食用品質的效應進行檢驗。

2 結果與討論

2.1 不同省份谷子營養及食用品質比較

2.1.1 粗蛋白、粗脂肪、總淀粉含量

由表3可見，全國谷子樣品粗蛋白含量為8.7～13.7 g/100 g，平均值10.4 g/100 g。各區間分布為：≥12 g/100 g的樣品數量占8.74%；11～12 g/100 g區間的樣品數量占18.45%；10～11 g/100 g區間的樣品數量最多，占比39.81%；9～10 g/100 g區間的樣品數量占29.13%；<9 g/100 g的樣品數量占比3.88%。不同省份比較來看，山西、寧夏、陜西和新疆的谷子樣品粗蛋白含量的平均值最高，均超過11g/100 g；而河南、遼寧、吉林谷子粗蛋白含量的平均值最低，均在10 g/100 g以下。

全國谷子樣品粗脂肪含量為1.5～5.5 g/100 g，平均值為3.3 g/100 g。各區間分布為：≥5 g/100 g的樣品數量占1.94%；4～5 g/100 g區間的樣品數量占19.42%；3～4 g/100 g區間的樣品數量最多，占比44.66%；2～3 g/100 g區間的樣品數量占33.01%；<2 g/100 g的樣品數量占比0.97%。不同省份比較來看，山西、寧夏、陜西和山東的谷子樣品粗脂肪含量的平均值最高，均超過3.5 g/100 g；黑龍江和遼寧谷子粗脂肪含量的平均值最低，均在3.0 g/100 g以下。

全國谷子樣品總淀粉含量為62.0～77.2 g/100 g，平均值為69.9 g/100 g。各區間分布為：≥75 g/100 g的樣品數量占7.77%；70～75 g/100 g區間的樣品數量占43.69%；65～70 g/100 g區間的樣品數量最多，占比44.66%；<65 g/100 g的樣品數量占比3.88%。不同省份比較來看，黑龍江、遼寧和吉林的谷子樣品總淀粉含量的平均值最高，均超過72.0g/100 g；再次為山西和新疆谷子總淀粉含量的平均值最低，不超過67.0 g/100 g。

楊延兵等[6]報道了全國270個谷子品種的蛋白質平均質量分數為(11.18±1.14)%，脂肪平均質量分數為(4.00±0.42)%，均較本研究結果略高；不同地區比較中，蛋白質平均含量在西北早熟春谷區最高，華北夏谷區最低；而不同地區的脂肪含量差異不顯著，與本研究的結果不完全一致。田翔等[7]測定的全國191份谷子蛋白質質量分數為9.82%～16.63%，平均值為13.05%；淀粉質量分數為70.13%～82.15%，平均值76.27%，均較本研究結果高，其原因主要與測定方法不同有關。Yang等[9]測定了全國6個省份的259份小米樣品的粗脂肪和總淀粉含量，發現小米粗脂肪質量分數為2.82%～4.47%，平均值為3.64%；總淀粉質量分數為65.6%～74.1%，平均值為70.2%。粗脂肪和總淀粉含量的變幅均較本研究結果小，但粗脂肪和總淀粉的平均含量與本研究基本一致。通常日照時間長、降雨量少及土質營養豐富的地域有利于蛋白質的積累，而高海拔、黃土類型土壤有利于脂肪的積累[19]。

表3 粗蛋白、粗脂肪、總淀粉的含量/g/100 g

2.1.2 膳食纖維含量

由表4可見，全國谷子樣品總膳食纖維在2.02～5.16 g/100 g之間，平均值為3.22 g/100 g。各區間分布為：≥5 g/100 g的樣品數量占1.94%；4～5 g/100 g區間的樣品數量占16.50%；3～4 g/100 g區間的樣品數量占34.95%；2～3 g/100 g區間的樣品數量最多，占比46.60%。不同省份比較來看，寧夏、吉林、遼寧和新疆的谷子樣品總膳食纖維含量的平均值最高，均超過3.70 g/100 g；河南和河北谷子總膳食纖維含量的平均值最低，均在2.90 g/100 g以下。

谷子總膳食纖維中，不溶性膳食纖維占比為88.7%～100%，平均占比為99.2%；全部103個樣品中，僅有11個樣品中檢測出可溶性膳食纖維，含量范圍為0.18～0.34 g/100 g，且以新疆和山西的谷子為主。

表4 膳食纖維的含量/g/100 g

有關小米膳食纖維的報道不多，尤其是對于大樣本的小米樣品中膳食纖維的含量鮮見報道。梁克紅等[10]報道了我國5個地區7個品種小米膳食纖維含量的變幅為1.30～2.91 g/100 g，且品種對膳食纖維的影響不顯著；較本研究的結果低，這可能與碾米程度不同有關。張玲艷[11]研究發現小米中的膳食纖維以不溶性膳食纖維為主，占總膳食纖維含量的74%～98%，與本研究的結果一致。

2.1.3 維生素含量

由表5可見，全國谷子樣品維生素B1含量在0.129～0.353 mg/100 g之間，平均值為0.237 mg/100 g。各區間分布為：≥0.30 mg/100 g的樣品數量占10.68%；0.25～0.30 mg/100 g區間的樣品數量占24.27%；0.20～0.25 mg/100 g區間的樣品數量最多，占比45.63%；0.15～0.20 mg/100 g區間的樣品數量占14.56%；<0.15 mg/100 g的樣品數量占比4.85%。不同省份比較來看，新疆、陜西和山東的谷子樣品維生素B1含量的平均值最高，均超過0.27 mg/100 g；而吉林、遼寧和黑龍江谷子維生素B1含量的平均值最低，均在0.20 mg/100 g以下。

全國谷子樣品維生素B2含量在0.052～0.141 mg/100 g之間，平均值為0.080 mg/100 g。各區間分布為：≥0.10 mg/100 g的樣品數量占5.83%；0.08～0.10 mg/100 g區間的樣品數量占45.63%；0.06～0.08 mg/100 g區間的樣品數量最多，占比46.60%；<0.06 mg/100 g的樣品數量占比1.94%。不同省份比較來看，山東、寧夏和吉林的谷子樣品維生素B2含量的平均值最高，均超過0.088 mg/100 g；而河南、陜西和新疆谷子維生素B2含量的平均值最低，均在0.074 mg/100 g及以下。

表5 維生素B1和維生素B2的含量/mg/100 g

劉曉輝等[13]分析了吉林省240個小米品種的維生素B1和維生素B2含量，發現小米中維生素B1含量范圍為0.477～0.681 mg/100 g，平均含量為0.557 mg/100 g；維生素B2的含量范圍為0.081～0.168 mg/100 g，平均含量為0.100 mg/100 g。王丹丹等[20]分析了全國50 份谷子的維生素B1含量范圍為0.36～0.68 mg/100 g，平均含量為0.48 mg/100 g；維生素B2含量范圍為0.03～0.72 mg/100 g，平均含量為0.07 mg/100 g。其維生素B1均較本研究的結果高，主要與檢測方法不同有關；維生素B2含量與本研究的結果相近。

2.1.4 礦物元素含量

由表6可見，常量元素中，全國谷子樣品的Ca、Mg、P、K和Na含量平均值分別為198、2 267、4 771、4 024、118 mg/kg。各省4種常量元素Ca、Mg、P、K的平均含量均在全國樣品平均值以上的省份有山西、山東、遼寧和新疆。由表7可知，微量元素中，全國谷子樣品的Fe、Zn、Se、Cu和Mn含量平均值分別為52.8、37.9、0.052、6.33和13.6 mg/kg。各省人體必需的微量元素Fe、Zn、Se、Cu及人體可能必需的微量元素Mn的平均含量均在全國樣品平均值以上的省份有山西、內蒙古和山東。

有關谷子中多種礦物元素含量的報道通常樣本量較少。如趙閃閃等[21]報道了遼寧地區3個小米的礦物元素中Ca含量40.2～140 mg/kg，Mg含量為1151～1755 mg/kg，Fe含量為79.9～134 mg/kg，Zn含量為16.2～30.6 mg/kg，Cu含量為2.20～4.40 mg/kg；其中除了Fe含量較本研究中結果高外，其余礦物元素的含量均較本研究的結果低。馮利芳[22]報道了內蒙古地區44份小米的礦物元素中Ca含量為120.9～344.7 mg/kg，Mg含量405.5～1306.7 mg/kg，Fe含量為7.69～31.07 mg/kg，Zn含量范圍為15.10～46.26 mg/kg，Cu含量范圍為2.06～5.81 mg/kg；均較本研究的結果低。此外，研究還發現河北省部分谷子樣品的Na含量遠超平均值，這可能與種植土壤有關。

表6 常量元素的含量/mg/kg

表7 微量元素的含量/mg/kg

有關谷子中Se含量的報道較多，如劉三才等[23]報道了全國112份谷子的Se含量平均值為0.053 mg/kg，與本研究結果基本一致；而不同地區的小米Se含量比較發現，西北內陸和黃土高原的品種Se含量最高，其次是東北平原、華北平原，最低是內蒙古高原；這與本研究的結果有一定的差異。Liu等[15]測定了200份全國主產區的谷子品種及品系中Se的含量，發現谷子中的Se含量平均值為0.100 mg/kg，較本研究的結果高；且山西的小米品種Se含量最高，內蒙古的小米品種Se含量最低，這與本研究的結果也有一定的差異。小米中礦物元素的含量與土壤、品種等因素相關[16]，栽培管理中葉面噴施富硒營養液還可提高小米籽粒硒的含量[24]，這些因素均造成了不同地區和品種的小米中礦物元素的含量存在較大差別。

2.1.5 小米粥的食品評分值

小米粥的食品評分值是評價谷子質量的重要指標。全國谷子樣品小米粥的食品評分值在68～91分之間，平均值為86分。具體分布情況為：≥90分的樣品數量占6.80%；85～90分區間的樣品數量最多，占比78.64%；80～85分區間的樣品數量占8.74%；<80分的樣品數量占比5.83%。不同省份比較來看，內蒙古、山東、河南、陜西、遼寧和新疆6省區的谷子樣品小米粥的食品評分值的平均值最高，達到88分；其次為吉林省87分；再次為山西和河北，平均值均為86分；而黑龍江和寧夏最低，分別為83和82分(表8)。

綜合評分較低的樣品主要表現在小米粥分層明顯，口感較粗糙。小米粥的各項評分中色澤、均勻性、適口性和滋味的平均分均在全國平均分以上的有內蒙古、河南、陜西、山東、遼寧和新疆，這也使其具有更高的食用品質綜合評分。

2.2 不同品種谷子營養及食用品質比較

為更好地對不同品種谷子的營養成分進行比較，進一步列出了各營養成分含量最高的前5個谷子品種及其采集地點，如表9所示，晉谷29號的粗蛋白、粗脂肪和維生素B1含量均最高；黃金苗的粗蛋白和總膳食纖維含量較高；晉谷21號的粗蛋白、粗脂肪、維生素B1、維生素B2、不溶性膳食纖維和總膳食纖維的含量較高；峰紅4號的粗蛋白和粗脂肪含量較高；長農35號和張雜谷13號的不溶性膳食纖維、總膳食纖維及維生素B1含量較高；豫谷18的可溶性膳食纖維及維生素B2含量較高；中谷2的可溶性膳食纖維、不溶性膳食纖維及總膳食纖維含量均較高。小米粥的食品評分值≥90分的谷子品種及采集地點有保谷22(河北省保定市)、汾選3號(陜西省榆林市)、濟谷19(山東省淄博市)、中谷2(山東省淄博市、新疆昌吉州)、冀谷42(河北省石家莊市)、張雜谷13號(內蒙古赤峰市)。

同一品種谷子的營養成分含量和小米粥的食品評分值在不同種植地區的表現也不同，如晉谷21號在新疆和陜西種植的粗蛋白含量最高，在寧夏和山西種植的粗脂肪含量最高，在陜西種植的維生素B1含量最高，在寧夏種植的不溶性膳食纖維、總膳食纖維及維生素B2含量均最高；其小米粥的食品評分值在山西和新疆種植的最高，其次為寧夏和陜西種植的。

不同谷子品種因受遺傳因素的影響，各營養物質的含量和食用品質不同；而同一品種在不同地區種植的營養成分含量和食用品質也存在差異，這又與種植地點的氣候條件、土壤類型及栽培管理等因素有關。因此，未來可以將谷子的營養及食用品質同種植區域的自然條件有效結合，篩選出適宜特定地區種植的高營養或高食用品質的谷子品種。

表8 小米粥的食品評分值/分

表9 各營養成分含量最高的前5個谷子品種及其采集地點

2.3 品種、省份及兩者交互作用對谷子營養及食用品質的影響

對品種、省份及兩者交互作用對谷子營養及食用品質的影響進行主體間效應檢驗，表10結果顯示，品種對粗蛋白、粗脂肪、可溶性膳食纖維、Na含量及粥的色澤、均勻性、適口性及小米粥的食品評分值均有極顯著的影響(P≤0.01)，對維生素B1含量和粥的滋味均有顯著影響(P≤0.05)。省份對可溶性膳食纖維、維生素B1、維生素B2、Na、Zn、Se的含量及粥的適口性均有極顯著的影響(P≤0.01)，對粗脂肪含量有顯著影響(P≤0.05)。品種和省份的交互作用對可溶性膳食纖維和Na含量均有極顯著的影響(P≤0.01)，對粗蛋白、粗脂肪含量及粥的適口性均有顯著影響(P≤0.05)。

總體看來，品種更多的影響谷子的食用品質，省份更多的影響谷子的營養成分，特別是礦物元素的含量。粗脂肪、可溶性膳食纖維、Na含量及粥的適口性同時受品種、省份及兩者交互作用的影響。李珊珊[19]對7個品種在5個地區種植的谷子分析發現，蛋白質和脂肪受品種和地域因素差異都顯著，而維生素B1、維生素B2受地域因素影響較大。梁克紅等[10]對7個小米品種在我國5個地區種植的營養品質比較發現，地域因素對小米營養品質的影響作用更大。張艾英等[16]對2個品種在2個地區連續種植5年的小米品質進行分析，發現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，這與本研究的結果基本一致。

表10 主體間效應檢驗

3 結論

谷子樣品粗蛋白、粗脂肪和總淀粉平均含量分別為10.4、3.3、69.9 g/100 g；總膳食纖維含量平均值為3.22 g/100 g，且不溶性膳食纖維平均占比達99.2%；維生素B1、維生素B2平均含量為0.237、0.080 mg/100 g；小米粥的食品評分值平均為86分。晉谷29號的粗蛋白、粗脂肪和維生素B1含量均最高；長農35號的總膳食纖維和不溶性膳食纖維的含量最高。山西、陜西、寧夏和新疆4省區谷子樣品的粗蛋白、粗脂肪、總膳食纖維平均含量均在全國平均值以上；山西和山東2省谷子樣品的維生素B1、維生素B2及礦物元素的平均含量均在全國平均值以上；內蒙古、山東、河南、陜西、遼寧和新疆6省區谷子樣品小米粥食品評分值平均值最高。品種更多地影響谷子的食用品質，省份更多地影響谷子的營養成分，特別是礦物元素的含量。品種和省份的交互作用對粗蛋白、粗脂肪、可溶性膳食纖維和Na含量及粥的適口性的影響均達到顯著水平。通過比較谷子不同品種及種植省份的營養和食用品質，對于挖掘區域優勢，推動谷子產業高質量發展具有重要意義。

致謝：感謝國家谷子高粱產業技術體系崗位專家，河北省農林科學院生物技術與食品科學研究所劉敬科研究員在谷子樣品收集方面提供的大力支持。