國內外主要粟類作物的種植、研究及產業(yè)化概況

沈 群，王 超

（中國農業(yè)大學 食品科學與營養(yǎng)工程學院，國家糧食產業(yè)（青稞深加工）技術創(chuàng)新中心，北京，100083）

1 主要粟類作物的種植情況

1.1 全球主要粟類作物的種植情況

在禾本科作物中，凡是籽粒較小、可作為食用或飼用，與谷子有類似性狀的一年生作物，統(tǒng)稱為粟類作物（millet）。Millet一詞源于法文Mile，意思是手拿一把即含有上千籽粒。粟類作物大多具有生育期短、耐干旱、耐高溫、耐貧瘠、抗病蟲害能力強等特點，因此多種植在半干旱地區(qū)的貧瘠土地上[1]。目前約有93個國家種植粟類作物，但只有7個國家的種植面積超過了100萬hm2（圖1）。2020年亞洲產量占全球粟類作物產量的51.7%，非洲占45.3%，97%的粟類作物的種植和消費在發(fā)展中國家（圖2）。1994—2020年間全球粟類作物種植面積整體呈現下降趨勢，2020年的粟類作物種植面積約是1994年的90%，但粟類作物的產量并沒有隨著種植面積下降，而是穩(wěn)步提升，2020年粟類作物的產量比1994年提高了12.5%，單產從767 kg/hm2，提高到948 kg/hm2（圖3～4）。

圖1 全球主要種植粟類作物的國家和地區(qū)Fig.1 Countries and regions where millet crops are mainly grown

圖2 各大洲粟類作物產量占比Fig.2 Production shares of millet by region

圖3 1994—2020年粟類作物種植面積及產量Fig.3 Production area and yield of millet crops from 1994 to 2020

圖4 2020年粟類作物產量排名前20的國家Fig.4 Top 20 countries of millet production in 2020

世界上屬于粟類作物的至少有14種，通常可分為大粒粟類作物和小粒粟類作物，大粒粟類作物包括珍珠粟（pearl millet）和高粱（sorghum）；小粟類作物包括谷子（粟）（foxtail millet）、龍爪粟（Finger millet）、食用稗（barnyard millet）、糜子（黍或稷）（proso millet）、庫都粟（kodo millet）和小黍（little millet）等。以上粟類作物在全球廣泛種植[1]。有意思的是通常在介紹粟類作物時，包括珍珠粟但排除了高粱，甚至聯(lián)合國糧農組織在統(tǒng)計粟類作物種植面積和產量時，也不包括高粱。由于作物起源地、種植區(qū)域、歷史變遷、方言等諸多因素的影響，國內外同一種粟類作物往往都有多個名稱（表1）[1-2]。

表1 主要粟類作物的種類和產地[1-2]Table 1 Species and origin of the main millet crops

1.2 中國主要粟類作物的種植情況

我國粟類作物栽培面積比較大的是谷子和糜子，其他粟類也有少量種植。我國谷子糜子的產量約占世界谷子產量的45%以上。谷子和糜子均起源于我國，其馴化栽培歷史可追溯到16 000年前，屬于人類最早馴化栽培的禾谷類作物[3]。古人將谷子稱為粟或稷，最初“粟”之稱通行于民間，“稷”則用于廟堂。谷子加工后的糧食即為小米；黍子即黍，加工后為黃米。小米多以粥、飯形式食用，黃米則多制成粘糕、油糕[4]。

解放初期，我國谷子種植面積約1 000萬hm2，在北方是三大主糧之一。之后谷子播種面積持續(xù)下降。20世紀80年代末期，谷子在全國的播種面積約150萬hm2，成為了主要的雜糧作物，到2018年種植面積只有77.8萬hm2。盡管播種面積下降，但單產穩(wěn)步提高，從1978年到2018年的40年間，單產由1 536 kg/hm2提高到3 009 kg/ hm2，我國谷子單產產量遠遠高于世界平均水平，這應歸功于我國育種、栽培、病蟲害防治、田間管理等各方面科學家及農民的不懈努力。

目前，中國谷子主要分布在內蒙古自治區(qū)、山西省、河北省、陜西省、遼寧省、吉林省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)、山東省、河南省、黑龍江省、北京市、天津市等北方13個省（市、自治區(qū)），其中，內蒙古自治區(qū)、山西省和河北省種植面積占全國種植面積的67.1%，新疆維吾爾自治區(qū)、安徽省等新興產區(qū)種植面積逐步擴大[5]（圖5）。

圖5 2017年我國主要種植谷子的省份Fig.5 P rovinces where foxtail millets are mainly grown in China, 2017

2 資助粟類作物研究的各國基金和科研產出情況

盡管粟類作物主要種植和消費在發(fā)展中國家，但科學研究則主要集中在相對發(fā)達的國家，有較多的基金資助，發(fā)表的論文也較多。從Web of Science檢索2017年至2022年初發(fā)表論文國家看，印度發(fā)表論文最多，其次是我國，排名第三的是美國，之后是法國、瑞士等較發(fā)達國家（表2），研究集中在亞洲、歐洲和美洲，這與粟類作物的主要種植區(qū)域形成了鮮明的對照。從標注的基金看，我國國家自然科學基金資助后發(fā)表的論文最多，達到892篇，歐洲委員會（European Commission）發(fā)表的論文714篇，英國研究與創(chuàng)新（UK Research Innovation，Ukri）資助的有602篇，美國國家科學基金會緊隨其后（National Science Foundation，Nsf）（表3），從前20的標注基金看，亞洲、歐洲和美洲支持的研究項目較多。我國自2007年開始，由原農業(yè)部、財政部啟動建設國家現代農業(yè)產業(yè)技術體系，15年來一直穩(wěn)定支持谷子、高粱、糜子從育種到加工的全方位研究，在谷子、高粱、糜子方面取得了顯著的成果。

表2 發(fā)表粟類作物論文排名前10的國家Table 2 Top 10 countries with published papers on millet crops

表3 2017年至2022年初資助過粟類作物研究的基金及論文產出（排名前20）Table 3 Research funds and their paper output of millet crops from 2017 to the beginning of 2022 (Top 20)

在我國國家自然基金資助的粟類作物項目中，以谷子基因組與遺傳領域研究方面的基金較多，僅2020年，啟動的基金就包括“SiTAA1調控谷子穗發(fā)育的功能研究和機理分析”“黃土旱區(qū)基于根土界面土壤C/N調控的谷子根系水分高效利用機制研究”“谷子基因組編輯技術體系的建立及在生物強化中的應用”“陜北不同年代谷子品種根系吸水能力的變化及其調控機制”“基于種內和種間高密度Bin map圖譜挖掘谷子關鍵抗旱分子靶點”“谷子磷效率相關性狀的全基因組關聯(lián)分析和基因組預測”6項。與作物研究相比，近5年食品領域相關的基金較少，查詢到“脂肪氧化酶SiLOX4調控小米褪色的功能解析”“小米多酚對髙脂飲食下氧化應激的代謝調控機制研究”“基于光誘導的小米脂質氧化劣變機理研究”“小米類胡蘿卜素積累的分子機制研究”“小米儲藏過程中脂肪氧化酶介導的褪色機制研究”5項。

Web of Science上顯示，粟類的食品科學技術和植物科學是最熱的研究領域，自2017年以來分別發(fā)表了723篇和681篇論文、專著或會議報告，其中食品科學技術領域發(fā)表的研究型論文621篇，77篇涉及營養(yǎng)膳食領域。近5年發(fā)表關于粟類研究的食品類雜志如表4所示。Nature、Science等頂級科學雜志發(fā)表的論文多以粟類作物基因方面的研究為主，與食品相關的研究較少。

表4 食品科學技術領域發(fā)表的粟類作物研究的期刊及論文數（排名前10）Table 4 Number of journals and papers on millets in the field of food science and technology (Top 10)

3 粟類食品的研究方向

粟類作物被廣泛用于食品、飼料或燃料，亞洲、非洲通常將粟類作物作為食物，歐美多作為飼料。在非洲粟類作物是主要的碳水化合物和蛋白質來源。與其他主要糧食作物相比，粟類作物富含膳食纖維、蛋白質、礦物質、植物化學物質和多酚等營養(yǎng)組分，如龍爪稷鈣含量相對較高，谷子和小黍子鐵含量較高，谷子、食用稗、糜子蛋白質含量較高，谷子、小黍脂肪含量低，谷子、食用稗、小黍粗纖維較多（表5）；此外粟類作物含有較多的單不飽和和多不飽和脂肪酸，例如龍爪稷主要的脂肪酸是油質（49%）、亞油酸（25%）和棕櫚酸，谷子麩皮中也同樣含有較多的油酸和亞油酸。粟類作物也是B族維生素—硫胺素、核黃素、煙酸的良好來源[1]。

表5 粟類作物與其他谷物營養(yǎng)組分對比 [1]Table 5 Proximate composition of millets and other cereals[1] /100g

正因為粟類作物富含多種對健康有益的活性組分，因此關于粟類作物的健康功效研究是近幾年來的熱點，人群干預及動物試驗均表明粟類作物具有抗衰老、降低血糖、抗高血壓、抗癌、預防心血管疾病、降低炎癥反應、改善鈣缺乏、抗氧化、調節(jié)腸道微生物群等多種功效[6-11]。從粟類作物中提取的膳食纖維、多酚、黃酮類物質等同樣具有健康功效[12]。但是應該注意到，粟類作物中含有許多抗營養(yǎng)因子，如單寧、植酸、胰蛋白酶抑制劑、淀粉酶抑制劑、粗纖維等，對于這些抗營養(yǎng)因子，通常可以通過脫皮、浸泡、發(fā)芽、發(fā)酵等加工方法去除[1]。加工不僅能去除部分抗營養(yǎng)因子，而且通過去皮、浸泡、發(fā)芽/麥芽、碾磨、發(fā)酵等不同加工方法也能導致營養(yǎng)組分、風味、質構及消化率的變化[13-16]，進而實現提高適口性、抑制粟類食品中脂肪酶的活性，延緩水解和氧化酸敗，延長貨架期的目的[17-18]。使消費者喜愛粟類食物，增加攝入量，才能發(fā)揮粟類作物的健康功效，因此了解粟類作物中蛋白質、淀粉等的品質特性，篩選適口性好的品種，提升粟類食品的品質，創(chuàng)新開發(fā)新食品[19-22]，同樣是非常重要的研究方向。

4 粟類產品的消費市場

4.1 傳統(tǒng)粟類食品消費市場

亞洲、非洲是主要的粟類食品消費市場，盡管各國種植的粟類作物品種不同，但是民間食用方法相差不大（圖6）。粟米粥是各國食用粟類的常用方法，如我國的小米粥、印度的Khichdi（稠度介于粥飯之間，常作為嬰兒最早食用的固體食物）、porridge（湯粥）等；此外，將粟米磨成粉與其他原料如豆粉等混合調成面糊經發(fā)酵后蒸熟，則成為印度常食用的Idli（蒸米漿糕），或者烤熟成為我們熟知的軟糕（Muffins）；將粟米磨成粉烙成餅，則稱為pancake，蘸著咖喱醬汁吃，則稱為chapati。當然也可作為蛋糕、沙拉等的點綴。

圖6 傳統(tǒng)粟類食品[13]Fig.6 Traditional millets food[13]

4.2 工業(yè)化粟類產品市場

工業(yè)化產品更能體現現代食品加工技術的作用。對于粟類作物來說，加工成與稻米、小麥等類似的產品，也是常規(guī)的做法，如粟米面條、爆粟米花、粟米沖調糊、粟米速食粥、粟米飲料等。充分利用粟類作物的營養(yǎng)功能成分，開發(fā)粟類保健品、化妝品等也均出現在國內外市場（圖7）。例如黍素是粟中主要的三萜類物質，能促進角化細胞的代謝和增殖，有研究表明，經過12周的補充黍素改善了頭皮干燥狀況，可以幫助防止和/或限制女性脫發(fā)[23]，在研究基礎上一種含有粟類提取物的護發(fā)素也獲得了專利[24]，含有粟米提取物的強化發(fā)毛的洗發(fā)液、護發(fā)素等產品也上市銷售，基礎研究助力了產品開發(fā)。

圖7 工業(yè)化粟類產品Fig.7 Industrialized millet products

5 結論

盡管全球范圍內粟類作物種植面積整體下降，但產量一直處于穩(wěn)定的水平，高產品種的創(chuàng)制，種植技術的提升，使得單產穩(wěn)步提高。相對發(fā)達國家對基礎研究非常重視，即便不是主糧且不食用，也同樣投入了大量的研究力量。從論文資助標注上看，我國自然基金資助了較多的粟類作物研究，相較于植物科學領域的資助，食品科學技術領域的資助較少，但整體上看食品科學技術領域發(fā)表的論文并不少。

粟類作物是耐貧瘠、抗旱的作物，且富含多種對健康有益的活性組分，具有抗衰老、預防心血管疾病、促進生發(fā)等多種功效。我國居民膳食指南推薦每日攝入50～150 g全谷物及雜豆、50～100 g薯類，但2015年的調查顯示，我國居民雜糧消費率為 39.9%，人均攝入量為(21.7±42.14)g/d，薯類食物消費率為 50.5%，人均攝入量為(32.8±46.4) g/d[25]。均未達到推薦的最低攝入量。因此從促進粟類作物乃至整體雜糧的消費，助力健康中國早日實現的角度，應進一步強化基礎研究，做好知識產權保護，加大產學研商的合作。促進技術推廣，實現產業(yè)升級。