黑玉米的營養優勢及開發應用

李靖元，柳青，王國良，王瑩，陳月，聞其龍

（吉林省綠色食品工程研究院，吉林長春130000）

玉米（Zea mays L.）是禾本科玉蜀黍屬的一年生草本植物，原產于美洲大陸，是最重要的糧食作物之一。其全球種植總量僅次于小麥和水稻。黑玉米為玉米的變種，是籽粒色澤為黑色、紫色玉米的總稱，也叫做紫玉米。黑玉米籽粒中蛋白質、脂肪和硒的含量分別是普通玉米的1.23 倍、1.3 倍和3 倍～8.5 倍，花色苷含量是藍莓的4.3 倍。與普通玉米相比具有更高的營養價值和更好的保健功效[1-2]。近年來，隨著人們自我保健意識和食品安全意識的不斷增強，黑玉米作為一種天然綠色功能性食品原料具有很大的發展潛力，本文旨在為黑玉米產品開發應用提供基礎數據及研究方向。

1 黑玉米的起源及我國栽培、選育情況

玉米起源于美洲，自古代美洲大陸開始，古印第安居民就對玉米進行了長期的篩選育種工作。在15世紀之前，印第安人已經培育出了爆裂型、甜質型、馬齒型、粉質型和硬粒型等多種類型的玉米。這些不同類型的玉米在印第安人手中除了最基本的熟制食用以外，還具有染色、釀造、生食等多種用途[3]。而玉米籽粒的顏色也有很多種，除了傳統的黃色和白色，還有黑色和紫色籽粒的玉米，即黑玉米[4]。

在中國，栽培玉米至少已有460 年的歷史，但黑玉米最初種植的確切地點和時間還有待進一步考究。

目前最早關于黑玉米的記載為1760 年清代學者張宗法所著的《三農記》，書中寫到“玉米累累然如芡實大，有黑、白、紅、青之色，有硬有黏”，其中的“黑”即指黑玉米。根據這一記載推測，1760 年以前中華大地就已經開始了黑玉米的種植。雖然黑玉米在我國的栽培歷史不短，但直到改革開放初期，黑玉米一直沒有在國內大范圍、大批量地種植開來。直到近年來，隨著黑玉米的營養價值和保健作用被大眾所了解，黑玉米的種植量才有所增加，其新品種的開發也被各地重視起來。現在，包括“靠山一號”（遼寧鞍山）等越來越多特點更鮮明的黑玉米品種被培育出來[4]。

2 黑玉米的營養組成優勢

2.1 黑玉米與其他谷物六大營養素含量的對比

六大營養素為蛋白質、脂肪、碳水化合物、礦物質、維生素和水，由于通過攝入食物獲取水分并非人體獲得水分的最主要方式，因此本文只對除水以外的五類營養素進行分析討論。

總體來講，黑玉米中的營養素含量比其他谷物更為豐富，高云[5]用遼寧鞍山產“靠山一號”黑玉米與其它谷物進行主要營養成分的對比，具體含量對比如表1 所示。

表1 黑玉米主要營養素含量與其他谷物比較Table 1 Comparison of main nutrient contents between black maize and other cereals mg/kg

由表1 可知，黑玉米的蛋白質含量在谷物中處于較高水平：為普通玉米的1.25 倍、稻米的1.58 倍。

2.1.1 氨基酸組成

黑玉米的氨基酸組成及含量與其他谷物比較見表2[5-6]。

由表2 可知，在氨基酸的構成上，黑玉米含有18種氨基酸。其氨基酸組成中最明顯的特點是含有豐富的賴氨酸[7]，其生物價接近80，遠遠超過了普通玉米和大豆，更易于被人體吸收。此外，黑玉米中豐富的氨基酸能夠提高鈣、鐵、鋅元素在人體內的消化利用率[5]。

表2 黑玉米的氨基酸組成及含量與其他谷物比較Table 2 Comparison of main nutrient contents between black corn and other cereals mg/100 g

2.1.2 脂肪

由表1 可知，黑玉米的脂肪含量為普通玉米的2.94 倍，這可能是由于黑玉米中胚芽質量高于普通玉米所導致的。普通玉米中亞油酸和亞麻酸等不飽和脂肪的含量為總脂肪酸的20%～30%。而黑玉米脂肪酸中不飽和脂肪酸含量達到60%以上，具有更強的抗衰老及降低血清膽固醇的作用[5，7]。

2.1.3 碳水化合物

黑玉米中碳水化合物總含量相比普通玉米以及其他谷物要少得多，但總還原糖的含量是普通玉米的2 倍[5]，非還原糖中支鏈淀粉含量相比黃玉米高出23%，尤其是占胚乳總含量87%的淀粉全部由支鏈淀粉組成，口感香甜，風味較好，不易反生，符合現代人對于食物低碳水化合物含量、口感口味佳的訴求[8]。

2.1.4 礦物質

2.1.4.1 硒

黑玉米中硒含量可達普通玉米的3 倍～8.5 倍[1，9-10]，如意大利黑糯玉米硒含量達到0.102 mg/kg，高于農大60 黃玉米硒含量8.5 倍[11]。

2.1.4.2 鉀

黑玉米中鉀含量為9 050 mg/kg，遠高于其他谷物，是極好的補充鉀元素食物。

2.1.4.3 鐵

如表1 所示，黑玉米中鐵含量較高，為其他谷物的1.8 倍～4.8 倍，是鐵元素的良好食物來源。

2.1.4.4 鋅

如表1 所示，黑玉米中鋅含量為普通玉米的3.53倍，遠高于其他谷物。

2.1.4.5 其他礦物質

除以上4 種礦物質外，黑玉米中鈣、磷、銅等的含量相對普通玉米也高出許多，人體缺乏鈣、磷、銅會引發骨質疏松、佝僂病、軟骨癥、失眠、缺銅性貧血等多種疾病。而黑玉米則是補充以上幾種礦物質的優質食物來源。

2.1.5 維生素

黑玉米含有豐富的B 族維生素及維生素E[7]，同時在其鮮穗籽粒中還含有絕大多數谷物并不含有的維生素C，所以又有“水果玉米”的美譽[5]。維生素對人體代謝具有重要作用，維生素C 能夠促進膠原纖維的形成，抗氧化、延緩衰老，還有助于鈣和鐵等礦物質的吸收；B 族維生素能夠舒緩情緒，令人精力充沛；維生素E 能夠促進性激素分泌，保護T 淋巴細胞，抗自由基氧化，美容養顏等。

2.2 黑玉米花色苷

2.2.1 黑玉米花色苷的種類

黑玉米籽粒中的色素來源于黑玉米色素（purple maize coloring matter pigment，PCP）。PCP 經過紅外光譜、紫外光譜、核磁共振及質譜分析鑒定發現其屬于花色苷類色素。Aoki 等[12]在秘魯黑玉米籽粒中分離出6 種花色苷，均屬于矢車菊素類、芍藥素類或天竺葵素類花色苷中的一種。而Zhao 等[13]于2008 年對中國產黑玉米籽粒（河北涿州）進行質譜分析，發現了7 種花色苷，也均屬于上述三類花色苷中的一種，黑玉米籽粒花色苷組成見表3[14]，研究證明不同品種黑玉米之間花色苷類別組成相似。

表3 黑玉米籽粒花色苷組成Table 3 Anthocyanin composition of black maize kernel

2.2.2 黑玉米中花色苷的含量

鮮黑玉米中花色苷含量為1 640 mg/100 g，遠高于鮮藍莓中花色苷的含量（380 mg/100 g）[2]。史振聲等[15]試驗對比7 種紫玉米（黑玉米）籽粒中的花色苷含量，在粗提取情況下7 種玉米的花色苷含量在0.75%～1.90%之間。而劉炬[16]對東北黑玉米中花色苷含量進行了檢測，其花色苷的質量分數為2.01%，均證明黑玉米中花色苷的含量較高，具備較高的開發利用價值[17]。

2.2.3 黑玉米花色苷的生物學功能

PCP 為水溶性色素，其在酸性條件下呈現紅色，堿性條件下呈現藍色，食用安全性很高，可作為保健食品或食品添加劑進行開發利用[18-19]。具有較強的抗氧化、抗腫瘤、清除自由基、降血糖、降血脂、調節血壓作用[5，14，20-21]。對于提高免疫力、保護視力、延緩衰老、防治“三高”、提升記憶力、預防動脈硬化及癌癥等具有較高的醫療價值和保健作用[22-26]。其功能主要通過抑制或提高某些酶的活性以及在細胞外利用非酶途徑達成抗氧化功能來實現[27-28]。

3 黑玉米開發現狀

目前黑玉米種植量較小，人們對其認可度還不高，以青穗采摘加熱后食用為主要應用方式，加工食品的類別和總量均較少。

3.1 預包裝青穗

預包裝青穗是黑玉米加工食品中最普遍的一種，符合我國居民傳統食用習慣。利用采摘→篩選→清洗→真空包裝→熟制或半熟的生產工藝，產品去除包裝后即食（或微波加熱2 min～3 min 后食用），在18 ℃～25 ℃條件下貯存保質期可達一年。其優勢為在不改變傳統食用習慣下增加了青穗貯存和食用的便捷性，同時采用工業化、標準化生產保障了食品安全及質量。

3.2 面食類

黑玉米相比普通玉米，其支鏈淀粉含量高而直鏈淀粉含量低，還原糖含量高而非還原糖含量低，故以黑玉米磨粉制作面食類產品的口感、組織狀態明顯優于普通玉米，具有較高的應用價值。目前市場上的黑玉米面食產品主要為以黑玉米粉部分或全部替代小麥粉、玉米粉制作而成的面包、餅干、面條等產品。此類產品對于追求新奇、健康養生的人群有較強的吸引力。

3.3 飲料類

由于黑玉米具有特殊香氣，以黑玉米為主要原料，采用發酵、加氣、鮮榨等方式可以生產果汁、碳酸、蛋白等多種類型的飲料，產品保留黑玉米的營養特性，同時具備玉米的香氣，酸甜的口感，適合飲用。此外，黑玉米制粉過程的副產物黑玉米胚芽則可以提取制成具有獨特風味的功能性營養保健飲料。

4 結論與展望

黑玉米具有較高的營養價值，較強的功能性以及適口性等特點，但目前種植量較少，其功能性不為大眾熟知，產品開發尚處于初級階段，隨著黑玉米被廣大人民群眾所熟知、接受，其潛力必將得到釋放，未來應用前景非常廣闊。

雖然目前市場上黑玉米產品較少，但是由于黑玉米在種植上不受限制且具有較高的營養價值和保健功能，所以其未來開發利用價值巨大。

與其他玉米相同，黑玉米在乳熟期可做青穗以供煮制鮮食，完全成熟后又可作為糧食作物。黑玉米在食品加工過程中表現出的特性類似于普通玉米，如不考慮顏色影響，在食品加工中使用的玉米原料在微調工藝參數后幾乎都可用黑玉米進行替換使食品的營養更加豐富，如制成代餐粉、休閑食品、即食粥等。鑒于黑玉米籽粒中含有豐富的花青素，提取后作為化妝品和保健食品的潛力巨大。同時，黑玉米色素對食品、飲料有較強的著色力和穩定性[29]，未來可成為理想的天然食用色素。黑玉米富含功能性營養成分，未來有望成為良好的特殊醫學用途配方食品（foods for special medical purposes，FSMP）生產原料。

目前我國對于玉米的利用以籽粒為主，其他部分大都被廢棄或焚燒。為了提高其利用程度，可以從黑玉米穗軸中提取花青素[30]、糠醛和木糖醇[5，31]；利用黑玉米穗軸作為主要原料釀造白酒，而穗軸經發酵、碳化后是優質的土壤改良劑[32-33]。從黑玉米須中提取多糖和黃酮類等物質，將黑玉米須鮮飼作為家畜的優質飼料，而微貯發酵后可以成為反芻動物的主要飼料來源，亦可將黑玉米須與可食用花、水果等復合制成水果花茶飲用[31]。黑玉米加工過程中破碎的籽粒、籽粒殘渣等能夠制成寵物食品。黑玉米苞葉可以制作民族手工藝品及靠墊、坐墊等日常用品。秸稈等天然再生性植物纖維可以經消毒、粉碎等工藝模壓成型作為餐具等使用。鮮玉米秸稈汁則可與苯甲酸鈉等復配制成提高土壤抗侵蝕能力的專用土壤改良劑[34]，而干燥的玉米秸稈則可以熱解制碳[35]。

可以預見，隨著黑玉米被廣大人民群眾所熟知、接受，其種植面積將會越來越廣，應用方式也將會越來越多樣化，黑玉米的經濟效益可以得到顯著提升，黑玉米未來整體的市場前景非常可觀。