小米功能成分及新產品研發進展

高 婧 梁志宏

(中國農業大學北京食品營養與人類健康高精尖創新中心；食品科學與營養工程學院，北京 100083)

小米(Setariaitalica)，又稱粟米，是禾本科(Gramineae)狗尾草屬(Setaria)一年生草本“粟”(亦稱“谷子”)的種仁，直徑約1mm，屬雜糧作物，是世界上最古老的農作物之一[1]。小米的生育期短且抗逆性強，籽粒易于儲藏，故主要種植區為干旱貧瘠、對糧食需求量較大的非洲中部、東南亞、中亞等地，我國小米產量居世界第一，占總產量的4/5。小米是一種藥食兩用的優質雜糧，富含蛋白質、糖類、脂肪、多種維生素及礦物質，營養素配比合理，人體消化利用率高[2]，隨著人們對綠色、健康生活的追求，以小米為主要原料的復合新型食品，以及對小米功能成分(如多肽、多酚、黃色素等)的提取、純化、加工已具備成熟的技術并逐步向產業鏈方向發展，小米的藥用以及功能性食品開發的價值得以體現。

1 小米的分類

1.1 粳小米

粳小米即常稱的小米，未去殼前為谷子，稃殼有白、紅、黃、黑、橙、紫等，俗稱“粟有五彩”，遺傳特性和種植環境是影響米色的重要因素，隨著海拔增高米色加深，在適宜且多雨的環境下谷子色澤光亮，不同品種小米的色素成分與含量不同，可分為黃小米、白小米、黑小米及綠小米等。黃小米是最常見的小米，淀粉的平均消化吸收率高達99%以上，膳食纖維含量高[3]，熬湯可鞏固小腸功能，養心安神，還可釀制小米酒、加工飴糖等。除食用外，黃小米中的黃色素可被提取用作天然色素應用到食品工業中。黑小米含有穩定的天然黑色素，具有良好的穩定性和抗氧化能力[4]，且蛋白質、油脂和礦物鹽(鐵、銅、鋅)等方面都優于普通黃小米[5]。黑小米具有黑色作物普遍具備的治療貧血、防止動脈粥樣硬化、抑制腫瘤活性等功效，可作為老年人保健食品[6]。綠小米是吉林省國家級農業科技園區選育出的新品種，除了小米中共有的營養成分外，還存在一種獨特的功能物質輔酶Q10，常食可起到調節血糖、降血脂、提高機體免疫力、預防心血管疾病等作用，是一類營養型、功能型米種[7]。由于初加工小米產品不需過度精制，從而保存了許多的營養物質，所以針對小米的功能食品開發也是極具潛力的。

1.2 糯小米

根據小米的感官特性習慣上分出糯小米，但常見的糯小米一般指糜子(PanicummiliaceumL.)，是與小米同屬禾本科，但為黍屬(Panicummiliaceum)的一年生草本第二禾谷類作物[8]。糜子籽實為“黍”，淡黃色，磨米去皮后稱“黃米”，直徑大于粟米，故部分地區也稱之為“大黃米”。糜子生育期短，耐旱、耐瘠薄，是干旱半干旱地區的主要糧食作物之一，蛋白質質量分數12%左右，最高可達14%，脂肪質量分數3.6%，淀粉質量分數70%左右，其中的直鏈淀粉含量很低[9]。此外糜子還含有β-胡蘿卜素、維生素E、維生素B6、B1、B2等多種維生素和豐富的鈣、鎂、磷、鐵、鋅、銅等礦物質元素。糜子是著名的陜北米酒的原料，磨成面粉還可做糕點，如陜北的炸糕、棗糕等，有獨特軟糯香甜的口感。

2 小米的營養物質

2.1 碳水化合物

小米屬于常見的雜糧之一，碳水化合物含量低于大米、小麥和玉米。Qi等[10]研究比較了我國8個小米品種的淀粉成分，發現小米的直鏈淀粉質量分數在16.8%～26.8%，抗性淀粉質量分數約為2.9%。淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例對小米的食用品質及加工性能有直接影響，直鏈淀粉含量低則小米糯性強，不易糊化。與玉米淀粉相比小米淀粉的綜合糊化性能(凝膠穩定性、持水力、膨漲力、糊化溫度、熱焓)更好，但透明度低、凍融穩定性和熱穩定性較差[11]。除淀粉外，小米其他碳水化合物種類還包括還原糖(0.46%～0.69%)、纖維素(0.7%～1.8%)、戊糖(5.5%～7.2%)等，小米的水溶性多糖主要是阿拉伯糖和木糖，還有少量的甘露糖和半乳糖以及葡萄糖[12]。小米中含有的優質膳食纖維約為大米的2.5倍，特別是谷子麩皮富含大量優質膳食纖維，通過結合多酚恢復小鼠腸道菌群穩態，有抑制癌癥的效果[13]。鄭紅艷[14]采用酶輔助法提取小米麩皮中的膳食纖維，在糯性小米麩皮中得到的膳食纖維含量大于92%，在非糯性小米麩皮中得到的膳食纖維含量達86%，兩種膳食纖維均能明顯的吸附膽固醇，因此可作為保健因子添加到食品中提高產品的附加值。

2.2 蛋白質和多肽

從營養角度來評價食物蛋白質品質，主要是必需氨基酸比例是否滿足人體所需。小米蛋白質(包含清蛋白、球蛋白、醇蛋白和谷蛋白)是一種低過敏性復合蛋白，質量分數約為10%，消化率約為85%，生物價為57，高于小麥和大米[15]，適合孕產婦和嬰幼兒食用。對小米蛋白進行營養評價，發現小米蛋白中氨基酸種類齊全，含有人體必需的8種氨基酸，除賴氨酸含量偏低外，其他氨基酸的比例均符合世界衛生組織的推薦，達到了全價蛋白的標準[16]。

多肽是酶解蛋白質產生的一類無毒副作用的小分子物質。以堿性蛋白酶制備的小米多肽具有較好的抗氧化性，能夠緩解疲勞，增強機體免疫力[17]。Amadou等從副干酪乳桿菌(Lactobacillusparacasei)發酵的小米粉中分離純化得到的肽(FFMp)具有較強的抗氧化能力，還可以抑制大腸桿菌的生長[18]。用胰蛋白酶水解小米蛋白得到的多肽能夠清除自由基[19]。以小米為原料，采用擠壓和發酵方法制備具有血管緊張素轉換酶(ACE)抑制作用的食源性活性多肽，具有較強的ACE抑制活性、DPPH自由基清除能力和鐵離子還原能力[20]。小米糠中還分離得到了一種具有抗結腸癌作用的蛋白質FMBP[21]。綜上，小米含有較為優質的蛋白質以及多肽，有利于人體健康。

2.3 脂肪和小米谷糠油

小米脂肪含量與品種及產地有關，主要的脂肪酸都包括飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸。與常見的植物油脂相比，小米油的皂化值略低，說明組成小米油的脂肪酸相對分子質量更大；小米油的碘值和油酸值較高，說明小米油中不飽和脂肪酸含量偏高[22]。油酸具備一定的軟化血管、調節新陳代謝功能，而不飽和脂肪酸可以強化細胞膜功能、平衡脂蛋白、維持細胞因子穩態以及預防心血管病[23]。

小米谷糠(果皮層、糊粉層和胚)是谷子加工過程中的副產物，按加工工序分為細糠和拋光粉，混合后即為小米全糠或小米胚，占谷子質量的8%～10%[24]。谷糠多作為粗飼料，少數焚燒后作草木灰還田，造成嚴重的資源浪費。事實上，小米糠是一種重要的膳食纖維資源，同時富含人體所需的8種必需氨基酸，與非必需氨基酸比例接近理想蛋白質[25]。小米糠的含油量高達10%以上，優質的不飽和脂肪酸占比大于70%[26]，其中亞油酸與α-亞麻酸的比例為6.5∶1，符合WHO推薦的(5∶1)～(10∶1)的標準[27]。小米糠油中含有多種抗氧化劑，如組分齊全的8種維生素E(包括α-生育酚和γ-生育酚)、谷維素、甾醇(含量為谷甾醇>谷甾烷醇>角鯊烯)[28]等，能有效地降低血液中膽固醇、抑制黑色素生成并且抗氧化。小米糠油的提取方法有傳統的溶劑提取法和壓榨法，最新研究的超臨界CO2萃取技術可最大限度的保留其營養價值[29]。另外，小米糠油具有祛風、止癢、收斂的功效，與其他藥品配合治療真菌性皮膚病[30]。綜上可見，小米谷糠油不僅營養價值高，提高小米附加值，其加工還能有效利用農業廢棄資源，具有很強的開發潛力。

2.4 維生素和礦物質

維生素是一類具有生物活性的低分子微量有機物，參與生物生長代謝所涉及到的眾多生理過程，而大多數維生素不能在體內合成，必須從食物中獲得。小米中維生素含量多且種類豐富，維生素B1的含量高于一般作物，且含有一般糧食中缺少的胡蘿卜素[31]，維生素E含量高于玉米和小麥，除此之外小米中還富含維生素A、維生素D、維生素C、維生素B9、維生素B12等。

相較于大米，谷子中的礦物質種類豐富且全面，更是一種重要的富硒作物，平均硒含量為71 μg/kg，復合國家規定的富硒作物標準。利用微波消解—電感耦合等離子體發射光譜(ICP-AES)法測定小米、高粱米中各金屬元素，并與大米做比對，結果顯示小米中鉀、鈉、鎂、鈣、鋅、鋁、銅元素約為大米中相應元素的2～7倍，尤其是鐵元素豐富[32]，故小米有一定的補血功效，常用于保健和醫療，可與其他谷類糧食搭配食用充分發揮其優點。

2.5 小米多酚

小米相比其他糧食作物含有更加豐富多樣的多酚類物質，且生物學活性較高，可以直接加工為保健品，也可以添加到食品中提高附加值[33]。小米多酚提取物總抗氧化能力要高于雜糧中的薏苡和豆類，對DPPH自由基、ABTS自由基、超氧陰離子自由基均有較好的清除能力[34]。研究證實，小米中的酚類提取物可以顯著抑制人肝癌細胞和乳腺癌細胞的增殖[36]，從小米麩皮中分離得到的內殼性結合多酚還可以誘導人結腸癌細胞的凋亡[37]。Sharma等[38]研究發現，小米多酚對金黃色葡萄球菌、腸膜明串珠菌、蠟狀芽孢桿菌和糞腸球菌的生長均有一定的抑制作用，且小米種皮多酚提取物對蠟樣芽孢桿菌和黃曲霉生長的抑制和抗氧化活性效果優于小米全粉多酚提取物[39]。小米種皮中的多酚還可以抑制醛糖還原酶的活性，從而預防白內障[40]。魏春紅等[41]利用酶法輔助提取小米多酚，具有條件簡便、耗時較短、反應條件溫和、經濟成本低與高效率的特點，有助于小米的深加工利用。

2.6 小米黃色素

胡蘿卜素為天然的抗氧化物質，可以保護視覺細胞和上皮細胞，治療口腔潰瘍和皮膚病，還能猝滅體內多余的自由基[42]，而小米黃色素就是一種天然的類胡蘿卜素，主要成分是葉黃素(3,3’-二羥基-α-胡蘿卜素)、玉米黃素(3,3’-二羥基-β-胡蘿卜素)、隱黃素(3-羥基-β-胡蘿卜素)和β-胡蘿卜素等[43]。小米黃色素具有一定的耐熱、耐還原和耐氧化特性，但光和酸性條件下不穩定，不溶于水，易溶于有機溶劑，張晨萍等[44]采用微波法輔助提取小米黃色素，提取率高且穩定性好。小米黃色素主要應用于食品領域，可作為天然食品著色劑用于多種食品、飲料及糖果的著色，效果好且安全無毒，還具有一定的保健功能。另一方面黃色素添加進飼料，可以沉積在禽肉脂肪和禽蛋卵黃中，使其呈現金黃色澤，提升感官品質，迎合消費者的喜好。

3 小米產品

3.1 傳統食品

小米種植歷史悠久、范圍廣且產量大，中醫亦講小米“和胃溫中”，認為小米粥具有健胃除濕、補虛安睡、滋陰養血等功效。小米根據加工利用程度可分為初級加工和深加工，初級加工產品包括小米粥和小米飯、小米面食、谷子飼料等，還包括谷糠、谷子秸稈等非食用副產品；谷子的深加工產品包括速食小米粥、沖劑小米粉、小米黃酒、以及提取到的黃色素、米糠膳食纖維等。為了滿足近年來大眾對于食品多樣化、營養化、便攜化的追求，小米復合食品應運而生，陳守超等[45]在小麥粉中混入包括小米在內的雜糧粉開發小雜糧酸奶松餅；楊利玲[46]將小米粉和燕麥粉按一定比例替代部分面包粉制作小米燕麥粗雜糧面包，有獨特的風味，并兼有小米和燕麥特殊的營養價值；在普通黃油餅干中添加一定比例的小米粉，可降低對加工工藝的要求，同時小米豐富的膳食纖維還減小了黃油餅干中多余油脂和糖分在腸道中的吸收，減少了熱量負擔[47]。

以小米為主要原料，經浸潤、蒸制、拌曲、發酵、壓榨過濾等工序釀制而成的酒為小米酒，帶有醇厚的米香。小米酒中的碳水化合物主要是發酵產生的單糖和低聚糖[48]，維生素、礦物質等營養物質主要來自于長時間發酵過程中的大量酒曲自溶，小米酒pH值在3.5～4.5之間，此酸性條件下金屬元素以有機鹽形式存在，極易被人體吸收。《本草綱目》記載：“諸酒醇醨不同，惟米酒入藥用”，這里的“米酒”就是小米酒，適當飲用可以幫助動脈血管擴張，促進血液循環和降血壓，小米酒還有通腸胃、潤皮膚、養脾氣、護肝、除風下氣等療效，藥用價值高。目前還研制出了風味小米酒，如猴頭菇小米酒[49]、陜北風味香菇小米酒[50]、柿子枸杞酒[51]等，滿足不同年齡和口味消費者的需求。

3.2 速食產品

速食產品能最大限度的保持原料的原生態，兼顧營養價值和食用方便性。司俊玲等[52，53]對小米速溶粉的工藝進行了優化；Onyango等[54]將玉米、小米漿與檸檬酸或乳酸混合發酵后擠壓膨化，研制出低纖維、低丹寧的斷奶期兒童營養食品；牛宇等[55]采用高壓蒸煮與冷凍干燥結合的方法研制速食小米粥，兼具調溶性、復水性及口感；任建軍[56]研究小米方便米飯，在最佳的工藝條件下產品復水率高，品質優良；Rathi[57]利用脫色小米制作通心粉，感官品質明顯提高，且蛋白質消化率和淀粉消化率分別比未脫色小米通心粉高6.56%和16.9%。當然，單獨的小米速食產品存在一定的營養缺陷，可以通過搭配其他食物進行均衡，李響等[58]對小米綠豆速溶粉的制備工藝進行了優化；王效金等[59]制作小米山藥混合粉并進行了品質分析；Calvin等[60]在木薯粥中添加小米粉，綜合提升了產品的營養價值、感官特性和淀粉消化率。多樣的小米速食產品極大的方便了人們的生活，滿足了大眾對于便捷美味食物的需求。

3.3 發酵食品

谷物發酵保留了其原有的營養價值，大分子物質如淀粉、蛋白質、不溶性纖維等通過酶或者微生物的作用被降解，可增加有利于人體的益生元[61]，同時改善了粗糙的口感和較差的穩定性。最常見的小米發酵產品為谷物發酵飲料，小米可以單獨作為原料進行酵母菌和乳酸菌發酵[62]，還可以添加氮源(大豆分離蛋白)生產富含L-乳酸的小米發酵飲料[65]；將小米與牛乳結合，有利于發酵菌的生長，同時實現植物蛋白和動物蛋白的互補[66]。在此基礎上，小米與其他原料(如豆類、果蔬等)進行復配，如新型紅茶口味固態發酵乳[68]、綠豆小米酸奶[69]、苦蕎米小米酸奶[70]、小米紅棗酸奶[71]、燕麥小米酸奶[72]、新型小米南瓜香蕉混合發酵飲料[73]等，另外，還進行了對酶解法生產小米飲料的工藝優化[74]，以及無醇小米飲料的研制[75]。除了谷物飲料，小米發酵同樣應用于其他食品中，馬麗媛等[76]利用多種酶對添加了豆類、燕麥等雜糧的小米粉進行水解，制得了口感佳、營養價值高的雜糧米粉；趙瑞華等[77]將香菇孢子進行培養和糖化，小米進行浸漬、蒸煮和糖化，之后對香菇和小米的復合糖化醪進行酒精發酵和醋酸發酵，在傳統食醋釀造工藝的基礎上開發出一種新型保健醋；張桂英等[78]利用自然發酵法制備發酵劑，用其發酵的小米糕色澤金黃、酸甜適中、口感彈糯；張秀媛等[79]在小米中接種紅曲霉，相比于傳統的秈米紅曲，小米紅曲具有色價高、質量好、發酵周期短等優點，且抗腫瘤活性得到了體內和體外的實驗證明。

3.4 營養強化小米

谷子平均硒含量為71 μg/kg，是一種富硒農作物，所含的硒元素以有機硒的形式存在，谷子籽粒中的硒含量受土壤及品種的共同作用，且土壤硒含量對小米硒含量的影響大于遺傳因素，也就意味著小米具有較強的栽培可塑性，選擇適宜的種植區域對提高小米硒含量效果明顯，可以彌補因品種差異而引起的硒含量的不穩定缺陷[80]。谷子種植覆蓋率排名前三的生產大省(山西、河北、內蒙古)都屬于缺硒地區，導致在谷子的優勢主產區卻不能最高效的生產富硒小米，但可在保存的超過2萬份谷子資源中篩選富硒品種，或利用先進培植手段，將外源硒富集技術用于低硒地區富硒小米的培育[81]，目前已經取得一定進展，且開發出富硒的小米營養粉、小米醋、小米酒、谷子飼料等深加工產品。

小米中氨基酸比例與品種、種植環境、加工方式、種子萌發都有很大關系[82]，可以通過選擇高質量種子培育賴氨酸強化品種，并在培育中注意肥料、種植土壤和時間等因素來解決小米的賴氨酸缺陷問題。外源補充劑可以強化小米中的賴氨酸，如衛天業等[83]利用涂膜等復合方法，將南瓜、紅棗等營養物質以及賴氨酸、硒等營養元素附著于小米表層，強化了小米的營養。發酵過程可以提高產品中的賴氨酸含量及利用率。另外，小米與富含賴氨酸的食品搭配可以實現氨基酸互補如豆類、乳品等。最后，可利用高溫、高壓、擠壓、膨化等加工方式部分降解小米中的蛋白質，增加游離氨基酸含量，更易于人體吸收。

4 結論與展望

小米作為傳統雜糧谷物，具有營養全面、口味獨特、種植經驗豐富、產量大且適應力強等特點，隨著人們對快捷、美味、營養的全能食品的追求，局限于產地和南北方口味差異未能得到普及的小米正逐步進入大眾的視野。小米稍作處理便可投放市場，比如與其他谷物、豆類混合后的“健康雜糧米”，以及將各色小米進行有機組合的“彩色保鮮小米”，同時滿足消費者對產品新鮮感和健康飲食的追求。小米包括麥麩、米糠、秸稈在內的所有組分都能加以利用，可用來提取膳食纖維或制成綠色飼料。小米可與雜糧、乳品、蔬果等原料搭配以彌補自身的營養缺陷，針對不同受眾研發功能性營養產品，如老年小米營養粉、兒童補鈣小米奶、孕婦小米補血粥等。發酵或膨化等新型食品工藝同樣適用于小米產品，如小米發酵飲料、小米膨化零食等。以小米為原料進行功能因子(黃色素、多酚、小米糠油等)的提取利用，具有經濟、高效的特點，可用于食用色素、保健食品等領域。

小米發展仍存在不小的挑戰，小米種植范圍廣但種植面積小且分散，未形成一定規模；小米存在品種之間差異較大、儲存中品質下降、加工后的營養損失等尚待解決的問題；小米多為初級加工，市場定位局限而且沒有細分，使得市場接受度和效益化不足。為解決以上問題，需要提高品種培育、生產手段以及儀器設備等技術；深入研究小米營養和加工等基礎性質，明確適合小米的開發特點；重視小米副產品的利用并提高谷子的附加值。