黑米營養和部分功能成分特性及綜合應用研究進展

韋劍思 林瑩

（1.廣西大學，廣西 南寧 530004；2.廣西工商職業技術學院，廣西 南寧 530008）

截至2003年，有色種皮稻米（包括紫米、黑米、香米、紅米）等特種水稻資源占有記載的品種資源庫水稻品種的十分之一［1］。研究表明［2］，特種水稻的綜合營養價值勝于普通水稻。因而在追求健康養生的消費理念驅動下，特種水稻產品的開發越來越受到重視，黑米的價值也隨之越來越被看重，因為黑米具有非常高的營養價值，現在食用黑米的人日益增多，種植銷售及深加工研究也日漸增多。

紫黑米稻［3］（主要包括種皮顏色黑色、紫色等）的米皮富集花青色素，主要是花色苷類及營養成分，因而顯色為黑褐色、黑色、紫黑色等，所以，也作為一類特種稻。研究表明黑米中的花青苷類色素具有多種藥用價值和功效，故黑米也被視作特種米，有“神仙米”“藥米”“補血米”之稱。［4］在我國，黑米種植歷史悠久，據《齊民要術》記載，距今已經有1500年的種植歷史。［5］黑米也有秈、糯、粳之分，分為秈糯、秈粘、粳糯、粳粘四種類型，占總品種資源的 98% 以上。［6，7］黑米色香味俱全以及營養價值豐富，是珍貴的特種米資源，也被稱為藥食兩用的稻米之一。本文重點對黑米的營養價值、在食品中的應用以及黑米花色苷、黑米多糖的特性進行歸納和概述，以期為黑米的研究提供理論依據和參考。

1 黑米營養價值

黑米營養價值無論是種類還是含量都優于普通白米。黑米中的基本營養素（蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素等）含量大多優于普通白米，除了基本營養素外，黑米含有的特殊營養素（賴氨基酸，鈣、鐵、鋅等礦物質）含量優于普通大米，其中一些特殊物質，如青花素，是普通白米不含有的生物活性物質。

1.1 基本營養成分

黑米和白米的基本營養成分比較如表1所示，稻米基本營養成分主要包括淀粉、蛋白質、脂肪及不飽和脂肪酸等，從基本營養成分看，淀粉含量與白米相差不大，而其余三種平均含量優于白米，其中，蛋白質、脂肪、不飽和脂肪酸含量的最低、最高都優于白米，分別是1.25 倍和 1.51 倍、 2.96 倍和1.56 倍、3.45倍和1.80倍，黑米的脂肪含量最低數（2.37%）接近白米的最高含量（2.50%），不飽和脂肪酸的含量呈相同趨勢。

表1 黑米和白米的基本營養成分比較［8］

1.2 特殊營養成分

這里所說的特殊營養成分主要是指氨基酸、維生素、礦物質、花青素等活性物質，曾有人對種植的“黑糯178”與普通米進行比較，發現蛋白質、脂肪和粗纖維分別是普通米的49.69%、2.1倍和4.9倍，礦物質元素P、K、Na、Mg、Fe和Mn分別是普通米的2.3倍、3.9倍、3.2倍、3.75倍、1.4倍和3.3倍。［9］熊艷珍等［10］對黑米的特殊營養成分做了充分的對比，有以下發現：

1.2.1 礦物質

新創制的特種稻種質礦質元素含量平均值［11］如表2所示，有色米（主要指紅米、黑米等）礦物質含量（除鎂之外）均高于普通白米，而在同一種有色米當中，礦物質含量大小基本為Mg＞Ca＞Se＞Zn＞Mn＞Fe＞Cu，其中，黑米同時也是一種富硒產品，硒的含量是普通白米的2.07倍。

表2 新創制的特種稻種質礦質元素含量平均值［11］

1.2.2 必需氨基酸

黑米和白米及其他谷物的必需氨基酸含量比較［12］如表3所示，黑米中必需氨基酸平均含量普遍高于白米，無論從最大值與最大值相比還是最小值與最小值相比，除蘇氨酸外，其余必需氨基酸含量都大于白米至少1倍以上，按高于白米程度倍數從大到小依次為色氨酸（1.5倍）＞蛋氨酸（1.36倍）＞纈氨酸（1.30 倍）＞賴氨酸（1.28 倍）＞苯丙氨酸（1.18 倍）＞亮氨酸（1.15 倍）＞異亮氨酸（1.125 倍）；表 3 還表明，黑米中的人體必需氨基酸不僅含量高且種類齊，其中，蛋氨酸、 纈氨酸、色氨酸和蘇氨酸較明顯，因此，對于急需補充氨基酸的人來說，黑米是一種上品選擇。

表3 黑米和白米及其他谷物的必需氨基酸含量比較 單位：g/kg

1.2.3 生物活性成分

生物活性物質是一類具有消炎、抗癌、抗氧化功能的物質，膳食纖維、果低聚糖、植物甾醇、類胡蘿卜素、類黃酮等目前已被確認為主要功能因子。

黑米中含有主要的維生素 A 源物質，也就是俗稱胡蘿卜素，而在白米中未檢出［13，14］，而眾所周知，維生素A有利于夜盲癥、干眼病、上皮組織角化癥以及牙齒組織等缺乏癥的治療，在體內主要是參與視紫紅質的合成，維持眼的暗視覺，保持上皮組織結構和功能的健全，促進生長發育。

除了維生素A之外，黑米中還檢測出維生素B1、維生素B2以及維生素C等功能因子，且維生素B1、維生素B2含量分別是白米的1.91 倍、 2.79 倍。黑米中能檢測出含量為 23.93 mg/kg的維生素 C（L-抗壞血酸），在白米中未檢測到。［15］其中，維生素B1、維生素B2缺乏癥會引起人體多種不適，比如胃腸道機能障礙、腳氣病、疲倦、乏力，口角炎等疾病，維生素C缺乏容易引起壞血病。［16］

黑米中不僅含有黃酮類、酚類、膳食纖維這幾種物質，且含有白米中未檢測到的花色苷，黑米中花色苷含量高達 0.65～14.98 mg/kg，黑米中黃酮類含量為0.10%～1.70%，而白米僅含0.02%～0.32%，相當于白米的5倍不止；黑米中酚類含量為2.31～4.84 g/1000g，也遠高于白米含量，黑米中膳食纖維含量為0.88%～5.00%。［17］

經研究證明，花色苷是黑米保健功效的主要來源［18］。黑米所表現出來的色澤包括紅色、黑紅色、黑紫色、黑色等色系主要是因為花色苷的存在?；ㄉ帐怯苫ㄇ嗨啬阁w與一個或多個糖基以糖苷鍵結合而成的一種生物活性物質，以糖苷形式存在是天然花青素的特點之一。［19］在食品中重要的花青素主要有6種，分別為天竺葵色素（Pelargonidin）、矢車菊色素（Cyaniain）、飛燕草色素（Delphinidin）、芍藥色素（Peonidin）、矮牽?；ㄉ兀≒entunidin）、錦葵色素（Malvidin），它們的顏色隨B環3、5、7碳位上的取代基不同而變化。［20］

2 黑米部分功能成分特性研究進展

2.1 黑米花色苷

黑米中含有的特殊成分包括類胡蘿卜素、抗壞血酸、花色苷等，但以花色苷的研究最為廣泛，因此本段重點對黑米中花色苷的研究進展進行概括。在2014年郝杰［21］就對黑米花色苷對機體肝、腎作用進行研究，通過小白鼠試驗，結果表明，黑米花色苷提取物對肝、腎起保護作用。黑米花色苷具有抗氧化活性、調節血脂、抗炎等生理功能，其中，對黑米抗氧化活性的研究較多，本小節重點講黑米花色苷的抗氧化研究情況，黑米花色苷近幾年抗氧化特性研究概況如表4所示。研究表明，不同的提取方式、不同的作用條件都會影響最終提取到的黑米花色苷的抗氧化活性，在與部分物質的抗氧化活性對比中，黑米表現出較強的抗氧化特性。

表4 黑米花色苷近幾年抗氧化特性研究概況

續表

在研究花色苷的功能特性的同時，研究學者也很關注花色苷的提取方法，黑米花色苷提取辦法研究概況如表5所示。

表5 黑米花色苷提取方法研究概況

從表5可知，黑米色素提取受諸多因素影響，比較關鍵的是浸提時間、溫度、料液比、溶劑、pH值。在2010年之前，提取方法主要采用浸提法，所采用的溶劑為乙醇，或者蒸餾水，或者鹽酸，或者乙酸，其中，乙醇萃取技術相對比較成熟，獲得率較高；其他方法，例如酸法，獲得率低，耗時長，因此為了提高獲得率，常采用輔助技術混合制備，例如微波、冷凍、加熱、機械作用等破壞細胞壁和細胞膜，從而最大程度的釋放液泡中的花色苷，滲透性提高后達到縮短提取時間的目的，最后提高色素獲得率，改善產品的質量。在應用過程中常將這些輔助方法組合使用， 能夠提高色素的獲得率，但是輔助技術的使用條件、能源消耗等問題還需要深入研究。［42］從2010年之后隨著科學技術的發展，萃取技術逐漸成熟并迅速發展，陸續有超臨界萃取、超聲波輔助萃取、酶法輔助萃取等方法被用于黑米花色苷的提取使用，超臨界萃取具有高效、綠色、安全、無污染等諸多優點而被廣泛使用于提取操作。超臨界萃取法處理溫度低，特別適合熱敏性物質，但是由于成本高，目前為止，此技術在食品行業中離規?；?、工業化應用仍存在較大距離。

2.2 黑米多糖

我們都知道黑米熟制后由于黏稠性較低使得煮制時間較久，口感不佳，這主要是由淀粉多糖的特性造成的，直鏈淀粉越高淀粉糊黏度越小，因此研究黑米多糖的特性對改良黑米的性能意義重大。黑米中的多糖主要是指淀粉，現在人們對黑米中的花青素的提取、純化及其體內抗氧化活性研究比較清楚，但對黑米中的多糖的提取的研究還少見報道。［43］目前多糖提取主要采用熱水浸提、堿浸提、酸浸提等［44］化學方法。而隨著生物技術的發展，酶的來源越來越廣泛。［45］吳葉蓮等［46］用纖維素酶進行酶解提取，顯示在適合的條件下，能提取到黑米多糖，并通過單因素試驗表明作用條件對提取結果的影響強弱為酶解時間＞pH＞ 酶解溫度。這是近幾年來黑米多糖提取的新技術，但從結果來看，獲得率偏低，因此對于黑米多糖的提取需要進行更深入的研究，擬探究出更高得率的提取方法才能充分利用黑米的特性，提高附加值。

對黑米多糖性質的研究也較少，近年來主要有肖昕等（2017）［47］、張杰（2019）［48］、李學紅等（2015）［49］從不同角度對黑米淀粉提取后進行理化性質分析研究，三人的研究具備一定的共同性，研究結果都表明了黑米淀粉具有自身獨特的性質。從李學紅等［50］的研究結果來看，其對比的三種黑米中可知黑粳米直鏈淀粉含量＞黑秈米＞黑糯米，黑粳米的黏度＜黑秈米＜黑糯米，同時，發現黑糯米的透光度就比較大，則相比來說不易老化；直鏈淀粉形成網狀結構的交聯點密度、有效交聯點數與淀粉凝膠彈性呈正相關［51］。 肖昕等［52］研究表明在一定條件下黑米淀粉口感較好，但黏性差，其凝膠硬度和咀嚼性優于粳米及糯米淀粉，淀粉顆粒排列緊密呈多角形、菱形。黑米淀粉糊凝沉穩定性比大米淀粉糊差， 表現出易老化的特性。張杰［53］研究表明，黑米直鏈淀粉在顯微鏡下顯現出相同的顆粒結構；其透明度差于其他兩種淀粉，在較高溫度下黑米淀粉的溶解度和膨潤力高于粳米淀粉。

對于黑米淀粉的功能性研究目前屬于空白階段，從其理化性質研究的成果來看，其有獨特的屬性，可以推斷，其功能性質也有別于其他大米淀粉的功能性質，但需進一步研究。

3 黑米的綜合應用

由于黑米含有豐富的營養物質，且黑米還含有白米沒有的維生素A、維生素C、花色苷，也稱為類胡蘿卜素、抗壞血酸以及花青素。因此，黑米及其活性物質在食品加工綜合研究應用意義重大。

3.1 在食品加工中的開發應用

3.1.1 傳統應用：粥食

雖然水稻應用于家庭主食，但黑米膠稠度僅有54 mm［54］，黏稠度較低，導致口感比較粗糙，要增加黏稠感則再煮制時需添加豬油、食用堿等，不僅如此，煮制時間也需要3～4小時才能煮透，因此家庭食品中單獨應用為主食少之又少。針對這個弱點，不少農業科技工作者通過對黑米品種進行改良實驗，增加糯性成分，目前有不少糯性較好的全新黑米品種，直鏈淀粉的平均含有量可提升 1.4%左右，膠稠度已增至不止100 mm，使之適合老幼食用的營養豐富的佳品，在口感上得到很大改善。

3.1.2 加工食品類

黑米類產品加工應用見表6。

表6 黑米類產品加工應用［55-57］

雖黑糯在一定程度上改善口感，但因表皮質地細密，可溶性、蒸煮品質還是有一定的缺陷，加工品類［58］多作為輔料使用，例如黑米面條米粉、米酒、吐司面包、米醋、米粑、米酥等產品。近年來發酵類食品由于含有益生菌等有益菌比較容易被人體消化吸收而成為研究熱點，其中，具有代表性的黑米原料制品有黑米發酵食品、黑米發酵飲料、黑米發酵乳和黑米發酵酒類等，黑米的發酵類食品開發主要集中在黑米饅頭、面包、煎餅、黑米糕、黑米醬和黑米膳食纖維餅干等。

隨著食品工業的發展，也有一些功能性新型食品不斷地被開發，除了固體和液體飲料外，半固體的凝膠狀食品研究也是黑米深加工的方向，如雷靜等［59］關于黑米纖維果凍的研究，但其黑米果凍的研究工藝中，也是采用了常規傳統的果凍工藝，加入了卡拉膠等添加劑作為促凝膠的助劑。目前利用黑米多糖本身就具有的凝膠特性直接制成半凝固休閑黑米制品的研究較少。也有利用黑米的特殊成分作為功能性保健成分提取后添加到某些飲料中，比如富含花色苷米醋基風味可吸果凍的研發［60］。目前單獨提取黑米花色苷成分添加到飲料中供直接食用的研究比較少，有待進一步開發利用。

3.2 在化工中的開發應用

由于黑米表皮含有豐富的黑米紅色素等，占米粒重量的十分之一，其極易溶于水和酒精，還能夠與冰淇淋以及豬油等混溶，形成穩定的體系，均勻分布，因此可提取這些色素用于化工行業制作染料或者著色劑。主要研究包括徐靜等［61］、賈艷梅等［62］、于學智等［63］的研究，前者用50%乙醇提取黑米中的色素，提取條件為在溫度80℃的乙醇溶液中浸提30 min，所提取的黑米色素，用于后媒法染色，最佳染色工藝為媒染劑濃度 1%。后兩者都采用蒸餾水浸提法，提取黑米色素物質后用于蠶絲物料染色。

3.3 在醫藥中的開發應用

黑米中含有豐富的生物活性成分，例如黃酮、花色苷類化合物和天然色素，這些生物活性物質通過一定的先進手段能夠進行精制，得到純度較高的成分而發揮其生理功能并發揮黑米特有的食療作用。

對于藥用價值，黑米中花色苷類物質首當其沖，凌文華等［64］采用醇溶液浸提法提取黑米花色苷，制備成膠囊，并對60名高血脂癥受試者進行輔助治療干預，經過一段時間后，能夠降低血脂水平及改善血脂異常因子炎癥反應。陳璐［65］以黑米花青素食補為契機，開發了片制劑，并對制備過程的穩定性、工藝參數、工藝條件進行研究，意在開發出營養豐富且食療作用明顯并具備一定保質期的黑米花青素制劑。侯方麗等［66］分析說明黑米花色苷作用于試驗動物，可以調節機體脂質代謝水平，在動物（小鼠、小豬等）飼料中添加黑米，可以降低血脂水平，同時證明其調節的機理有別于化學藥物，副作用少。劉文燕［67］以黑米花色苷為原料，首次采用干法制粒的方式制備黑米花色苷薄膜包衣片劑，作為食療食用，對部分身體機能起到一定改善作用。李雯等［68］將黑米花青苷物質復配生產黑米花青苷復方軟膠囊，應用于食補食療使用。Chomean等［69］用天然染料黑糯米提取液代替蘇木精對精子細胞核進行染色，染色效果與蘇木精相比，一致性高，呈正相關性，其安全性高，無副作用且經濟實惠。

4 黑米加工前景展望

黑米除了含有普通大米所含有的營養成分外，還含有特殊營養成分和生物活性物質，其特有的保健功能也逐漸被重視，也為其綜合利用奠定了廣闊的市場前景和可觀的利潤價值。但對于黑米的功能性成分附加值較高的開發利用主要在醫藥領域，食品領域較少。

在黑米加工領域，目前大部分產品集中于食品，以黑米為主料或輔料應用于食品領域進行附加值較低的產品開發和生產。而開發以黑米為主料并充分利用其功能性成分作為輔料應用于食品領域進行的精深加工生產高附加值的黑米產品的研究較少，倘若能培育龍頭企業和引進龍頭企業，以企業技術引領［70］，充分開發高附加值的黑米新型食品，帶動黑米全產業鏈發展，將進一步拓展黑米的市場，提高黑米的綜合利用價值。同時，雖然我們也不難發現，對于花色苷的提取、功能性質研究非常多，但其功能應用于食品領域開發從目前來看也十分稀少，因此充分利用黑米花色苷功能性成分特性進一步作為休閑食品助劑開發和研究是一個新的方向，此新型食品開發利用，應具備廣闊的應用前景。

在黑米性能研究方面，對其功能特性的研究大多集中在花色苷、黃酮類物質的功能性質上，對于黑米多糖的提取、理化性質的研究較少，有待進一步研究，為加工利用提供指導；而多糖的結構剛好是其口感差的來源，其特有的結構和支鏈、支鏈淀粉比例是影響其口感的主要因素之一，若想改善居民的日常飲食結構，增加營養攝入，對黑米淀粉多糖的研究需更加深入，以便滿足人們對養生、營養的追求，提高其商品價值， 拓寬使用范圍，以滿足廣大消費者的需求， 意義重大。