楊延兵 張會(huì)笛 秦 嶺 陳二影 黎飛飛 管延安

(山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所;山東省特色作物工程實(shí)驗(yàn)室， 濟(jì)南 250100)

谷子[Setariaitalica(L.) P. Beauv.]是禾本科(Gramineae)狗尾草屬(Setaria)的栽培種，在我國(guó)栽培歷史悠久，適應(yīng)性強(qiáng)，耐旱、耐貧瘠，是典型的環(huán)境友好型作物。谷子脫殼后為糙米，進(jìn)一步加工成為消費(fèi)者食用的精米。小米營(yíng)養(yǎng)豐富，富含維生素、氨基酸、不飽和脂肪酸、微量元素及膳食纖維，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高[1]。近年來(lái)，隨著人們生活品質(zhì)和質(zhì)量的提高，對(duì)小米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及質(zhì)量安全的要求越來(lái)越高。

小米品質(zhì)包括外觀品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)和食味品質(zhì)，既受品種遺傳因素支配，又受生態(tài)環(huán)境條件影響。梁克紅等[2]研究認(rèn)為地域因素相對(duì)品種因素對(duì)小米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)影響作用更大，地域因素主要對(duì)小米中蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維和灰分含量影響顯著, 而品種因素主要對(duì)蛋白質(zhì)和脂肪含量影響顯著。小米黃色素含量是影響小米商品性的重要指標(biāo)，楊延兵等[3]研究表明除品種對(duì)小米黃色素含量的決定因素外，不同種植地點(diǎn)之間小米黃色素含量差異顯著。張艾英等[4]研究了沁縣和長(zhǎng)治2種氣候條件、土壤類(lèi)型對(duì)小米品質(zhì)的影響，認(rèn)為氣候因素對(duì)小米的適口性影響較大，土壤因素影響小米品質(zhì)及各種礦物質(zhì)元素的積累。

小米中礦質(zhì)元素受品種和地點(diǎn)影響顯著[5，6]。硒(Se)是一種非金屬礦物微量營(yíng)養(yǎng)素，具有預(yù)防心腦血管疾病、調(diào)節(jié)維生素的吸收和利用以及提高人體免疫力等多種功能[7]。不同品種間小米硒含量變幅較小，土壤硒含量是影響小米硒含量的決定性因素，小米硒含量隨著土壤硒含量的增加而顯著提高[8，9]；外源硒能夠顯著提高谷子籽粒硒含量[10]。谷子中鐵(Fe)含量受品種因素影響差異顯著，受地域因素影響差異極顯著[9]，品種對(duì)小米鐵含量有重要作用，劉正理等[11]曾報(bào)道富鐵營(yíng)養(yǎng)保健型超早熟谷子新種質(zhì)的創(chuàng)新研究。食品中的鉛(Pb)、鎘(Cd)含量是食品安全比較關(guān)注的2個(gè)指標(biāo)。張喜文等[12]研究表明谷子幼苗地上部鉛的積累會(huì)隨著土壤溶液中鉛濃度的升高而升高，因此土壤中鉛元素背景值可能會(huì)影響小米中鉛的含量。

除不同生態(tài)條件的氣候及土壤環(huán)境因素對(duì)小米品質(zhì)的影響外，加工對(duì)小米的品質(zhì)也有重要影響。糙米加工成精米過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生米糠和碎米混合物，米糠副產(chǎn)物富含蛋白質(zhì)(16.20%)、脂肪(14.90%)、粗纖維(26.81%)和碳水化合物(30.83%)，以及多種礦物質(zhì)，米糠副產(chǎn)物中的Ca、Mg、Zn、Fe含量顯著高于糙米中的含量，氨基酸總量(TAA)達(dá)到為14.47%[13]。張竹青等[14]檢測(cè)了糙小米和小米的營(yíng)養(yǎng)成分，認(rèn)為糙小米主要營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)含量較高，人們適量食用糙小米類(lèi)雜糧，平衡膳食，對(duì)人體健康有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，在小米加工過(guò)程中盡可能減少營(yíng)養(yǎng)成分的損失，避免優(yōu)質(zhì)、專(zhuān)用型品種加工精度過(guò)度，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低，也是需要關(guān)注的重要問(wèn)題。

濟(jì)谷19具有良好的適應(yīng)性和穩(wěn)產(chǎn)性[15]。2015年12月榮獲中國(guó)作物學(xué)會(huì)粟類(lèi)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)舉辦的第十一屆優(yōu)質(zhì)食用粟“一級(jí)優(yōu)質(zhì)米”品種，由于其良好的適應(yīng)性和品質(zhì)性狀受到種植戶(hù)的青睞，在山東多地成為主栽品種。

針對(duì)山東省不同地點(diǎn)所產(chǎn)小米品質(zhì)狀況，尤其是小米黃色素含量、微量元素以及重金屬含量等營(yíng)養(yǎng)及安全品質(zhì)指標(biāo)，相關(guān)研究資料缺乏；加工精度對(duì)小米品質(zhì)有何影響，精米和糙米之間小米品質(zhì)有何差異，相關(guān)研究較少。為了解不同種植地點(diǎn)和加工精度對(duì)小米營(yíng)養(yǎng)及安全品質(zhì)的影響，為谷子品種選育、優(yōu)質(zhì)栽培以及區(qū)域化種植提供科學(xué)依據(jù)，選取章丘龍山(山前沖積-洪積平原)、曹范(章丘丘陵區(qū))、柳埠(濟(jì)南南部山區(qū))以及萊州(沿海丘陵區(qū))4個(gè)地點(diǎn)，種植優(yōu)質(zhì)谷子品種濟(jì)谷19。4個(gè)地點(diǎn)都屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，但生態(tài)小氣候及土壤條件存在差異。谷子成熟收獲后分別加工成糙米和精米，粉碎后測(cè)定其主要營(yíng)養(yǎng)和安全品質(zhì)指標(biāo)，分析同一遺傳背景條件下其品質(zhì)指標(biāo)的差異，以及加工對(duì)小米品質(zhì)的影響，為優(yōu)質(zhì)谷子品種開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

濟(jì)谷19：萊州、濟(jì)南柳埠、章丘龍山、章丘曹范4個(gè)地點(diǎn)種植，大田管理按照當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣，其中章丘龍山種植地點(diǎn)合作社在谷子抽穗期噴施了富硒微肥。谷子成熟后收獲脫粒，分別加工為糙米和精米，其中糙米統(tǒng)一用礱谷機(jī)脫殼3次而成，精米為合作社加工的商品性小米。

1.2 方法

把4個(gè)地點(diǎn)的糙米和精米粉碎，水分、粗脂肪、粗淀粉、氨基酸、硒、鐵、鉛、鎘、等指標(biāo)由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(濟(jì)南)測(cè)定，黃色素含量由本實(shí)驗(yàn)室完成。各指標(biāo)測(cè)定參照方法：水分 GB 5009.3—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定方法》;淀粉 GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測(cè)定方法》;脂肪GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測(cè)定方法》;氨基酸 GB 5009.124—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸的測(cè)定》;硒含量 GB 5009.93—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中硒的測(cè)定》；鐵含量 GB 5009.90—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鐵的測(cè)定》；鉛含量 GB 5009.12—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉛的測(cè)定》；鎘含量 GB 5009.15—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測(cè)定》；黃色素含量按照楊延兵等[16]方法測(cè)定。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)重復(fù)2次，計(jì)算各指標(biāo)平均值和變異系數(shù)，利用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性比較；運(yùn)用IBM SPSS Statistics 22.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)精米和糙米平均數(shù)進(jìn)行T檢驗(yàn)，比較樣本平均值差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地點(diǎn)小米水分、脂肪、淀粉和黃色素含量

不同種植地點(diǎn)和加工精度小米水分、脂肪、淀粉及黃色素含量分析如表1。不同地點(diǎn)精米、糙米水分含量變異系數(shù)較小，差異不顯著，含水量都小于13%，符合GB/T 11766—2008[17]。精米、糙米之間水分含量差異不顯著。

表1 不同種植地點(diǎn)和加工精度小米的基本指標(biāo)分析

不同地點(diǎn)之間脂肪含量差異顯著，糙米、精米都以萊州地點(diǎn)小米脂肪含量最高。糙米脂肪平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3%，精米脂肪平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8%，精米脂肪含量顯著低于糙米脂肪含量。4個(gè)地點(diǎn)糙米脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于4.0%，而精米脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于2.5%，加工精度對(duì)小米脂肪含量影響較大。

不同地點(diǎn)之間糙米、精米淀粉含量差異顯著，以柳埠地點(diǎn)小米淀粉含量最高，龍山地點(diǎn)小米淀粉含量最低；精米淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為69.2%，糙米淀粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)67.5%，精米淀粉含量顯著高于糙米淀粉含量。說(shuō)明種植地點(diǎn)和加工精度對(duì)小米淀粉含量影響顯著。

糙米黃色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變幅24.30～33.42 mg/kg，變異系數(shù)14.40%，精米黃色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變幅24.02～33.73 mg/kg，變異系數(shù)14.91%，精米、糙米變異系數(shù)較大；不同地點(diǎn)之間糙米、精米黃色素含量差異顯著；萊州地點(diǎn)黃色素含量最高；龍山地點(diǎn)小米黃色素含量最低；說(shuō)明地點(diǎn)因素對(duì)小米黃色素含量影響顯著。精米、糙米黃色素含量差異不顯著，加工精度對(duì)小米黃色素含量影響較小。

2.2 不同地點(diǎn)間小米氨基酸含量的差異

不同種植地點(diǎn)和加工精度小米氨基酸組成分析如表2。

表2 不同種植地點(diǎn)和加工精度小米氨基酸組成分析/%

不同地點(diǎn)糙米氨基酸變異系數(shù)2.72%，說(shuō)明種植地點(diǎn)對(duì)氨基酸含量影響較小。精米氨基酸總和變異系數(shù)5.12%，比糙米氨基酸略大；說(shuō)明不同加工會(huì)對(duì)氨基酸總和含量有影響。糙米中除胱氨酸、蛋氨酸等變異系數(shù)大于10%外，其他氨基酸變異系數(shù)都小于10%，變異相對(duì)較小，種植地點(diǎn)對(duì)氨基酸組成影響較小。

加工精度對(duì)17種氨基酸影響均顯著，表現(xiàn)為糙米氨基酸各組分含量顯著高于精米氨基酸組分含量，精米氨基酸總和9.86%顯著低于糙米氨基酸總和10.92%。

17種氨基酸中最大量氨基酸為谷氨酸，其次為亮氨酸，再次為胱氨酸；賴(lài)氨酸為小米的第一限制氨基酸，賴(lài)氨酸占氨基酸總和2%左右，總體含量較低。糙米中賴(lài)氨酸含量0.25 mg/kg，精米中賴(lài)氨酸含量為0.21 mg/kg，糙米加工成精米過(guò)程中會(huì)造成部分賴(lài)氨酸的損失?？傮w來(lái)說(shuō)，種植地點(diǎn)對(duì)氨基酸組成及氨基酸總和有一定影響；而加工精度對(duì)之影響顯著。

2.3 不同地點(diǎn)小米硒、鐵、鉛、鎘含量差異

種植地點(diǎn)和加工精度小米金屬元素硒、鐵、鉛、鎘的含量分析如表3。無(wú)論糙米還是精米，不同地點(diǎn)之間小米硒、鐵、鉛、鎘含量存在顯著差異，說(shuō)明種植地點(diǎn)對(duì)小米中4種礦質(zhì)元素含量影響顯著。糙米、精米都以龍山地點(diǎn)小米硒含量最高(龍山地點(diǎn)谷子生育期噴施富硒微肥是造成龍山小米硒含量較高的原因之一)，曹范次之；萊州地點(diǎn)小米硒含量最低。鐵元素含量4個(gè)地點(diǎn)相對(duì)變幅較小，糙米鐵元素含量變幅18.4～27.7 mg/kg，精米鐵元素含量11.9～22.5 mg/kg，曹范地點(diǎn)小米鐵元素含量最高，濟(jì)南柳埠點(diǎn)小米含鐵量最低。不同種植地點(diǎn)糙米鉛元素含量變幅0.044～0.079 mg/kg，精米鉛含量變幅0.034～0.074 mg/kg，都遠(yuǎn)低于食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鉛限量值0.2 mg/kg。不同地點(diǎn)糙米鎘含量變幅0.012～0.021 mg/kg，精米鎘含量變幅0.008～0.016 mg/kg，鎘含量也都遠(yuǎn)低于食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鎘限量值0.1 mg/kg[19]。糙米和精米之間硒平均含量差異不顯著，加工精度對(duì)小米中硒含量影響不顯著；糙米和精米之間鐵、鉛、鎘含量差異顯著，加工精度對(duì)小米中鐵、鉛、鎘影響顯著。

表3 不同種植地點(diǎn)和加工精度小米中金屬元素含量分析

3 討論

本研究中不同種植地點(diǎn)對(duì)小米脂肪、淀粉、黃色素含量影響顯著， 說(shuō)明種植地點(diǎn)顯著影響小米品質(zhì)。不同種植地點(diǎn)小米黃色素含量差異較大，這和楊延兵等[3]對(duì)山東不同生態(tài)地點(diǎn)因素對(duì)小米黃色素含量影響結(jié)論基本一致。龍山、曹范、柳埠盡管都在濟(jì)南市范圍內(nèi)，脂肪、淀粉、黃色素含量差異顯著，說(shuō)明農(nóng)業(yè)生態(tài)小氣候?qū)π∶咨唐芳盃I(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有重要影響，這也說(shuō)明優(yōu)質(zhì)小米生產(chǎn)區(qū)域性較強(qiáng)。本研究中萊州點(diǎn)小米脂肪、黃色素含量最高，龍山地點(diǎn)小米黃色素含稍低，可能與萊州地點(diǎn)生態(tài)氣候和土壤特點(diǎn)有關(guān)。萊州為環(huán)渤海地區(qū)，地處膠東半島，種植地點(diǎn)為低山丘陵區(qū)；而龍山地點(diǎn)屬于山前沖積-洪積平原區(qū)，區(qū)域性氣候和土壤類(lèi)型存在較大差異。萊州小米顏色較黃，黃色素含量相對(duì)較高，具體和土壤、氣候哪種影響因素關(guān)系密切尚需進(jìn)一步研究。

加工精度對(duì)小米脂肪、淀粉含量、氨基酸影響顯著，脂肪、氨基酸含量精米顯著低于糙米，淀粉含量精米顯著高于糙米。主要原因在于糙米在加工成精米過(guò)程中，胚、皮層和糊粉層部分多被去除，余下部分多為籽粒胚乳部分；而胚是籽粒中脂肪、蛋白較高的器官，糊粉層也是蛋白質(zhì)含量高的器官，而胚乳是淀粉含量最高的器官，所以精米脂肪含量低，淀粉含量高，氨基酸含量低。因此，如何控制小米的加工精度，減少脂肪、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分的損失，也是需要研究的問(wèn)題之一。張愛(ài)霞等[13]研究表明糙米加工成精米過(guò)程中產(chǎn)生的米糠和碎米混合物(主要包含種皮、糊粉層、胚和少量胚乳)，其蛋白質(zhì)、脂肪含量遠(yuǎn)高于糙米中的含量。加工精度對(duì)黃色素含量影響不顯著，甚至精米黃色素含量比糙米略微升高，主要因?yàn)楣茸狱S色素主要在胚乳中積累，谷糠和谷殼中含量較低[18]。

不同地點(diǎn)之間硒、鐵含量變異系數(shù)較大，差異顯著，說(shuō)明地點(diǎn)因素對(duì)小米硒、鐵含量影響較大。這與劉曉東、趙宇等[8,9]研究認(rèn)為硒、鐵含量受地域因素影響差異極顯著基本一致。研究中章丘龍山、曹范地點(diǎn)小米硒含量相對(duì)較高，一方面和當(dāng)?shù)赝寥牢勘尘爸递^高有關(guān)，據(jù)趙西強(qiáng)等[19]關(guān)于章丘地區(qū)土壤硒含量報(bào)道，龍山屬于中硒土壤(0.2～0.4mg/kg)，曹范多屬于富硒土壤(>0.4 mg/kg)；另一方面，龍山試點(diǎn)在谷子生長(zhǎng)過(guò)程中合作社噴施了富硒微肥，也是小米硒含量偏高的原因。硒、鐵是非常重要的微量營(yíng)養(yǎng)元素，依靠自然資源的稟賦條件生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化型功能食品是未來(lái)營(yíng)養(yǎng)導(dǎo)向性農(nóng)業(yè)的重要方向。最新?tīng)I(yíng)養(yǎng)與健康狀況監(jiān)測(cè)顯示我國(guó)居民硒實(shí)際攝入量低于推薦量，利用富硒土壤研發(fā)富硒農(nóng)產(chǎn)品是滿(mǎn)足我國(guó)居民食品消費(fèi)營(yíng)養(yǎng)健康需求的重要舉措[20]。

不同地點(diǎn)之間小米鉛、鎘差異顯著，加工精度對(duì)小米鉛、鎘含量影響顯著。本研究中所有試點(diǎn)小米鉛、鎘都雖然都有檢出，但其含量都在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[21]允許限量范圍內(nèi)，說(shuō)明所有試點(diǎn)的土壤中鉛、鎘含量不超標(biāo)。如果谷子種植區(qū)土壤重金屬含量超標(biāo)，會(huì)直接影響到谷子的產(chǎn)量和品質(zhì)，并對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在危害。

4 結(jié)論

加工精度對(duì)小米的脂肪、淀粉、氨基酸含量和微量元素鐵影響較大，和糙米相比，精米脂肪、氨基酸、鐵含量顯著降低，淀粉含量顯著升高，控制小米加工精度，可以顯著減少營(yíng)養(yǎng)成分的損失。種植地點(diǎn)對(duì)小米脂肪、淀粉、黃色素含量，礦質(zhì)元素硒、鐵含量影響顯著，利用種植地點(diǎn)的自然稟賦條件可以生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化型小米。