种植地点和加工精度对小米营养与安全品质的影响

杨延兵 张会笛 秦 岭 陈二影 黎飞飞 管延安

(山东省农业科学院作物研究所;山东省特色作物工程实验室， 济南 250100)

谷子[Setariaitalica(L.) P. Beauv.]是禾本科(Gramineae)狗尾草属(Setaria)的栽培种，在我国栽培历史悠久，适应性强，耐旱、耐贫瘠，是典型的环境友好型作物。谷子脱壳后为糙米，进一步加工成为消费者食用的精米。小米营养丰富，富含维生素、氨基酸、不饱和脂肪酸、微量元素及膳食纤维，营养价值较高[1]。近年来，随着人们生活品质和质量的提高，对小米营养品质及质量安全的要求越来越高。

小米品质包括外观品质、营养品质、蒸煮品质和食味品质，既受品种遗传因素支配，又受生态环境条件影响。梁克红等[2]研究认为地域因素相对品种因素对小米营养品质影响作用更大，地域因素主要对小米中蛋白质、脂肪、膳食纤维和灰分含量影响显著, 而品种因素主要对蛋白质和脂肪含量影响显著。小米黄色素含量是影响小米商品性的重要指标，杨延兵等[3]研究表明除品种对小米黄色素含量的决定因素外，不同种植地点之间小米黄色素含量差异显著。张艾英等[4]研究了沁县和长治2种气候条件、土壤类型对小米品质的影响，认为气候因素对小米的适口性影响较大，土壤因素影响小米品质及各种矿物质元素的积累。

小米中矿质元素受品种和地点影响显著[5，6]。硒(Se)是一种非金属矿物微量营养素，具有预防心脑血管疾病、调节维生素的吸收和利用以及提高人体免疫力等多种功能[7]。不同品种间小米硒含量变幅较小，土壤硒含量是影响小米硒含量的决定性因素，小米硒含量随着土壤硒含量的增加而显著提高[8，9]；外源硒能够显著提高谷子籽粒硒含量[10]。谷子中铁(Fe)含量受品种因素影响差异显著，受地域因素影响差异极显著[9]，品种对小米铁含量有重要作用，刘正理等[11]曾报道富铁营养保健型超早熟谷子新种质的创新研究。食品中的铅(Pb)、镉(Cd)含量是食品安全比较关注的2个指标。张喜文等[12]研究表明谷子幼苗地上部铅的积累会随着土壤溶液中铅浓度的升高而升高，因此土壤中铅元素背景值可能会影响小米中铅的含量。

除不同生态条件的气候及土壤环境因素对小米品质的影响外，加工对小米的品质也有重要影响。糙米加工成精米过程中会产生米糠和碎米混合物，米糠副产物富含蛋白质(16.20%)、脂肪(14.90%)、粗纤维(26.81%)和碳水化合物(30.83%)，以及多种矿物质，米糠副产物中的Ca、Mg、Zn、Fe含量显著高于糙米中的含量，氨基酸总量(TAA)达到为14.47%[13]。张竹青等[14]检测了糙小米和小米的营养成分，认为糙小米主要营养成分指标含量较高，人们适量食用糙小米类杂粮，平衡膳食，对人体健康有着重要的现实意义。因此，在小米加工过程中尽可能减少营养成分的损失，避免优质、专用型品种加工精度过度，营养价值降低，也是需要关注的重要问题。

济谷19具有良好的适应性和稳产性[15]。2015年12月荣获中国作物学会粟类专业委员会举办的第十一届优质食用粟“一级优质米”品种，由于其良好的适应性和品质性状受到种植户的青睐，在山东多地成为主栽品种。

针对山东省不同地点所产小米品质状况，尤其是小米黄色素含量、微量元素以及重金属含量等营养及安全品质指标，相关研究资料缺乏；加工精度对小米品质有何影响，精米和糙米之间小米品质有何差异，相关研究较少。为了解不同种植地点和加工精度对小米营养及安全品质的影响，为谷子品种选育、优质栽培以及区域化种植提供科学依据，选取章丘龙山(山前冲积-洪积平原)、曹范(章丘丘陵区)、柳埠(济南南部山区)以及莱州(沿海丘陵区)4个地点，种植优质谷子品种济谷19。4个地点都属于暖温带大陆性季风气候，但生态小气候及土壤条件存在差异。谷子成熟收获后分别加工成糙米和精米，粉碎后测定其主要营养和安全品质指标，分析同一遗传背景条件下其品质指标的差异，以及加工对小米品质的影响，为优质谷子品种开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

济谷19：莱州、济南柳埠、章丘龙山、章丘曹范4个地点种植，大田管理按照当地种植习惯，其中章丘龙山种植地点合作社在谷子抽穗期喷施了富硒微肥。谷子成熟后收获脱粒，分别加工为糙米和精米，其中糙米统一用砻谷机脱壳3次而成，精米为合作社加工的商品性小米。

1.2 方法

把4个地点的糙米和精米粉碎，水分、粗脂肪、粗淀粉、氨基酸、硒、铁、铅、镉、等指标由农业农村部食品质量监督检验测试中心(济南)测定，黄色素含量由本实验室完成。各指标测定参照方法：水分 GB 5009.3—2010《食品安全国家标准 食品中水分的测定方法》;淀粉 GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的测定方法》;脂肪GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的测定方法》;氨基酸 GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》;硒含量 GB 5009.93—2010《食品安全国家标准 食品中硒的测定》；铁含量 GB 5009.90—2016《食品安全国家标准 食品中铁的测定》；铅含量 GB 5009.12—2010《食品安全国家标准 食品中铅的测定》；镉含量 GB 5009.15—2014《食品安全国家标准 食品中镉的测定》；黄色素含量按照杨延兵等[16]方法测定。

1.3 统计分析

实验重复2次，计算各指标平均值和变异系数，利用Duncan新复极差法进行差异显著性比较；运用IBM SPSS Statistics 22.0统计软件对精米和糙米平均数进行T检验，比较样本平均值差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同地点小米水分、脂肪、淀粉和黄色素含量

不同种植地点和加工精度小米水分、脂肪、淀粉及黄色素含量分析如表1。不同地点精米、糙米水分含量变异系数较小，差异不显著，含水量都小于13%，符合GB/T 11766—2008[17]。精米、糙米之间水分含量差异不显著。

表1 不同种植地点和加工精度小米的基本指标分析

不同地点之间脂肪含量差异显著，糙米、精米都以莱州地点小米脂肪含量最高。糙米脂肪平均质量分数为4.3%，精米脂肪平均质量分数为1.8%，精米脂肪含量显著低于糙米脂肪含量。4个地点糙米脂肪质量分数大于或等于4.0%，而精米脂肪质量分数均低于2.5%，加工精度对小米脂肪含量影响较大。

不同地点之间糙米、精米淀粉含量差异显著，以柳埠地点小米淀粉含量最高，龙山地点小米淀粉含量最低；精米淀粉质量分数平均为69.2%，糙米淀粉平均质量分数67.5%，精米淀粉含量显著高于糙米淀粉含量。说明种植地点和加工精度对小米淀粉含量影响显著。

糙米黄色素质量分数变幅24.30～33.42 mg/kg，变异系数14.40%，精米黄色素质量分数变幅24.02～33.73 mg/kg，变异系数14.91%，精米、糙米变异系数较大；不同地点之间糙米、精米黄色素含量差异显著；莱州地点黄色素含量最高；龙山地点小米黄色素含量最低；说明地点因素对小米黄色素含量影响显著。精米、糙米黄色素含量差异不显著，加工精度对小米黄色素含量影响较小。

2.2 不同地点间小米氨基酸含量的差异

不同种植地点和加工精度小米氨基酸组成分析如表2。

表2 不同种植地点和加工精度小米氨基酸组成分析/%

不同地点糙米氨基酸变异系数2.72%，说明种植地点对氨基酸含量影响较小。精米氨基酸总和变异系数5.12%，比糙米氨基酸略大；说明不同加工会对氨基酸总和含量有影响。糙米中除胱氨酸、蛋氨酸等变异系数大于10%外，其他氨基酸变异系数都小于10%，变异相对较小，种植地点对氨基酸组成影响较小。

加工精度对17种氨基酸影响均显著，表现为糙米氨基酸各组分含量显著高于精米氨基酸组分含量，精米氨基酸总和9.86%显著低于糙米氨基酸总和10.92%。

17种氨基酸中最大量氨基酸为谷氨酸，其次为亮氨酸，再次为胱氨酸；赖氨酸为小米的第一限制氨基酸，赖氨酸占氨基酸总和2%左右，总体含量较低。糙米中赖氨酸含量0.25 mg/kg，精米中赖氨酸含量为0.21 mg/kg，糙米加工成精米过程中会造成部分赖氨酸的损失。总体来说，种植地点对氨基酸组成及氨基酸总和有一定影响；而加工精度对之影响显著。

2.3 不同地点小米硒、铁、铅、镉含量差异

种植地点和加工精度小米金属元素硒、铁、铅、镉的含量分析如表3。无论糙米还是精米，不同地点之间小米硒、铁、铅、镉含量存在显著差异，说明种植地点对小米中4种矿质元素含量影响显著。糙米、精米都以龙山地点小米硒含量最高(龙山地点谷子生育期喷施富硒微肥是造成龙山小米硒含量较高的原因之一)，曹范次之；莱州地点小米硒含量最低。铁元素含量4个地点相对变幅较小，糙米铁元素含量变幅18.4～27.7 mg/kg，精米铁元素含量11.9～22.5 mg/kg，曹范地点小米铁元素含量最高，济南柳埠点小米含铁量最低。不同种植地点糙米铅元素含量变幅0.044～0.079 mg/kg，精米铅含量变幅0.034～0.074 mg/kg，都远低于食品安全国家标准铅限量值0.2 mg/kg。不同地点糙米镉含量变幅0.012～0.021 mg/kg，精米镉含量变幅0.008～0.016 mg/kg，镉含量也都远低于食品安全国家标准镉限量值0.1 mg/kg[19]。糙米和精米之间硒平均含量差异不显著，加工精度对小米中硒含量影响不显著；糙米和精米之间铁、铅、镉含量差异显著，加工精度对小米中铁、铅、镉影响显著。

表3 不同种植地点和加工精度小米中金属元素含量分析

3 讨论

本研究中不同种植地点对小米脂肪、淀粉、黄色素含量影响显著， 说明种植地点显著影响小米品质。不同种植地点小米黄色素含量差异较大，这和杨延兵等[3]对山东不同生态地点因素对小米黄色素含量影响结论基本一致。龙山、曹范、柳埠尽管都在济南市范围内，脂肪、淀粉、黄色素含量差异显著，说明农业生态小气候对小米商品及营养品质有重要影响，这也说明优质小米生产区域性较强。本研究中莱州点小米脂肪、黄色素含量最高，龙山地点小米黄色素含稍低，可能与莱州地点生态气候和土壤特点有关。莱州为环渤海地区，地处胶东半岛，种植地点为低山丘陵区；而龙山地点属于山前冲积-洪积平原区，区域性气候和土壤类型存在较大差异。莱州小米颜色较黄，黄色素含量相对较高，具体和土壤、气候哪种影响因素关系密切尚需进一步研究。

加工精度对小米脂肪、淀粉含量、氨基酸影响显著，脂肪、氨基酸含量精米显著低于糙米，淀粉含量精米显著高于糙米。主要原因在于糙米在加工成精米过程中，胚、皮层和糊粉层部分多被去除，余下部分多为籽粒胚乳部分；而胚是籽粒中脂肪、蛋白较高的器官，糊粉层也是蛋白质含量高的器官，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，减少脂肪、氨基酸等营养成分的损失，也是需要研究的问题之一。张爱霞等[13]研究表明糙米加工成精米过程中产生的米糠和碎米混合物(主要包含种皮、糊粉层、胚和少量胚乳)，其蛋白质、脂肪含量远高于糙米中的含量。加工精度对黄色素含量影响不显著，甚至精米黄色素含量比糙米略微升高，主要因为谷子黄色素主要在胚乳中积累，谷糠和谷壳中含量较低[18]。

不同地点之间硒、铁含量变异系数较大，差异显著，说明地点因素对小米硒、铁含量影响较大。这与刘晓东、赵宇等[8,9]研究认为硒、铁含量受地域因素影响差异极显著基本一致。研究中章丘龙山、曹范地点小米硒含量相对较高，一方面和当地土壤硒含量背景值较高有关，据赵西强等[19]关于章丘地区土壤硒含量报道，龙山属于中硒土壤(0.2～0.4mg/kg)，曹范多属于富硒土壤(>0.4 mg/kg)；另一方面，龙山试点在谷子生长过程中合作社喷施了富硒微肥，也是小米硒含量偏高的原因。硒、铁是非常重要的微量营养元素，依靠自然资源的禀赋条件生产营养强化型功能食品是未来营养导向性农业的重要方向。最新营养与健康状况监测显示我国居民硒实际摄入量低于推荐量，利用富硒土壤研发富硒农产品是满足我国居民食品消费营养健康需求的重要举措[20]。

不同地点之间小米铅、镉差异显著，加工精度对小米铅、镉含量影响显著。本研究中所有试点小米铅、镉都虽然都有检出，但其含量都在国家标准[21]允许限量范围内，说明所有试点的土壤中铅、镉含量不超标。如果谷子种植区土壤重金属含量超标，会直接影响到谷子的产量和品质，并对人体健康产生潜在危害。

4 结论

加工精度对小米的脂肪、淀粉、氨基酸含量和微量元素铁影响较大，和糙米相比，精米脂肪、氨基酸、铁含量显著降低，淀粉含量显著升高，控制小米加工精度，可以显著减少营养成分的损失。种植地点对小米脂肪、淀粉、黄色素含量，矿质元素硒、铁含量影响显著，利用种植地点的自然禀赋条件可以生产营养强化型小米。