全国主要谷子品种的营养及食用品质分析

刘建垒，王文娟，王瑞杰，赵璐瑶，常 柳，杨维巧，张 东，孙 辉，段晓亮

(国家粮食和物资储备局科学研究院粮食品质营养研究所1，北京 102629) (山东省粮油检测中心2，济南 250100)

谷子(Setariaitalica)是起源于中国的古老农作物[1]，脱壳后称小米(Foxtail millet)。我国是世界上谷子种植面积最大的国家，2019年，我国谷子播种面积为83.1万hm2，总产量达254万t，单产也达到了历史最高点[2]。与小麦粉和稻米等主粮相比，小米不仅富含蛋白质、脂肪、膳食纤维、维生素等营养物质[3]；而且含有丰富的功能活性成分，如酚类、活性肽、类胡萝卜素等，具有降血糖、降血脂、降血压等多种保健功能[4,5]。目前，国内外对谷子或小米的营养成分进行了大量的研究，有关谷子或小米蛋白质[6-9]、脂肪[6, 8, 9]、淀粉[7, 9]、膳食纤维[10-12]、维生素[13]、矿物元素[13-15]等均有较多的报道。但这些研究通常样本量较少，且缺乏同批样品的营养指标的全面比较；而大样本的研究多集中在少数几个营养指标，或采用近红外等快速检测的方法进行测定[7, 9]，同国家标准方法测定的结果还存在一定的差距。此外，小米的营养还受品种[8]、区域[10]、气候条件和土壤类型[16]及加工精度[17]等众多因素的影响，如品种因素主要对蛋白质和脂肪含量的影响显著，地域因素主要对小米中的蛋白质、脂肪和膳食纤维含量影响显著[10]；温度、降雨、海拔、日照时间等气候条件会影响氨基酸和蛋白质的积累，土壤因素主要影响小米各种矿物质元素的积累[16]；同一小米的营养还受加工精度的影响，加工精度高的小米脂肪、氨基酸和铁含量降低，淀粉含量升高[17]。

除了营养指标外，食用品质也是衡量谷子品质的关键指标。小米的食用方式以煮粥为主，但此前由于缺少广泛认可的评价方法，目前我国关于小米食用品质尚缺乏全面系统的评价。为此，本团队建立了小米食用品质感官评价方法[18]，并在大量样品中进行实践，得到质检机构和同行专家的广泛认可。本研究对全国谷子主要品种的食用品质进行评价，对全面了解我国谷子品种的食用品质具有一定的指导意义。

本研究全面分析了我国主推谷子品种的营养品质及食用品质，为全面了解我国谷子品种的营养及食用品质提供了丰富的数据支撑；同时建立了较为完善的谷子品质营养资源数据库，通过比较不同种植省份的谷子的营养和食用品质，对于挖掘谷子的区域优势，推动谷子产业高质量发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料

根据农业农村部全国农业技术推广服务中心2018年10月发布的《2017年全国农作物主要品种推广情况统计》中谷子主要品种推广面积，依托国家谷子高粱产业技术体系，从全国11个谷子主产省份收集了103个2020年新收获的主推谷子品种样品，涉及46个品种，代表面积占全国谷子种植面积的80%以上。样品分布及主要品种如表1所示。

表1 实验收集谷子样品的分布及品种

1.2 仪器与设备

XMJ100型胚芽米机(鲜米机)，直径22 cm不锈钢材质带盖平底锅等。

1.3 方法

1.3.1 试样准备

试样的扦样、分样按GB/T 5491—1985执行，样品经过人工筛分和挑选，去除泥土、砂石、异种粮粒等杂质及病斑粒等不完善粒。谷子经碾米得到糙小米，用于营养指标的测定；将糙小米进一步碾米制备得到精小米，用于食用品质的评价。

1.3.2 营养指标检测方法

水分按GB 5009.3—2016第一法测定；粗蛋白按GB 5009.5—2016第一法测定；粗脂肪按GB 5009.6-2016第一法测定；总淀粉按GB 5009.9—2016第二法测定；膳食纤维按GB 5009.88—2014法测定；维生素B1按GB 5009.84—2016第一法测定；维生素B2按GB 5009.85—2016第一法测定；矿物元素按GB 5009.268—2016法测定，其中铁铜锌硒锰按第一法，钾钠钙镁磷按第二法测定。所有营养成分均以干基计。

1.3.3 食用品质评价方法

1.3.3.1 小米粥制作方法

参考刘建垒等[18]的方法，称取100 g精小米，放入带盖平底锅中，用自来水快速淘洗2次，沥尽余水。按米水质量比1∶20加入预先烧开的生活饮用水，盖上锅盖，在电磁炉2 100 W下煮沸；取下锅盖，将电磁炉功率调至1 400 W，继续煮至25 min。期间间歇搅拌几次，防止粥沸腾溢出。

将锅从电磁炉上取下，室温下放置，待温度降至65～70 ℃(约20 min)时，搅匀并分装到100 mL烧杯中，每杯80 mL，供品尝评定。

1.3.3.2 小米粥食用品质感官评价方法

参考刘建垒等[18]的方法，并对评分标准的细则略有改动，见表2。感官评价人员由8位经过培训且考核合格的品评员组成。品评时先观察小米粥的色泽和均匀性；用勺子搅匀后，再通过咀嚼品尝其滋味及适口性，对比参照样品进行评分。根据每个品评员的综合评分结果计算平均值，个别人员品评误差大者(误差超过平均分5分以上)舍弃，舍弃后重新计算平均值，最后以综合评分的平均值作为小米粥食用品质感官评定的结果，计算结果取整数。

表2 小米粥食用品质评分标准

1.4 数据处理与统计分析

每个实验重复2次，结果以平均值表示。用IBM SPSS Statistics 25软件进行多变量方差分析，对品种、省份及两者交互作用对谷子营养及食用品质的效应进行检验。

2 结果与讨论

2.1 不同省份谷子营养及食用品质比较

2.1.1 粗蛋白、粗脂肪、总淀粉含量

由表3可见，全国谷子样品粗蛋白含量为8.7～13.7 g/100 g，平均值10.4 g/100 g。各区间分布为：≥12 g/100 g的样品数量占8.74%；11～12 g/100 g区间的样品数量占18.45%；10～11 g/100 g区间的样品数量最多，占比39.81%；9～10 g/100 g区间的样品数量占29.13%；<9 g/100 g的样品数量占比3.88%。不同省份比较来看，山西、宁夏、陕西和新疆的谷子样品粗蛋白含量的平均值最高，均超过11g/100 g；而河南、辽宁、吉林谷子粗蛋白含量的平均值最低，均在10 g/100 g以下。

全国谷子样品粗脂肪含量为1.5～5.5 g/100 g，平均值为3.3 g/100 g。各区间分布为：≥5 g/100 g的样品数量占1.94%；4～5 g/100 g区间的样品数量占19.42%；3～4 g/100 g区间的样品数量最多，占比44.66%；2～3 g/100 g区间的样品数量占33.01%；<2 g/100 g的样品数量占比0.97%。不同省份比较来看，山西、宁夏、陕西和山东的谷子样品粗脂肪含量的平均值最高，均超过3.5 g/100 g；黑龙江和辽宁谷子粗脂肪含量的平均值最低，均在3.0 g/100 g以下。

全国谷子样品总淀粉含量为62.0～77.2 g/100 g，平均值为69.9 g/100 g。各区间分布为：≥75 g/100 g的样品数量占7.77%；70～75 g/100 g区间的样品数量占43.69%；65～70 g/100 g区间的样品数量最多，占比44.66%；<65 g/100 g的样品数量占比3.88%。不同省份比较来看，黑龙江、辽宁和吉林的谷子样品总淀粉含量的平均值最高，均超过72.0g/100 g；再次为山西和新疆谷子总淀粉含量的平均值最低，不超过67.0 g/100 g。

杨延兵等[6]报道了全国270个谷子品种的蛋白质平均质量分数为(11.18±1.14)%，脂肪平均质量分数为(4.00±0.42)%，均较本研究结果略高；不同地区比较中，蛋白质平均含量在西北早熟春谷区最高，华北夏谷区最低；而不同地区的脂肪含量差异不显著，与本研究的结果不完全一致。田翔等[7]测定的全国191份谷子蛋白质质量分数为9.82%～16.63%，平均值为13.05%；淀粉质量分数为70.13%～82.15%，平均值76.27%，均较本研究结果高，其原因主要与测定方法不同有关。Yang等[9]测定了全国6个省份的259份小米样品的粗脂肪和总淀粉含量，发现小米粗脂肪质量分数为2.82%～4.47%，平均值为3.64%；总淀粉质量分数为65.6%～74.1%，平均值为70.2%。粗脂肪和总淀粉含量的变幅均较本研究结果小，但粗脂肪和总淀粉的平均含量与本研究基本一致。通常日照时间长、降雨量少及土质营养丰富的地域有利于蛋白质的积累，而高海拔、黄土类型土壤有利于脂肪的积累[19]。

表3 粗蛋白、粗脂肪、总淀粉的含量/g/100 g

2.1.2 膳食纤维含量

由表4可见，全国谷子样品总膳食纤维在2.02～5.16 g/100 g之间，平均值为3.22 g/100 g。各区间分布为：≥5 g/100 g的样品数量占1.94%；4～5 g/100 g区间的样品数量占16.50%；3～4 g/100 g区间的样品数量占34.95%；2～3 g/100 g区间的样品数量最多，占比46.60%。不同省份比较来看，宁夏、吉林、辽宁和新疆的谷子样品总膳食纤维含量的平均值最高，均超过3.70 g/100 g；河南和河北谷子总膳食纤维含量的平均值最低，均在2.90 g/100 g以下。

谷子总膳食纤维中，不溶性膳食纤维占比为88.7%～100%，平均占比为99.2%；全部103个样品中，仅有11个样品中检测出可溶性膳食纤维，含量范围为0.18～0.34 g/100 g，且以新疆和山西的谷子为主。

表4 膳食纤维的含量/g/100 g

有关小米膳食纤维的报道不多，尤其是对于大样本的小米样品中膳食纤维的含量鲜见报道。梁克红等[10]报道了我国5个地区7个品种小米膳食纤维含量的变幅为1.30～2.91 g/100 g，且品种对膳食纤维的影响不显著；较本研究的结果低，这可能与碾米程度不同有关。张玲艳[11]研究发现小米中的膳食纤维以不溶性膳食纤维为主，占总膳食纤维含量的74%～98%，与本研究的结果一致。

2.1.3 维生素含量

由表5可见，全国谷子样品维生素B1含量在0.129～0.353 mg/100 g之间，平均值为0.237 mg/100 g。各区间分布为：≥0.30 mg/100 g的样品数量占10.68%；0.25～0.30 mg/100 g区间的样品数量占24.27%；0.20～0.25 mg/100 g区间的样品数量最多，占比45.63%；0.15～0.20 mg/100 g区间的样品数量占14.56%；<0.15 mg/100 g的样品数量占比4.85%。不同省份比较来看，新疆、陕西和山东的谷子样品维生素B1含量的平均值最高，均超过0.27 mg/100 g；而吉林、辽宁和黑龙江谷子维生素B1含量的平均值最低，均在0.20 mg/100 g以下。

全国谷子样品维生素B2含量在0.052～0.141 mg/100 g之间，平均值为0.080 mg/100 g。各区间分布为：≥0.10 mg/100 g的样品数量占5.83%；0.08～0.10 mg/100 g区间的样品数量占45.63%；0.06～0.08 mg/100 g区间的样品数量最多，占比46.60%；<0.06 mg/100 g的样品数量占比1.94%。不同省份比较来看，山东、宁夏和吉林的谷子样品维生素B2含量的平均值最高，均超过0.088 mg/100 g；而河南、陕西和新疆谷子维生素B2含量的平均值最低，均在0.074 mg/100 g及以下。

表5 维生素B1和维生素B2的含量/mg/100 g

刘晓辉等[13]分析了吉林省240个小米品种的维生素B1和维生素B2含量，发现小米中维生素B1含量范围为0.477～0.681 mg/100 g，平均含量为0.557 mg/100 g；维生素B2的含量范围为0.081～0.168 mg/100 g，平均含量为0.100 mg/100 g。王丹丹等[20]分析了全国50 份谷子的维生素B1含量范围为0.36～0.68 mg/100 g，平均含量为0.48 mg/100 g；维生素B2含量范围为0.03～0.72 mg/100 g，平均含量为0.07 mg/100 g。其维生素B1均较本研究的结果高，主要与检测方法不同有关；维生素B2含量与本研究的结果相近。

2.1.4 矿物元素含量

由表6可见，常量元素中，全国谷子样品的Ca、Mg、P、K和Na含量平均值分别为198、2 267、4 771、4 024、118 mg/kg。各省4种常量元素Ca、Mg、P、K的平均含量均在全国样品平均值以上的省份有山西、山东、辽宁和新疆。由表7可知，微量元素中，全国谷子样品的Fe、Zn、Se、Cu和Mn含量平均值分别为52.8、37.9、0.052、6.33和13.6 mg/kg。各省人体必需的微量元素Fe、Zn、Se、Cu及人体可能必需的微量元素Mn的平均含量均在全国样品平均值以上的省份有山西、内蒙古和山东。

有关谷子中多种矿物元素含量的报道通常样本量较少。如赵闪闪等[21]报道了辽宁地区3个小米的矿物元素中Ca含量40.2～140 mg/kg，Mg含量为1151～1755 mg/kg，Fe含量为79.9～134 mg/kg，Zn含量为16.2～30.6 mg/kg，Cu含量为2.20～4.40 mg/kg；其中除了Fe含量较本研究中结果高外，其余矿物元素的含量均较本研究的结果低。冯利芳[22]报道了内蒙古地区44份小米的矿物元素中Ca含量为120.9～344.7 mg/kg，Mg含量405.5～1306.7 mg/kg，Fe含量为7.69～31.07 mg/kg，Zn含量范围为15.10～46.26 mg/kg，Cu含量范围为2.06～5.81 mg/kg；均较本研究的结果低。此外，研究还发现河北省部分谷子样品的Na含量远超平均值，这可能与种植土壤有关。

表6 常量元素的含量/mg/kg

表7 微量元素的含量/mg/kg

有关谷子中Se含量的报道较多，如刘三才等[23]报道了全国112份谷子的Se含量平均值为0.053 mg/kg，与本研究结果基本一致；而不同地区的小米Se含量比较发现，西北内陆和黄土高原的品种Se含量最高，其次是东北平原、华北平原，最低是内蒙古高原；这与本研究的结果有一定的差异。Liu等[15]测定了200份全国主产区的谷子品种及品系中Se的含量，发现谷子中的Se含量平均值为0.100 mg/kg，较本研究的结果高；且山西的小米品种Se含量最高，内蒙古的小米品种Se含量最低，这与本研究的结果也有一定的差异。小米中矿物元素的含量与土壤、品种等因素相关[16]，栽培管理中叶面喷施富硒营养液还可提高小米籽粒硒的含量[24]，这些因素均造成了不同地区和品种的小米中矿物元素的含量存在较大差别。

2.1.5 小米粥的食品评分值

小米粥的食品评分值是评价谷子质量的重要指标。全国谷子样品小米粥的食品评分值在68～91分之间，平均值为86分。具体分布情况为：≥90分的样品数量占6.80%；85～90分区间的样品数量最多，占比78.64%；80～85分区间的样品数量占8.74%；<80分的样品数量占比5.83%。不同省份比较来看，内蒙古、山东、河南、陕西、辽宁和新疆6省区的谷子样品小米粥的食品评分值的平均值最高，达到88分；其次为吉林省87分；再次为山西和河北，平均值均为86分；而黑龙江和宁夏最低，分别为83和82分(表8)。

综合评分较低的样品主要表现在小米粥分层明显，口感较粗糙。小米粥的各项评分中色泽、均匀性、适口性和滋味的平均分均在全国平均分以上的有内蒙古、河南、陕西、山东、辽宁和新疆，这也使其具有更高的食用品质综合评分。

2.2 不同品种谷子营养及食用品质比较

为更好地对不同品种谷子的营养成分进行比较，进一步列出了各营养成分含量最高的前5个谷子品种及其采集地点，如表9所示，晋谷29号的粗蛋白、粗脂肪和维生素B1含量均最高；黄金苗的粗蛋白和总膳食纤维含量较高；晋谷21号的粗蛋白、粗脂肪、维生素B1、维生素B2、不溶性膳食纤维和总膳食纤维的含量较高；峰红4号的粗蛋白和粗脂肪含量较高；长农35号和张杂谷13号的不溶性膳食纤维、总膳食纤维及维生素B1含量较高；豫谷18的可溶性膳食纤维及维生素B2含量较高；中谷2的可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维及总膳食纤维含量均较高。小米粥的食品评分值≥90分的谷子品种及采集地点有保谷22(河北省保定市)、汾选3号(陕西省榆林市)、济谷19(山东省淄博市)、中谷2(山东省淄博市、新疆昌吉州)、冀谷42(河北省石家庄市)、张杂谷13号(内蒙古赤峰市)。

同一品种谷子的营养成分含量和小米粥的食品评分值在不同种植地区的表现也不同，如晋谷21号在新疆和陕西种植的粗蛋白含量最高，在宁夏和山西种植的粗脂肪含量最高，在陕西种植的维生素B1含量最高，在宁夏种植的不溶性膳食纤维、总膳食纤维及维生素B2含量均最高；其小米粥的食品评分值在山西和新疆种植的最高，其次为宁夏和陕西种植的。

不同谷子品种因受遗传因素的影响，各营养物质的含量和食用品质不同；而同一品种在不同地区种植的营养成分含量和食用品质也存在差异，这又与种植地点的气候条件、土壤类型及栽培管理等因素有关。因此，未来可以将谷子的营养及食用品质同种植区域的自然条件有效结合，筛选出适宜特定地区种植的高营养或高食用品质的谷子品种。

表8 小米粥的食品评分值/分

表9 各营养成分含量最高的前5个谷子品种及其采集地点

2.3 品种、省份及两者交互作用对谷子营养及食用品质的影响

对品种、省份及两者交互作用对谷子营养及食用品质的影响进行主体间效应检验，表10结果显示，品种对粗蛋白、粗脂肪、可溶性膳食纤维、Na含量及粥的色泽、均匀性、适口性及小米粥的食品评分值均有极显著的影响(P≤0.01)，对维生素B1含量和粥的滋味均有显著影响(P≤0.05)。省份对可溶性膳食纤维、维生素B1、维生素B2、Na、Zn、Se的含量及粥的适口性均有极显著的影响(P≤0.01)，对粗脂肪含量有显著影响(P≤0.05)。品种和省份的交互作用对可溶性膳食纤维和Na含量均有极显著的影响(P≤0.01)，对粗蛋白、粗脂肪含量及粥的适口性均有显著影响(P≤0.05)。

总体看来，品种更多的影响谷子的食用品质，省份更多的影响谷子的营养成分，特别是矿物元素的含量。粗脂肪、可溶性膳食纤维、Na含量及粥的适口性同时受品种、省份及两者交互作用的影响。李珊珊[19]对7个品种在5个地区种植的谷子分析发现，蛋白质和脂肪受品种和地域因素差异都显著，而维生素B1、维生素B2受地域因素影响较大。梁克红等[10]对7个小米品种在我国5个地区种植的营养品质比较发现，地域因素对小米营养品质的影响作用更大。张艾英等[16]对2个品种在2个地区连续种植5年的小米品质进行分析，发现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，这与本研究的结果基本一致。

表10 主体间效应检验

3 结论

谷子样品粗蛋白、粗脂肪和总淀粉平均含量分别为10.4、3.3、69.9 g/100 g；总膳食纤维含量平均值为3.22 g/100 g，且不溶性膳食纤维平均占比达99.2%；维生素B1、维生素B2平均含量为0.237、0.080 mg/100 g；小米粥的食品评分值平均为86分。晋谷29号的粗蛋白、粗脂肪和维生素B1含量均最高；长农35号的总膳食纤维和不溶性膳食纤维的含量最高。山西、陕西、宁夏和新疆4省区谷子样品的粗蛋白、粗脂肪、总膳食纤维平均含量均在全国平均值以上；山西和山东2省谷子样品的维生素B1、维生素B2及矿物元素的平均含量均在全国平均值以上；内蒙古、山东、河南、陕西、辽宁和新疆6省区谷子样品小米粥食品评分值平均值最高。品种更多地影响谷子的食用品质，省份更多地影响谷子的营养成分，特别是矿物元素的含量。品种和省份的交互作用对粗蛋白、粗脂肪、可溶性膳食纤维和Na含量及粥的适口性的影响均达到显著水平。通过比较谷子不同品种及种植省份的营养和食用品质，对于挖掘区域优势，推动谷子产业高质量发展具有重要意义。

致谢：感谢国家谷子高粱产业技术体系岗位专家，河北省农林科学院生物技术与食品科学研究所刘敬科研究员在谷子样品收集方面提供的大力支持。