吳立根，屈凌波

（1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南鄭州450001；2.河南工業(yè)大學(xué)小麥和玉米深加工國家工程實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州450001；3.鄭州大學(xué)，河南鄭州450001）

谷子在中國種植歷史悠久，曾經(jīng)是主要的糧食作物，因?yàn)楫a(chǎn)量低于小麥、水稻而屬于雜糧，但是谷子相比較于主糧作物部分營養(yǎng)含量和功能特性更具有優(yōu)勢，如多酚含量，維生素E，維生素B1、B2含量均高于小麥和大米。利用谷子的營養(yǎng)和功能特性研究開發(fā)相關(guān)食品，特別是開發(fā)小米主食產(chǎn)品非常有意義，不僅小米食品主食化有利于中國居民健康水平的提高，而且如果谷子如能重歸主食行業(yè)更能緩解中國糧食供給的壓力，減少糧食的進(jìn)口額度。

1 谷子的資源與分布

谷子[Setaria italica（L.）P.Beauv.]屬禾本科狗尾草屬，發(fā)源于8 700年前的中國黃河流域[1]，品種很多如黏米（proso millet）、黃小米（foxtail millet）、珍珠米（pearl millet）、稗小米（barnyard millet）、穇米（finger millet）、小粒小米（little millet）等[2]。谷子具有生育期僅80 d到130 d之間，具有耐旱、貧瘠土壤和耐儲(chǔ)藏的優(yōu)勢[3]。

世界種植谷子月250萬公頃，其中中國占80%，印度種植面積第二，其余地方極少量種植，中國有23個(gè)省區(qū)種植谷子其中西北地區(qū)的陜、晉、甘、寧夏、內(nèi)蒙5省區(qū)占全國的15.6%，華北地區(qū)的冀、魯、豫三省占64.3%，東北區(qū)三省占13.9%，此3個(gè)種植區(qū)占全國總量的96.9%，全國最大產(chǎn)量的3個(gè)省區(qū)合計(jì)占全國的一半以上，分別是河北占全國的25.3%、山西占全國的17.9%和內(nèi)蒙古占全國的15%[4]。

全國各地谷子的產(chǎn)量產(chǎn)別很大，2012年的東北區(qū)和華北區(qū)的谷子平均產(chǎn)量為3000kg/hm2到5250kg/hm2，其中山東和吉林產(chǎn)量處全國高水平的位置，西北區(qū)谷子產(chǎn)量平均在2 250 kg/hm2到4 500 kg/hm2，其中陜西和甘肅兩省產(chǎn)量處于全國最低水平；當(dāng)然這些是大田的平均產(chǎn)量，有特殊高產(chǎn)情況，如科研人員在寧夏固原地區(qū)某示范村種植60.1 hm2的新品種晉谷43號(hào)平均產(chǎn)量高到7 175 kg/hm2，最高的單產(chǎn)量有10 470 kg/hm2[5]；還有內(nèi)蒙古呼市種植實(shí)驗(yàn)品質(zhì)14個(gè)平均產(chǎn)量7 544 kg/hm2，最高產(chǎn)量有9 628.05 kg/hm2[6]。當(dāng)然，谷子的產(chǎn)量還與品種、種植技術(shù)和田間管理有關(guān)系，在此不再贅述。

受市場的牽引2014年谷子的價(jià)格曾經(jīng)高到8元/kg以上，價(jià)格上揚(yáng)帶動(dòng)種植面積的增加，2015年多種植面積比2014年增量15%，直接的結(jié)果是2015年谷子市場價(jià)格自8元/kg下跌至5.0元/kg，2016年掉到3.5 元/kg[7]。

2 谷子的營養(yǎng)和功能

谷子的蛋白質(zhì)含量全國范圍內(nèi)變化較大9.28%～15.8%[8-9]，現(xiàn)有的報(bào)道的含量最高平均含量15.8%[10]，最低的平均含量10.7%，部分省份的平均含量有報(bào)道的更低些如2009年張敏等[11]報(bào)道黑龍江11個(gè)谷子蛋白質(zhì)平均9.63%，谷子蛋白質(zhì)的含量與種植區(qū)域有關(guān)，同一品種在不同區(qū)域的含量差異顯著[12]，在不同的生態(tài)種植區(qū)蛋白質(zhì)含量最高的是西北內(nèi)陸，接下來是黃土高原，然后是華北平原和東北平原，最低的是內(nèi)蒙古高原，育成品種與地方品質(zhì)比較，蛋白質(zhì)含量地方品質(zhì)顯著高于育成品種[13]，谷子中清、球、谷、醇溶4種蛋白質(zhì)含量的平均水平分別是每100克谷子中含有0.34、1.17、1.39、1.22 g[14]。

谷子中碳水化合物含量在70%左右，各種報(bào)道有不少的差異，小米的纖維素含量是大米的2.5倍，D.B.Wankhede等[15]報(bào)道小米碳水化合物63%～70%含量，淀粉56%～61%，有報(bào)道小米中碳水化合物含量74.61%[11]，淀粉含量 63%～78%，平均 71%[16]，其中直鏈淀粉含量19.54%～32.55%，抗性淀粉含量1.32%～3.61%，慢速消化淀粉占淀粉含量40.68%，2 h內(nèi)不被消化的淀粉值16.18%，這些淀粉特征值影響谷子的消化性能，直鏈淀粉含量和支鏈淀粉的重結(jié)晶性對谷子消化性影響同樣大，不同品種、不同產(chǎn)地區(qū)域性差異大，當(dāng)然受種植技術(shù)中施肥和環(huán)境因素的影響[17]。不同的谷子的糊化特性差異性較大，由于小米的食用方式熬粥占大比例，在選擇原料時(shí)谷子的糊化特性顯得很重要，值得指出的是內(nèi)蒙古產(chǎn)區(qū)的谷子較其他地方的谷子糊化最難，谷子的糊化時(shí)間10.82 min比較容易糊化的山東谷子長了2.07 min、糊化溫度達(dá)到81.80℃比山東谷子的糊化溫度高了6.4℃，產(chǎn)地不同小米糊化溫度和糊化時(shí)間差距不小[12]。

谷子的脂肪含量平均值在3.1%～5.2%之間變動(dòng)[18]，這里是平均值，其實(shí)個(gè)別品種的脂肪含量可達(dá)到6.78%如靠山紅[9]，谷子的產(chǎn)地對脂肪含量的影響相對較小，與蛋白質(zhì)含量不同的是谷子的脂肪含量在育成品種和當(dāng)?shù)仄贩N之間沒有顯著差異，谷子的脂肪酸組成有16.81%的飽和脂肪酸，以棕櫚酸和硬脂酸最多，不飽和脂肪酸含量高于80%的比例，其中亞油酸占絕大多數(shù)，含量65%以上[19]。

維生素E又稱生育酚是谷子被人們用來病后或生育后補(bǔ)養(yǎng)身體的依據(jù)，其含量范圍在39.66 μg/g～95.84 μg/g，谷子的維生素E含量是作為育種的指標(biāo)之一，經(jīng)過20年的努力谷子的維生素E含量大幅度提高了，但是，不同品種的維生素E含量存在差異，不同的種植生態(tài)區(qū)的谷子維生素E含量差異較大，其中來自陜西的谷子維生素E含量顯著高于其他省區(qū)，為平均82.84 μg/g，甘肅產(chǎn)區(qū)的谷子維生素E含量處于較低水平平均 61.56 μg/g，兩者平均含量相差 21.28 μg/g[20]。

谷子中維生素B1和B2含量頗高[21-22]，其中維生素B1含量0.57 mg/100 g，而小麥的維生素B1含量為0.46 mg/100 g，高出0.11 mg/100 g，而谷子中的維生素B2含量為0.12 mg/100 g，是小麥維生素B2的含量的2倍，中國居民膳食中維生素B1和維生素B2攝入量不能滿足需要，因此，小米是居民食補(bǔ)維生素B1和VB2的良好食材。然而，谷子維生素B1和維生素B2含量雖然豐富如果加工方法不合理損失還是較多的，蒸和煮都對小米維生素B1和維生素B2有顯著影響，蒸的方式處理小米減少81%維生素B1含量，可是煮的方式要好于蒸，可少減少3%的維生素B1含量；對于維生素B2來說蒸和煮處理的影響效果差異非常大，蒸小米27%的維生素B2損失了，而煮小米損失維生素B2高到73%[23]。

谷子中含有豐富的類胡蘿卜素其含量在1.10μg/g～19.55 μg/g[24]，且不同產(chǎn)區(qū)的谷子類胡蘿卜素含量差異很大[25]，遼寧的谷子類胡蘿卜素含量是黑龍江谷子的1倍還多[20]，谷子的類胡蘿卜素含量與籽粒的外觀品質(zhì)有關(guān)，外觀越好看類胡蘿卜素含量越高，因?yàn)轭惡}卜素是維生素A的前體，谷子里的含量高于柑橘等水果可以作為良好的天葉黃素食補(bǔ)來源，當(dāng)然，人體單純吸收類胡蘿素的比例較低且變化較大，最小吸收率為2%，最大為50%，不過油脂可促進(jìn)其吸收[26]。

谷子中礦物元素特別需要指出的是其硒元素的含量平均 0.053 3 μg/g[16]，GB/T 22499-2008《富硒稻谷》規(guī)定富硒稻谷的硒含量在0.04 μg/g～0.30 μg/g，谷子的硒含量與產(chǎn)地相關(guān)，與籽粒的顏色相關(guān)，其中，西北谷子含量最高，接下來是黃土高原，再接下來是華北、東北平原、最后是內(nèi)蒙古產(chǎn)區(qū)，紅色谷子的硒含量最高，其次是黃色谷子，青色谷子，最低的是褐色谷子，硒含量與谷子籽粒中蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)正向相關(guān)[10]。

小米含多酚主成分是酚酸和丹寧，酚類在谷子籽粒中分布不均勻，種皮層含總量60%的多酚，主要的結(jié)合態(tài)的酚是阿魏酸（18.60 mg/100 g）[27]和香豆酸，此兩種酚的游離態(tài)只有它們總量4%和1%[28-29]，小米中游離酚原兒茶酸35.73 mgGAE/100 gDW～45.0 mgGAE/100 gDW、結(jié)合酚 64.40 mgGAE/100 gDW[30]，小米清除羥基自由基率高達(dá)91%，高于小麥、高粱和大米[31]，提示小米中酚類化合物的含量可能更高，小米酚類化合物有很強(qiáng)的抗氧化活性生理功效[32]。蒸的處理能使小米結(jié)合酚的比例分別提高8和16個(gè)百分點(diǎn)，減少游離酚、結(jié)合酚的絕對含量58%和40%，煮小米中減少游離酚59%、結(jié)合酚6%，游離酚在蒸煮加工環(huán)節(jié)損失過半，小米中游離黃酮379.83 mg GAE/100 g DW和結(jié)合黃酮240.94 mgGAE/100 g DW，蒸處理減少游離黃酮61%和總黃酮33%，煮加工減少游離黃酮81%和總黃酮47%，煮的加工方式對黃酮損失很嚴(yán)重，無論是蒸還是煮的處理對游離態(tài)的黃酮的破壞是非常嚴(yán)重，因此，加工方式的選擇需要科學(xué)指導(dǎo)[23]。

研究發(fā)現(xiàn)谷子中的蛋白質(zhì)能顯著[33]提高血漿中高密度脂蛋白的濃度，同時(shí)并不升高低密度脂蛋白的濃度[34]，這說明攝入小米能有助于調(diào)整膽固醇代謝，具有抗動(dòng)脈粥樣化的功能，小米蛋白過敏性較低，是一種安全的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。

3 谷子和小米的儲(chǔ)藏

谷子耐儲(chǔ)藏，其原因是其外殼能抵御蟲害侵襲，且水分低，谷殼能阻止外界水分遷移到米仁中，所以，谷子除防鼠外不需要特別的儲(chǔ)藏條件就能儲(chǔ)藏很長時(shí)間。

谷子脫殼后即為小米，與谷子不一樣小米的耐儲(chǔ)藏特性很差，失去谷殼的保護(hù)，外界空氣濕度的變化帶來小米的儲(chǔ)藏急劇的變化，因?yàn)樾∶變?nèi)部水分含量極易隨環(huán)境濕度而變化；小米糧堆空隙小含雜量較大，糧堆空氣流動(dòng)小極易發(fā)熱和霉變[35]；小米儲(chǔ)藏期間發(fā)生霉變對小米品質(zhì)有較嚴(yán)重的影響，大面積或長時(shí)間的霉變可能導(dǎo)致較為嚴(yán)重的食品安全風(fēng)險(xiǎn)，小米儲(chǔ)藏產(chǎn)熱導(dǎo)致小米內(nèi)源酶活力升高產(chǎn)生脂肪酸敗或氧化酸敗和致小米籽粒的顏色褪色等問題，嚴(yán)重影響小米的食用品質(zhì)[36]。

董力將水分含量分別為12%、13.2%和14.1%的3種小米處于常規(guī)包裝、充氮包裝和真空包裝3種包裝狀態(tài)下，儲(chǔ)藏180 d，所有的樣品分別安排在15、22、30℃的溫度環(huán)境中，考察小米的品質(zhì)變化情況，上述9個(gè)小米試驗(yàn)樣品的電導(dǎo)率和丙二醛含量以及脂肪酸值隨儲(chǔ)藏時(shí)間逐漸上升，由原來的電導(dǎo)率150 μS/（cm.g）～163 μS/（cm.g）上升到180天后的175 μS/（cm.g）～213 μS/（cm.g），上升了16.74%～30.7%，儲(chǔ)藏溫度越高電導(dǎo)率升高比率越大；水分含量14.2%的小米脂肪酸值儲(chǔ)藏180 d升高到原來441倍多，從50 mg KOH/100 g升高到270.52 mg KOH/100 g；但是值得指出的是水分12%的小米儲(chǔ)藏180 d脂肪酸值最高到44 mg KOH/100 g；13%的水分含量是小米儲(chǔ)藏的安全水分線，這也說明安全水分以下的小米儲(chǔ)藏安全性遠(yuǎn)高于水分含量在13%以上的小米；儲(chǔ)藏期間小米的營養(yǎng)品質(zhì)變化明顯，其中粗脂肪和直鏈淀粉含量升高，總淀粉、支鏈淀粉、總蛋白質(zhì)含量降低，對于這些變化小米含水量和儲(chǔ)藏溫度是最為主要的影響因素，在這兩者一致的前提下充氮和真空能起到更好效果，因此，控制好小米儲(chǔ)藏溫度和水分含量就確保小米品質(zhì)在可控范圍，氣調(diào)有一定的延緩其劣變作用[37]。

米色是評(píng)價(jià)小米品質(zhì)的重要指標(biāo)，小米的米色與小米品種有關(guān)并與外觀品質(zhì)呈正相關(guān)，更為令人關(guān)注的是優(yōu)質(zhì)米越多小米產(chǎn)區(qū)的小米色澤越好[24]。研究不同代表性小米品種在儲(chǔ)藏期間的米色、總類胡蘿卜素含量和脂氧合酶活性發(fā)現(xiàn)小米的基因型對米色有顯著影響，基因型顯著影響總類胡蘿b素的含量，各個(gè)品種間小米褪色的程度有差異但不顯著，小米米色的b*值正相關(guān)于小米類胡蘿卜素含量，各個(gè)小米品種的脂氧合酶活性均呈現(xiàn)先增高后降低[38]；小米陳化試驗(yàn)證實(shí)小米色素含量具有其脂氧合酶的活性相同的變化趨勢，且髙溫能引起小米品質(zhì)劣變[38]。

4 谷子小米的加工

目前我國谷子消費(fèi)區(qū)域主要集中在黃河以北地區(qū)如華北區(qū)冀、晉、京、津、豫、魯，西北地區(qū)甘、陜、寧夏和內(nèi)蒙等省區(qū)，南方銷售小米較少[39]，谷子的加工以脫殼產(chǎn)小米，即原糧狀態(tài)上市居多，這部分多用來熬粥[40]占小米總量的80%以上，谷子的深加工產(chǎn)品多為傳統(tǒng)性食品如掛面[41]、酒、醋、營養(yǎng)速溶粉[42]、方便粥[43]、煎餅、雪餅[44]、鍋巴、冰淇淋、餅干、小米茶[16]和小米米線[45]等形式[7]，當(dāng)然隨著全谷物食品[46]的興起全谷物[47]小米產(chǎn)品[8，48]也現(xiàn)身市場，網(wǎng)上調(diào)查結(jié)果表明谷子市場需求逐步擴(kuò)大發(fā)展迅速。

初級(jí)加工的優(yōu)質(zhì)小米全國有103個(gè)綠色認(rèn)證產(chǎn)品和161個(gè)有機(jī)認(rèn)證產(chǎn)品，并且有33個(gè)地理標(biāo)識(shí)保護(hù)產(chǎn)品，萬噸產(chǎn)能的深加工企業(yè)在晉冀地區(qū)有張家口北宗黃酒釀造有限公司的小米黃酒產(chǎn)品（產(chǎn)能5萬噸），山西沁州黃小米集團(tuán)有限公司的小米營養(yǎng)粉產(chǎn)品（產(chǎn)能5萬噸），山西柏圖啤酒公司的小米啤酒（產(chǎn)能10萬噸）[41]。還有一些具有濃郁地方特色小米產(chǎn)品的深加工如河南的小米油茶粉、甘甜的河南南陽黃酒[49]、云南的小米鮓、山東的小米煎餅以及臺(tái)灣地區(qū)的小米酒、小米營養(yǎng)粉和小米飲料等[4]，其中頗具特色的南陽小米黃酒已成為中國黃酒的重要產(chǎn)區(qū)之一，主要集中在鎮(zhèn)平、西峽、鄧州、內(nèi)鄉(xiāng)、新野等地，擁有黃酒生產(chǎn)許可證的企業(yè)就有60多家，以當(dāng)?shù)靥赜械募t小米釀造的黃酒，呈琥珀色，晶瑩明亮，口感綿甜醇香，中正平和，頗受消費(fèi)者青睞，具有很好的前景[66]。

小米中除含有豐富營養(yǎng)成分外還有居多的生理活性物質(zhì)，如活性蛋白質(zhì)、膳食纖維、肌醇、谷維素、糠蠟等[50]，尤其在被忽視的小米糠中除了小米糠油利用外，其余的資源效益未加充分發(fā)揮出來[51]，國家和政府部門已經(jīng)相當(dāng)重視小米等雜糧的利用和開發(fā)，2016年4月，農(nóng)業(yè)部制定下發(fā)《全國種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃（2016年～2020年）》，明確提出谷子等雜糧的結(jié)構(gòu)調(diào)整目標(biāo)，依托農(nóng)業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)，啟動(dòng)“雜糧初加工技術(shù)裝備及綜合利用研究與示范”和“活性稻米、雜糧食品加工關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究與示范”等行業(yè)科研項(xiàng)目，各地研究部門也先后開展了“蕎麥高效利用技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)化示范”、“燕麥生物堿加工技術(shù)中試轉(zhuǎn)化”、“燕麥?zhǔn)w麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系蕎麥加工崗位建設(shè)項(xiàng)目”、“雜糧加工品質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)構(gòu)建”、“雜糧初加工技術(shù)裝備及綜合利用研究與示范”、“現(xiàn)代雜糧食品加工關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”等國家國家科技支撐計(jì)劃課題、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)、農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)專項(xiàng)和科技部農(nóng)轉(zhuǎn)資金等項(xiàng)目。

國內(nèi)外的學(xué)者也開展了小米中活性組分的相關(guān)研究，在小米蛋白方面，Choi等[52]利用基因Ⅱ型糖尿病KK-Ay小鼠，研究小米或粟蛋白（foxtail millet protein，F(xiàn)MP）的吸收對血脂、血糖、胰島素和脂連蛋白（脂肪細(xì)胞因子或脂聯(lián)素）水平的影響，發(fā)現(xiàn)FMP可能通過脂聯(lián)素濃度的增加改善胰島素敏感性和膽固醇代謝；Hosoda等[53]發(fā)現(xiàn)小米麩皮提取物具有有效的免疫調(diào)節(jié)活性；許潔等發(fā)現(xiàn)小米谷糠蛋白和水解蛋白對化學(xué)性和酒精性肝損傷具有保護(hù)作用[54]。小米蛋白質(zhì)無過敏性且提高血漿中高密度脂蛋白膽固醇水平[55]；小米糠膳食纖維血糖和血脂具有一定的調(diào)解作用，劉小鳴[56]提取4種商業(yè)小米膳食纖維，志愿者攝食，3個(gè)月后其糞便乳酸桿菌和雙歧桿菌分別達(dá)到9%～12%和3%～5%，證實(shí)小米膳食纖維可以作為益生菌群的良好碳源，劉倍毓等研究酶-化學(xué)法[57]提取糯性和非糯性小米麩皮中膳食纖維的特性發(fā)現(xiàn)從小米麩皮中提取出來的膳食纖維均具有良好的物化特性，這些都標(biāo)示著小米麩皮可作為富含大量優(yōu)質(zhì)膳食纖維的潛在來源；在小米酚類研究方面不少，如田志琴[58]利用微博輔助乙醇提取小米多酚，其小米酚類提取率達(dá)到105.38 mg/100 g且是分子量為300 Da～500 Da一類小米多酚類，自由基的清除能力較好，Pradeep P.M等[59]研究從全谷物小米和小米的殼、粉提取的可溶性多酚和結(jié)合態(tài)多酚具有很強(qiáng)的抗氧化活性，同時(shí)具備阻抗α-淀粉酶和葡萄糖苷酶的活性，提示可以作為糖尿病人功能食品的配料，控制血糖水平；小米谷糠的研究集中在米糠油的提取和谷糠的穩(wěn)定化技術(shù)，如抑制脂肪酶類的活力[60]和干熱法處理及擠壓膨化法處理的小米谷糠過氧化物酶殘余活力；超臨界CO2提取谷糠油[61]等。

不同的加工處理對小米的成分和功效有顯著影響，如利用Lactobacillus paracasei Fn032對小米發(fā)酵和濕熱處理（high moisture treatment，HMT）顯著提高了總的化學(xué)成分如慢消化淀粉比例提高了11.59%（原來含量6.83%），抗性淀粉提高14.07%（原來含量7.61%），小米蛋白肽顯示顯著地DPPH自由基和超氧陰離子自由基的清除能力以及對細(xì)菌Escherichia coli ATCC 8099的抑制其生長的能力，同時(shí)具備抗胃蛋白酶水解1 h的活性[62]；擠壓技術(shù)影響小米糊化特性[63]，且擠壓產(chǎn)品的吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、粘度和膨化率之間的相關(guān)性顯著[64]，蒸和煮的處理對小米的維生素B1和B2產(chǎn)生破壞，對小米中酚類含量也產(chǎn)生明顯的影響[23，65]。

5 展望

谷子的種植規(guī)模小、產(chǎn)業(yè)化程度低，除東北和內(nèi)蒙古地區(qū)外，其他谷子糜子產(chǎn)區(qū)多數(shù)是農(nóng)戶小面積分散種植，并且加工企業(yè)參與生產(chǎn)過程也少；谷子加工多數(shù)為原糧加工，規(guī)?；托б婊蛔鉡66]。加工企業(yè)產(chǎn)品市場定位趨同，缺乏細(xì)分[48]；開發(fā)功能性和生態(tài)性、文化性豐富內(nèi)涵的小米產(chǎn)品鮮見。需要加大研究谷子營養(yǎng)和加工基礎(chǔ)特性，以主食食品、方便食品、飲料等為開發(fā)方向，研發(fā)新型具有豐富文化內(nèi)涵、生態(tài)理念的小米食品，滿足人們對營養(yǎng)、健康、感官、口味和消費(fèi)方式的需求，促進(jìn)高附加值谷子制品的開發(fā)。