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(1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東濟(jì)南 250353;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所,北京 100081；3.濰坊醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生與管理學(xué)院,山東濰坊 261042)

紅米起源于中國,距今大約有1千多年歷史,在我國具有悠久的栽培歷史。歷朝歷代的農(nóng)耕文化使得我國的勞動人民在長期的生產(chǎn)活動中培育出了豐富的紅米品種。主要分布在中國福建、廣東、廣西、江西、云南等[1]南部各省,在我國擁有十分悠久的栽培及膳食歷史。 紅米富含蛋白質(zhì)、植物脂肪、維生素及人體所需的氨基酸等,此外,還含有黃酮、原花青素、生物堿、皂苷等生物活性物質(zhì)[2],營養(yǎng)豐富,具有抗氧化、抗衰老、抗動脈粥樣硬化等保健功效[3-4]。

近幾年,我國科研人員對紅米色素的提取工藝、抗氧化性能及分子結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了較多研究,如蔣海偉等[5]開展了利用響應(yīng)面法優(yōu)化紅米花色苷微波輔助提取工藝及其抗氧化活性研究,得出最佳工藝為:微波功率400 W、微波時間100 s、乙醇體積分?jǐn)?shù)85%、料液比1∶22 (g/mL)。胡柏等[6]研究表明紅米多酚對α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、麥芽糖酶、蔗糖酶活性均有抑制作用,其抑制作用均存在劑量-效應(yīng)關(guān)系,紅米多酚濃度越高,抑制作用越強(qiáng)。周艷華等[7]研究表明,紅米紅色素可以不同程度地提高血清的T-AOC以及SOD、CAT、GSH-Px活性,同時可以有效地降低MDA的含量。實驗結(jié)果表明紅米紅色素可以通過清除自由基和抑制脂質(zhì)過氧化來提高D-半乳糖致衰小鼠的抗氧化能力。

雖然我國的科研人員對紅米稻的分布地區(qū)和主要品種、類型等做了相關(guān)研究,并分析了當(dāng)?shù)丶t米的一些營養(yǎng)成分,取得了一定的成果。但不同的紅米品種間也存在差異,且受環(huán)境(季節(jié)、地區(qū)等)條件影響,其營養(yǎng)成分,氨基酸和花色苷含量會有差異。為了更加全面的了解我國紅米質(zhì)量,為紅米深加工提供數(shù)據(jù)支持,為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。課題組首先對云南省哈尼不同加工階段的紅米各類營養(yǎng)成分及花色苷的含量進(jìn)行分析,為當(dāng)?shù)馗咧祷名熎ぬ峁┝藦?qiáng)有力的科技支撐[8]。為了進(jìn)一步了解我國各地紅米的營養(yǎng)價值,實驗室進(jìn)一步收集全國主要紅米產(chǎn)區(qū)的紅米樣品,全面對比了它們之間營養(yǎng)成分及功能成分的含量差異,為綜合加工企業(yè)篩選合適加工品種提供相關(guān)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅米 收集于當(dāng)?shù)刂饕贩N,購自當(dāng)?shù)厥袌?見表1；硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、甲基紅、乙醚、氯仿、甲醇、鹽酸、氯化鉀、氫氧化鉀、正己烷、無水硫酸鈉 均為國產(chǎn)分析純。

表1 紅米產(chǎn)地Table 1 Red rice origins

Waters alliance 2695高效液相色譜儀 美國沃特世公司;L-8800型氨基酸自動分析儀、Z5000原子吸收光譜儀 日立高新技術(shù)公司;GC-2010型氣相色譜儀、UV-1800紫外分光光度計、RF-5301PC熒光分光光度計 日本島津;Foss kjeltecTM凱氏定氮儀 福斯分析儀器公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 一般營養(yǎng)成分測定 水分測定:GB/T 5009.03-2010直接干燥法;灰分:GB/T 5009.04-2010;蛋白質(zhì):GB/T 5009.05-2003凱氏定氮法;脂肪:GB/T 5009.06-2003索氏提取法。

1.2.2 氨基酸的測定 參照GB/T 5009.124-2016,色氨酸用堿水解法,胱氨酸用過甲酸氧化法,其他氨基酸均用酸水解法測定。

1.2.3 礦物質(zhì)測定 采用原子吸收光譜法(GB/T 5009.14-2003)。

1.2.4γ-氨基丁酸測定

1.2.4.1γ-氨基丁酸標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制 精確配制濃度為1 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液,將此溶液稀釋成濃度分別為10.0、20.0、40.0、80.0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,20 μL注入液相色譜儀測定。以進(jìn)樣量(μg)為橫坐標(biāo),峰面積為縱坐標(biāo),進(jìn)行線性回歸，得到曲線方程Y=0.8X+17990，R2=0.971。

1.2.4.2 樣品處理 稱取適量樣品(相當(dāng)于γ-氨基丁酸4 mg,精密至0.001 g),置于100 mL三角燒瓶中,加入鹽酸溶液(0.1 mol/L)適量,40 ℃超聲提取20 min,冷卻,轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶,加鹽酸溶液(0.1 mol/L)至刻度,搖勻,靜置,取適量過濾,得樣品提取液。

1.2.4.3 衍生化處理 取樣品提取液0.2 mL,置于5 mL具塞試管中,加0.1 mol/L異硫氰酸苯酯-乙腈溶液0.4 mL,再加1 mol/L三乙胺-乙腈溶液1.4 mL,搖勻,放置1 h,然后加入正己烷2 mL,漩渦混合1 min,靜置5 min,取下層液體作為待測溶液[8]。

1.2.4.4 液相色譜測定條件 色譜柱:Venusil-AA氨基酸分析柱,250 mm×4.6 mm,5 μm。流動相:流動相A為0.05 mol/L醋酸鈉溶液,流動相B為乙腈-水溶液,采用梯度洗脫方式。3% B 0～5 min;3%～10% B 5～20 min,10%～20% B 20～30 min,20%～60% B 30～40 min;流速:1.0 mL/min。波長:248 nm。進(jìn)樣量:10 μL。柱溫:室溫。

1.2.5 花色苷測定

1.2.5.1 芍藥苷3-葡萄糖苷標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制 參考文獻(xiàn)[9]稱取芍藥苷3-葡萄糖苷標(biāo)準(zhǔn)品1 mg,配制成0.2、0.1、0.05、0.025及0.125 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)品溶液。20 μL注入液相色譜儀測定。以進(jìn)樣量(μg)為橫坐標(biāo),峰面積為縱坐標(biāo),進(jìn)行線性回歸，得到曲線方程Y=1.65×105X-8415,R2=0.995。

1.2.5.2 樣品處理 稱取紅米樣品0.52 g于15 mL離心管中,加入10 mL乙醇/水/鹽酸(50/50/0.5,V/V/V)提取液,避光,震蕩提取8 h,離心,取上清液過0.45 μm濾膜,備用[9]。

1.2.5.3 液相色譜測定條件 Ultrasphere 5 C18(4.6 mm×250 mm,Ultrasphere Co.,Ltd.,Berkshire,UK),檢測波長520 nm,柱溫箱25 ℃,色譜相A:水,B:乙腈:10% B 0～5 min;10%～25% B 5～10 min,25%～30% B 10～15 min,30%～60% B 15～50 min;進(jìn)樣量:20.0 μL。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

本實驗使用了SPSS 12.0對測量得到數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計分析,不同品種間的差異用方差分析來發(fā)現(xiàn),p<0.05為顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 一般營養(yǎng)成分分析

如表2，紅米中水分11.87%±0.40%,粗蛋白8.3%±0.38%,粗淀粉76.78%±2.31%,粗脂肪1.95%±0.55%,灰分1.5%±0.25%,各個地區(qū)無太大差異。普通大米中粗蛋白7.3%,粗脂肪0.5%,灰分0.4%,紅米的粗蛋白、粗脂肪、灰分含量均高于中國食物成分表上的普通大米[8]。

表2 紅米的粗蛋白、粗淀粉、粗脂肪、水分及灰分分析Table 2 Analysis of crude protein,crude starch,crude fat,water and ash content in red rice

2.2 氨基酸分析

氨基酸是紅米的重要營養(yǎng)成分。紅米氨基酸含量的多少既受品種特性的影響,更受環(huán)境因素的影響,且關(guān)系復(fù)雜,在不同的環(huán)境條件下,紅米氨基酸與環(huán)境因素的關(guān)系不同[10]。 采用氨基酸自動分析儀對15種紅米的氨基酸進(jìn)行測定,其結(jié)果氨基酸如表3。在15種紅米中,來自福建福安6號紅米的各個氨基酸指標(biāo)均遠(yuǎn)高于其他品種。其中Glu含量最高,是其他地區(qū)紅米平均含量的2.16倍,含量最低的Cys也高出其他地區(qū)紅米品種平均值的1.3倍左右。除此以外,福安紅米中的Arg含量與其他地區(qū)紅米平均含量差異顯著(p<0.05),高出其他地區(qū)紅米平均含量的2.3倍。EAA/TAA(必需氨基酸/總氨基酸)和EAA/NEAA(必需氨基酸/非必需氨基酸)分別為35.04%、53.94%。根據(jù)FAO/WHO的理想模式,質(zhì)量較好的蛋白質(zhì)其組成氨基EAA/TAA為40%左右,EAA/NEAA在60%以上。福安紅米氨基酸組成較接近FAO/WHO模式。這種顯著差異與福建福安當(dāng)?shù)氐臍夂驊?yīng)該有一定聯(lián)系,福建福安地區(qū)溫暖濕潤,屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。這種特殊環(huán)境使得當(dāng)?shù)丶t米品質(zhì)更優(yōu)。除了福安紅米外,來自吉林延邊的紅米樣品氨基酸含量也很高,僅次與福建福安紅米。延邊地處北半球中溫帶,一年中四季分明,屬于中溫帶濕潤季風(fēng)氣候,特別是當(dāng)?shù)靥厥獾暮谕镣寥?營養(yǎng)豐富,是地球上珍貴的土壤資源,正是這種復(fù)雜的地理條件和氣候,使得吉林延邊的紅米品種也同樣優(yōu)于其他地區(qū)。在測量的17種氨基酸里,氨基酸含量排前三的分別是谷氨酸,天冬氨酸和精氨酸。這三種氨基酸在紅米中含量相對較高,其中精氨酸為小兒發(fā)育時期所必需的氨基酸,它具有重要的生理、代謝和營養(yǎng)作用,不僅是機(jī)體蛋白質(zhì)的組成成分,而且還是多種生物活性物質(zhì)的合成前體。天冬氨酸能調(diào)節(jié)腦和神經(jīng)的代謝功能,可用于治療心律失常、心動過速、心力衰竭、心肌梗塞、心絞痛、肝炎和肝硬化等疾病[11]。

表3 紅米氨基酸分析(mg/g)Table 3 Analysis of amino acids in red rice(mg/g)

2.3 礦物質(zhì)元素分析

紅米中的礦物質(zhì)含量豐富,其中鈣、鐵、鋅含量都高于普通大米[12]。本實驗采用了原子吸收光譜對樣品中礦物質(zhì)進(jìn)行了測定,其結(jié)果見表4。

表4 紅米礦物元素分析(μg/g)Table 4 Analysis of red rice mineral elements(μg/g)

鈣是人體所不可或缺的微量元素,是人體內(nèi)最豐富的礦物質(zhì),參與人體整個生命過程。從骨骼形成、肌肉收縮、心臟跳動、神經(jīng)以及大腦的思維活動、直至人體的生長發(fā)育、消除疲勞、健腦益智和延緩衰老等[13]。實驗發(fā)現(xiàn),4號云南哈尼紅米相比于其他地區(qū)的紅米,鋅、鈣含量高于其他地區(qū)的紅米品種,各為(19.945±0.01)、(284.09±5.43) μg/g,值得注意的是,鈣元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他紅米樣品,是平均含量的5.63倍。哈尼地區(qū)的紅米礦物質(zhì)元素含量豐富,鈣含量高,這與云南地區(qū)獨(dú)特的氣候條件和地理位置有極大的關(guān)系。因此,此紅米品種適宜兒童及中老年人等需要補(bǔ)鈣的人群食用。

鐵元素是人體所需的必不可少的微量元素,缺鐵會影響到人體的健康和發(fā)育。十五個紅米品種中,鐵元素含量最高的是來自廣東梅州的五號紅米樣品含量為(31.96±0.25) μg/g,4號哈尼紅米鐵元素含量次之,含量為(26.67±0.21) μg/g。分別是平均含量的2.13和1.77倍。鐵元素含量高的紅米品種更適合用于婦女,孕婦等一類人群食用,后期可深入研究開發(fā)此紅米品種。

鎂在人體中的重要性和鈣不相上下,是人體細(xì)胞內(nèi)第二重要的陽離子,幾乎參與人體所有的新陳代謝過程。實驗發(fā)現(xiàn),十五份紅米中鎂含量排前三的分別是江西吉安、陜西漢中和河北巨鹿。樣品含量分別為(1389.43±19.18)、(1384.59±19.67)、(1384.59±19.67) μg/g。此外,江西吉安和河北巨鹿紅米中的錳離子含量也很高,分別為(32.34±0.01)、(34.55±0.18) μg/g。錳在人體中的作用是非常重要的,它不僅可以促進(jìn)人體骨骼的正常發(fā)育,也可維持正常腦功能。銅含量最高的是來自廣東梅州的紅米樣品,含量為(3.00±0.02) μg/g。

2.4 γ-氨基丁酸及花色苷含量分析

γ-氨基丁酸(GABA)是廣泛分布于動植物中的一種非蛋白質(zhì)氨基酸。它由谷氨酸經(jīng)谷氨酸脫羧酶催化轉(zhuǎn)化而來,是存在于哺乳動物腦、脊髓中的抑制性神經(jīng)傳遞物質(zhì),在人或動物體內(nèi)參與腦循環(huán)生理活動[13]。如表5所示,紅米中的γ-氨基丁酸含量最高的是來自云南哈尼地區(qū)的4號紅米樣品,含量為(6.01±0.14) μg/g,其次為來自廣西象州的10號(5.17±0.13) μg/g和來自福建福安的6號(5.12±0.11) μg/g。這種結(jié)果與云貴一帶獨(dú)特的氣候條件與特殊的土壤環(huán)境有極大關(guān)系。富含γ-氨基丁酸的紅米具有改善腦血流通,調(diào)整血壓,鎮(zhèn)靜神經(jīng),減少中性脂肪等作用,這對預(yù)防老年癡呆,高血壓等老年慢性疾病具有良好的預(yù)防作用[14-15]。

紅米中的特效成分主要集中在種皮中,其中的花色苷是天然色素的主要來源,紅米中的花色苷鑒定有二甲花翠素[16-17]、矢車菊素-3-葡萄糖苷[18]等,可以減少體內(nèi)氧化應(yīng)激作用[19-20]?；ㄉ諡榧t米的主要色素物質(zhì),表5中,來自云南哈尼的4號樣品花色苷含量顯著高于其他地區(qū)的含量,為(38.71±2.23) μg/g。其次是來自廣西象州的10號(32.48±1.96) μg/g和來自山東沂蒙的1號(34.73±1.12) μg/g。

表5 紅米花色苷及γ-氨基丁酸分析Table 5 Analysis of anthocyanins and γ-aminobutyric acid in red rice

3 結(jié)論

本文通過對全國十五種紅米營養(yǎng)成分及理化指標(biāo)的測定發(fā)現(xiàn),各個地區(qū)紅米中的水分、灰分、粗脂肪、粗淀粉、粗蛋白無明顯差異,但紅米的粗蛋白、粗脂肪、灰分含量均高于中國食物成分表上的普通大米。福建福安6號的17種氨基酸遠(yuǎn)高于其他地區(qū)紅米,EAA/TAA(必需氨基酸/總氨基酸)和EAA/NEAA(必需氨基酸/非必需氨基酸)分別為35.08%、54.54%,配比合適。哈尼地區(qū)紅米的礦物質(zhì)含量如鋅、鎂和鈣等均高于其他地區(qū)紅米的含量,這與其獨(dú)特的耕種方式有關(guān)。因此,以哈尼紅米為日常飲食補(bǔ)品,其高含量的Fe、Zn、Ca對兒童身體與智力發(fā)育、骨骼生長及改善貧血有明顯作用,可做為小兒輔食的重要原料。