不同品种小米主要营养成分及氨基酸组分评价

冯耐红,侯东辉,杨成元,*,陈丽红,李 婧,岳忠孝,沈 群,田 翔

(1.山西省农业科学院经济作物研究所,山西汾阳 032200;2.中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 100083;3.山西省农业科学院品种资源研究所,山西太原 030031)

谷子为抗旱耐瘠作物,多分布在我国北部省份土壤气候条件较差的干旱丘陵区,是中华民族的主要粮食作物[1]。谷子籽粒脱皮后的种仁称为小米,是一种高营养的暖性食物,能够在天气寒冷时帮助人们御寒[2]。小米还被公认为最易消化的谷物,含有丰富的营养物质,包括碳水化合物、维生素、矿物质、脂肪、蛋白质和氨基酸等,其中必需氨基酸含量丰富且组成合理[3-5]。

前人已从淀粉、蛋白或脂肪等成分的差异对不同产地、不同品种的营养成分做了评价,张桂英等[6]以17个小米品种为材料,对其淀粉颗粒大小、化学组成、透光率、碘蓝值、糊化特性进行分析,结果表明小米淀粉特性指标间的相关性显著,且不同品种的淀粉品质不同;张卓敏等[7]研究了黑龙江省主栽小米蛋白质的功能性质,结果表明蛋白质的乳化性及乳化稳定性等指标与品种相关,张杂谷蛋白质的特性最佳;王峰等[8]以2016年新疆地区示范种植的17份谷子品种资源为研究对象,对小米的硒、脂肪和氨基酸含量进行了测定与分析,结果表明不同谷子品种的小米硒含量和脂肪含量等差异较大。除上述营养物质成分外,氨基酸的种类和含量也影响着小米的营养价值和鲜味,但目前未见以氨基酸组分分析为主的小米营养品质评价文献报道。

因此本文以10种山西主推优质谷子品种碾成的小米为研究对象,测定其营养品质,同时对其氨基酸组分进行测定与分析,为“山西小米”品牌创建提供理论支撑,对反哺优质新品种选育的相关性研究提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

晋谷40号、晋谷57号、晋谷61号、晋汾106号、汾选3号、晋谷29号、晋谷54号、晋汾103号、晋谷21号、晋汾107号 10种谷子由山西省农业科学院经济作物研究所试验地于2018年种植并收获随机抽取碾米,获得的小米放入自封袋中,在-18 ℃贮藏备用;氨基酸标准品 浓度1000 μmol/L,中国计量院。

XMJ100碾米机 山东鱼台金利粮油机械有限公司;BSA124S电子天平 德国赛多利斯;HCLASS超高效液相色谱仪 美国沃特世。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的预处理 将不同品种的谷子分别碾成小米,去杂,过筛(直径1 mm圆孔筛),去除碎米和米糠,制得精小米,粉碎为小米粉备用(60目)。

1.2.2 基本营养成分的测定 按GB 5009.3-2016、GB 5009.5-2016、GB 5009.6-2016进行水分、蛋白质、脂肪等营养成分的测定[9-11],重复三次取平均值。

1.2.3 碳水化合物的计算 总碳水化合物(%)=100-(蛋白质+脂肪+水分)[12-13]。

1.2.4 氨基酸含量的测定 使用超高效液相色谱仪测定[14],重复三次取平均值。

1.2.5 营养评价

1.2.5.1 模糊识别法 由模糊识别法,以鸡蛋蛋白为标准蛋白质,按照兰式距离法[15-17]识别对象μ和标准蛋白a的贴近度,如公式(1)所示:

式(1)

式中:μ为待评价的蛋白,μ(μ1,μ2,μ3,μ4,μ5,μ6,μ7,μ8,μ9,μ10)分别代表晋谷40号、晋谷57号、晋谷61号、晋汾106号、汾选3号、晋谷29号、晋谷54号、晋汾103号、晋谷21号、晋汾107号;a表示标准蛋白(全鸡蛋蛋白)的7种必需氨基酸EAA含量(mg/g pro),即P(a)=P(a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7)=P(86,54,70,47,66,57,93),其中a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7分别代表亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸、缬氨酸、蛋氨酸+半胱氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸;uik为第i种初乳蛋白中的第k种氨基酸的含量(mg/g pro),u1k、u2k…u9k、u10k分别表示这10种小米蛋白的7种EAA含量/(mg/g pro)。

4.2.4 性病规范化治疗 单阳配偶中，无论是HIV阳性方还是HIV阴性方，患有性传播感染性疾病都会增加配偶间HIV传播风险。因此，对患有性病的性伴，需积极进行规范化的性病诊疗，以降低HIV的易感性。受规范化性病门诊建设和各医疗机构利益等因素的影响，当前性病规范化诊疗水平并不高［38］，需加强卫生政策的引导和规范技术服务的推广应用。

1.2.5.2 氨基酸比值系数法 根据联合国粮食及农业组织和世界卫生组织提出的EAA标准模式与全鸡蛋蛋白标准模式为参考,按照氨基酸比值系数法[15-17],分别计算氨基酸比值系数(Ratio Coefficient,RC)、氨基酸比值(ratioof amino acid,RAA)、谷子蛋白质的比值系数分(score of ratio coefficient,SRC)、必需氨基酸指数(essential amino acids index,EAAI),公式见式(2)～(5):

式(2)

式(3)

式(4)

式(5)

式中:aa1…aa7每种谷子蛋白7种EAA含量(mg/g pro);AA1…AA7为全鸡蛋蛋白中7种EAA含量(mg/g pro)。

1.3 数据处理

实验重复测量3次;使用Excel 2007对实验数据进行分析处理,计算各指标测定结果的均值及标准差等。

2 结果与分析

2.1 10种小米基本营养成分的测定结果

10种小米基本营养成分的测定分析结果见表1所示,不同品种小米,其水分、蛋白质、脂肪、碳水化合物(以干基计)等营养成分的含量存在差异[18]。小米水分含量在10.35%～12.37%之间,这也为小米的储藏提供了基本的条件。小米的蛋白变化范围在11.43%～13.72%之间,其中晋谷61号蛋白质含量最高,晋谷21号次之,汾选3号最低。蛋白质是小米的主要营养成分,同时蛋白质的含量也影响小米的品质、口感[19]。10种小米中脂肪变化范围在3.75%～5.34%之间,其中晋谷54号脂肪含量最高,晋汾107号脂肪含量最低。脂肪也是一种重要的营养成分,对小米粥的滋气味、口感有明显的影响,每克脂肪提供的热能比碳水化合物或蛋白质多一倍以上,因此脂肪含量高的食品具有较高的生理价值[20]。碳水化合物的变化范围在81.33%～84.61%之间,其中晋汾107号的碳水化合物含量最高,可达84.61%。由此可知,从蛋白质含量的角度看,应选用晋谷61号;如果更追求脂肪含量,则优选晋谷54号。

表1 10种小米营养组分分析(%)

2.2 10种小米氨基酸组分分析

10种小米氨基酸分析中谷氨酸含量最高,胱氨酸含量最低。各品种氨基酸含量存在差异[21],晋谷21号总氨基酸含量最高,除胱氨酸未检出,第一限制性氨基酸赖氨酸含量较低外,其他氨基酸比另外9种小米普遍较高;晋谷40号总氨基酸含量最低,但胱氨酸含量较高;汾选3号赖氨酸和组氨酸含量最高;晋汾107号甘氨酸含量最高,结果见表2。由此可见,晋谷21号能够为人体补充更多的氨基酸,具有一定的营养价值。

表2 10种小米氨基酸组分分析(%)

小米中氨基酸含量丰富,种类齐全,有7个品种的小米富含17种氨基酸。其中每克蛋白质中总氨基酸(TAA)含量在10.27%～11.64%之间,必需氨基酸(EAA)含量为4.35%～4.98%。EAA与TAA含量比值范围在0.42～0.43,EAA与非必需氨基酸(NEAA)比值范围在0.72～0.75之间,与FAO/WHO提出的EAA/TAA为0.400,EAA/NEAA为0.600,与建议值相接近,表明小米中的蛋白质是优质蛋白,且营养价值较高[22-23]。

2.3 10种小米必需氨基酸占总氨基酸含量百分比

由表3可知,各小米样品必需氨基酸占总氨基酸的含量百分比为42.09%～43.20%,接近鸡蛋而高于FAO/WHO模式蛋白[24]。且各样品均含有极高的亮氨酸(Leu)比例,占总氨基酸含量的14.31%～15.29%,是鸡蛋模式蛋白下亮氨酸含量的1倍以上,是FAO/WHO模式蛋白下亮氨酸含量的2倍多。亮氨酸具有调节血糖、为身体组织提供能量,同时还可以有效防止肌肉损失,促进训练后肌肉恢复等功能。由此可知,本次测定的十种小米能够作为供能物质食用,为人体提供能量,促进身体恢复。

表3 必需氨基酸占总氨基酸含量百分比(%)

2.4 10种小米风味氨基酸分析

风味氨基酸主要分为鲜、甜和苦三类,其中鲜味氨基酸包括天冬氨酸和谷氨酸;甜味氨基酸包括丙氨酸、脯氨酸、苏氨酸、甘氨酸、丝氨酸;苦味氨基酸包括亮氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、组氨酸和精氨酸[25-26]。

表4 风味氨基酸分析表(%)

2.5 模糊识别法评价

由模糊识别法中公式(1)可分别计算出10种小米中的蛋白与标准鸡蛋蛋白之间的贴近度,结果见表5。

表5 10种小米中的蛋白相对于标准蛋白的贴近度

由表5可知,10种小米的贴近度范围在0.861～0.890,其中“汾选3号”为最高,“晋谷21号”最低,这10种小米中蛋白的贴近度都相差不大,与鸡蛋蛋白的贴近度也很高,说明10种小米中的蛋白营养价值好。

2.6 氨基酸比值系数法评价

为了更好地从营养角度评价小米的品质,采用FAO/WHO提出的模式和全鸡蛋标准蛋白模式进行比较[27],分别计算出10种小米的RAA值,计算结果见表6、表7。

表6 10种小米必需氨基酸的RAA、RC、SRC、EAAI的比较(全鸡蛋模式)

表7 10种小米必需氨基酸的RAA、RC、SRC、EAAI的比较(FAO/WHO模式)

从表6中全鸡蛋蛋白模式的氨基酸组成评价可知,汾选3号有5种氨基酸的RAA及RC在1左右,1种氨基酸指标大于1,3种氨基酸指标小于1,且SRC较大,相比于其他品种小米,EAAI为0.80。如果氨基酸的含量丰富且与FAO/WHO提出的标准模式相近,表明这种蛋白质接近人体所需的氨基酸比例,能为人体所利用的营养价值越高。RAA及RC的数值越接近1,表明该种小米蛋白与模式蛋白中EAA推荐值越接近。当RC大于1,表明此种EAA超过标准模式,相对过剩;当RC小于1,表明此种EAA低于模式蛋白,相对不足。SRC值越大,表明该种蛋白质营养价值越高,为人体吸收的概率越大。EAAI作为评价蛋白质的指标时,当EAAI越接近1,表明此蛋白质越优质[28]。所以,汾选3号的营养价值与利用率较高,为良好蛋白质源。汾选3号第l限制氨基酸为赖氨酸;第2限制氨基酸为蛋氨酸与半胱氨酸,可以根据蛋白质的互补理论[29],充分利用汾选3号的这一特质,与其他食物蛋白混合搭配,以提高膳食的营养价值。

表7为FAO/WHO模式下汾选3号与其他几种小米的氨基酸评价,从表7可以看出,按照SRC的大小,几种小米的排列顺序为:汾选3号>晋谷54号>晋谷57号>晋汾106号>晋汾103号>晋汾107号>晋谷40号>晋谷61号>晋谷21号;按照EAAI大小,几种小米蛋白的排列顺序为:汾选3号=晋谷54号>晋谷57号=晋汾106号=晋汾103号>晋谷40号>晋汾107号>晋谷61号=晋谷29号>晋谷21号。汾选3号第l限制氨基酸为赖氨酸;第2限制氨基酸为蛋氨酸与半胱氨酸,这与全鸡蛋蛋白模式条件下评价的结果基本一致。由此可知,汾选3号的氨基酸组成更加合理,基本可以满足人体需要。

3 结论

通过分析10种小米中营养成分可知,10种小米水分含量较低,易于保藏;蛋白质、碳水化合物含量相对较高,且必须氨基酸种类齐全,含量丰富,尤其谷氨酸和亮氨酸含量较高,其中汾选3号和晋谷21号的EAA/TAA含量在0.4左右,EAA/NAA含量在0.6左右,接近FAO/WHO模式蛋白的含量。不仅如此,通过鲜甜苦味差和营养价值评价可知,汾选3号蛋白质营养价值较高,晋谷21号鲜味较浓。实验结果解释了汾选3号和晋谷21号能够长期推广的原因,为其更好的发展提供了基础性的理论依据。但汾选3号的蛋白质总量低于其他品种,因此,还有进一步提升的空间。如何能够保持现有小米的优势,同时提高蛋白质含量和鲜甜氨基酸水平,增加鲜味,可以作为今后优质谷子育种的方向。