黑玉米的营养优势及开发应用

李靖元，柳青，王国良，王莹，陈月，闻其龙

（吉林省绿色食品工程研究院，吉林长春130000）

玉米（Zea mays L.）是禾本科玉蜀黍属的一年生草本植物，原产于美洲大陆，是最重要的粮食作物之一。其全球种植总量仅次于小麦和水稻。黑玉米为玉米的变种，是籽粒色泽为黑色、紫色玉米的总称，也叫做紫玉米。黑玉米籽粒中蛋白质、脂肪和硒的含量分别是普通玉米的1.23 倍、1.3 倍和3 倍～8.5 倍，花色苷含量是蓝莓的4.3 倍。与普通玉米相比具有更高的营养价值和更好的保健功效[1-2]。近年来，随着人们自我保健意识和食品安全意识的不断增强，黑玉米作为一种天然绿色功能性食品原料具有很大的发展潜力，本文旨在为黑玉米产品开发应用提供基础数据及研究方向。

1 黑玉米的起源及我国栽培、选育情况

玉米起源于美洲，自古代美洲大陆开始，古印第安居民就对玉米进行了长期的筛选育种工作。在15世纪之前，印第安人已经培育出了爆裂型、甜质型、马齿型、粉质型和硬粒型等多种类型的玉米。这些不同类型的玉米在印第安人手中除了最基本的熟制食用以外，还具有染色、酿造、生食等多种用途[3]。而玉米籽粒的颜色也有很多种，除了传统的黄色和白色，还有黑色和紫色籽粒的玉米，即黑玉米[4]。

在中国，栽培玉米至少已有460 年的历史，但黑玉米最初种植的确切地点和时间还有待进一步考究。

目前最早关于黑玉米的记载为1760 年清代学者张宗法所著的《三农记》，书中写到“玉米累累然如芡实大，有黑、白、红、青之色，有硬有黏”，其中的“黑”即指黑玉米。根据这一记载推测，1760 年以前中华大地就已经开始了黑玉米的种植。虽然黑玉米在我国的栽培历史不短，但直到改革开放初期，黑玉米一直没有在国内大范围、大批量地种植开来。直到近年来，随着黑玉米的营养价值和保健作用被大众所了解，黑玉米的种植量才有所增加，其新品种的开发也被各地重视起来。现在，包括“靠山一号”（辽宁鞍山）等越来越多特点更鲜明的黑玉米品种被培育出来[4]。

2 黑玉米的营养组成优势

2.1 黑玉米与其他谷物六大营养素含量的对比

六大营养素为蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素和水，由于通过摄入食物获取水分并非人体获得水分的最主要方式，因此本文只对除水以外的五类营养素进行分析讨论。

总体来讲，黑玉米中的营养素含量比其他谷物更为丰富，高云[5]用辽宁鞍山产“靠山一号”黑玉米与其它谷物进行主要营养成分的对比，具体含量对比如表1 所示。

表1 黑玉米主要营养素含量与其他谷物比较Table 1 Comparison of main nutrient contents between black maize and other cereals mg/kg

由表1 可知，黑玉米的蛋白质含量在谷物中处于较高水平：为普通玉米的1.25 倍、稻米的1.58 倍。

2.1.1 氨基酸组成

黑玉米的氨基酸组成及含量与其他谷物比较见表2[5-6]。

由表2 可知，在氨基酸的构成上，黑玉米含有18种氨基酸。其氨基酸组成中最明显的特点是含有丰富的赖氨酸[7]，其生物价接近80，远远超过了普通玉米和大豆，更易于被人体吸收。此外，黑玉米中丰富的氨基酸能够提高钙、铁、锌元素在人体内的消化利用率[5]。

表2 黑玉米的氨基酸组成及含量与其他谷物比较Table 2 Comparison of main nutrient contents between black corn and other cereals mg/100 g

2.1.2 脂肪

由表1 可知，黑玉米的脂肪含量为普通玉米的2.94 倍，这可能是由于黑玉米中胚芽质量高于普通玉米所导致的。普通玉米中亚油酸和亚麻酸等不饱和脂肪的含量为总脂肪酸的20%～30%。而黑玉米脂肪酸中不饱和脂肪酸含量达到60%以上，具有更强的抗衰老及降低血清胆固醇的作用[5，7]。

2.1.3 碳水化合物

黑玉米中碳水化合物总含量相比普通玉米以及其他谷物要少得多，但总还原糖的含量是普通玉米的2 倍[5]，非还原糖中支链淀粉含量相比黄玉米高出23%，尤其是占胚乳总含量87%的淀粉全部由支链淀粉组成，口感香甜，风味较好，不易反生，符合现代人对于食物低碳水化合物含量、口感口味佳的诉求[8]。

2.1.4 矿物质

2.1.4.1 硒

黑玉米中硒含量可达普通玉米的3 倍～8.5 倍[1，9-10]，如意大利黑糯玉米硒含量达到0.102 mg/kg，高于农大60 黄玉米硒含量8.5 倍[11]。

2.1.4.2 钾

黑玉米中钾含量为9 050 mg/kg，远高于其他谷物，是极好的补充钾元素食物。

2.1.4.3 铁

如表1 所示，黑玉米中铁含量较高，为其他谷物的1.8 倍～4.8 倍，是铁元素的良好食物来源。

2.1.4.4 锌

如表1 所示，黑玉米中锌含量为普通玉米的3.53倍，远高于其他谷物。

2.1.4.5 其他矿物质

除以上4 种矿物质外，黑玉米中钙、磷、铜等的含量相对普通玉米也高出许多，人体缺乏钙、磷、铜会引发骨质疏松、佝偻病、软骨症、失眠、缺铜性贫血等多种疾病。而黑玉米则是补充以上几种矿物质的优质食物来源。

2.1.5 维生素

黑玉米含有丰富的B 族维生素及维生素E[7]，同时在其鲜穗籽粒中还含有绝大多数谷物并不含有的维生素C，所以又有“水果玉米”的美誉[5]。维生素对人体代谢具有重要作用，维生素C 能够促进胶原纤维的形成，抗氧化、延缓衰老，还有助于钙和铁等矿物质的吸收；B 族维生素能够舒缓情绪，令人精力充沛；维生素E 能够促进性激素分泌，保护T 淋巴细胞，抗自由基氧化，美容养颜等。

2.2 黑玉米花色苷

2.2.1 黑玉米花色苷的种类

黑玉米籽粒中的色素来源于黑玉米色素（purple maize coloring matter pigment，PCP）。PCP 经过红外光谱、紫外光谱、核磁共振及质谱分析鉴定发现其属于花色苷类色素。Aoki 等[12]在秘鲁黑玉米籽粒中分离出6 种花色苷，均属于矢车菊素类、芍药素类或天竺葵素类花色苷中的一种。而Zhao 等[13]于2008 年对中国产黑玉米籽粒（河北涿州）进行质谱分析，发现了7 种花色苷，也均属于上述三类花色苷中的一种，黑玉米籽粒花色苷组成见表3[14]，研究证明不同品种黑玉米之间花色苷类别组成相似。

表3 黑玉米籽粒花色苷组成Table 3 Anthocyanin composition of black maize kernel

2.2.2 黑玉米中花色苷的含量

鲜黑玉米中花色苷含量为1 640 mg/100 g，远高于鲜蓝莓中花色苷的含量（380 mg/100 g）[2]。史振声等[15]试验对比7 种紫玉米（黑玉米）籽粒中的花色苷含量，在粗提取情况下7 种玉米的花色苷含量在0.75%～1.90%之间。而刘炬[16]对东北黑玉米中花色苷含量进行了检测，其花色苷的质量分数为2.01%，均证明黑玉米中花色苷的含量较高，具备较高的开发利用价值[17]。

2.2.3 黑玉米花色苷的生物学功能

PCP 为水溶性色素，其在酸性条件下呈现红色，碱性条件下呈现蓝色，食用安全性很高，可作为保健食品或食品添加剂进行开发利用[18-19]。具有较强的抗氧化、抗肿瘤、清除自由基、降血糖、降血脂、调节血压作用[5，14，20-21]。对于提高免疫力、保护视力、延缓衰老、防治“三高”、提升记忆力、预防动脉硬化及癌症等具有较高的医疗价值和保健作用[22-26]。其功能主要通过抑制或提高某些酶的活性以及在细胞外利用非酶途径达成抗氧化功能来实现[27-28]。

3 黑玉米开发现状

目前黑玉米种植量较小，人们对其认可度还不高，以青穗采摘加热后食用为主要应用方式，加工食品的类别和总量均较少。

3.1 预包装青穗

预包装青穗是黑玉米加工食品中最普遍的一种，符合我国居民传统食用习惯。利用采摘→筛选→清洗→真空包装→熟制或半熟的生产工艺，产品去除包装后即食（或微波加热2 min～3 min 后食用），在18 ℃～25 ℃条件下贮存保质期可达一年。其优势为在不改变传统食用习惯下增加了青穗贮存和食用的便捷性，同时采用工业化、标准化生产保障了食品安全及质量。

3.2 面食类

黑玉米相比普通玉米，其支链淀粉含量高而直链淀粉含量低，还原糖含量高而非还原糖含量低，故以黑玉米磨粉制作面食类产品的口感、组织状态明显优于普通玉米，具有较高的应用价值。目前市场上的黑玉米面食产品主要为以黑玉米粉部分或全部替代小麦粉、玉米粉制作而成的面包、饼干、面条等产品。此类产品对于追求新奇、健康养生的人群有较强的吸引力。

3.3 饮料类

由于黑玉米具有特殊香气，以黑玉米为主要原料，采用发酵、加气、鲜榨等方式可以生产果汁、碳酸、蛋白等多种类型的饮料，产品保留黑玉米的营养特性，同时具备玉米的香气，酸甜的口感，适合饮用。此外，黑玉米制粉过程的副产物黑玉米胚芽则可以提取制成具有独特风味的功能性营养保健饮料。

4 结论与展望

黑玉米具有较高的营养价值，较强的功能性以及适口性等特点，但目前种植量较少，其功能性不为大众熟知，产品开发尚处于初级阶段，随着黑玉米被广大人民群众所熟知、接受，其潜力必将得到释放，未来应用前景非常广阔。

虽然目前市场上黑玉米产品较少，但是由于黑玉米在种植上不受限制且具有较高的营养价值和保健功能，所以其未来开发利用价值巨大。

与其他玉米相同，黑玉米在乳熟期可做青穗以供煮制鲜食，完全成熟后又可作为粮食作物。黑玉米在食品加工过程中表现出的特性类似于普通玉米，如不考虑颜色影响，在食品加工中使用的玉米原料在微调工艺参数后几乎都可用黑玉米进行替换使食品的营养更加丰富，如制成代餐粉、休闲食品、即食粥等。鉴于黑玉米籽粒中含有丰富的花青素，提取后作为化妆品和保健食品的潜力巨大。同时，黑玉米色素对食品、饮料有较强的着色力和稳定性[29]，未来可成为理想的天然食用色素。黑玉米富含功能性营养成分，未来有望成为良好的特殊医学用途配方食品（foods for special medical purposes，FSMP）生产原料。

目前我国对于玉米的利用以籽粒为主，其他部分大都被废弃或焚烧。为了提高其利用程度，可以从黑玉米穗轴中提取花青素[30]、糠醛和木糖醇[5，31]；利用黑玉米穗轴作为主要原料酿造白酒，而穗轴经发酵、碳化后是优质的土壤改良剂[32-33]。从黑玉米须中提取多糖和黄酮类等物质，将黑玉米须鲜饲作为家畜的优质饲料，而微贮发酵后可以成为反刍动物的主要饲料来源，亦可将黑玉米须与可食用花、水果等复合制成水果花茶饮用[31]。黑玉米加工过程中破碎的籽粒、籽粒残渣等能够制成宠物食品。黑玉米苞叶可以制作民族手工艺品及靠垫、坐垫等日常用品。秸秆等天然再生性植物纤维可以经消毒、粉碎等工艺模压成型作为餐具等使用。鲜玉米秸秆汁则可与苯甲酸钠等复配制成提高土壤抗侵蚀能力的专用土壤改良剂[34]，而干燥的玉米秸秆则可以热解制碳[35]。

可以预见，随着黑玉米被广大人民群众所熟知、接受，其种植面积将会越来越广，应用方式也将会越来越多样化，黑玉米的经济效益可以得到显著提升，黑玉米未来整体的市场前景非常可观。