山西两种优质小米的营养成分分析★

郭艳萍，穆荣荣，周雨轩，李英府，王陈列

（太原工业学院环境与安全工程系，山西 太原 030008）

引言

小米是山西的优势小杂粮种质资源，特别被称为“小米之王”的沁州黄小米[1]，具有很高的营养价值。阳曲县小米是太原优势地方小米种质资源，口感软糯，适于蒸煮。两种小米营养丰富，糖类、脂肪、蛋白质含量高且含有许多种类的维生素以及人体必须的钙、磷、铁等营养物质[2]。截至目前，关于小米种质资源的发掘利用研究，国内外相关研究者主要开展了小米种质的栽培性状、农艺性状、籽粒品质性状和抗性性状等的评价利用工作，而在小米种质资源种子成分的生化性状和营养性状的多样性方面的研究报道相对较少。

根据研究人员对小米的营养价值进行了深入的研究结果表明，蛋白质的含量是小米营养品质的重要影响因素之一，不同小米品种间的蛋白质含量存在显著差异[3]。本研究采用超声辅助方式提取山西两种优质小米沁州黄小米、阳曲县小米的全蛋白，研究两种小米在不同料液比、缓冲液pH 值以及提取时间下全蛋白提取效果的影响，并利用正交分析筛选出小米全蛋白的最优提取方案。利用SDS-PAGE 电泳分析来表征两种小米之间的蛋白质含量差异。同时，比较两种小米的营养成分含量对其品质作出一定的评价。旨在为两种小米的深加工产品开发和利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

沁州黄小米、阳曲县小米；丙烯酰胺；磷酸二氢钾；磷酸氢二钠；石油醚；NaCl；KCl；考马斯亮蓝G-250；NaOH；H2SO4；硫酸铵；NaHCO3；EDTA；BaCl2；乙醇；聚乙二醇；甲叉双丙烯酰胺。

1.2 仪器与设备

电子天平；Thermo 数显pH 仪；TGL-16G-C 高速冷冻离心机；电热恒温水浴锅、752N 型紫外可见分光光度计、DYY-8C 电泳仪。

1.3 实验方法

1.3.1 小米主要营养成分的含量测定

测定两种小米的营养成分主要是蛋白质、脂肪、淀粉、灰分和水分，然后对两种小米各组分含量进行对比分析。

水分含量的测定：参照GB 5009.3《食品安全国家标准食品中水分的测定》，直接干燥法[4]。

灰分含量的测定：参照GB 5009.4《食品安全国家标准食品中灰分的测定》，食品中总灰分的测定[5]。

蛋白质含量的测定：参照GB 5009.5《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》，凯氏定氮法[6]。

淀粉含量的测定：参照GB 5009.9《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》，酸水解法[7]。

脂肪含量的测定：参照GB 5009.6《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》，索氏抽提法[8]。

1.3.2 小米全蛋白质的提取工艺优化

选取超声辅助溶剂提取的方法，提取两种小米的全蛋白质，以料液比、缓冲液pH 值、超声时间为单因素变量来对提取率进行研究，进一步选取适当的因素水平进行正交实验对提取工艺进行优化。

1.3.3 两种小米蛋白质进行SDS-PAGE 分子量表征

将两种小米洗净、干燥后粉碎过筛，取0.025 g 粉末放入2 mL 离心管中与配制好的PBS 缓冲液按照一定的比例进行混合，采用超声波辅助提取小米全蛋白。在4 ℃、5 000 r/min条件下离心15 min。取上清液，用于小米全蛋白质的SDS-PAGE。

参照Tian HD.改进的不连续缓冲液系统方法，配制好14%的聚丙烯酰胺凝胶[9]。点样后进行8 h 电泳，脱色，染色，并用凝胶成像系统对两种小米的蛋白质进行分子量测定分析。

2 结果与分析

2.1 两种小米的营养成分含量比较分析

采用国标法测得两种小米的各营养成分含量，结果（表1）显示，沁州黄小米因其生长环境为特殊红黏土，富含钙、铁、磷、锰、硒等多种营养元素，使得其在有机物、蛋白质、淀粉、脂肪含量上显著高于阳曲县小米，展示出了其营养成分的优势；阳曲县小米在水分含量上较沁州黄较高，与其口感软糯适于蒸煮的特性相符。进一步研究分析得出，两种小米均含有丰富的脂肪，且主要为不饱和脂肪酸，膳食纤维含量丰富，钾离子含量高、钠离子含量低，对高血压患者非常有益，磷含量丰富，为大米的2 倍，使其具有补血、健脑的功能。

表1 两种小米营养成分含量比较 含量，%

2.2 超声波辅助提取两种小米全蛋白工艺的研究

2.2.1 料液比对小米全蛋白提取率的影响

将干燥过筛的小米粉和PBS 缓冲溶液（pH=6.8）按照料液比[m（小米）/m（PBS 缓冲液），下同]为1∶1，1∶5，1∶10，1∶20，1∶50 混合后在4 ℃条件下超声30 s。后用冷冻离心机离心分离后取上清液，测定提取率，结果如图1 所示。

图1 料液比提取率影响

由图1 可知，提取率随着料液比的增大而逐步升高，料液比至1∶10 时达到峰值，随后提取率稍有下降。根据单因素实验结果，选择料液比为1∶5，1∶10，1∶20 三水平进行正交实验。

2.2.2 缓冲溶液pH 值对小米全蛋白提取率的影响

将干燥过筛的小米粉与pH 分别为6.8、7.0、7.2、7.6、8.0 的PBS 缓冲溶液（料液比为1∶10）混合后于4 ℃超声30 s，分离取上清液，进行提取率的测定。结果如图2 所示。

图2 缓冲溶液pH 值对提取率影响

由图2 可看出，缓冲溶液在pH=7.0 时，最适合小米全蛋白的溶出，全蛋白提取率最高。随着缓冲溶液碱性的增强，蛋白质的提取率降低。根据单因素实验结果，选择缓冲溶液pH 为6.8、7.0、7.2，三水平进行正交实验。

2.2.3 超声时间对小米全蛋白提取率的影响

将干燥过筛的小米粉与PBS 缓冲液（pH=6.8）按料液比1∶10 混合后在4 ℃下分别超声20、25、30、35、40、45、50 s 测定提取率。结果如图3 所示。

图3 超声时间对提取率影响

由图3 可知，随超声时间的增加提取率逐步增高，超声35 s 后提取率达到最大值。随着超声时间继续增加蛋白质因提取温度升高而降解，使得提取率反而降低。根据单因素实验结果，选择超声时间为30、35、40 s 三水平进行正交实验。

2.2.4 小米全蛋白质提取工艺的正交实验

正交实验因素水平表见表2。由表3 极差分析显示，在料液比、缓冲溶液pH 和超声时间三个因素中，对小米全蛋白提取率影响最大的因素是超声时间，其次是料液比，最后为缓冲溶液pH 值。根据正交实验结果显示，优化出小米全蛋白最佳的提取方案是A3B1C3，即在料液比为1∶20，pH 为6.8，超声40 s。

表2 正交实验因素水平表

表3 小米蛋白正交实验表

2.3 两种小米分子量测定

对两种小米蛋白质进行SDS-PAGE 凝胶电泳分析可知，小米中蛋白质组分主要为谷蛋白和醇溶谷蛋白。在同样的提取条件下，2，4 泳道的蛋白质含量明显高于1，3 泳道，沁州黄小米的蛋白质含量显著高于阳曲县小米，展示出了更好的营养品质。

3 结论

本研究通过超声波辅助提取法提取了两种小米（沁州黄小米与阳曲县小米）中的蛋白质，研究了料液比、缓冲溶液pH 和提取时间对小米蛋白质提取效果的影响，并通过三因素三水平正交实验筛选出两种小米蛋白提取的最优化方案为料液比1∶20，缓冲溶液pH=7.0，提取时间40 s。对提取出的小米蛋白质进行SDS-PAGE 凝胶电泳分析看出，小米蛋白的组份为谷蛋白和醇溶谷蛋白，且沁州黄小米的蛋白质含量高于阳曲县小米的蛋白质含量。对两种小米的各项营养成分进行研究可以看出，两种小米在营养组成上基本差别不大，但沁州黄小米的有机物、蛋白质、淀粉、脂肪含量比阳曲县小米略高。

通过研究，对沁州黄小米和阳曲县小米的营养品质进行了分析，为两种小米的深加工产品开发和利用，满足不同体质人群对小米蛋白质营养品质的不同需求，加工具有特异蛋白营养性状的专用品种提供了理论依据。