子營養(yǎng)成分及功能利用研究進(jìn)展

王雙輝,陳致印,謝 晶,余書齊,謝彥瑰,吳福平,羅育才,*

(1.湖南人文科技學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院,湖南婁底 417000;2.湖南隆慶農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司,湖南婁底 417000)

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王雙輝1,陳致印1,謝 晶1,余書齊1,謝彥瑰1,吳福平2,羅育才1,*

(1.湖南人文科技學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院,湖南婁底 417000;2.湖南隆慶農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司,湖南婁底 417000)

穇子是一種非常重要的作物,含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)及較高的膳食纖維、多酚、礦物質(zhì)和含硫氨基酸。穇子有抗氧化與抗衰老、抗癌、預(yù)防糖尿病、保護(hù)心臟和抗高血脂等生理功能。在國外,穇子除了被加工成穇子粉、穇子餅、穇子球等傳統(tǒng)食品外,還被制成穇子麥芽和發(fā)酵食品等。然而,我國對穇子的研究非常少,關(guān)于穇子的產(chǎn)品也不多,嚴(yán)重制約我國穇子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文將從穇子的營養(yǎng)成分、生理功能及加工利用這三個(gè)方面進(jìn)行綜述,以期待給我國穇子的加工者和研究者提供一定的借鑒。

穇子,營養(yǎng)成分,生理功能,加工利用,研究進(jìn)展

穇子(Eleusinecoracana(L.)gaertn),又名龍爪粟、鴨爪稗、龍爪稷等,為1年生草本植物,具有耐旱、耐澇和耐鹽堿的性能,起源于非洲,廣泛分布于東半球熱帶及亞熱帶地區(qū);在印度,它的產(chǎn)量僅次于小麥、水稻、玉米、高粱和珍珠粟,是一種非常重要的作物。我國長江以南及湖南、安徽、廣西、河南、西藏、陜西等省區(qū)均有分布[1]。穇子屬C4植物,光合能力極強(qiáng),產(chǎn)量較高。在我國,如施足底肥,在一般鹽堿地上,可畝產(chǎn)干草1000 kg、籽粒150～350 kg以上,即使在瘠薄的鹽堿荒地上,也可畝產(chǎn)達(dá)干草600 kg、籽粒100 kg[2]。穇子是熱帶和亞熱帶植物,不適宜我國的溫帶氣候;其產(chǎn)量也明顯低于小麥、水稻、玉米等作物;此外,穇子含有難以去除的種皮,粉碎后口感粗糙;因而,在我國的種植面積有限。

表1 穇子與其他谷物營養(yǎng)成分[1,6,15]Table 1 Nutrient content of finger millet and other grain[1,6,15]

注:數(shù)據(jù)為100 g可食部食物自然態(tài)的含量;稻米、小麥、玉米、大麥、小米的數(shù)據(jù)為全國食物成分代表值,將各地?cái)?shù)據(jù)按一定要求計(jì)算而得;“-”表示未測量。

表2 穇子中必需氨基酸含量(mg/100 g)[1,6]Table 2 Essential amino acid composition of protein in finger millet(mg/100 g)[1,6]

然而,穇子營養(yǎng)豐富,具有較高含量的膳食纖維、多酚、礦物質(zhì)和含硫氨基酸,特別是穇子的鈣和鉀含量在所有谷物是最高的[3-4]。研究表明,穇子有抗氧化與抗衰老、抗癌、預(yù)防糖尿病、保護(hù)心臟和抗高血脂等生理功能[5]。本文將從穇子的營養(yǎng)成分、生理功能及加工這幾個(gè)方面進(jìn)行綜述。

1 穇子的營養(yǎng)成分

1.1 碳水化合物

印度穇子的碳水化合物含量與其他谷物相當(dāng),而西藏穇子低于其他幾種谷物,其膳食纖維含量高于稻米和小米(表1)。穇子碳水化合物由多種成分組成,其主要成分為淀粉。Gopalan[6]的研究表明,印度穇子含有糖(1.04%)、淀粉(65.5%)和膳食纖維(11.5%)。Wankhede等[7]測定了幾個(gè)印度穇子品種的碳水化合物,結(jié)果表明,穇子中含有59.5%～61.2%的淀粉、6.2%～7.2%的戊聚糖、1.4%～8.0%的纖維素和0.04%～0.6%的木質(zhì)素。

1.2 蛋白質(zhì)

穇子蛋白質(zhì)含量低于小麥、玉米、大麥和小米(表1)。不同品種的穇子蛋白質(zhì)存在較大的差異,主要成分是醇溶蛋白[8]。其蛋白氨基酸組成較好,含有8種人體必需的氨基酸,西藏穇子和印度穇子的必需氨基酸含量分別為2830、2650 mg/100 g(表2)。穇子蛋白質(zhì)氨基酸評分(被測食物蛋白質(zhì)每克氮或蛋白質(zhì)氨基酸含量(mg)/參考蛋白質(zhì)的每克氮或蛋白質(zhì)氨基酸含量(mg)×100)為52,高粱是37,而珍珠栗是63[9]。由于受單寧的影響,穇子蛋白質(zhì)消化率較低,然而,研究表明食用穇子蛋白能有效維持氮、磷和鈣在成人體內(nèi)的平衡[10]。

1.3 脂肪

Mahadevappa等[11]對印度不同品種穇子的研究表明,穇子的總脂肪含量為1.85%～2.10%,包括70%～72%中性脂肪、5%～6%的糖脂和10%～12%的磷脂,其中的中性脂肪主要是甘油三酯及微量的甾醇組成。脂類中含有46%～62%的油酸、8%～27%的亞油酸、20%～35%的棕櫚酸及微量的亞麻酸。穇子的脂肪含量比玉米和小米都低(表1),這可能是穇子比其他谷類有更好貯藏性的原因之一。

1.4 微量營養(yǎng)素

穇子含有344 mg/100 g的鈣(其含量遠(yuǎn)大于稻米、小麥、玉米和高粱)、283 mg/100 g的磷、3.9 mg/100 g鐵以及其他的微量元素和維生素,相比其他谷物,穇子的鉀含量也很高(408 mg/100 g)。穇子中有較高含量的維生素,其中維生素B1含量為0.42 mg/100 g,高于稻米、玉米和小米;維生素B2含量為0.19 mg/100 g,高于表1中的其他五種谷物;維生素B3含量為1.1 mg/100 g,比表1中的其他五種谷物都略低;此外,穇子中還含有42 μg/100 g的胡蘿卜素(表1)。

加工會影響穇子微量營養(yǎng)素的含量和生物利用度。Sripriya等[12]報(bào)道,穇子的發(fā)芽和發(fā)酵會降低60%的植酸含量,同時(shí)增加礦物質(zhì)的生物利用率。穇子制麥會增加礦物質(zhì)(鈣、鐵、鋅、鐵、錳)的生物利用率[13]。脫皮會降低總礦物質(zhì)的含量,但是增加鈣、鐵、鋅的生物利用率。膨化會降低鈣的生物利用率,增加鐵和鋅的生物利用率[14]。穇子含有豐富的鈣和鐵,且通過簡單處理如制麥、發(fā)酵可提高其生物利用度,為兒童和青少年的骨骼健康和血紅蛋白提供了良好的補(bǔ)充。

1.5 多酚

Chethan[16]等對印度不同品種穇子的研究表明,穇子中多酚的含量因品種而異,棕色穇子中多酚含量高于白色穇子。白色穇子含有40～90 mg/100 g的多酚,棕色穇子含有80～3470 mg/100 g的多酚。翟瑋瑋[17]的研究表明,來自淮安市的玉米、燕麥、小麥、糙米四種谷物的多酚含量分別為49、14、19、23 mg/100 g,穇子中的多酚含量遠(yuǎn)高于這四種谷物。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),穇子多酚由85%的苯甲酸衍生物(沒食子酸、原兒茶酸、對羥基苯酸、香草酸、丁香酸)、肉桂酸衍生物(阿魏酸、反式肉桂酸、香豆酸、咖啡酸、芥子酸)和黃酮(槲皮素、原花青素、縮合單寧)組成[16]。Rao[18]發(fā)現(xiàn)穇子主要的游離酚酸是原兒茶酸(45 mg/100 g),Devi[19]發(fā)現(xiàn)主要的酚酸是阿魏酸(64%～96%)和香豆酸(50%～99%)。

加工會影響穇子中多酚的含量和生物利用率,常壓蒸煮、加壓蒸煮和發(fā)芽分別使其含量降低12%～19%,50%和50%;常壓蒸煮、加壓蒸煮和微波加熱會降低多酚30%～50%的生物利用率,而發(fā)芽能增加其67%的生物利用率[20]。Gabaza[21]的研究表明,發(fā)酵和烹飪能增加可溶性多酚兩倍的含量。

2 穇子的生理功能

2.1 抗氧化與抗衰老

糖尿病、心臟病、癌癥等慢性疾病與活性氧和氮導(dǎo)致的細(xì)胞分子氧化有關(guān)。有些天然產(chǎn)物能抑制氧化損傷,維持生理平衡。在過去的幾年中,植物多酚已經(jīng)引起了健康專家和營養(yǎng)學(xué)家的極大關(guān)注,膳食植物多酚能降低癌癥、心血管和神經(jīng)性疾病、感染、衰老和糖尿病等疾病的發(fā)生率[22-24]。穇子,特別是種皮,含有豐富的酚類化合物(主要是苯甲酸衍生物),它具有較好的抗氧化活性[25]。大鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明,在糖尿病大鼠的飲食中添加55%的穇子能分別恢復(fù)超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽還原酶14%、3%、16%、28%的酶活性[26]。此外,穇子還能抑制膠原蛋白的交聯(lián)[27],這可以減緩肌腱、皮膚和血管的老化。

但是,熱處理、發(fā)芽、去皮等加工過程會降低多酚的自由基猝滅能力。因此,需要做更多的研究來開發(fā)含有較高多酚的功能性食品。

2.2 抗癌

近年來,人們越來越重視通過天然途徑來預(yù)防疾病。通過膳食健康食品而不是藥品來預(yù)防癌癥是非常有吸引力的。膳食抗腫瘤食物能降低腫瘤的發(fā)生率,植物營養(yǎng)素和抗氧化劑能猝滅自由基和單線態(tài)氧從而具有抗腫瘤活性[28],穇子中含有大量的這些物質(zhì)。Singh[29]等通過HepG2肝癌細(xì)胞的毒性實(shí)驗(yàn)和芯片技術(shù)證明了穇子和珍珠粟酚類都具有抗腫瘤作用,Choi[30]等證明了阿魏酸能抑制大鼠的舌、結(jié)腸和乳腺細(xì)胞的癌變?？梢姺_子的酚類物質(zhì)、單寧和植酸都可能作為一種天然的抗癌藥物。

Cade[31]等報(bào)道了谷類膳食纖維能抑制乳腺癌。穇子膳食纖維也可能有類似的抗癌效果,但有必要通過實(shí)驗(yàn)證明它們對不同癌癥的抑制作用。

2.3 預(yù)防糖尿病

糖尿病是一種以高血糖為特征的代謝性疾病。高血糖則是由于胰島素分泌缺陷或其生物作用受損,或兩者兼有引起的。餐后高血糖能被化學(xué)合成的α-葡萄糖苷酶和胰淀粉酶抑制劑控制,這些酶的天然抑制劑比化學(xué)合成抑制劑更加安全。穇子種皮酚類提取物能有效抑制這些酶的活性,從而降低血糖水平,這可以有效預(yù)防和控制糖尿病的發(fā)生[32]。Pradhan等[33]的研究表明,膳食含30%穇子的雜糧面粉能降低血糖水平,這可能是由于膳食纖維介導(dǎo)延緩碳水化合物的消化率。穇子中單寧、酚類和植酸鹽等抗?fàn)I養(yǎng)因子能降低淀粉的消化率和吸收率,從而輔助降低血糖[34]。在大鼠中,全穇子飲食可以改善四氧嘧啶誘導(dǎo)的高血糖[26]。此外,飲食中膳食鈣和鎂能降低2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)[35],而穇子中含有豐富鈣、鉀、鎂等礦物質(zhì)?？傊?基于穇子的功能性食品和制劑能降低血糖指數(shù),誘導(dǎo)低血糖反應(yīng)。

傷口愈合緩慢和白內(nèi)障是糖尿病的并發(fā)癥,大鼠模型實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明膳食中添加20%的穇子可以加速皮膚傷口愈合和延緩白內(nèi)障的發(fā)病[36]。在體外,3 mg的穇子甲醇提取物就能顯著抑制膠原蛋白的糖基化,而化學(xué)合成的糖基化抑制劑需要125 mg才能達(dá)到相同的效果,這對抑制糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生非常有益[27]。所以,穇子可能作為控制糖尿病和相關(guān)并發(fā)癥的功能性原料。

2.4 保護(hù)心臟和抗高血脂

心腦血管疾病是死亡的首要原因,血壓異常、膽固醇升高、抑郁、肥胖和糖尿病等危險(xiǎn)因素加重了這一問題。印度的一項(xiàng)調(diào)查顯示,膳食穇子的居民的心血管疾病發(fā)病率低于沒有膳食穇子的居民[37]。Vasant等[38]研究表明,膳食穇子能降低大鼠血清中的甘油三酯和總膽固醇而抑制高血脂,給大鼠喂養(yǎng)含有穇子的雜糧飼料能有效控制脂肪和高膽固醇的攝入量。在體外銅介導(dǎo)的人低密度脂蛋白膽固醇氧化系統(tǒng)中,穇子酚類能抑制低密度脂蛋白膽固醇的氧化修飾而抑制脂質(zhì)氧化,其抑制作用與酚類物質(zhì)的種類和劑量有關(guān)[39]。

Chandrasekara[40]對五種谷物(kodo粟、穇子、黍稷、小米和珍珠粟)的水溶性膳食纖維進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)它們都可以減少膽汁酸的重吸收(這是生物合成膽固醇),降低低密度脂蛋白膽固醇。穇子的發(fā)酵能提高抑制素和甾醇的含量。抑制素是一種膽固醇生物合成酶抑制劑,甾醇有助于降低血清LDL(壞膽固醇)而不影響高密度脂蛋白水平[41]。

2.5 預(yù)防胃腸疾病和營養(yǎng)不良

麩質(zhì)過敏癥是一種非常常見的自身免疫性遺傳疾病,它是由于攝入了過敏蛋白麩質(zhì)引起的,這類蛋白存在于常見的谷物如小麥、黑麥和大麥中。其唯一的治療方法是膳食不含麩質(zhì)的食品,如大米、黑麥、高粱、小米、莧菜、蕎麥、藜麥、野生稻、燕麥。穇子蛋白組成和小麥類似但無麩質(zhì),可以作為小麥的替代品[40]。利用這個(gè)特性,可以開發(fā)出無麩質(zhì)功能食品。

穇子富含可溶性和不溶性膳食纖維,可以預(yù)防腸道疾病、結(jié)腸癌、冠心病和糖尿病[42]。另一方面,可溶性纖維有助于潤滑和舒緩發(fā)炎的消化道。此外,穇子多酚還可以幫助減少消化道炎癥和預(yù)防潰瘍[16]。

肥胖的人越來越多,營養(yǎng)不良的人仍然存在,穇子營養(yǎng)均衡,易于消化吸收,是營養(yǎng)不良和肥胖患者的理想飲食。對于蛋白質(zhì)能量營養(yǎng)不良的患者,穇子是一個(gè)補(bǔ)充碳水化合物(80%)和蛋白質(zhì)(7%～9%)的好食品,它含有多種必需氨基酸,如纈氨酸、蛋氨酸和色氨酸。此外,穇子含有豐富的礦物質(zhì)如鈣、磷、鉀、鐵和維生素如硫胺素、煙酸和核黃素(表1)。穇子脂肪含量低,適合于肥胖人士。在嚙齒類動物模型中的研究表明,補(bǔ)充穇子麩皮有助于防止高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖,增加嚙齒類動物有益腸道菌群[43]。補(bǔ)充穇子麩皮的另一個(gè)好處是延緩碳水化合物的消化速率,增加吸收時(shí)間,從而增加飽腹感,減少熱量攝入,促進(jìn)減肥。

2.6 預(yù)防骨質(zhì)疏松及其他骨骼疾病

攝入較多的天然鈣有助于預(yù)防骨質(zhì)疏松等骨骼疾病。穇子是一個(gè)很好的鈣來源,其中的鈣含量高達(dá)350 mg/100 g,是其他谷物的5～10倍[44]。牛奶平均含有鈣112 mg/100 g[45],也是一個(gè)很好的鈣來源,但不適宜于乳糖不耐癥和斷奶嬰兒。因此,由穇子加工的產(chǎn)品可補(bǔ)充兒童生長發(fā)育所需的鈣,也可以預(yù)防成年的骨質(zhì)疏松及其它骨骼疾病。

3 穇子的加工利用

在國內(nèi),關(guān)于穇子的研究和產(chǎn)品還比較少,目前主要將穇子加工成穇子粉、穇子粑、穇子餅等傳統(tǒng)產(chǎn)品。在國外,穇子除了被加工成穇子粉、穇子餅、穇子球、穇子稀粥、薄脆餅、面條、湯等外,還被制成穇子麥芽粉和發(fā)酵食品[46-49]。此外,穇子的脫皮工藝也已經(jīng)被印度人開發(fā)。

3.1 穇子粉

穇子具有易碎的胚乳和完整的種皮,所以不能像大米或其他谷類一樣被煮熟或在碾米機(jī)中去殼,因此,穇子需要研磨或者粉粹成穇子粉。一般來說,全穇子加工的產(chǎn)品顏色較暗,吸引力較小,需要脫除種皮來精制穇子粉。

3.2 脫皮

Malleshi[50]和Dharmaraj[51]分別開發(fā)和優(yōu)化了穇子的脫皮工藝。由于穇子種皮完整、胚乳易碎,不能采用大多數(shù)谷物的去皮方法,必須經(jīng)過浸泡、蒸煮、干燥來硬化胚乳才能抵抗脫皮過程的機(jī)械沖擊。具體過程如下:室溫浸泡8 h→常壓蒸煮20 min→干燥→熱水處理→去除多余水分→用水平砂輥礱谷機(jī)去殼。去皮的穇子可以像大米一樣烹飪,副產(chǎn)物穇子皮含有豐富的酚類物質(zhì)、礦物質(zhì)和膳食纖維。

3.3 制麥

穇子制麥常用于制作特色食品,此過程能提高蛋白質(zhì)、碳水化合物和礦物質(zhì)的生物利用率,合成一些B族維生素和分解抗?fàn)I養(yǎng)因子。其過程是將穇子在水中浸泡以促進(jìn)發(fā)芽,發(fā)芽2～3 d后將其烘干,最后通過手搓法將芽和根分離即可得到穇子麥芽[52]。穇子麥芽中含有豐富的淀粉酶,可以替代麥芽糊精摻入牛奶或者噴霧干燥制成嬰兒食品[4,53]。此外,穇子麥芽也可以用于飲料、糖果、牛奶、蛋糕、快餐等[54-55]。

3.4 膨化

高溫短時(shí)間(HTST)處理穇子可以使淀粉糊化、胚乳破裂,從而獲得特殊的味道和香氣。膨化的穇子含有豐富的常量營養(yǎng)素、微量營養(yǎng)素和膳食纖維,混入蔬菜、奶粉、糖類等就可以制成即食的營養(yǎng)補(bǔ)充食品[4]。

4 展望

隨著健康食品需求的增大,高質(zhì)量保健品的開發(fā)和公眾對保健行業(yè)的認(rèn)識將引領(lǐng)未來幾年保健品的發(fā)展,開發(fā)功能性糧食作物的營養(yǎng)水平已經(jīng)成為人類的共識。穇子里還有豐富的膳食纖維,鈣、鉀和多酚含量明顯高于其他谷物,其保健功能已經(jīng)獲得初步證實(shí),國外已經(jīng)開發(fā)出了部分保健食品,隨著我國人們對穇子的了解和研究的深入,穇子在我國保健品行業(yè)將有一個(gè)光明的未來,在慢性疾病的控制上將作出重要的貢獻(xiàn)。

然而,穇子現(xiàn)有研究只是初步的,現(xiàn)有的產(chǎn)品比較少,特別是國內(nèi)研究和產(chǎn)品基本空缺。穇子的功能性成分與品種和地域差異較大,國外的研究只能給我們一定的借鑒,我們至少需要在下面幾個(gè)方面做更深入的研究:

第一，穇子中含有多種功能性成分,但目前的研究只測定了這些成分的量,并未對這些成分進(jìn)行分離純化和分子結(jié)構(gòu)鑒定;

第二，目前對穇子功能活性成分的功能研究主要局限于體外和動物實(shí)驗(yàn),這些功能成分與人體的相互作用需要做更深入的研究;

第三，現(xiàn)有穇子功能性食品主要局限在以穇子作為食品原料,我們需要對其功能性成分進(jìn)行提取,開發(fā)出更高層次的功能性食品;

第四，高產(chǎn)穇子品種的選育。

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Research progress in nutrient composition,function and utilization of finger millet

WANG Shuang-hui1,CHEN Zhi-yin1,XIE Jing1,YU Shu-qi1,XIE Yan-gui1,WU Fu-ping2,LUO Yu-cai1,*

(1.College of Agriculture and Biotechnology,Hunan University of Humanities,Science and Technology,Loudi 417000,China;2.Hunan Longqing Agricultural Development Co. Ltd.,Loudi 417000,China)

Finger millet,containing rich nutrient such as dietary fiber,polyphenols,minerals and sulfur-containing amino acids is a kind of important crop in the world. There are various functions of finger millet,such as antioxidant and anti-aging,anti-cancer,prevention of diabetes,heart protection and antihyperlipemia. In foreign countries,finger millet is processed into malt powder and fermented food,in addition to flour,bread,balls and other traditional food. However,there are very few researches and products of finger millet in China. It seriously restricts the development of Chinese industry of finger millet. This article reviews the nutrient composition,physiological function and processing of finger millet,in order to provide references to our country's producers and researchers about finger millet.

finger millet;nutrient composition;physiological function;itilization;research progress

2016-12-29

王雙輝(1985-),男,碩士研究生,助教,研究方向:食品科學(xué),E-mail:18216475975@163.com。

*通訊作者:羅育才(1975-),男,碩士,高級農(nóng)藝師,研究方向:作物栽培與育種,E-mail:1016484783@qq.com。

湖南省教育廳科研項(xiàng)目(17C0819);湖南人文科技學(xué)院青年基金項(xiàng)目(2015QN10);油菜林套技術(shù)研究及推廣應(yīng)用(774000701)。

TS218

A

1002-0306(2017)13-0329-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.062