黑玉米的營養(yǎng)優(yōu)勢及開發(fā)應(yīng)用

李靖元，柳青，王國良，王瑩，陳月，聞其龍

（吉林省綠色食品工程研究院，吉林長春130000）

玉米（Zea mays L.）是禾本科玉蜀黍?qū)俚囊荒晟荼局参铮a(chǎn)于美洲大陸，是最重要的糧食作物之一。其全球種植總量僅次于小麥和水稻。黑玉米為玉米的變種，是籽粒色澤為黑色、紫色玉米的總稱，也叫做紫玉米。黑玉米籽粒中蛋白質(zhì)、脂肪和硒的含量分別是普通玉米的1.23 倍、1.3 倍和3 倍～8.5 倍，花色苷含量是藍(lán)莓的4.3 倍。與普通玉米相比具有更高的營養(yǎng)價值和更好的保健功效[1-2]。近年來，隨著人們自我保健意識和食品安全意識的不斷增強，黑玉米作為一種天然綠色功能性食品原料具有很大的發(fā)展?jié)摿?，本文旨在為黑玉米產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及研究方向。

1 黑玉米的起源及我國栽培、選育情況

玉米起源于美洲，自古代美洲大陸開始，古印第安居民就對玉米進(jìn)行了長期的篩選育種工作。在15世紀(jì)之前，印第安人已經(jīng)培育出了爆裂型、甜質(zhì)型、馬齒型、粉質(zhì)型和硬粒型等多種類型的玉米。這些不同類型的玉米在印第安人手中除了最基本的熟制食用以外，還具有染色、釀造、生食等多種用途[3]。而玉米籽粒的顏色也有很多種，除了傳統(tǒng)的黃色和白色，還有黑色和紫色籽粒的玉米，即黑玉米[4]。

在中國，栽培玉米至少已有460 年的歷史，但黑玉米最初種植的確切地點和時間還有待進(jìn)一步考究。

目前最早關(guān)于黑玉米的記載為1760 年清代學(xué)者張宗法所著的《三農(nóng)記》，書中寫到“玉米累累然如芡實大，有黑、白、紅、青之色，有硬有黏”，其中的“黑”即指黑玉米。根據(jù)這一記載推測，1760 年以前中華大地就已經(jīng)開始了黑玉米的種植。雖然黑玉米在我國的栽培歷史不短，但直到改革開放初期，黑玉米一直沒有在國內(nèi)大范圍、大批量地種植開來。直到近年來，隨著黑玉米的營養(yǎng)價值和保健作用被大眾所了解，黑玉米的種植量才有所增加，其新品種的開發(fā)也被各地重視起來。現(xiàn)在，包括“靠山一號”（遼寧鞍山）等越來越多特點更鮮明的黑玉米品種被培育出來[4]。

2 黑玉米的營養(yǎng)組成優(yōu)勢

2.1 黑玉米與其他谷物六大營養(yǎng)素含量的對比

六大營養(yǎng)素為蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、礦物質(zhì)、維生素和水，由于通過攝入食物獲取水分并非人體獲得水分的最主要方式，因此本文只對除水以外的五類營養(yǎng)素進(jìn)行分析討論。

總體來講，黑玉米中的營養(yǎng)素含量比其他谷物更為豐富，高云[5]用遼寧鞍山產(chǎn)“靠山一號”黑玉米與其它谷物進(jìn)行主要營養(yǎng)成分的對比，具體含量對比如表1 所示。

表1 黑玉米主要營養(yǎng)素含量與其他谷物比較Table 1 Comparison of main nutrient contents between black maize and other cereals mg/kg

由表1 可知，黑玉米的蛋白質(zhì)含量在谷物中處于較高水平：為普通玉米的1.25 倍、稻米的1.58 倍。

2.1.1 氨基酸組成

黑玉米的氨基酸組成及含量與其他谷物比較見表2[5-6]。

由表2 可知，在氨基酸的構(gòu)成上，黑玉米含有18種氨基酸。其氨基酸組成中最明顯的特點是含有豐富的賴氨酸[7]，其生物價接近80，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通玉米和大豆，更易于被人體吸收。此外，黑玉米中豐富的氨基酸能夠提高鈣、鐵、鋅元素在人體內(nèi)的消化利用率[5]。

表2 黑玉米的氨基酸組成及含量與其他谷物比較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，黑玉米的脂肪含量為普通玉米的2.94 倍，這可能是由于黑玉米中胚芽質(zhì)量高于普通玉米所導(dǎo)致的。普通玉米中亞油酸和亞麻酸等不飽和脂肪的含量為總脂肪酸的20%～30%。而黑玉米脂肪酸中不飽和脂肪酸含量達(dá)到60%以上，具有更強的抗衰老及降低血清膽固醇的作用[5，7]。

2.1.3 碳水化合物

黑玉米中碳水化合物總含量相比普通玉米以及其他谷物要少得多，但總還原糖的含量是普通玉米的2 倍[5]，非還原糖中支鏈淀粉含量相比黃玉米高出23%，尤其是占胚乳總含量87%的淀粉全部由支鏈淀粉組成，口感香甜，風(fēng)味較好，不易反生，符合現(xiàn)代人對于食物低碳水化合物含量、口感口味佳的訴求[8]。

2.1.4 礦物質(zhì)

2.1.4.1 硒

黑玉米中硒含量可達(dá)普通玉米的3 倍～8.5 倍[1，9-10]，如意大利黑糯玉米硒含量達(dá)到0.102 mg/kg，高于農(nóng)大60 黃玉米硒含量8.5 倍[11]。

2.1.4.2 鉀

黑玉米中鉀含量為9 050 mg/kg，遠(yuǎn)高于其他谷物，是極好的補充鉀元素食物。

2.1.4.3 鐵

如表1 所示，黑玉米中鐵含量較高，為其他谷物的1.8 倍～4.8 倍，是鐵元素的良好食物來源。

2.1.4.4 鋅

如表1 所示，黑玉米中鋅含量為普通玉米的3.53倍，遠(yuǎn)高于其他谷物。

2.1.4.5 其他礦物質(zhì)

除以上4 種礦物質(zhì)外，黑玉米中鈣、磷、銅等的含量相對普通玉米也高出許多，人體缺乏鈣、磷、銅會引發(fā)骨質(zhì)疏松、佝僂病、軟骨癥、失眠、缺銅性貧血等多種疾病。而黑玉米則是補充以上幾種礦物質(zhì)的優(yōu)質(zhì)食物來源。

2.1.5 維生素

黑玉米含有豐富的B 族維生素及維生素E[7]，同時在其鮮穗籽粒中還含有絕大多數(shù)谷物并不含有的維生素C，所以又有“水果玉米”的美譽[5]。維生素對人體代謝具有重要作用，維生素C 能夠促進(jìn)膠原纖維的形成，抗氧化、延緩衰老，還有助于鈣和鐵等礦物質(zhì)的吸收；B 族維生素能夠舒緩情緒，令人精力充沛；維生素E 能夠促進(jìn)性激素分泌，保護T 淋巴細(xì)胞，抗自由基氧化，美容養(yǎng)顏等。

2.2 黑玉米花色苷

2.2.1 黑玉米花色苷的種類

黑玉米籽粒中的色素來源于黑玉米色素（purple maize coloring matter pigment，PCP）。PCP 經(jīng)過紅外光譜、紫外光譜、核磁共振及質(zhì)譜分析鑒定發(fā)現(xiàn)其屬于花色苷類色素。Aoki 等[12]在秘魯黑玉米籽粒中分離出6 種花色苷，均屬于矢車菊素類、芍藥素類或天竺葵素類花色苷中的一種。而Zhao 等[13]于2008 年對中國產(chǎn)黑玉米籽粒（河北涿州）進(jìn)行質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)了7 種花色苷，也均屬于上述三類花色苷中的一種，黑玉米籽?；ㄉ战M成見表3[14]，研究證明不同品種黑玉米之間花色苷類別組成相似。

表3 黑玉米籽?；ㄉ战M成Table 3 Anthocyanin composition of black maize kernel

2.2.2 黑玉米中花色苷的含量

鮮黑玉米中花色苷含量為1 640 mg/100 g，遠(yuǎn)高于鮮藍(lán)莓中花色苷的含量（380 mg/100 g）[2]。史振聲等[15]試驗對比7 種紫玉米（黑玉米）籽粒中的花色苷含量，在粗提取情況下7 種玉米的花色苷含量在0.75%～1.90%之間。而劉炬[16]對東北黑玉米中花色苷含量進(jìn)行了檢測，其花色苷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.01%，均證明黑玉米中花色苷的含量較高，具備較高的開發(fā)利用價值[17]。

2.2.3 黑玉米花色苷的生物學(xué)功能

PCP 為水溶性色素，其在酸性條件下呈現(xiàn)紅色，堿性條件下呈現(xiàn)藍(lán)色，食用安全性很高，可作為保健食品或食品添加劑進(jìn)行開發(fā)利用[18-19]。具有較強的抗氧化、抗腫瘤、清除自由基、降血糖、降血脂、調(diào)節(jié)血壓作用[5，14，20-21]。對于提高免疫力、保護視力、延緩衰老、防治“三高”、提升記憶力、預(yù)防動脈硬化及癌癥等具有較高的醫(yī)療價值和保健作用[22-26]。其功能主要通過抑制或提高某些酶的活性以及在細(xì)胞外利用非酶途徑達(dá)成抗氧化功能來實現(xiàn)[27-28]。

3 黑玉米開發(fā)現(xiàn)狀

目前黑玉米種植量較小，人們對其認(rèn)可度還不高，以青穗采摘加熱后食用為主要應(yīng)用方式，加工食品的類別和總量均較少。

3.1 預(yù)包裝青穗

預(yù)包裝青穗是黑玉米加工食品中最普遍的一種，符合我國居民傳統(tǒng)食用習(xí)慣。利用采摘→篩選→清洗→真空包裝→熟制或半熟的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品去除包裝后即食（或微波加熱2 min～3 min 后食用），在18 ℃～25 ℃條件下貯存保質(zhì)期可達(dá)一年。其優(yōu)勢為在不改變傳統(tǒng)食用習(xí)慣下增加了青穗貯存和食用的便捷性，同時采用工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)保障了食品安全及質(zhì)量。

3.2 面食類

黑玉米相比普通玉米，其支鏈淀粉含量高而直鏈淀粉含量低，還原糖含量高而非還原糖含量低，故以黑玉米磨粉制作面食類產(chǎn)品的口感、組織狀態(tài)明顯優(yōu)于普通玉米，具有較高的應(yīng)用價值。目前市場上的黑玉米面食產(chǎn)品主要為以黑玉米粉部分或全部替代小麥粉、玉米粉制作而成的面包、餅干、面條等產(chǎn)品。此類產(chǎn)品對于追求新奇、健康養(yǎng)生的人群有較強的吸引力。

3.3 飲料類

由于黑玉米具有特殊香氣，以黑玉米為主要原料，采用發(fā)酵、加氣、鮮榨等方式可以生產(chǎn)果汁、碳酸、蛋白等多種類型的飲料，產(chǎn)品保留黑玉米的營養(yǎng)特性，同時具備玉米的香氣，酸甜的口感，適合飲用。此外，黑玉米制粉過程的副產(chǎn)物黑玉米胚芽則可以提取制成具有獨特風(fēng)味的功能性營養(yǎng)保健飲料。

4 結(jié)論與展望

黑玉米具有較高的營養(yǎng)價值，較強的功能性以及適口性等特點，但目前種植量較少，其功能性不為大眾熟知，產(chǎn)品開發(fā)尚處于初級階段，隨著黑玉米被廣大人民群眾所熟知、接受，其潛力必將得到釋放，未來應(yīng)用前景非常廣闊。

雖然目前市場上黑玉米產(chǎn)品較少，但是由于黑玉米在種植上不受限制且具有較高的營養(yǎng)價值和保健功能，所以其未來開發(fā)利用價值巨大。

與其他玉米相同，黑玉米在乳熟期可做青穗以供煮制鮮食，完全成熟后又可作為糧食作物。黑玉米在食品加工過程中表現(xiàn)出的特性類似于普通玉米，如不考慮顏色影響，在食品加工中使用的玉米原料在微調(diào)工藝參數(shù)后幾乎都可用黑玉米進(jìn)行替換使食品的營養(yǎng)更加豐富，如制成代餐粉、休閑食品、即食粥等。鑒于黑玉米籽粒中含有豐富的花青素，提取后作為化妝品和保健食品的潛力巨大。同時，黑玉米色素對食品、飲料有較強的著色力和穩(wěn)定性[29]，未來可成為理想的天然食用色素。黑玉米富含功能性營養(yǎng)成分，未來有望成為良好的特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品（foods for special medical purposes，F(xiàn)SMP）生產(chǎn)原料。

目前我國對于玉米的利用以籽粒為主，其他部分大都被廢棄或焚燒。為了提高其利用程度，可以從黑玉米穗軸中提取花青素[30]、糠醛和木糖醇[5，31]；利用黑玉米穗軸作為主要原料釀造白酒，而穗軸經(jīng)發(fā)酵、碳化后是優(yōu)質(zhì)的土壤改良劑[32-33]。從黑玉米須中提取多糖和黃酮類等物質(zhì)，將黑玉米須鮮飼作為家畜的優(yōu)質(zhì)飼料，而微貯發(fā)酵后可以成為反芻動物的主要飼料來源，亦可將黑玉米須與可食用花、水果等復(fù)合制成水果花茶飲用[31]。黑玉米加工過程中破碎的籽粒、籽粒殘渣等能夠制成寵物食品。黑玉米苞葉可以制作民族手工藝品及靠墊、坐墊等日常用品。秸稈等天然再生性植物纖維可以經(jīng)消毒、粉碎等工藝模壓成型作為餐具等使用。鮮玉米秸稈汁則可與苯甲酸鈉等復(fù)配制成提高土壤抗侵蝕能力的專用土壤改良劑[34]，而干燥的玉米秸稈則可以熱解制碳[35]。

可以預(yù)見，隨著黑玉米被廣大人民群眾所熟知、接受，其種植面積將會越來越廣，應(yīng)用方式也將會越來越多樣化，黑玉米的經(jīng)濟效益可以得到顯著提升，黑玉米未來整體的市場前景非?？捎^。