小米的碳水化合物组成及水分解构的研究进展

小米的碳水化合物组成及水分解构的研究进展

小米是小米（北方称谷类）的脱壳粮食。因为它的粒小，所以叫它。小米是世界上最古老的栽培农作物之一,起源于中国北方黄河流域,是中国古代的主要粮食作物,所以夏代和商代属于“粟文化”。粟生长耐旱,品种繁多,俗称“粟有五彩”,有白、红、黄、黑、橙、紫等各种颜色的小米,也有黏性小米。中国最早的酒也是用小米酿造的。粟适合在干旱而缺乏灌溉的地区生长。小米的主产区在中国,占全世界产量的80%,其次是印度,占全世界小米产量的10%,欧美等国也有少量种植。国内小米的种植主要分布在华北,是重要的杂粮作物,目前,全国小米的种植面积约140万公顷,年产量450万吨左右,其中以河北、山西及内蒙古等省产量最大。小米营养丰富,主要含有碳水化合物、蛋白质及氨基酸、脂肪及脂肪酸、维生素、矿物质等,各种营养素比例适宜,是良好的食品营养源,中医及民间素以小米制作滋补粥食,用来调养身体;以小米加工的食品也具有较高的营养价值。1小米的营养成分和化学成分特点1.1小米多糖组成及结构小米中的碳水化合物含量低于大米、小麦和玉米,约74.62%,主要成分是淀粉,其中直链淀粉较多(27.2%),高于玉米淀粉中的直链淀粉含量(20.3%)。其中抗性淀粉含量约为2.9%。国外小米碳水化合物的研究报道较多,Wankhede等人研究比较了小米和糁米(fingermillet)的碳水化合物组成,发现碳水化合物占到小米总重的63%~70%,其中还原糖占0.46%~0.69%、淀粉56%~61%、纤维素0.7%~1.8%、戊糖5.5%~7.2%。小米的水溶性多糖组成结构中,主要是阿拉伯糖和木糖,还有少量的甘露糖和半乳糖以及葡萄糖。Malleshi等研究了小米、糁米、珍珠米(pearlmillet)中的还原糖以及非淀粉多糖,并与这些谷物发芽后的成分组成做了比较,对比发现,发芽后的小米中葡萄糖、果糖、麦芽糖和非淀粉多糖的含量明显升高,半纤维素类多糖含量基本没有变化。淀粉中直链淀粉和支链淀粉的比例不同对小米的食用品质及加工性能有直接影响。与玉米淀粉的糊化特性相比,小米淀粉凝胶稳定性好、持水力强、膨涨力高、糊化温度高、热焓变化大,但透明度低、冻融稳定性和热稳定性差。Singh对小米淀粉微观结构研究表明,foxtailmillet和barnyardmillet淀粉颗粒直径一般大于0.25μm,fingermillet淀粉颗粒直径大于0.125μm。另外小米中膳食纤维含量高,是大米的2.5倍,膳食纤维具有预防心血管疾病发生的功效,因此,长期食用小米有益健康。1.2氨基酸c蛋白质在小米中的含量为9.28%,消化率为83.4%,生物价为57,高于小麦和大米。小米蛋白中氨基酸种类齐全,含有人体必需的8种氨基酸,且含量分别比大米、小麦粉和玉米高出56.4%、80.6%、42.6%,除赖氨酸含量偏低外,其他氨基酸的比例均符合WHO的推荐模式,见表1。以AAS(氨基酸分)和CS(化学分)评价其中的8种必需氨基酸,结果发现小米的AAS和CS除赖氨酸小于1外,其他必需氨基酸的AAS和CS均大于1,达到了全价蛋白的标准,见表1、表2。1.3脂肪酸组成及含量一般脂肪中脂肪酸占95%~96%,故脂肪的性质和营养功能主要取决于脂肪酸的性质。国内学者研究发现,小米脂肪含量为2.8%~8%,因品种和产地不同含量略有差异,平均含量约为4%~4.5%,但都是优质脂肪。小米脂肪6种主要脂肪酸中,亚油酸含量为70.01%、油酸13.39%、亚麻酸1.96%、棕榈酸8.34%、硬脂酸4.38%、花生四烯酸1.72%,不饱和脂肪酸总含量高达85.54%。国外Ibrahima等人比较了突尼斯的6个小米品种及毛里塔尼亚3个小米品种中的脂肪酸组成和含量,结果表明,小米脂肪中主要有亚油酸、油酸、棕榈酸以及少量的硬脂酸和亚麻酸,不同品种脂肪酸组成不同。Fernandez(2003)等分析了小米中脂肪酸含量,结果发现,脂肪酸含量为12mg/g,其中油酸42%、棕榈酸21%、亚油酸25%、α-亚麻酸4%,亚油酸与α-亚麻酸的比例为6.5∶1,符合WHO推荐标准[(5∶1)~(10∶1)]。对于小米油脂的理化特性,霍权恭等人(2006)进行了研究,结果表明,小米油脂的皂化值为192~197mgKOH/g,不皂化物含量1.97%~3.98%,颜色为罗维朋黄值70,红值4.0~12.0,并且利用Q-MS910型气-质联用仪从不皂化物中分离鉴定出了豆甾二烯、菜油甾醇、麦角甾烷醇、豆甾醇、β-谷甾醇及3-乙氧基胆甾醇等6种主要的植物甾醇。1.4矿物微量元素ve小米中维生素B1的含量位居所有粮食之首,VA,VD,VC和VB12含量较低,一般粮食中不含有的胡萝卜素,小米每100g含量达0.12mg;VE相对较高,大约为43.48μg/g。与大米相比,小米中矿物微量元素的含量特点是:K、Fe、P含量较高;小米中的Se、Mg、Zn、K的含量分别为1.2、231、172、2490μg/g,其中硒以有机硒的形式存在。国外学者对小米中多酚类物质进行了分离、含量测定及动物试验,研究发现,小米多酚类物质含量约为0.3%~3%,有很强的抗氧化活性,具有降血糖、降胆固醇及预防溃疡等生理功效。2小米食品研究2.1小米黄色素稳定性及毒性小米中的小米黄色素是一种无毒副作用的天然色素,可以作为食品着色剂在食品加工中进行应用,目前,国内对小米黄色素的提取、理化性质的研究较为深入。谭国进等人(2004)以乙醇为浸提液从小米中提取黄色素,并对其稳定性进行了研究,结果表明,温度、碱性条件、氧化剂、还原剂、食品添加剂对小米黄色素的稳定性没有影响,在光照和酸性条件下对稳定性有显著影响。汪海棠等(2005)以小米为原料,乙醇为提取溶剂,对提取物通过显色反应、薄层层析和光谱分析,确定了小米黄色素的化学成分主要为:类胡萝卜素、玉米黄素(3,3′-二羟基-β-胡萝卜素)、隐黄素(3-羟基-β-胡萝卜素)和叶黄素(3,3′-二羟基-α-胡萝卜素),同时发现小米黄色素有一定的耐热性、耐还原性和耐氧化性,但对光敏感;对提取的小米黄色素进行急性毒性试验,LD50未检出,证明该色素安全无毒;将小米作为着色剂应用到人造奶油、糖果中,试验结果表明,小米黄色素可用于多种食品、饮料及糖果的着色,且安全无毒、着色效果好,还具有一定的保健作用。2.2小米饼干加工工艺及品质变化小米因富含多不饱和脂肪酸、优质蛋白质等对人体有益的功能成分,深受人们青睐,市场需求量与日俱增,随着人们对保健功能食品的认识和接受度的逐步提高,近年来,国内外以小米为基料的各种新型主食品、饮料制品应运而生。Vidyavati(2005)使用小米粉代替50%的黑木豆粉和西米粉制作papad,结果发现,与黑木豆粉和西米粉制作的papad相比,小米粉对品质没有显著影响,且产品富含钙。Onyango等人(2005)将玉米和小米浆与柠檬酸或乳酸混合进行发酵,然后对发酵后的混合物进行挤压膨化,研制出纤维和丹宁含量低的儿童营养断奶食品。卢健鸣等人(2002)利用双螺杆挤压膨化机对小米进行膨化加工营养方便粥,产品中的蛋白质含量和质量大幅提高,维生素及矿物质等多种营养素丰富,所制产品调溶性、复水性及口感好。任建军(2008)以小米主要原料,对小米方便米饭的加工工艺进行了研究,结果表明,小米方便米饭的最佳工艺参数为:浸泡温度40°C,浸泡时间40min;蒸制温度100°C,蒸制时间20min;烘干温度100°C,烘干时间25min。在此工艺条件下研制的产品复水率高,品质优良。Rathi(2004)利用脱色小米制作通心粉(PMP),并对通心粉的感官特性及消化性进行了研究,结果发现,与未脱色小米通心粉(UPMP)相比,脱色小米通心粉(DPMP)的感官品质明显提高,且DPMP蛋白质消化率和淀粉消化率分别比UPMP高6.56%和16.9%。近年来,以小米粉为主原料研制开发的饼干、面包类食品不断面世,给小米的深加工利用提供了有效途径。陈凤莲(2009)将小米进行预处理(小米清洗后晾干粉碎,过80目筛),试制小米酥性饼干,试制产品口感疏松、风味纯正、品质优良。Naveena(2006)以小米为辅料研制鸡肉饼,并对产品的品质及贮藏稳定性进行了研究,对营养成分、蒸煮特性、色泽及感官特性加以分析评价,结果表明:小米添加量5%时,鸡肉饼的各项质量指标较好。Anu等人(2007)以复合粉(精制小麦粉、小米粉、绿豆粉的用量比为50∶40∶10)研制小米风味饼干,研究其营养价值和感官品质,结果发现,以复合粉为原料制作的饼干与全小麦粉饼干感官、口感无显著差异,但其中多酚和植酸含量较多,是较好的营养食品。Yashoda等人(2008)将小米粉用作黏结剂研制鸡蛋夹心饼,考察小米粉作为黏结剂的实际应用效果,同时对夹心饼在贮藏期内的品质变化进行了研究,结果表明,小米粉可以很好地作为黏结剂应用到鸡蛋夹心饼中;在(27±2)°C条件下贮藏120d,感官品质没有显著变化,但游离脂肪酸含量有所上升0.38%~0.55%。小米粉在面包加工中也得到了一定的应用,Singh(2006)用小米粉50%替代面粉生产普通蛋糕,发现所制产品的保水性有较大提高;Hak-Gil(2004)研究不同小米粉添加量对海绵蛋糕品质特性的影响,结果表明,小米粉添加量10%,海绵蛋糕品质较好,但添加量大于20%对蛋糕品质有显著影响,质地变差。郑坚强(2003)将小米浸提液与牛乳相结合开发出一种新型的奶饮料。此外,郭红珍等人(2007)以小米和纯牛奶为主要原料,按照添加小米浸提液15%,将保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌1∶1混合作为发酵剂42°C进行发酵,接种量3%,加糖量8%,发