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谷子的生产概况及其保健功能与机理研究进展

发布时间:2021-06-26 16:39所属平台:学报论文发表咨询网浏览:

摘要:谷子因其具有重要的农业工业价值、高营养价值和生物活性成分而备受关注。本文首先介绍了谷子的生产概况,进而综述了国内外有关谷子保健功能及其机理的研究进展。大量的研究表明,谷子具有抗氧化、降血糖、降血脂、降血压、抗肿瘤、免疫调节、保护肝脏

  摘要:谷子因其具有重要的农业工业价值、高营养价值和生物活性成分而备受关注。本文首先介绍了谷子的生产概况,进而综述了国内外有关谷子保健功能及其机理的研究进展。大量的研究表明,谷子具有抗氧化、降血糖、降血脂、降血压、抗肿瘤、免疫调节、保护肝脏等多种保健功能,这主要与其功能成分酚类物质、活性肽、膳食纤维、类胡萝卜素、脂肪酸等有关。全面深入了解谷子的保健功能对于引导绿色优质粮油产品消费,推动粮食产业高质量发展也具有重要意义。

  关键词:谷子,小米,生产概况,功能成分,保健功能,机理

谷子作物

  谷子SetariaitalicaL.),又称粟、稷,属禾本科(Poaceae)狗尾草属(Setaria)。谷子起源于中国,在距今8000年前后就已经开始种植[1];谷子首先在黄河流域被驯化,之后传播到全国各地[2]。谷子具有节水、抗旱性强、适应性广的特点[3],使其在旱作农业中起着十分重要的作用。

  谷子脱壳后称为小米(Foxtailmillet),也称粟米,它富含多种营养物质,其中粗蛋白干基含量可达12~14%[46],且蛋白消化率可达78%以上[7];小米的必需氨基酸指数(Essentialaminoacidsindex,EAAI)可达到80[8],氨基酸比例接近于FAO/WHO理想氨基酸标准,适合人体氨基酸配比[9],是替代动物蛋白食品的理想选择[10]。小米粗脂肪含量在3.6%~4.5%之间[4,11],其中不饱和脂肪酸含量达82%以上[11]。与其他谷物相比,小米中膳食纤维含量相对较高,且74%以上为不溶性膳食纤维含量[12]。

  小米中维生素含量多且种类丰富,维生素、维生素含量、维生素含量均高于小麦粉和稻米,还含有特有的维生素和胡萝卜素[13]。小米还含有丰富的功能活性物质,如黄酮、多酚、低聚糖等[1415]。随着人们生活水平的提高,对营养和健康食物的需求也不断提高。小米是碳水化合物和功能活性成分的丰富来源;且小米既便宜又容易获得,可以用于生产各种食品产品[16];小米和以小米为基础的强化功能产品对各种与健康有关的问题和慢性疾病具有一定的改善作用[17],人们对其关注度也越来越高。

  但是,目前尚缺乏对谷子保健功能及其机理的综合介绍。因此,本文首先介绍了谷子的生产概况,进而综述了国内外有关谷子保健功能及其机理的研究进展,以期对谷子的保健功能有更全面深入的了解;这对于引导绿色优质粮油产品消费,推动粮食产业高质量发展具有重要意义。 .谷子的生产概况谷子的种质资源丰富,截止2021年月,国家基因库谷子数据库(MilletDB)(https://db.cngb.org/millet)收录的谷子品种数达2540个,按米色可分为黄、浅黄、白、灰褐等不同颜色,其中以黄色系(黄和浅黄)小米品种为主,占全部谷子品种数的91.8%[18]。

  谷子按粒质分为粳型和糯型,相应的由粳粟和糯粟加工而成的成品粮,分别称为粳性小米和糯性小米[1920]。我国是世界上谷子资源保有量最丰富的国家,据统计,我国已鉴定编目的谷子遗传资源有27059份,其中国内26536份,国外523份;粳性品种和糯性品种分别占89.5%和10.5%[21]。中国是世界上谷子种植面积最大的国家,占世界的90%以上[22]。2020年月最新出版的《中国农业统计资料(19492019)》[23]显示,1949年以来,我国谷子播种面积总体呈下降趋势,并有三次快速下降期。

  第一次:19551960年,我国谷子播种面积从92.9万公顷下降到570.4万公顷,年间下降322.5万公顷;第二次,19701980年,我国谷子播种面积从691.3万公顷下降到387.2万公顷,10年间下降304.1万公顷,平均每年下降30.4万公顷;第三次,19832005年,我国谷子播种面积从408.7万公顷下降到84.9万公顷,22年下降323.8万公顷。

  此后我国谷子播种面积波动相对不大,维持在72.1~86.1万公顷。2018年10月,全国农业技术推广服务中心发布的《2017年全国农作物主要品种推广情况统计》显示,2017年全国谷子主推品种为151个,这些谷子主推品种的种植面积占70.2万公顷。从谷子总产量来看,谷子总产量的变化趋势同总播种面积的变化趋势基本一致,在2008年下降到最低点125万吨后,又逐步回升;到2019年,全国谷子总产量达254万吨。

  从谷子单产来看,1949年以来,我国谷子的单产整体呈上升趋势,特别是2008年以后,谷子单产大幅提升,从2008年的1495千克公顷上升到2019年的3058千克公顷。2008年,谷子被列入国家现代农业产业技术体系,科技投入的加大和技术进步的加快,农业结构调整和市场需求变化,使谷子产业又面临了一次难得的机遇。到2019年,全国谷子播种面积回升到83.1万公顷,单产也达到了历史最高点。

  从谷子不同种植地区来看,2012~2016年平均年种植面积较大的省(区)依次是山西省、内蒙古自治区、河北省、陕西省、辽宁省、吉林省、河南省、山东省、甘肃省、黑龙江省、宁夏回族自治区和贵州省,这12个省(区)谷子面积占全国谷子总面积的99%;其中华北最干旱的山西、内蒙古、河北个省(区)谷子占全国68%的面积和64%的产量;山西省的平均年种植面积居第一位,河北省的年产量居第一位。

  各省区间由于自然和生产条件的差异,单产差异较大,其中吉林、黑龙江、河北单产水平较高;宁夏、河南、陕西单产水平较低[21]。刘杰安等[24]分析了近30年(1985~2015)我国谷子生产时空变化与区域优势,发现谷子的优势产区稳定在东北地区中西部、黄淮海平原中北部和北部中低高原区东南部,具体集中在内蒙东部、东北三省与内蒙接壤的县域、河北大部、河南西北部、山东中部、山西大部、陕西北部、甘肃东部及宁夏中部。

  谷子的保健功能及其机理历代医药学著作中都有“药食同源”之说,谷子由于其较高的营养价值,在古代医学中多用作服用中药的引子[25]。早在《本草纲目》中就记载,小米“煮粥食,益丹田,补虚损,开肠胃”。现代营养学研究也表明,谷子具有抗氧化、降血糖、降血脂、降血压、抗肿瘤、免疫调节、保护肝脏等多种保健功能,以下对国内外有关谷子的保健功能及其机理的研究进展分别进行介绍。

  2.1抗氧化

  谷子中含有多种抗氧化活性成分,包括多酚类物质[14]、蛋白水解物[26]、类胡萝卜素(主要是全反式叶黄素和全反式玉米黄素)[27]、可溶性膳食纤维及不溶性膳食纤维(半纤维素、半纤维素、纤维素、木质素、果胶)[28]、多糖[15]等物质,均有较好的自由基清除能力[29]。

  通过自由基清除能力和铁还原能力的体外测定,发现小米可溶性膳食纤维的抗氧化活性高于不溶性膳食纤维[28];小米β葡聚糖也具有较强的DPPH·自由基清除能力和铁还原抗氧化能力[15]。小米制品,如添加30%的曲奇饼干仍然具有较强的抗氧化活性,还可延长小米制品的货架期[30];小米谷糠油也能显著提高高血脂型大鼠机体的抗氧化活性[31]。发芽后小米的抗氧化能力,包括DPPH·自由基清除能力、清除能力、铁还原抗氧化能力及金属螫合能力均显著提升(<0.05)[3233]。

  2.2降血糖

  有研究发现,用45%的小米粉和55%的精制小麦粉制成的小米饼干,血糖生成指数(glycemicindex,GI)仅为50.8,是糖尿病人的理想食品[34];一项为期12周的针对45例未经治疗的轻度高血压患者临床干预研究发现,平均每天摄入约50 g糙小米代替部分常规主食,也可改善受试者的空腹血糖[35]。Sireesha等[36]研究发现,连续30给糖尿病大鼠按300mg/kg体重灌胃小米水提物,可显著降低糖尿病大鼠的空腹血糖水平(<0.05)。

  小米降血糖的作用,与它含有的膳食纤维、脂肪酸及多酚类物质有关。谷子中的不溶性纤维可以有效吸附葡萄糖,延缓葡萄糖扩散,进而促进葡萄糖在胃肠道的吸附。此外,它们能有效抑制α淀粉酶活性,阻碍碳水化合物的消化,延缓葡萄糖的释放,从而改善胰岛素敏感性,降低糖尿病的风险[3738],小米中的不饱和脂肪酸可以同淀粉形成复合物,导致淀粉水解的减少。

  油酸是一种非常有效的减少淀粉水解量的脂肪酸,而反式油酸的效果不如顺式构象的油酸有效[39]。脂肪酸与淀粉相互作用的数量和类型对小米的降血糖性能有重要影响。在小米加工过程中,保持其脂肪酸的存在,并避免其不饱和脂肪酸向反式转变的过程,对于保持小米的降血糖特性非常重要。小米中的多酚也能抑制α淀粉酶、α葡萄糖苷酶和胰淀粉酶的活性,进而降低小米淀粉的消化速率[4042]。

  2.3降血脂

  小米具有良好的辅助降血脂功效,添加10%和50%的小米均可有效减少高脂饮食大鼠肝脏中的脂肪积累,降低血清及肝脏中的甘油三酯和总胆固醇水平;降低血清低密度脂蛋白胆固醇(LDL)的水平,增加高密度脂蛋白胆固醇(HDL)的水平[46];当小鼠维持饲料中小米比例为40%时,可使阿托伐他汀对高血脂小鼠的治疗时间从28缩短至[47]。小米水提物、醇提物、小米谷糠油及膳食纤维等成分均具有降血脂的作用。

  Sireesha等[36]研究发现,连续30给糖尿病大鼠按300mg/kg体重灌胃小米水提物,表现出明显的降血脂作用,可以显著降低糖尿病大鼠的甘油三酯,总胆固醇、LDL和极低密度脂蛋白胆固醇的水平,增加HDL的水平(<0.05)。谷子乙醇提取物能显著降低HepG2细胞脂质积累、总胆固醇和甘油三酯水平(<0.05)[46]。赵陈勇等研究了小米谷糠油对高血脂型大鼠的血脂水平的影响,发现灌胃0.5g/kg体重的小米谷糠油降血脂效果最好[31]。小米糠膳食纤维经木聚糖酶催化水解后,对胆固醇的结合能力增强到原来的2.23倍[48]。发芽粟米也可有效调节高血脂小鼠的脂质代谢,它能显著降低总胆固醇、甘油三酯及LDL水平,并显著升高HDL水平(<0.05)[49]。

  农作物论文范例:小米糠油生产现状及发展前景

  3.结论与展望

  大量的研究表明,谷子及其功能成分(主要是酚类物质、活性肽、膳食纤维、类胡萝卜素、脂肪酸等)具有抗氧化、降血糖、降血脂、降血压、抗肿瘤、免疫调节、保护肝脏等多种保健作用。但是,目前关于小米保健功能的研究,主要还是在细胞水平或动物(小鼠、大鼠)实验水平;虽然也有少数的人群实验报道,但是样本量不够,实验周期不够长;此外,目前的动物实验基本都是基于人工造模,对于正常的健康群体是否同患病群体具有一样的保健效果并不十分明确。

  因此,谷子及其功能成分对正常健康群体的保健作用还有待进一步阐释;长期食用小米对人群健康的保护作用也有待进一步深入研究。综上所述,在日常饮食中经常食用小米和以小米为基础的产品有助于保持和增进人体健康。小米和以小米为基础的强化功能产品对各种与健康有关的问题和慢性疾病可能是一个福音。为更好地发挥谷子的保健作用,今后应充分利用和发挥我国丰富的谷子资源优势,综合开展谷子功能活性成分的高效分离纯化技术研究,深入揭示谷子功效成分的化学结构及其构效关系,并发掘更多的功能活性成分;同时,加强我国谷子深加工产品的开发与利用,研发针对不同人群的具有营养与保健作用的新型小米食品,实现谷子资源的高效利用和生产的可持续发展。

  参考文献:

  [1]赵志军.中国农业起源概述[J].遗产与保护研究,2019,4(1):17.ZhaoZ.IntroductionoftheoriginofagricultureinChina[J].ResearchonHeritagesandPreservation,2019,4(1):17.

  [2]WangC,JiaG,ZhiH,etal.GeneticdiversityandpopulationstructureofChinesefoxtailmillet[Setariaitalica(L.)Beauv.]landraces[J].G3:Genes,Genomes,Genetics,2012,2(7):769777.

  [3]XuB,GaoX,DongK,etal.Grainproteincontentcomparisonandproteomicanalysisoffoxtailmillet(SetariaitalicaL.)seedresponsetodifferentdroughtstresslevels[J].ActaPhysiologiaePlantarum,2020,42(2):111.

  [4]YangX,WangL,ZhouX,etal.Determinationofprotein,fat,starch,andaminoacidsinfoxtailmillet[Setariaitalica(L.)Beauv.]byFouriertransformnearinfraredreflectancespectroscopy[J].FoodScienceandBiotechnology,2013,22(6):14951500.

  作者:刘建垒,常柳,段晓亮,王文娟,孙辉

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