韦剑思 林莹

（1.广西大学，广西 南宁 530004；
2.广西工商职业技术学院，广西 南宁 530008）

截至2003年，有色种皮稻米（包括紫米、黑米、香米、红米）等特种水稻资源占有记载的品种资源库水稻品种的十分之一［1］。研究表明［2］，特种水稻的综合营养价值胜于普通水稻。因而在追求健康养生的消费理念驱动下，特种水稻产品的开发越来越受到重视，黑米的价值也随之越来越被看重，因为黑米具有非常高的营养价值，现在食用黑米的人日益增多，种植销售及深加工研究也日渐增多。

紫黑米稻［3］（主要包括种皮颜色黑色、紫色等）的米皮富集花青色素，主要是花色苷类及营养成分，因而显色为黑褐色、黑色、紫黑色等，所以，也作为一类特种稻。研究表明黑米中的花青苷类色素具有多种药用价值和功效，故黑米也被视作特种米，有“神仙米”“药米”“补血米”之称。［4］在我国，黑米种植历史悠久，据《齐民要术》记载，距今已经有1500年的种植历史。［5］黑米也有籼、糯、粳之分，分为籼糯、籼粘、粳糯、粳粘四种类型，占总品种资源的 98% 以上。［6，7］黑米色香味俱全以及营养价值丰富，是珍贵的特种米资源，也被称为药食两用的稻米之一。本文重点对黑米的营养价值、在食品中的应用以及黑米花色苷、黑米多糖的特性进行归纳和概述，以期为黑米的研究提供理论依据和参考。

黑米营养价值无论是种类还是含量都优于普通白米。黑米中的基本营养素（蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素等）含量大多优于普通白米，除了基本营养素外，黑米含有的特殊营养素（赖氨基酸，钙、铁、锌等矿物质）含量优于普通大米，其中一些特殊物质，如青花素，是普通白米不含有的生物活性物质。

1.1 基本营养成分

黑米和白米的基本营养成分比较如表1所示，稻米基本营养成分主要包括淀粉、蛋白质、脂肪及不饱和脂肪酸等，从基本营养成分看，淀粉含量与白米相差不大，而其余三种平均含量优于白米，其中，蛋白质、脂肪、不饱和脂肪酸含量的最低、最高都优于白米，分别是1.25 倍和 1.51 倍、 2.96 倍和1.56 倍、3.45倍和1.80倍，黑米的脂肪含量最低数（2.37%）接近白米的最高含量（2.50%），不饱和脂肪酸的含量呈相同趋势。

表1 黑米和白米的基本营养成分比较［8］

1.2 特殊营养成分

这里所说的特殊营养成分主要是指氨基酸、维生素、矿物质、花青素等活性物质，曾有人对种植的“黑糯178”与普通米进行比较，发现蛋白质、脂肪和粗纤维分别是普通米的49.69%、2.1倍和4.9倍，矿物质元素P、K、Na、Mg、Fe和Mn分别是普通米的2.3倍、3.9倍、3.2倍、3.75倍、1.4倍和3.3倍。［9］熊艳珍等［10］对黑米的特殊营养成分做了充分的对比，有以下发现：

1.2.1 矿物质

新创制的特种稻种质矿质元素含量平均值［11］如表2所示，有色米（主要指红米、黑米等）矿物质含量（除镁之外）均高于普通白米，而在同一种有色米当中，矿物质含量大小基本为Mg＞Ca＞Se＞Zn＞Mn＞Fe＞Cu，其中，黑米同时也是一种富硒产品，硒的含量是普通白米的2.07倍。

表2 新创制的特种稻种质矿质元素含量平均值［11］

1.2.2 必需氨基酸

黑米和白米及其他谷物的必需氨基酸含量比较［12］如表3所示，黑米中必需氨基酸平均含量普遍高于白米，无论从最大值与最大值相比还是最小值与最小值相比，除苏氨酸外，其余必需氨基酸含量都大于白米至少1倍以上，按高于白米程度倍数从大到小依次为色氨酸（1.5倍）＞蛋氨酸（1.36倍）＞缬氨酸（1.30 倍）＞赖氨酸（1.28 倍）＞苯丙氨酸（1.18 倍）＞亮氨酸（1.15 倍）＞异亮氨酸（1.125 倍）；
表 3 还表明，黑米中的人体必需氨基酸不仅含量高且种类齐，其中，蛋氨酸、 缬氨酸、色氨酸和苏氨酸较明显，因此，对于急需补充氨基酸的人来说，黑米是一种上品选择。

表3 黑米和白米及其他谷物的必需氨基酸含量比较 单位：g/kg

1.2.3 生物活性成分

生物活性物质是一类具有消炎、抗癌、抗氧化功能的物质，膳食纤维、果低聚糖、植物甾醇、类胡萝卜素、类黄酮等目前已被确认为主要功能因子。

黑米中含有主要的维生素 A 源物质，也就是俗称胡萝卜素，而在白米中未检出［13，14］，而众所周知，维生素A有利于夜盲症、干眼病、上皮组织角化症以及牙齿组织等缺乏症的治疗，在体内主要是参与视紫红质的合成，维持眼的暗视觉，保持上皮组织结构和功能的健全，促进生长发育。

除了维生素A之外，黑米中还检测出维生素B1、维生素B2以及维生素C等功能因子，且维生素B1、维生素B2含量分别是白米的1.91 倍、 2.79 倍。黑米中能检测出含量为 23.93 mg/kg的维生素 C（L-抗坏血酸），在白米中未检测到。［15］其中，维生素B1、维生素B2缺乏症会引起人体多种不适，比如胃肠道机能障碍、脚气病、疲倦、乏力，口角炎等疾病，维生素C缺乏容易引起坏血病。［16］

黑米中不仅含有黄酮类、酚类、膳食纤维这几种物质，且含有白米中未检测到的花色苷，黑米中花色苷含量高达 0.65～14.98 mg/kg，黑米中黄酮类含量为0.10%～1.70%，而白米仅含0.02%～0.32%，相当于白米的5倍不止；
黑米中酚类含量为2.31～4.84 g/1000g，也远高于白米含量，黑米中膳食纤维含量为0.88%～5.00%。［17］

经研究证明，花色苷是黑米保健功效的主要来源［18］。黑米所表现出来的色泽包括红色、黑红色、黑紫色、黑色等色系主要是因为花色苷的存在。花色苷是由花青素母体与一个或多个糖基以糖苷键结合而成的一种生物活性物质，以糖苷形式存在是天然花青素的特点之一。［19］在食品中重要的花青素主要有6种，分别为天竺葵色素（Pelargonidin）、矢车菊色素（Cyaniain）、飞燕草色素（Delphinidin）、芍药色素（Peonidin）、矮牵牛花色素（Pentunidin）、锦葵色素（Malvidin），它们的颜色随B环3、5、7碳位上的取代基不同而变化。［20］

2.1 黑米花色苷

黑米中含有的特殊成分包括类胡萝卜素、抗坏血酸、花色苷等，但以花色苷的研究最为广泛，因此本段重点对黑米中花色苷的研究进展进行概括。在2014年郝杰［21］就对黑米花色苷对机体肝、肾作用进行研究，通过小白鼠试验，结果表明，黑米花色苷提取物对肝、肾起保护作用。黑米花色苷具有抗氧化活性、调节血脂、抗炎等生理功能，其中，对黑米抗氧化活性的研究较多，本小节重点讲黑米花色苷的抗氧化研究情况，黑米花色苷近几年抗氧化特性研究概况如表4所示。研究表明，不同的提取方式、不同的作用条件都会影响最终提取到的黑米花色苷的抗氧化活性，在与部分物质的抗氧化活性对比中，黑米表现出较强的抗氧化特性。

表4 黑米花色苷近几年抗氧化特性研究概况

续表

在研究花色苷的功能特性的同时，研究学者也很关注花色苷的提取方法，黑米花色苷提取办法研究概况如表5所示。

表5 黑米花色苷提取方法研究概况

从表5可知，黑米色素提取受诸多因素影响，比较关键的是浸提时间、温度、料液比、溶剂、pH值。在2010年之前，提取方法主要采用浸提法，所采用的溶剂为乙醇，或者蒸馏水，或者盐酸，或者乙酸，其中，乙醇萃取技术相对比较成熟，获得率较高；
其他方法，例如酸法，获得率低，耗时长，因此为了提高获得率，常采用辅助技术混合制备，例如微波、冷冻、加热、机械作用等破坏细胞壁和细胞膜，从而最大程度的释放液泡中的花色苷，渗透性提高后达到缩短提取时间的目的，最后提高色素获得率，改善产品的质量。在应用过程中常将这些辅助方法组合使用， 能够提高色素的获得率，但是辅助技术的使用条件、能源消耗等问题还需要深入研究。［42］从2010年之后随着科学技术的发展，萃取技术逐渐成熟并迅速发展，陆续有超临界萃取、超声波辅助萃取、酶法辅助萃取等方法被用于黑米花色苷的提取使用，超临界萃取具有高效、绿色、安全、无污染等诸多优点而被广泛使用于提取操作。超临界萃取法处理温度低，特别适合热敏性物质，但是由于成本高，目前为止，此技术在食品行业中离规模化、工业化应用仍存在较大距离。

2.2 黑米多糖

我们都知道黑米熟制后由于黏稠性较低使得煮制时间较久，口感不佳，这主要是由淀粉多糖的特性造成的，直链淀粉越高淀粉糊黏度越小，因此研究黑米多糖的特性对改良黑米的性能意义重大。黑米中的多糖主要是指淀粉，现在人们对黑米中的花青素的提取、纯化及其体内抗氧化活性研究比较清楚，但对黑米中的多糖的提取的研究还少见报道。［43］目前多糖提取主要采用热水浸提、碱浸提、酸浸提等［44］化学方法。而随着生物技术的发展，酶的来源越来越广泛。［45］吴叶莲等［46］用纤维素酶进行酶解提取，显示在适合的条件下，能提取到黑米多糖，并通过单因素试验表明作用条件对提取结果的影响强弱为酶解时间＞pH＞ 酶解温度。这是近几年来黑米多糖提取的新技术，但从结果来看，获得率偏低，因此对于黑米多糖的提取需要进行更深入的研究，拟探究出更高得率的提取方法才能充分利用黑米的特性，提高附加值。

对黑米多糖性质的研究也较少，近年来主要有肖昕等（2017）［47］、张杰（2019）［48］、李学红等（2015）［49］从不同角度对黑米淀粉提取后进行理化性质分析研究，三人的研究具备一定的共同性，研究结果都表明了黑米淀粉具有自身独特的性质。从李学红等［50］的研究结果来看，其对比的三种黑米中可知黑粳米直链淀粉含量＞黑籼米＞黑糯米，黑粳米的黏度＜黑籼米＜黑糯米，同时，发现黑糯米的透光度就比较大，则相比来说不易老化；
直链淀粉形成网状结构的交联点密度、有效交联点数与淀粉凝胶弹性呈正相关［51］。

肖昕等［52］研究表明在一定条件下黑米淀粉口感较好，但黏性差，其凝胶硬度和咀嚼性优于粳米及糯米淀粉，淀粉颗粒排列紧密呈多角形、菱形。黑米淀粉糊凝沉稳定性比大米淀粉糊差， 表现出易老化的特性。张杰［53］研究表明，黑米直链淀粉在显微镜下显现出相同的颗粒结构；
其透明度差于其他两种淀粉，在较高温度下黑米淀粉的溶解度和膨润力高于粳米淀粉。

对于黑米淀粉的功能性研究目前属于空白阶段，从其理化性质研究的成果来看，其有独特的属性，可以推断，其功能性质也有别于其他大米淀粉的功能性质，但需进一步研究。

由于黑米含有丰富的营养物质，且黑米还含有白米没有的维生素A、维生素C、花色苷，也称为类胡萝卜素、抗坏血酸以及花青素。因此，黑米及其活性物质在食品加工综合研究应用意义重大。

3.1 在食品加工中的开发应用

3.1.1 传统应用：粥食

虽然水稻应用于家庭主食，但黑米胶稠度仅有54 mm［54］，黏稠度较低，导致口感比较粗糙，要增加黏稠感则再煮制时需添加猪油、食用碱等，不仅如此，煮制时间也需要3～4小时才能煮透，因此家庭食品中单独应用为主食少之又少。针对这个弱点，不少农业科技工作者通过对黑米品种进行改良实验，增加糯性成分，目前有不少糯性较好的全新黑米品种，直链淀粉的平均含有量可提升 1.4%左右，胶稠度已增至不止100 mm，使之适合老幼食用的营养丰富的佳品，在口感上得到很大改善。

3.1.2 加工食品类

黑米类产品加工应用见表6。

表6 黑米类产品加工应用［55-57］

虽黑糯在一定程度上改善口感，但因表皮质地细密，可溶性、蒸煮品质还是有一定的缺陷，加工品类［58］多作为辅料使用，例如黑米面条米粉、米酒、吐司面包、米醋、米粑、米酥等产品。近年来发酵类食品由于含有益生菌等有益菌比较容易被人体消化吸收而成为研究热点，其中，具有代表性的黑米原料制品有黑米发酵食品、黑米发酵饮料、黑米发酵乳和黑米发酵酒类等，黑米的发酵类食品开发主要集中在黑米馒头、面包、煎饼、黑米糕、黑米酱和黑米膳食纤维饼干等。

随着食品工业的发展，也有一些功能性新型食品不断地被开发，除了固体和液体饮料外，半固体的凝胶状食品研究也是黑米深加工的方向，如雷静等［59］关于黑米纤维果冻的研究，但其黑米果冻的研究工艺中，也是采用了常规传统的果冻工艺，加入了卡拉胶等添加剂作为促凝胶的助剂。目前利用黑米多糖本身就具有的凝胶特性直接制成半凝固休闲黑米制品的研究较少。也有利用黑米的特殊成分作为功能性保健成分提取后添加到某些饮料中，比如富含花色苷米醋基风味可吸果冻的研发［60］。目前单独提取黑米花色苷成分添加到饮料中供直接食用的研究比较少，有待进一步开发利用。

3.2 在化工中的开发应用

由于黑米表皮含有丰富的黑米红色素等，占米粒重量的十分之一，其极易溶于水和酒精，还能够与冰淇淋以及猪油等混溶，形成稳定的体系，均匀分布，因此可提取这些色素用于化工行业制作染料或者着色剂。主要研究包括徐静等［61］、贾艳梅等［62］、于学智等［63］的研究，前者用50%乙醇提取黑米中的色素，提取条件为在温度80℃的乙醇溶液中浸提30 min，所提取的黑米色素，用于后媒法染色，最佳染色工艺为媒染剂浓度 1%。后两者都采用蒸馏水浸提法，提取黑米色素物质后用于蚕丝物料染色。

3.3 在医药中的开发应用

黑米中含有丰富的生物活性成分，例如黄酮、花色苷类化合物和天然色素，这些生物活性物质通过一定的先进手段能够进行精制，得到纯度较高的成分而发挥其生理功能并发挥黑米特有的食疗作用。

对于药用价值，黑米中花色苷类物质首当其冲，凌文华等［64］采用醇溶液浸提法提取黑米花色苷，制备成胶囊，并对60名高血脂症受试者进行辅助治疗干预，经过一段时间后，能够降低血脂水平及改善血脂异常因子炎症反应。陈璐［65］以黑米花青素食补为契机，开发了片制剂，并对制备过程的稳定性、工艺参数、工艺条件进行研究，意在开发出营养丰富且食疗作用明显并具备一定保质期的黑米花青素制剂。侯方丽等［66］分析说明黑米花色苷作用于试验动物，可以调节机体脂质代谢水平，在动物（小鼠、小猪等）饲料中添加黑米，可以降低血脂水平，同时证明其调节的机理有别于化学药物，副作用少。刘文燕［67］以黑米花色苷为原料，首次采用干法制粒的方式制备黑米花色苷薄膜包衣片剂，作为食疗食用，对部分身体机能起到一定改善作用。李雯等［68］将黑米花青苷物质复配生产黑米花青苷复方软胶囊，应用于食补食疗使用。Chomean等［69］用天然染料黑糯米提取液代替苏木精对精子细胞核进行染色，染色效果与苏木精相比，一致性高，呈正相关性，其安全性高，无副作用且经济实惠。

黑米除了含有普通大米所含有的营养成分外，还含有特殊营养成分和生物活性物质，其特有的保健功能也逐渐被重视，也为其综合利用奠定了广阔的市场前景和可观的利润价值。但对于黑米的功能性成分附加值较高的开发利用主要在医药领域，食品领域较少。

在黑米加工领域，目前大部分产品集中于食品，以黑米为主料或辅料应用于食品领域进行附加值较低的产品开发和生产。而开发以黑米为主料并充分利用其功能性成分作为辅料应用于食品领域进行的精深加工生产高附加值的黑米产品的研究较少，倘若能培育龙头企业和引进龙头企业，以企业技术引领［70］，充分开发高附加值的黑米新型食品，带动黑米全产业链发展，将进一步拓展黑米的市场，提高黑米的综合利用价值。同时，虽然我们也不难发现，对于花色苷的提取、功能性质研究非常多，但其功能应用于食品领域开发从目前来看也十分稀少，因此充分利用黑米花色苷功能性成分特性进一步作为休闲食品助剂开发和研究是一个新的方向，此新型食品开发利用，应具备广阔的应用前景。

在黑米性能研究方面，对其功能特性的研究大多集中在花色苷、黄酮类物质的功能性质上，对于黑米多糖的提取、理化性质的研究较少，有待进一步研究，为加工利用提供指导；
而多糖的结构刚好是其口感差的来源，其特有的结构和支链、支链淀粉比例是影响其口感的主要因素之一，若想改善居民的日常饮食结构，增加营养摄入，对黑米淀粉多糖的研究需更加深入，以便满足人们对养生、营养的追求，提高其商品价值， 拓宽使用范围，以满足广大消费者的需求， 意义重大。

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