J. Future Foods | 小米加工：气候智能农业和从粮食安全向营养安全转型的前景

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Introduction

小米在粮食安全和营养方面起着至关重要的作用，其能够在恶劣的天气条件下以较低的灌溉要求维持生长。小米从种子成熟为可收获的谷物大约需要65 d，使其成为主食的良好替代品。与其他谷物相比，小米具有较高的抗病虫害特性。作为各种小米的生产国、出口国和消费国，印度占据突出的地位。

小米具有较高营养价值且是无麸质替代品，适合患有乳糜泻的人食用。此外，小米富含类黄酮、酚类化合物、β-葡聚糖、甾醇、木脂素、菊粉、色素和膳食纤维，其营养特性提供了多种健康优势，如预防癌症、心血管疾病、胆固醇和胃肠道疾病。尽管使用小米作为主要农产品有明显优势，但在加工和储藏方面仍存在阻碍。小米粉易受各种氧化反应而导致品质劣变，这可归因于其脂质含量和脂肪酶活性的升高。此外，小米产品的低感官接受度及单宁、植酸盐、草酸盐和三联蛋白酶抑制剂等抗营养因子的存在对其发展产生影响。然而，该问题可以通过实施适当的处理技术来有效地解决。发芽、发酵、烹饪和烘烤操作可以减少抗营养因素。将小米与其他谷物和豆类混合是提高消费者对食品接受度的一种简单方法，提高了面粉的营养和功能质量。此外，这促进了它在各种食品配方中的使用，特别是在烘焙产品中，因为小米缺乏麸质。利用先进的加工技术开发复合面粉和挤压产品，可以提高人们对高营养小米衍生商品的可及性和认知度。利用先进的热技术和非热技术，还可以研究蛋白质淀粉改性对小米粉功能特性的调节，使其具有广泛的应用前景。尽管有一些研究讨论了小米和小米产品的加工和利用，但目前关于它们与气候智能型农业和营养安全相结合的研究较少。

本研究对小米加工和增值技术进步的探索，以及对气候智能型农业和粮食安全向营养安全转变的贡献。本文明确了阻碍小米广泛消费的障碍，并探讨了将小米纳入主流农业并通过增值提高其利用率的策略。

气候智能型农业中的小米

快速气候变化导致用于作物生产的可耕地大量流失。生物和非生物胁迫造成植物产量损失，其中极端温度、干旱、洪水和盐碱化是主要的产量限制因素。小米具有许多物理、分子和生化特性，使其比其余谷物更能抵抗环境压力。

农业技术与技能的融合是确保小米智慧农业的关键要求，如图1所示。高精度传感器、无人机、人工智能（AI）和机器人等现代化技术与机器学习（ML）相结合，优化工艺参数和输出预测，使其精确无误，从而最有效地利用农业技能。

图1 小米的智能农业

小米作为气候适应型作物的效应和适应性

小米表现出对干旱条件的适应性。小米生长期较短，可以在温暖时期有效利用，并与现有的农业轮作模式相结合。小米种植只需有限的土地，对水、施肥、劳动力和管理的需求较少。与初级谷类作物相比，小米具有形态生理、分子和生化特征，赋予其对环境胁迫的优越恢复能力。小米所表现出的特性，如体积小、细胞壁增厚、叶面积小、根系紧凑等，在控制胁迫和减少长期影响方面起着关键作用。此外，小米具有C4光合作用机制，这在高温和低湿度条件下具有显著的生存优势。

小米在其生长过程中暴露于各种压力条件下，最终影响其产量，生产力和效用。应激条件大致分为非生物应激条件和生物应激条件。非生物胁迫条件的例子包括缺水、盐度、温度、淹水和倒伏胁迫；细菌、真菌、病毒和害虫为生物应激条件。

小米加工技术进展

小米在用作食物之前需去皮或磨成粉，其中果皮、种皮和糊粉层的麸皮在碾磨过程中被除去。小米果皮和胚芽层的脂肪含量和脂肪酶活性较高，研磨使脂肪酶被释放，并作用于残留的甘油三酯，增加游离脂肪酸。把谷物磨成面粉会使脂肪酸发生氧化和水解反应，使面粉易在几天内酸败。由于多酚氧化酶的作用，小米中的多酚化合物形成复杂的棕色聚合物，导致面粉在长时间储藏时变色。这些变化会影响谷物面粉的物理化学品质，导致劣变，从而降低消费者接受度。因此，通过灭活酶来延长面粉的货架期是面粉加工中的一个重大挑战。

研究人员探索了不同的食品加工技术，以稳定小米产品，同时保持其营养特性。这些技术包括射频、微波、红外和欧姆加热等热技术，以及高压处理、冷等离子体、脉冲电场、超声波、辐照和臭氧化等非热方法。技术对小米及其制品营养成分影响的研究总结如表1所示。

表1加工技术对小米和小米产品营养和功能特性的影响

提高小米用价值和营养安全

小米用途广泛，营养上优于谷物；然而，对其利用的研究较少。谷子作物可以用来生产食物、饲料和燃料，因此被称为生物质作物。尽管印度是小米的主要生产国，并在2020年占世界产量的41%，但消费模式一直停滞不前。强调小米的重要性，需要对小米产品进行干预和推广，以获得更好的消费者认知。

小米和其产品的增值涉及对现代加工技术和即食产品开发的要求。传统小米去皮方法是手工捶打，该方法费时费力；现代脱壳方法，如使用圆盘脱壳机、离心脱壳机和稻米脱壳机，可以克服这些困难。不同的单元操作可提高消化率和生物利用度，减少抗营养因子。脱粒、研磨、浸泡、蒸煮、膨化、烘烤、发芽、发酵和麦芽都能提高谷物的品质，并有助于制作以小米为基础的食品。此外，可以使用酶来降解小米中的果皮来替代机械处理，以最大限度地减少碾磨损失并提高质量。

通过各种增值技术（图2），可以制备各种小米产品，包括膨化片状小米、面食、面条、烘焙产品、挤压产品、早餐麦片、饮料、功能食品、麦芽等。

图2 小米增值技术

小米是抵御营养不良和饥饿的宏量和微量营养素的中心，是抗氧化剂的良好来源，有助于排毒，清除自由基，并支持免疫系统抵抗感染。为促进小米加工，迫切需要具有较高功效和便利性的加工机械。

小米在营养安全中的作用

随着生活方式的改变，人们被诊断出许多免疫系统低下的生活方式疾病。随着营养丰富的食物增加，消费者对健康饮食的观念日益增强。小米营养丰富，可以提供较大健康益处。微量营养素缺乏是全球关注的健康问题，商业市场上开发补充剂和强化产品已成为热点。小米含有矿物质、维生素，抗氧化能力比同类高。因此，这可以增强免疫系统，预防各种健康问题。

营养保健品是一种补充剂，通过降低患慢性疾病的机会，对健康有较大好处。研究表明，小米中的植物化学物质和抗氧化剂具有抗癌作用，可以抑制癌细胞的生长。此外，它还可以预防胃肠道疾病、骨质疏松症和其他骨骼疾病。

在主流农业中引入小米的策略

提高小米产量对实现营养安全至关重要。要实现这一目标，需实施跨学科的方法，特别强调与雨养农业中粮食产量相关的生理属性，特别是在干旱条件下。有研究提出了一种通用价值链，涵盖了小米从农场到餐桌的各个供应渠道。通过在各个阶段与不同方合作，小米价值链可以变得更加可持续。

此外，从小米副产品中提取生物活性物质是另一个研究较少的领域。新技术的潜力，如微波辅助提取、超声辅助提取、酶促提取、高压辅助提取等，已经证明了它们在从各种食品成分中提取生物活性化合物方面的有效性，可以为此目的进行研究。

在供应链的不同环节引入小米以增加消费的方法如图3所示。

图3 通过改善供应链的不同环节以增加消费来引入小米的方法

小米研究的未来计划

小米有作为主要主食的替代或补充谷物的潜力，但对它们的研究仍较少，其潜力尚未开发。需了解小米遗传多样性，以便有效和可持续利用。农民、工业和其他利益相关者需要作为合作伙伴参与小米的开发，为共同创造和开发增值产品提供平台。人工智能、高通量表型组学和基因组学等工具可以提高小米的遗传增益和改良率。精准农业技术，包括使用无人机和农场管理软件，可以提高小米的生产力。确定改良小米遗传资源的特色属性和采用循环经济方法可以解决价值链中的限制，并为种植着和消费者建立供应商联系。小米有潜力促进健康和营养、农村就业、家庭收入、国民经济及可持续环境管理。需要革命和深入的研究来证明这些贡献，并吸引对小米的研究、开发和商业化的支持。食品加工技术和谷物科学的进步可用于从小米中开发新型和非传统产品，扩大其市场潜力。

Conclusion

由于技术进步而增加的粮食产量对环境，特别是淡水资源产生了重大影响。由于降雨量减少和灌溉需求高，许多地方面临严重的水资源紧张。因此，在保持营养质量的同时加强粮食安全和环境可持续性的兼容性至关重要。需要从谷物转向营养价值高、适应性强、对水依赖性低的主食替代品。小米具有显著的营养价值、耐旱能力、承受环境压力的能力以及对病虫害的抵抗力，因此具有改善粮食安全的潜力。然而，尽管有这些优点，由于酶促过程产生的面粉的保质期有限，小米的利用受到阻碍。通过酶的失活来延长面粉的保质期是面粉加工中的一个重大挑战。研究了微波、射频、红外、脉冲电场、辐照、高压处理、臭氧化和超声处理等几种食品加工方法，以期在保持小米产品营养特性的同时保存小米产品。然而，需要进一步的研究来标准化每种小米的技术。在开发小米高产品种、加工技术和增值利用方面也需加大研究力度，以促进小米种植，使饮食习惯多样化，并应对日益增长的营养不良和气候变化问题。

Millet processing: prospects for climate-smart agriculture and transition from food security to nutritional security

Jayasree Joshi*, Sivaranjani Shanmuga Kumar, Rahul Kumar Rout, Pavuluri Srinivasa Rao

Agricu ltural and Food Engineering Department, Indian Institute of Technology Kharagpur, Kh aragpur 721302, India

*Corresponding author.

Abstract

Millets, which are small-seeded grains, are classified under the Poaceae family and are known for their high nutritive content. Millets are a viable option for the global population in light of growing concerns about climate change due to their exceptional tolerance to a variety of abiotic stresses, such as drought, salinity, light, and heat. They have short growing periods and can be sustained in adverse weather conditions with less irrigation requirements. They encompass morpho-physiological, molecular, and biochemical characteristics that confer superior resilience to environmental stress. The millet grains have the potential to contribute to health and nutrition, rural employment, household incomes, rural and national economies, and sustainable environmental management. They are a rich source of both macro and micro nutrients. They contain a significant amount of bioactive substances, along with minerals such as iron, calcium, phosphorus, and zinc. Millets need to be processed for consumption and preparation to improve its nutritional and sensory properties. The major challenge in millet processing is due to the lack of proper processing machineries, presence of antinutritional factors and the poor shelf life of the flour due to high lipase activity. This limitation can be mitigated by using the appropriate processing methods. This article gives an insight into millet processing and value addition and its role in ensuring nutritional security through climate-smart agriculture.

Reference:

JOSHI J, KUMAR S S, ROUT R K, et al. Millet processing: prospects for climate-smart agriculture and transition from food security to nutritional security[ J] . Journal of Future Foods, 2025, 5(5): 470-479. DOI:10.1016/j.jfutfo.2024.08.004.

翻译：李曦明（实习）

编辑：龚艺；责任编辑：孙勇

封面图片来源：摄图网

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为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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