甜蕎麥與苦蕎麥的營養(yǎng)及功能活性成分對比分析

王世霞,劉 珊,李笑蕊,劉三才,幺 楊,任貴興,贠婷婷,綦文濤,*

(1.國家糧食局科學研究院,北京 100037;2.天津科技大學食品學院,天津 300222;3.中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所,北京 100081)

甜蕎麥與苦蕎麥的營養(yǎng)及功能活性成分對比分析

王世霞1,2,劉 珊1,李笑蕊1,2,劉三才3,幺 楊3,任貴興3,贠婷婷1,綦文濤1,*

(1.國家糧食局科學研究院,北京 100037;2.天津科技大學食品學院,天津 300222;3.中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所,北京 100081)

目的:對比研究甜蕎和苦蕎籽粒部分營養(yǎng)組分及功能活性成分的差異。方法:以7種苦蕎和6種甜蕎籽粒為原料,分別測定其中基本組分水分和灰分;營養(yǎng)組分氨基酸、脂肪酸、淀粉、蛋白質(zhì)以及功能組分黃酮、多酚和蘆丁的含量。結(jié)果:甜蕎中的水分含量要顯著高于苦蕎(p<0.05),而灰分含量則低于苦蕎。甜蕎和苦蕎淀粉、脂肪酸和蛋白質(zhì)的含量和分布豐富,但兩者無顯著性差異(p>0.05)?？嗍w總黃酮和多酚含量分別是125.33 mg/g和107.24 mg/g,分別是甜蕎的15.23倍和2.68倍?？嗍w還含有豐富的蘆丁、槲皮素、異槲皮素和山奈酚等功能活性物質(zhì)。甜蕎中的低聚糖含量,包括水蘇糖和棉籽糖均顯著高于苦蕎(p<0.05)。結(jié)論:甜蕎和苦蕎的氨基酸、脂肪酸、淀粉等營養(yǎng)組分含量均無顯著性差異。但功能性組分黃酮、多酚和功能性低聚糖等含量方面,兩者存在顯著性差異。

甜蕎麥,苦蕎麥,營養(yǎng)組分,功能活性成分,對比分析

蕎麥屬于蓼科(Polygonaceae)雙子葉植物,是一種藥食兩用作物,原產(chǎn)于亞洲,主要分為苦蕎(也叫韃靼蕎麥)和甜蕎(普通蕎麥)兩大類[1]。中國是蕎麥生產(chǎn)大國,蕎麥的分布極其廣泛,其中甜蕎主要分布在內(nèi)蒙古、甘肅、山西等省區(qū),苦蕎主要分布在西南地區(qū)的云南、四川、貴州等省,尤其是四川省的涼山州是中國苦蕎麥分布最集中,種植面積最大的產(chǎn)區(qū)[2]。

甜蕎和苦蕎在形態(tài)特征上有明顯的區(qū)別。甜蕎果實較大,三棱形棱角明顯,表面與邊緣平滑光亮;苦蕎果實較小,三棱形不明顯,表面粗糙、無光澤,棱成波紋狀,中央有深的凹線[3]。無論是甜蕎還是苦蕎,果實還是莖、葉、花的營養(yǎng)價值都很高。蛋白質(zhì)、脂肪、功能活性物質(zhì)含量普遍高于大米、小麥和玉米[4]。較高含量的功能活性成分使蕎麥在抗癌、疏通血管、降血壓降血脂、改善血糖水平、提高免疫力等方面都具有潛在的健康功效[5]。目前,已有苦蕎的籽粒被加工成保健產(chǎn)品、功能性飲料以及醫(yī)藥制品生物類黃酮膠囊等。甜蕎相關(guān)的各種各樣的風味小吃自食也出現(xiàn)在人們?nèi)粘Ｉ町斨衃3]。

上述分析表明,甜蕎和苦蕎除了外觀形態(tài)有區(qū)別外,加工和消費方式也存在不同,這與甜蕎和苦蕎在口味、營養(yǎng)及健康功效等方面的不同是相關(guān)的。基于此,本研究選取我國代表性甜蕎和苦蕎品種,對其基本營養(yǎng)組分、功能活性成分和特征營養(yǎng)因子等進行了檢測分析,并比較了兩者在營養(yǎng)價值和健康功效方面的差異性,以期為甜蕎和苦蕎的合理加工和科學消費提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

樣品制備:分別選取全國各主要產(chǎn)區(qū)2013年產(chǎn)苦蕎(7種)和甜蕎(6種)共13個品種(詳見附表1),經(jīng)清洗、除雜、干燥、脫殼后粉碎(過60目篩)后得到蕎麥粉末備用。

表1 蕎麥品種及來源單位

硼酸、五水合硫酸銅、硫酸鉀、三氯乙酸、氫氧化鋰、氫溴酸、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉等(均為分析純) 北京化工廠;α-亞麻酸、油酸、亞油酸 中國藥品生物制品檢定所;三氟化硼乙醚液(化學純) 國藥集團化學試劑有限公司;氨基酸標準品、鄰苯二甲醛(OPA)和氯甲酸芴甲酯(FMOC)、戊氨酸、肌氨酸,純度≥99% 阿拉丁試劑公司;磺基丙氨酸-蛋氨酸砜標準品,純度≥99% SIGMA公司;沒食子酸、蘆丁標準品 SIGMA公司;色譜純乙腈和甲醇 Merck公司;抗消化淀粉測定試劑盒 愛爾蘭Megazyme公司。

1.2 實驗儀器

HPLC,色譜系統(tǒng)(HPLC),兩個泵(Alltech 626 HPLC pumps),一個自動進樣器(AS3000),和紫外檢測器(UV6000)(Spectra system thermo Finnigan,San Jose,CA,USA),色譜柱為YMC-ODS柱(5 μm,250 mm×4.6 mm,YMC,Japan);氣相色譜儀,Agilent4890D型 美國安捷倫公司;SpectraMax Plus384酶標儀 美國Molecular Devices(MD)公司;751型分光光度計 上海天普;YG-2型脂肪抽提器;LC-20A高效液相色譜儀 日本島津公司;FOSS 2012型消化爐及排廢裝置 FOSS公司瑞典;FOSS 2300型自動定氮儀 FOSS公司瑞典;L-8800氨基酸自動分析儀 日立公司日本。

1.3 實驗方法

1.3.1 基本組分測定 水分含量的測定:GB/T5009.3-2003;灰分含量的測定:GB/T 5009.3-2003。

1.3.2 營養(yǎng)組分測定 粗脂肪含量的測定:GB T 14489.2-2008(索氏抽提法);粗蛋白質(zhì)含量測定:GB/2905-1982;粗淀粉含量的測定:GB/5006-85(旋光法);氨基酸組成的測定:采用L-8800氨基酸自動分析儀測定氨基酸的種類和含量;脂肪酸的測定:采用甲酯化反應法測定,簡單來講,稱取0.50 g樣品于5 mL離心管中,加入2 mL正己烷,振搖0.5 min,室溫下放置過夜后,吸取1 mL上清液放入另一個5 mL離心管中,加入1 mL甲醇-BF3進行甲酯化反應,在室溫下反應1 h,取上清液分析。色譜條件:HP-1毛細柱(30 m×320 μm×0.25 μm),柱溫220 ℃,FID檢測器溫度280 ℃,進樣溫度250 ℃,分流比1∶50,空氣流速450 mL/min,氫氣流速40 mL/min,氮氣壓力0.5 MPa,進樣1 μL;快速消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的測定:在Englyst法的基礎(chǔ)上測定,稱取160 mg淀粉樣品(干基)放入具塞試管中,加入15 mL pH5.2磷酸鹽緩沖溶液,于沸水浴中糊化30 min,冷卻至室溫,置于37 ℃、200 r/min轉(zhuǎn)速恒溫搖床上平衡10 min,加入4 mL豬胰α-淀粉酶(290 U/mL)和1 mL葡萄糖淀粉酶(2500 U/mL)水解后,取1 mL加入4 mL無水乙醇滅酶,用DNS法測定葡萄糖含量。淀粉分類根據(jù)淀粉水解速率:RDS是指在20 min內(nèi)被小腸迅速吸收淀粉,SDS是指在20～120 min內(nèi)被小腸消化吸收淀粉,RS是指在120 min內(nèi)不被小腸消化吸收淀粉。具體公式如下:

RDS(%)=(G120 - FG)×0.9×100/TS;

SDS(%)=(G120 - G20)×0.9×100/TS;

RS(%)=(TG-FG)×0.9×100/TS -(RDS+SDS)

式中:G20-酶解20 min后釋放葡萄糖(mg);G120-酶解120 min后釋放葡萄糖(mg);FG-游離葡萄糖(mg);TG-總葡萄糖(mg);TS-總淀粉干基重。

1.3.3 功能組分的測定 總酚和總黃酮的測定:采用分光光度法測定,參照何永艷[6]和秦培友等的方法測定[7];蘆丁、槲皮素、異槲皮素和山奈酚的測定:采用HPLC法測定,檢測器為紫外檢測器,色譜柱為YMC-ODS柱;水蘇糖、棉子糖測定:采用HPLC法測定,檢測器為示差折光檢測器,色譜柱為Inertsil NH2柱(4.6 mm×250 mm i.d.,5 μm);流動相為乙腈∶水為65∶35(v/v);流速1.0 mL/min;柱溫35 ℃,檢測器溫度為40 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

蕎麥每個樣品中的營養(yǎng)組分及功能活性成分分別測定三次(n=3),取平均值。其中:苦蕎麥營養(yǎng)組分及功能活性成分取7個品種的平均值,表示為mean±SD,n=7;甜蕎麥營養(yǎng)組分及功能活性成分取6個品種的平均值,表示為mean±SD,n=6。

各營養(yǎng)組分采用Excel 2007進行統(tǒng)計分析,利用SPSS 17.0軟件進行顯著性方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜蕎和苦蕎基本組分

圖1為甜蕎和苦蕎水分和灰分含量,甜蕎中的水分含量要顯著高于苦蕎(p<0.05),而灰分含量則苦蕎顯著高于甜蕎(p<0.05)。這可能是造成兩者在籽粒形狀方面不同的原因之一。甜蕎由于含有較高的水分,因此籽粒更加飽滿,有光澤;而苦蕎則略顯粗糙,且沒有光澤[3]。

圖1 甜蕎和苦蕎的水分和灰分的含量Fig.1 The content of moisture and ash in common and tartary buckwheat 注：“*”表示兩種蕎麥之間有顯著性差異，p<0.05。

2.2 甜蕎和苦蕎的主要營養(yǎng)組分

2.2.1 粗淀粉、粗脂肪和粗蛋白的含量分析 由圖2可知甜蕎和苦蕎所含粗淀粉含量均在70%左右,甜蕎粗淀粉含量略高于苦蕎,但差異不顯著(p>0.05),這與文獻記載一致[8]。甜蕎和苦蕎粗蛋白含量均在15%左右,之間并無顯著性差異(p>0.05)。蕎麥粗脂肪含量在2.4%左右,且甜蕎和苦蕎間無顯著性差異存在(p>0.05)。

圖2 粗淀粉、粗蛋白和粗脂肪的含量Fig.2 Content of crude starch,crude protein and crude fat

2.2.2 氨基酸含量分析 評價蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的高低,不僅要看蛋白質(zhì)含量,還要看其必需氨基酸的種類是否齊全,含量是否豐富,比例是否接近人體所需?；诖?本研究進一步對甜蕎和苦蕎中主要氨基酸含量進行了測定分析,如圖3所示,甜蕎和苦蕎中的15種主要氨基酸含量大小和種類分布均無顯著性差異。氨基酸含量最高為谷氨酸,而甲硫氨酸含量最低。8種必需氨基酸含量均比較豐富,甜蕎中蘇氨酸(Thr)5.11%、纈氨酸(Val)15.21%、蛋氨酸(Met)2.05%、異亮氨酸(Ile)5.31%、亮氨酸(Leu)9.75%、苯丙氨酸(Phe)7.07%、賴氨酸(Lys)7.98%和組氨酸(His)3.60%。此外,谷氨酸(Glu)、天冬氨酸(Asp)和精氨酸(Arg)含量也較高,分別為25.11%、12.91%和13.36%。這些結(jié)果表明甜蕎和苦蕎各氨基酸含量種類齊全,變化趨勢基本一致,特別是一般禾谷類蛋白質(zhì)中第一限制性氨基酸賴氨酸的含量較高。雖然差異不顯著,但總體來看甜蕎中的氨基酸含量比苦蕎高,這與文獻報道一致[9]。

圖3 甜蕎和苦蕎的15種主要氨基酸Fig.3 15 kinds of amino acids in common and tartary buckwheat

2.2.3 不同種類淀粉含量分析 在總淀粉的基礎(chǔ)上,本研究進一步對蕎麥中不同種類的淀粉含量進行了測定和對比分析,如圖4所示,甜蕎和苦蕎的總淀粉總含量差別不大,分別為64.08%和64.42%。甜蕎和苦蕎的慢消化淀粉含量基本一致,分別為8.9%和10.44%;苦蕎的快消化淀粉含量為25.35%,略高于甜蕎的21.75%,但無顯著性差異(p>0.05);抗性淀粉含量甜蕎高于苦蕎,分別為33.44%和26.63%,但差異也不顯著(p>0.05)。淀粉是蕎麥(粉)的主要組成成分,其理化特性對蕎麥制品的品質(zhì)有著直接的影響[10],蕎麥的淀粉含量較高,一般為60%～70%,不同品種隨地區(qū)不同而有所差異。相對蕎麥蛋白來說,蕎麥籽粒中淀粉含量的變化幅度較大。Javornik 報道蕎麥種子中淀粉含量隨著品種的不同可在37%～70%之間變化[9]。本研究所采集樣品所含淀粉均在70%左右,甜蕎粗淀粉含量略高于苦蕎,但差異不顯著(p>0.05),這與文獻記載一致[8]。蕎麥與其他谷物不同的是其中含有7.5%～35%的抗性淀粉(RS)。抗性淀粉是指在結(jié)腸中能被大腸桿菌發(fā)酵利用但不能在小腸中消化的淀粉及其降解物[11]。其作用類似膳食纖維,長期食用可以防止血糖、血脂升高,具有預防結(jié)腸癌、治療便秘以及減肥的功效,同時還可增強機體免疫力[12]。因此,蕎麥是極具潛力的功能食品加工原料[13-15]。

圖4 苦蕎和甜蕎不同種類淀粉的含量 Fig.4 Different kinds of starch content in common and tartary buckwheat

2.2.4 不同脂肪酸含量分析 由圖5可知,甜蕎和苦蕎中不但脂肪酸含量較高,而且品種豐富,含有棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸等多種脂肪酸。其中亞油酸、油酸和棕櫚酸含量較多,占總脂肪酸的90%以上?？嗍w和甜蕎脂肪酸組成相似,其中苦蕎中油酸、亞油酸含量高于甜蕎,而棕櫚酸低于甜蕎?？嗍w油酸(26.97%)、亞油酸(42.32%)和棕櫚酸(22.82%),占總脂肪酸的92.11%;甜蕎油酸(25.75%)、亞油酸(41.20%)和棕櫚酸(23.61%),占總脂肪酸的90.56%。豐富的脂肪酸含量說明食用蕎麥,尤其是苦蕎能增加人體多不飽和脂肪酸,促進膽固醇和膽酸的排泄,使膽固醇下降。同時,也使aPOB 載膽蛋白和低密度脂蛋白下降,因而具有降脂作用[16]。

圖5 苦蕎和甜蕎不同脂肪酸含量Fig.5 Different fatty acid content in common and tartary buckwheat

2.3 功能活性組分含量分析

2.3.1 黃酮和多酚 圖6為甜蕎和苦蕎總黃酮及多酚的含量情況,由圖可見甜蕎和苦蕎差別較大。其中總黃酮甜蕎含量8.23 mg/g,而苦蕎含量可達125.33 mg/g,是甜蕎含量的15.23倍,且差異極顯著(p<0.01)?？偠喾犹鹗w含量為40.07 mg/g,而苦蕎為107.24 mg/g,是甜蕎的2.68倍,且差異極顯著(p<0.01)。根據(jù)文獻報道蕎麥結(jié)合酚占總酚的4%～12%、自由酚占88%～96%,這表明蕎麥種子中的多酚存在狀況與小麥、玉米等谷物不同,而與水果多酚相似,即主要以自由酚形式存在[17]。本研究進一步測定分析了甜蕎和苦蕎中的蘆丁、槲皮素、異槲皮素和山奈酚的含量情況。如圖7所示,甜蕎中只檢測到了少量蘆丁的存在,其含量為0.34mg/g,其他組分并未檢出。而苦蕎四種特征組分齊全,且含量豐富,蘆丁、槲皮素、異槲皮素和山奈酚的含量分別為8.49,1.84,0.31 mg/g和0.37 mg/g。其中蘆丁含量是甜蕎含量的25倍,且差異極顯著(p<0.01)。黃酮和多酚是廣泛存在于植物界的一類具有多種生理功能的活性物質(zhì),它不僅具有很強的清除自由基能力,還可以通過抑制氧化酶和絡(luò)合過渡金屬離子等起到抗氧化作用[18],是植物性食物發(fā)揮保健功能性的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。諸多學者也因此選取苦蕎為對象,研制功能型食品或進行黃酮、多酚類的提取。

圖6 苦蕎和甜蕎總黃酮以及多酚含量Fig.6 The flavonoids and polyphenols content in common and tartary buckwheat 注：“**”表示兩種蕎麥之間有極顯著差異性(p<0.01))，圖7、圖8同。

圖7 苦蕎和甜蕎特征組分含量Fig.7 Characteristic components in common and tartary buckwheat

2.3.2 低聚糖的含量分析 由圖8可知,蕎麥中檢測到的水蘇糖和棉籽糖均極顯著(p<0.01)高于苦蕎含量。甜蕎水蘇糖和棉籽糖分別為11.22 mg/g和7.02 mg/g;苦蕎中含量分別為10.18 mg/g和2.70 mg/g。相對于大豆、燕麥等作物來講,無論是甜蕎還是苦蕎,低聚糖含量均不是很高,這可能是蕎麥低聚糖相關(guān)研究較少的原因。

圖8 苦蕎和甜蕎中低聚糖含量Fig.8 Oligosaccharide in common and tartary buckwheat

3 結(jié)論

基于甜蕎和苦蕎在栽培、籽粒形狀及加工消費方式等方面的不同,本研究首次系統(tǒng)檢測分析了兩者營養(yǎng)物質(zhì)和功能活性成分組成和含量之間的差異化。通過分析發(fā)現(xiàn),甜蕎和苦蕎的氨基酸、脂肪酸、淀粉等營養(yǎng)組分含量均無顯著性差異。而功能性組分黃酮、多酚和功能性低聚糖等含量方面,兩者存在顯著差異?？嗍w黃酮和多酚含量高于甜蕎,而甜蕎功能性低聚糖高于苦蕎。

蕎麥具有天然性、營養(yǎng)性和功能性的特點,因此其加工也應根據(jù)甜蕎和苦蕎的營養(yǎng)、功能和口味特點,選擇合適的品種進行新型高附加值、多元化、功能型食品的生產(chǎn)和藥用原料的開發(fā)。

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A comparative analysis of nutrition components and active ingredient in common and tartary buckwheat

WANG Shi-xia1,2,LIU Shan1,LI Xiao-rui1,2,LIU San-cai3,YAO Yang3,REN Gui-xing3,YUN Ting-ting1,QI Wen-tao1,*

(1.Academy of State Administration of Grain,Beijing 100037,China;2.Tianjin University of Science and Technology,College of Food Engineering and Biotechnology,Tianjin 300222,China;3.Institute of crop sciences of CAAS,Beijing 100081,China)

Objective:To compare the contents of nutrition components and active ingredient between common and tartary buckwheat. Methods:The mean contents of basic components(moisture and ash),nutritional compositions(amino acid,fatty acid,starch and protein)and functional active ingredient(flavonoids,polyphenols and rutin)in 7 kinds of tartary buckwheat and 6 kinds of common buckwheat were determined. Results:The moisture content of common buckwheat was significantly higher and ash content was significantly lower than that of tartary buckwheat(p<0.05). There were no significant differences in the contents and distributions of fatty acid and proteins,although they were abundant in both of buckwheat(p>0.05). Flavonoids and polyphenols contents in tartary buckwheat were 125.33，107.24 mg/g and were 15.23,2.68 times of that in common buckwheat respectively. Tartary buckwheat was also abundant in other active ingredient such as rutin,quercetin,isoquercetin and kaempferol. While the oligosaccharide content of common buckwheat,including stachyose,saccharose and raffinose were significantly higher than that of tartary buckwheat(p<0.05). Conclusion:The content of functional components,such as flavonoids,polyphenols and oligosaccharides showed significant difference but nutrition components like amino acid,fatty acid and starch had no significant difference between common and tartary buckwheat.

common buckwheat;tartary buckwheat;nutrition components;active ingredient;comparable analysis

2015-03-10

王世霞(1990-)，女，碩士研究生，主要從事蕎麥健康功效的研究，E-mail:wsx13808034@yeah.net。

*通訊作者:綦文濤(1977-)，男，博士，副研究員，主要從事分子營養(yǎng)學研究，E-mail：qwt@chinagrain.org。

糧食公益性行業(yè)科研專項(201313006-5)；蕎麥青稞豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培關(guān)鍵技術(shù)與示范(2014BAD07B04)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)21-0078-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.007