西藏青稞與雞爪谷營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味成分的分析研究

胡　敏,林親錄,羅　章,孫術(shù)國(guó),,*,張素紅,王若暉,唐澤君

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙 410004;2.西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院食品科學(xué)學(xué)院,西藏林芝 860000)

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西藏青稞與雞爪谷營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味成分的分析研究

胡敏1,林親錄1,羅章2,孫術(shù)國(guó)1,2,*,張素紅1,王若暉1,唐澤君1

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙 410004;2.西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院食品科學(xué)學(xué)院,西藏林芝 860000)

為了研究西藏青稞和雞爪谷的營(yíng)養(yǎng)成分,水分子存在狀態(tài)及風(fēng)味成分,本文采用低場(chǎng)核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR),頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用(HS-SPME-GC/MS)方法分析比較了西藏青稞和雞爪谷的水分子存在狀態(tài)以及各自揮發(fā)性風(fēng)味組分。結(jié)果顯示:西藏青稞粗蛋白(24.2%)、膳食纖維(15.20%)和β-葡聚糖(7.61%)含量顯著高于雞爪谷(p<0.05),但雞爪谷脂肪(1.01%)含量高于青稞。西藏青稞和雞爪谷中結(jié)合水含量分別占88.4%和87.7%。青稞和雞爪谷中分別檢測(cè)出72和70種揮發(fā)性成分,青稞揮發(fā)性風(fēng)味組分主要包括烴類(lèi)(44.37%)、醇類(lèi)(18.06%)和醛類(lèi)(14.03%),雞爪谷香氣主要組分為醇類(lèi)(34.81%)、烴類(lèi)(34.65%)和酮類(lèi)(9.78%)?？傮w分析,青稞比雞爪谷的營(yíng)養(yǎng)成分更加豐富,結(jié)合水含量比例更高,風(fēng)味物質(zhì)更加突出,為西藏青稞和雞爪谷的加工及合理膳食提供參考。

青稞,雞爪谷,營(yíng)養(yǎng)成分,低場(chǎng)核磁共振,頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用

青稞和雞爪谷主要分布在西藏海拔較高的地區(qū),是藏族人民兩大特有的主要糧食作物,在西藏,80%左右的藏族同胞(總?cè)丝诩s540萬(wàn))以青稞為主食。青稞屬禾本科植物,是大麥的變種[1],又稱(chēng)裸大麥、元麥;雞爪谷又名龍爪稷、堿谷等,是粟米的一種[2]。除了將青稞和雞爪谷做成傳統(tǒng)的美食,研究者已開(kāi)發(fā)能夠工業(yè)化生產(chǎn)的雞爪谷營(yíng)養(yǎng)粉,青稞雞爪谷復(fù)合營(yíng)養(yǎng)糊,并通過(guò)改良傳統(tǒng)發(fā)酵工藝開(kāi)發(fā)了雞爪谷發(fā)酵酒以及雞爪谷與青稞共同發(fā)酵的白酒等產(chǎn)品。因此可見(jiàn),青稞和雞爪谷具有很高的食用價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,深受人們的喜愛(ài)。

現(xiàn)有研究表明,青稞含有較高的β-葡聚糖,在降脂、降膽固醇上具有重要的作用[3],青稞“三高兩低”(高蛋白質(zhì)、高纖維、高維生素、低脂肪、低糖)的特點(diǎn)非常符合現(xiàn)代人的健康飲食要求。然而,目前對(duì)于青稞營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面的研究缺乏系統(tǒng)性,在其原料風(fēng)味的研究,更是少有人涉及。有關(guān)雞爪谷的研究,盡管有人報(bào)道雞爪谷含有較高的礦物質(zhì),但對(duì)其整體營(yíng)養(yǎng)也缺乏系統(tǒng)性研究,對(duì)其風(fēng)味研究更少[4]。水分子作為上述糧食中重要的組成部分,其分子存在的狀態(tài)能間接反映糧食作物生命旺盛狀態(tài)、糧食類(lèi)食品質(zhì)構(gòu)性質(zhì)等,因此對(duì)糧食水分子分析也尤為重要。低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在檢測(cè)食品及原料水分存在狀態(tài)方面得到了普及和廣泛應(yīng)用[5-8],這為糧食類(lèi)食品水分子狀態(tài)檢測(cè)分析提供了契機(jī);傳統(tǒng)的感官評(píng)價(jià)由于主觀因素存在,對(duì)風(fēng)味評(píng)價(jià)存在偏差,而頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用方法能準(zhǔn)確的分析食品風(fēng)味，已經(jīng)應(yīng)用到食品風(fēng)味檢測(cè)分析[9-11]。

表1　兩種西藏原料基本營(yíng)養(yǎng)成分含量(g/100 g)Table 1　The major nutritional components of two kinds cereals from Tibet(g/100 g)

本研究以西藏青稞和雞爪谷為原料,對(duì)這兩種糧食作物的基本營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行測(cè)定,全面了解和比較其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)特點(diǎn);采用LF-NMR,HS-SPME-GC/MS方法分析比較青稞和雞爪谷的水分子存在狀態(tài)以及揮發(fā)性風(fēng)味成分,旨在對(duì)青稞和雞爪谷的深度開(kāi)發(fā)利用和食品加工提供可靠的理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

青稞谷粒、雞爪谷均購(gòu)自西藏林芝、山南、日喀則地區(qū),混勻樣品,干燥粉碎后備用;直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)自Sigma公司;碘化鉀、碘、石油醚、乙醚、四氯化碳、高溫α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶等均為分析純,購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司;實(shí)驗(yàn)室用水均為蒸餾水。

MS105DU型電子分析天平日本島津公司;電子恒溫水浴鍋北京中興偉業(yè)儀器有限公司;UV1800型紫外可見(jiàn)光光度計(jì)上海精密科學(xué)儀器有限公司;SK-E型快速混勻儀江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;L420型離心機(jī)湖南湘儀實(shí)驗(yàn)儀器開(kāi)發(fā)有限公司;SZF-06C脂肪測(cè)定儀 上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司;GCMS-QP2010型島津企業(yè)管理(中國(guó))有限公司;NMI120型核磁共振成像分析儀紐邁電子科技有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定水分的測(cè)定按照GB 5009.3-2010中的105 ℃直接干燥法;粗蛋白測(cè)定采用GB/T 5009.5-2010半自動(dòng)凱氏定氮法;粗脂肪的測(cè)定采用SZF-06C脂肪測(cè)定儀方法;灰分的測(cè)定按照GB/T 5009.4-2010中的方法;膳食纖維的測(cè)定按照GB/T 5009.88-2008法;直連淀粉含量的測(cè)定參照張玉玉等人[12]的方法;β-葡聚糖的測(cè)定參照江春艷等人[13]的方法。

1.2.2水分存在狀態(tài)的測(cè)定采用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)測(cè)定青稞和雞爪谷原料的水分存在狀態(tài),采用CMPG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)脈沖序列得到自由誘導(dǎo)指數(shù)衰減曲線,對(duì)曲線進(jìn)行反演得到T2譜,進(jìn)而獲得水的不同組態(tài)、弛豫時(shí)間、相對(duì)含量。

CPMG脈沖序列的參數(shù)設(shè)置為:主頻SF=18 MHz,偏移頻率O1=419819.8 kHz,90°脈沖射頻脈寬P1=13 μs,180°脈沖射頻脈寬 P2=27 μs,信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)TD=90810,重復(fù)采樣等待時(shí)間 TW=1000 ms,重復(fù)采樣次數(shù)NS=32,回波個(gè)數(shù) NECH=4000。

1.2.3風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定參照袁建等人[14]的方法。

1.2.3.1頂空固相微萃取頭的老化首次使用時(shí),300 ℃條件下老化45 min;以后每次使用時(shí)先老化30 min,樣品與樣品之間,老化10 min。

1.2.3.2青稞和雞爪谷樣品風(fēng)味物質(zhì)的萃取稱(chēng)取2.00 g樣品于10 mL頂空樣品瓶中,蓋上玻璃塞密封,置于預(yù)先設(shè)好的70 ℃恒溫水浴鍋中平衡10 min,萃取40 min后于GC/MS進(jìn)樣口250 ℃解析6 min。

1.2.3.3色譜條件采用RTX-5MS彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),柱始溫40 ℃,保持4 min;以4 ℃/min 程序升溫至180 ℃,保持5 min,再以20 ℃/min升溫至280 ℃,保持5 min。載氣:高純氦氣,氦氣流量1 mL/min,柱前壓64 kPa。進(jìn)樣口溫度250 ℃。不分流方式。溶劑延長(zhǎng)時(shí)間2 min。質(zhì)譜條件:接口溫度280 ℃;電離方式EI;離子源溫度230 ℃;電子能量70 eV;質(zhì)量掃描范圍50～550 amu,采集方式為全掃描模式。

1.2.3.4數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計(jì)結(jié)果取相似度均大于80的揮發(fā)性物質(zhì),去除柱流失物質(zhì)(聚甲基硅氧烷化合物)。定量分析按峰面積歸一化法進(jìn)行,求得各揮發(fā)性成分的相對(duì)百分含量。

1.3數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,取平均值,實(shí)驗(yàn)采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2　結(jié)果與討論

2.1青稞與雞爪谷基本營(yíng)養(yǎng)成分的比較

由表1知,兩種糧食作物的脂肪含量都較低,均低于2%;青稞籽粒中的粗蛋白、β-葡聚糖、膳食纖維含量明顯高于雞爪谷。與其他谷物相比,青稞中粗蛋白、膳食纖維、β-葡聚糖含量明顯高于其它地區(qū)的小麥、玉米、高粱、大米等糧食作物[15];粗脂肪含量又比其他谷類(lèi)作物偏低。雞爪谷中基本營(yíng)養(yǎng)成分含量與其他谷物相當(dāng)。

2.2水分狀態(tài)的測(cè)定

圖1為兩種糧食作物原料的橫向弛豫時(shí)間T2的反演圖譜。結(jié)果表明,不同品種的糧食作物具有相近的弛豫特征。研究發(fā)現(xiàn) T2弛豫譜的波峰在10 ms左右處有明顯分界,根據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道[16]和糧食水分的弛豫特性,這里將10、100 ms 作為結(jié)合水、半結(jié)合水、自由水的臨界值。10 ms 之前的信號(hào)幅值 A21代表結(jié)合水,T2弛豫時(shí)間取值范圍為T(mén)21(0.01～10 ms),10～100 ms的信號(hào)幅值 A22代表半結(jié)合水,T2弛豫時(shí)間取值范圍為T(mén)22(10～100 ms),100～1000 ms的信號(hào)幅值 A23代表自由水,T2弛豫時(shí)間取值范圍為T(mén)23(100～1000 ms)。

圖1　兩種糧食作物的橫向弛豫時(shí)間T2反演圖Fig.1　Transverse relaxation time T2 spectrum inversion of two crops

圖1中峰面積對(duì)應(yīng)不同狀態(tài)水分的相對(duì)含量,青稞和雞爪谷中結(jié)合水分別占總峰面積的88.4%和87.7%,是青稞和雞爪谷的主要成分;半結(jié)合水與自由水水峰面積較小,分別約為11.6%和12.3%,這些結(jié)果表明,青稞和雞爪谷中水分子的存在狀態(tài)存在顯著性差異。此外圖1顯示,這兩種雜糧作物有機(jī)物與水分結(jié)合的強(qiáng)度從整體上趨于減弱。前人研究發(fā)現(xiàn),結(jié)合水越低,其生命活力越小[17]。青稞中結(jié)合水波峰橫向弛豫時(shí)間比雞爪谷晚,但是信號(hào)強(qiáng)度大于雞爪谷,說(shuō)明結(jié)合水含量比雞爪谷高,因此也說(shuō)明了青稞種子生命力更旺盛,除此之外,蛋白質(zhì)含量比雞爪谷含量高,有一部分原因是結(jié)合水與生物大分子如蛋白質(zhì)結(jié)合的更牢固,水分子的存在狀態(tài)一定程度上能影響蛋白質(zhì)、淀粉大分子表面性質(zhì)、分布狀態(tài)以及這些大分子之間的相互作用,進(jìn)而影響糧食的加工性能。

2.3風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定與分析

青稞和雞爪谷香氣物質(zhì)成分檢測(cè)的GC-MS總離子流圖分別見(jiàn)圖2和圖3,其香氣物質(zhì)成分及含量見(jiàn)表2。由表2知,青稞和雞爪谷香氣物質(zhì)成分分別被檢測(cè)出72和70種成分,分別占總揮發(fā)性風(fēng)味成分的87.72%和65.86%。青稞香氣中主要的成分是烴類(lèi)、醇類(lèi)和醛類(lèi),占檢出揮發(fā)性風(fēng)味組分含量的89.23%;雞爪谷香氣主要組分為醇類(lèi)(34.81%)、烴類(lèi)(34.65%)和酮類(lèi)(9.78%)。有文獻(xiàn)報(bào)道,醛類(lèi)、醇類(lèi)、酮類(lèi)對(duì)食品風(fēng)味的形成有很大作用[18]。由表2顯示,青稞中醛類(lèi)物質(zhì)比雞爪谷豐富,其中辛醛具有微弱的柑橘味,壬醛具有花香和柑橘味,(E)-2-壬烯醛具有豆腥、黃瓜和木頭的味道,癸醛具有柑橘味、糖果味和蠟味[19],它們對(duì)青稞的風(fēng)味起重要的作用,2-十一烯醛具有甜味和脂肪味[19],賦予雞爪谷特殊的風(fēng)味;兩種糧食作物中檢測(cè)到的多為中鏈醇,1-辛醇具有果味和花香[20-21],對(duì)青稞風(fēng)味的貢獻(xiàn)較大;酮類(lèi)物質(zhì)多是由蛋白質(zhì)降解形成的,具有令人愉悅的堅(jiān)果味[22],其對(duì)雞爪谷的風(fēng)味有很大的促進(jìn)作用。兩種作物中共有的成分8種,分別是環(huán)己醇、(E)-2-十三烯醇、1-壬醇、柏木腦、反式-2,3-環(huán)氧辛烷、2,6,10,15-四甲基十七烷、(+)-α-柏木萜烯、1-十三烯。

圖2　西藏青稞中揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig.2　GC-MS total ion chromatograms of volatiles in Tibet highland barley sample

圖3　西藏雞爪谷中揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig.3　GC-MS total ion chromatograms of volatiles in Tibet Jizhuagu sample

西藏青稞中揮發(fā)性成分含量最高者為1,2-環(huán)氧壬烷(13.68%),其次為反式-2,3-環(huán)氧辛烷、6-甲基-1-庚醇(6.02%);雞爪谷中揮發(fā)性成分最高含量者為(2E,4E)-2,4-癸二烯醇(6.81%),其次為(E)-3-庚烯-2-醇(5.15%)和反式-2,3-環(huán)氧癸烷(4.7%)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,兩種糧食作物中揮發(fā)性成分及含量存在很大的差異。

表2　青稞與雞爪谷中鑒定的揮發(fā)性成分和含量Table 2　Identified volatiles and their contents in two kinds cereals samples

續(xù)表

3　結(jié)論

從基本營(yíng)養(yǎng)成分上看,西藏青稞和雞爪谷都含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分,然而其營(yíng)養(yǎng),水分子存在狀態(tài)及風(fēng)味存在一定的差異。青稞中還含有豐富的粗蛋白、膳食纖維、β-葡聚糖,含量明顯高于雞爪谷。從水分子存在狀態(tài)上看,青稞和雞爪谷主要以結(jié)合水狀態(tài)存在,而青稞中結(jié)合水含量比雞爪谷高。從風(fēng)味成分上看,青稞揮發(fā)性風(fēng)味組分主要包括烴類(lèi)、醇類(lèi)和醛類(lèi),雞爪谷揮發(fā)性風(fēng)味組分主要包括醇類(lèi)、烴類(lèi)和酮類(lèi)。青稞比雞爪谷的營(yíng)養(yǎng)成分更加豐富,結(jié)合水含量比例更高,風(fēng)味物質(zhì)更加突出,其食用和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更加符合現(xiàn)代人的膳食要求。

本研究對(duì)于開(kāi)發(fā)新西藏青稞和雞爪谷產(chǎn)品,引導(dǎo)消費(fèi)者的合理膳食,促進(jìn)食品加工的進(jìn)一步發(fā)展有著積極的意義。

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Analysis of nutrition compositions and volatile compounds of two cereals from Tibet

HU Min1,LIN Qin-lu1,LUO Zhang2,SUN Shu-guo1,2,*,ZHANG Su-hong1,WANG Ruo-hui1,TANG Ze-jun1

(1.College of Food Science and Engineering,Central South University of Forestry and Technology,National Engineering Laboratory for Deep Processing of Rice and Byproducts,Changsha 410004,China;2.College of Food Science,Agriculture and Animal Husbandry College of Tibet University,Linzhi 860000,China)

The major nutritional components,the aggregation state of water molecules and composition of volatile compounds were systematically analyzed in two cereals from Tibet by LF-NMR and HS-SPME-GC/MS. The results showed that the protein(24.2%),dietary fiber(15.20%),andβ-glucan(7.61%)contents of Tibet highland barley were significantly higher than that of Tibet jizhuagu,although the fat content(1.01%)of the former was lower than that of the latter. The contents of combined water distribution were 88.4% and 87.7% in Tibet highland barley and jizhuagu,respectively. 72 volatile compounds were identified mainly in barley including hydrocarbons(44.37%),alcohols(18.06%)and aldehydes(14.03%). 70 volatile compounds were identified mainly in jizhuagu including alcohols(34.81%),hydrocarbon(34.65%)and ketones(9.78%). In short,the barley from Tibet had a higher nutritional quality,a higher percentage of combined water and better flavor quality than jizhuagu. This study provided a useful basis for further development and reasonable diet of barley and jizhuagu from Tibet.

barley;jizhuagu;nutritional components;LF-NMR;HS-SPME-GC/MS

2016-01-04

胡敏(1989-)女，碩士研究生，研究方向：糧食油脂與蛋白工程,E-mail:15116109174@163.com。

孫術(shù)國(guó)(1977-),男，博士，副教授，研究方向：食品生物技術(shù),E-mail:sshuguo@163.com。

國(guó)家自然基金(31571874)；2011湖南省協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目。

TS211.7

A

1002-0306(2016)14-0049-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.14.001