青海黑青稞營養(yǎng)及活性成分分析與評價

周 紅 張 杰 張文剛 杜 艷 黨 斌,* 楊希娟,* 郝 靜

(1 青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院/青海省農(nóng)林科學(xué)院，青海省青藏高原農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實驗室，青海 西寧 810016；2青海華實科技投資管理有限公司， 青海省青稞資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，青海 西寧 810016)

青稞(HordeumvulgareL. var. nudum Hook. f.)是青海省高寒山區(qū)的主要糧食作物，富含蛋白質(zhì)，且必需氨基酸種類齊全，β-葡聚糖含量高，脂肪含量低，含有豐富的維生素、無機(jī)鹽、酚類物質(zhì)、甾醇類物質(zhì)及膳食纖維，具有抗癌、降血脂、降血糖等功效[1]，在藏族同胞的飲食和青海農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中具有重要的地位[2]。

目前已有學(xué)者報道稱青稞的產(chǎn)地[3-5]、顏色[4,6-7]及品種[4,8]均對其營養(yǎng)品質(zhì)及活性成分有顯著影響，且研究證實有色青稞的營養(yǎng)品質(zhì)及多酚含量較高，其中黑色青稞的營養(yǎng)及活性成分含量最高，保健作用較強(qiáng)[9-10]。但是有關(guān)青海不同品種黑青稞營養(yǎng)及活性成分含量的研究較少，且現(xiàn)有關(guān)于黑青稞的營養(yǎng)品質(zhì)分析大多只關(guān)注了基本營養(yǎng)成分的含量差異，鮮有對其礦物質(zhì)、氨基酸及抗氧化活性成分的系統(tǒng)評價報道，不能全面反映黑青稞的營養(yǎng)價值及功效。

本研究以青海種植的12 個黑青稞品種為試驗原料，測定其營養(yǎng)成分、氨基酸、礦物質(zhì)含量及活性成分的含量，評價黑青稞的營養(yǎng)特性，篩選優(yōu)質(zhì)品種資源，以期為黑青稞資源的開發(fā)利用和健康消費(fèi)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑青稞品種：黑老鴉、946、947、949、950、Z523、Z526、Z528、Z533、Z536、Z541、Z560，由青海省農(nóng)林科學(xué)院作物育種栽培研究所青稞研究室提供。不同品種黑青稞統(tǒng)一種植于青海省農(nóng)林科學(xué)院同一試驗地(西寧)，2020年3月播種，8月收獲。收獲后，將籽粒清洗晾干，采用6SXZ-252S智能色選機(jī)(合肥秦禾光電科技股份有限公司)精選，然后用HK-04A萬能粉碎機(jī)(廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司)將黑青稞種子粉碎，時間約30 s，過60 目篩得青稞全粉。

AMYLOSE/AMYLOPECTIN試劑盒、TOTAL STARCH試劑盒、MIXED-LINKAGE BETA-GLUCAN試劑盒，德國Megazyme公司；沒食子酸、蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，上海源葉生物科技有限公司；福林酚(優(yōu)級純)，北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Vapodest 50 s全自動凱氏定氮儀、 SOX412 Macro全自動脂肪提取儀、Fibretherm FT12粗纖維測定儀，德國格哈特儀器公司；SX2-4-10箱式電阻爐，沈陽市節(jié)能電爐廠；S-433D氨基酸分析儀，德國SYKAM公司；TGL-20M高速冷凍離心機(jī)，湖南長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司; HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司; Retavapor R-215旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，瑞士布奇有限公司; N4S紫外可見分光光度計，上海儀電分析儀器有限公司；ETHOS 900微波消解系統(tǒng)，意大利Milestone公司；ZEEnit700P火焰石墨爐原子吸收光譜儀，德國耶拿分析儀器股份公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 主要營養(yǎng)成分測定 參照國標(biāo)測定灰分[11]、蛋白質(zhì)[12]、氨基酸[13]、粗脂肪[14]、粗纖維[15]含量；總淀粉含量采用TOTAL STARCH試劑盒測定；直鏈淀粉含量采用 AMYLOSE/AMYLOPECTIN 試劑盒測定；β-葡聚糖含量采用MIXED-LINKAGE BETA-GLUCAN 試劑盒測定；礦物質(zhì)含量采用原子吸收分光光度法測定[16]。

1.3.2 氨基酸評價 參考朱圣陶等[17]、席亞麗等[18]和徐向英等[19]的方法。

1.3.3 黑青稞酚類物質(zhì)提取與含量測定 參照楊希娟等[6]的方法提取酚類物質(zhì)。

游離酚提?。簻?zhǔn)確稱取1 g黑青稞全粉，加入20 mL體積分?jǐn)?shù)80%的丙酮，室溫條件下500 W超聲提取20 min，3 500 r·min-1冷凍離心20 min，收集上清液，殘渣用同樣方法重復(fù)提取2次，合并3次上清液，45℃減壓旋轉(zhuǎn)蒸干，沉淀物用甲醇定容至10 mL，0.45 μm有機(jī)膜過濾，得黑青稞游離態(tài)酚類物質(zhì)提取液，-20℃避光保存。

結(jié)合酚提?。合蛱崛∵^游離酚的殘渣中加入20 mL正己烷，2 000 r·min-1冷凍離心5 min，棄上清液，向沉淀物中加入17 mL 11%的鹽酸-甲醇溶液，70℃水浴1 h。加入20 mL乙酸乙酯萃取3次，2 000 r·min-1冷凍離心5 min，合并乙酸乙酯萃取相，在45℃條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，用甲醇定容至10 mL，0.45 μm有機(jī)膜過濾，得黑青稞結(jié)合態(tài)酚類物質(zhì)提取液，-20℃避光保存。

酚類物質(zhì)含量的測定采用Folin-Ciocalteu法[20]。在游離酚和結(jié)合酚的提取物中測定游離黃酮和結(jié)合黃酮。黃酮類物質(zhì)的測定采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH比色法[6]。

1.3.4 黑青稞花色苷的提取與含量測定 參考楊希娟等[21]的方法進(jìn)行花色苷提取，黑青稞全粉與1%鹽酸-甲醇溶液按照1∶10(m∶v)的比例在室溫下500 Hz超聲處理30 min，然后離心收集上清液，殘渣用同樣方法提取2次，合并3次上清液，得黑青稞花色苷提取液，-20℃避光保存。

花色苷含量測定參考Lee等[22]的方法并稍作改進(jìn)。分別吸取2份0.5 mL提取液于試管中，一份加入4.5 mL pH 值1.0的緩沖液(0.2 mol·L-1鹽酸溶液、0.2 mol·L-1氯化鉀溶液)，另一份加入4.5 mL pH 值4.5的緩沖液(1 mol·L-1鹽酸溶液、1 mol·L-1醋酸鈉溶液)，混合均勻避光靜置1.5 h，15 000 r·min-1離心15 min，以蒸餾水調(diào)零，取上清液分別于510、700 nm波長處測定其吸光度值，重復(fù)3次。

根據(jù)公式計算花色苷含量：

c(mg·100 g-1)=(ΔA-ΔA′)×V×n×M/ε×m×100

式中，ΔA為加入pH值為1.0的緩沖液在510和700 nm浸長處的吸光度差值；ΔA′為加入pH值為4.5的緩沖液在510和700 nm浸長處的吸光度差值；V為提取液總體積，mL；n為稀釋倍數(shù)；M為矢車菊-3-葡萄糖苷(Centaurea -3-glucoside，Cy-3-Glu)的相對分子質(zhì)量，449；ε為Cy-3-Glu的消光系數(shù)，26 900；m為樣品質(zhì)量，g。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Origin 9.0和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，顯著性差異采用LSD多重比較法，相關(guān)性分析采用Pearson雙側(cè)檢驗法。因子分析采用主成分分析法[23]；聚類分析采用 K-均值聚類[24]，樣本之間距離采用歐式平方距離，得出聚類樹。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種黑青稞基本營養(yǎng)成分分析

由表1可知，不同品種黑青稞營養(yǎng)成分含量間存在一定差異，其中β-葡聚糖、灰分、粗纖維含量在不同品種黑青稞間差異較大，變異系數(shù)分別達(dá)20.11%、39.64%、15.68%；蛋白質(zhì)、總淀粉、直鏈淀粉和粗脂肪含量品種間差異相對較小，變異系數(shù)分別為4.31%、7.19%、9.51%、10.26%。

黑青稞β-葡聚糖平均含量為5.29%，變幅為3.91%～7.50%， Z560含量最高；黑青稞蛋白質(zhì)平均含量為13.32%，變幅為12.19%～14.07%，Z523含量最高；黑青稞總淀粉平均含量為59.02%，變幅為52.81%～63.37%；黑青稞直鏈淀粉的平均含量為22.50%，Z528含量最高；黑青稞粗脂肪平均含量為1.81%，變幅為1.58%～2.11%，Z526和Z560含量高于2.0%，其余均較低；黑青稞粗纖維平均含量為2.70%，變幅為2.13%～3.64%，Z533含量最高；黑青稞灰分平均含量為0.64%，其中黑老鴉、946、947、949、Z533和Z541間差異不顯著(P>0.05)，Z523、Z526、Z528、Z536和Z560間差異不顯著(P>0.05)。說明黑青稞的品種和基因型是影響其營養(yǎng)成分含量差異的主要因素，加工過程中應(yīng)根據(jù)其不同品種的營養(yǎng)成分特點(diǎn)進(jìn)行針對性的開發(fā)利用。

2.2 不同品種黑青稞必需氨基酸組成及評價分析

由表2可知，不同品種黑青稞的必需氨基酸含量差異較大，變異系數(shù)均在15%以上?？偙匦璋被岷科骄禐?19.90 mg·g-1，低于雞蛋蛋白，接近WHO/FAO推薦值(360 mg·g-1)，其中Z526(387.37 mg·g-1)、Z533(362.95 mg·g-1)和Z523(360.84 mg·g-1)黑青稞的必需氨基酸總量高于WHO/FAO推薦值(360 mg·g-1)，說明以上黑青稞品種的蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值較高。通過比較黑青稞蛋白質(zhì)中必需氨基酸的氨基酸比值系數(shù)以及參考WHO/FAO的推薦值可知，參試黑青稞的第一限制性氨基酸為賴氨酸，第二限制性氨基酸為甲硫氨酸和胱氨酸，第三限制性氨基酸為蘇氨酸。

表2 黑青稞蛋白質(zhì)的必需氨基酸組成與比較

以氨基酸評分、化學(xué)評分、必需氨基酸指數(shù)、生物價和營養(yǎng)指數(shù)作為指標(biāo)，對黑青稞必需氨基酸進(jìn)行評價(表3)，結(jié)果表明，黑青稞Z526、Z533的氨基酸評分大于100分，化學(xué)評分接近100分，說明其營養(yǎng)價值較高。必需氨基酸指數(shù)、生物價、營養(yǎng)指數(shù)和氨基酸比值系數(shù)最高值均是Z526，可見黑青稞Z526的必需氨基酸營養(yǎng)價值高，易消化利用，且氨基酸組成與人體氨基酸模式及WHO/FAO推薦的氨基酸模式最為一致，可考慮作為嬰幼兒或老年食品開發(fā)的原料。

表3 不同品種黑青稞必需氨基酸評價

2.3 不同品種黑青稞礦物質(zhì)含量分析

由表4可知，黑青稞礦物質(zhì)含量豐富，部分品種黑青稞的礦物質(zhì)含量差異顯著(P<0.05)。黑青稞中礦物質(zhì)平均含量從高到低依次排序為：K>Mg>Ca>Na>Fe>Zn>Mn>Cu，其中含量最豐富的K平均含量為581.42 mg·100g-1， Mg元素平均含量為171.90 mg·100g-1，Ca平均含量為90.28 mg·100g-1，F(xiàn)e平均含量為16.79 mg·100g-1；Na、Zn、Mn、Cu的平均含量分別為17.33、5.69、2.64、0.90 mg·100g-1。 因此，黑青稞可作為K、Ca、Mg、Fe、Zn等礦物質(zhì)的補(bǔ)充來源。949黑青稞的K、Mg含量高，Z536含有較高的鐵，Z541含有較高的Ca、Na、Zn，Z523含有較高的Mn、Cu。此結(jié)果可為從黑青稞中攝取不同需求礦物質(zhì)提供選擇依據(jù)。

表4 不同品種黑青稞礦物質(zhì)含量

2.4 不同品種黑青稞酚類物質(zhì)含量分析

由圖1、2可知，部分品種黑青稞的總酚、游離酚、結(jié)合酚、總黃酮、游離黃酮、結(jié)合黃酮含量均具有顯著差異(P<0.05)。黑青稞中游離酚、結(jié)合酚含量占總酚的百分比平均值分別為48.19%和51.81%，游離黃酮、結(jié)合黃酮占總黃酮的百分比平均值分別為 51.30%和48.70%，說明黑青稞酚酸和黃酮均是以游離態(tài)和結(jié)合態(tài)接近等比例共存。參試12種黑青稞總酚和總黃酮含量范圍在405.37～512.98 mg·100g-1和38.22～53.73 mg·100g-1之間， 947是總酚和總黃酮含量最高的黑青稞品種，分別為512.98和53.73 mg·100g-1。

注：不同小寫字母表示不同品種黑青稞差異顯著(P<0.05)。下同。

不同品種黑青稞間花色苷含量也具有一定的差異(圖3)。黑青稞花色苷含量范圍介于7.36～21.74 mg·100g-1之間，其中黑老鴉、946、947、949黑青稞間花色苷含量無顯著差異，但與其他品種差異顯著(P<0.05)。Z536黑青稞花色苷含量最高，為21.74 mg·100g-1，950含量最低，為7.36 mg·100g-1。此結(jié)果可為富含多酚黑青稞產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

圖2 不同品種黑青稞黃酮含量

圖3 不同品種黑青稞花色苷含量

2.5 不同品種黑青稞基本營養(yǎng)成分的主成分分析

由表5可知，提取的3個主成分(PC1、PC2、PC3)特征值均大于1，累計方差貢獻(xiàn)率為78.157%，說明3個主成分反映了原始變量的絕大部分信息[25]。因此，以3個主成分代替原指標(biāo)評價不同種黑青稞的內(nèi)在品質(zhì)，由初始的指標(biāo)降為3個主成分，達(dá)到了降維的目的。

表5 主成分的特征量、特征值、貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率

在PC1中，總氨基酸、β-葡聚糖、總黃酮、粗脂肪特征向量較大，構(gòu)成PC1方差變異的主要因素，PC1較大時，說明黑青稞中總氨基酸、β-葡聚糖、總黃酮、粗脂肪含量較高；在PC2中，Cu、Fe和K的特征向量較大，構(gòu)成PC2方差變異主要因素，PC2較大時，說明黑青稞中Cu、Fe和K含量較高；在PC3中，Mg、粗纖維、灰分的特征向量較大，構(gòu)成PC3方差變異主要因素，PC3較大時，說明黑青稞中Mg、粗纖維、灰分含量較高。

利用SPSS 25軟件得到各主成分因子得分情況(表6)。根據(jù)得分情況對其進(jìn)行排序，能夠較為直觀地揭示不同品種黑青稞籽粒品質(zhì)的優(yōu)劣情況。由表6可知，以第1主成分排序，黑青稞品種950品質(zhì)較好；以第2主成分排序，黑青稞品種Z533品質(zhì)較好；以第3主成分排序，黑青稞品種Z536品質(zhì)較好，由于各主成分的方差貢獻(xiàn)率不同，所以對其評價時，以各個主成分的貢獻(xiàn)率為權(quán)重，由主成分得分和對應(yīng)的權(quán)重相乘求和構(gòu)建綜合評價函數(shù)：F=41.523F1+21.117F2+15.516F3，

式中，F(xiàn)為每種不同黑青稞的綜合評價得分，根據(jù)綜合評價模型，計算出不同黑青稞的綜合得分和排序結(jié)果(表6)，綜合得分排在前3位的黑青稞品種依次是950、Z536、Z533。

表6 不同品種黑青稞主成分得分及排名

2.6 不同品種黑青稞基本營養(yǎng)聚類分析

為進(jìn)一步探索不同黑青稞品種間營養(yǎng)成分的差異性，采用組間聯(lián)結(jié)法對不同黑青稞品種營養(yǎng)成分進(jìn)行聚類分析(圖4)。在歐式平方距離為15處，將12種不同品種黑青稞分為4大類。第1類包括946、Z541、947、Z523，是蛋白質(zhì)、多酚、黃酮、β-葡聚糖含量較高，粗脂肪含量較低的類別，可用于高活性成分、高蛋白青稞資源的篩選；第2類包括Z536，是花色苷、氨基酸含量較高，蛋白含量較低的類別，可用于高花色苷、氨基酸青稞資源的篩選；第3類包括949、Z533、950，是淀粉、粗纖維含量較高，蛋白質(zhì)、粗脂肪含量較低的類別，可用于高淀粉、粗纖維青稞資源的篩選；第4類包括黑老鴉、Z528、Z526、Z560，是淀粉含量較高，蛋白質(zhì)、粗纖維含量較低的類別，可用于高淀粉青稞資源的篩選。不同品種黑青稞的營養(yǎng)成分含量存在一定的差異，可根據(jù)不同類別差異在黑青稞營養(yǎng)成分、礦物質(zhì)含量、活性成分的加工利用過程中進(jìn)行分類優(yōu)化及篩選，以提高黑青稞的加工性能及產(chǎn)品品質(zhì)。

圖4 不同品種黑青稞基本營養(yǎng)聚類分析

3 討論

研究表明有色谷物的營養(yǎng)成分含量高低與其種皮顏色深淺成正相關(guān)[26]，有色大麥營養(yǎng)保健成分普遍高于普通大麥[27]。本研究參試黑青稞蛋白質(zhì)平均含量(13.32%)高于已報道的青稞蛋白含量(10.55%～11.82%)[4,7]和小麥蛋白含量(12.25%)[28]；直鏈淀粉平均含量(22.50%)高于已報道的不同地區(qū)青稞直鏈淀粉的平均含量(20.80%)[4]和燕麥的含量(13.03%)[29]；β-葡聚糖平均含量(5.29%)高于不同品種青稞(3.88%～4.63%)[4,8]和燕麥(4.63%)[21]的含量；粗纖維含量高于小麥、玉米、高粱、大米等作物[30]，粗脂肪、灰分含量低于侯殿志等[8]的報道。由此可見，黑青稞具有高β-葡聚糖、高蛋白質(zhì)、高纖維、高直鏈淀粉和低脂肪的特點(diǎn)。此外，本研究中黑青稞的K、Mg、Ca、Fe、Na含量較高，與梁寒峭等[31]報道的青海囊謙黑青稞的結(jié)果相一致，但高于青稞不同研磨層粉體中礦物質(zhì)含量[32]，青稞營養(yǎng)成分含量的異同與青稞品種及其產(chǎn)地的不同有關(guān)。其中Z533黑青稞具有高纖維和低脂肪特點(diǎn)，Z528具有高直鏈淀粉含量，這兩個品種可考慮作為糖尿病患者食品的開發(fā)。949黑青稞的K、Mg含量高，Z536的Fe含量高，Z541的Ca、Zn含量高，其可作為強(qiáng)化礦物質(zhì)元素的嬰幼兒和孕婦的輔食開發(fā)原料。

酚類化合物是大麥中主要的生物活性成分[33]。青稞作為一種裸大麥，酚類物質(zhì)也是評價其品種品質(zhì)的重要指標(biāo)之一?，F(xiàn)有研究已經(jīng)證實了大米[34]、大麥[35]、青稞[6]的顏色及產(chǎn)地與其所含酚類物質(zhì)種類及含量相關(guān)，且深色谷物的總酚含量較高。本研究參試黑色青稞的多酚和黃酮均以游離態(tài)和結(jié)合態(tài)接近等比例共存，不同于蕎麥中多酚主要游離形式存在[36]，也不同于其他谷物中多酚主要以結(jié)合形式存在[37]，這可能是由作物種類不同所致。然而與Yang等[38]報道的藍(lán)粒青稞中多酚的存在形式結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，黑青稞947的總酚和總黃酮含量均較高，且其含有較高的淀粉含量，可作為青稞富含多酚的健康發(fā)酵酒的加工原料。Z536青稞具有高含量的結(jié)合酚和結(jié)合黃酮，因此可采取發(fā)酵或加熱膨化等加工方式釋放其結(jié)合酚與黃酮，將其作為開發(fā)富含花色苷和多酚的抗氧化液體食品及膨化休閑食品的原料選擇。由此可知，不同品種的黑青稞具有不同的營養(yǎng)特性，在開展黑青稞加工及綜合利用中可根據(jù)產(chǎn)品要求對黑青稞進(jìn)行有針對性的選擇和特定的深加工。

4 結(jié)論

本研究系統(tǒng)分析了青海種植黑青稞的營養(yǎng)及化學(xué)成分，部分品種黑青稞中營養(yǎng)及活性成分含量間存在顯著性差異，也證明了黑青稞具有高蛋白質(zhì)、高纖維、高直鏈淀粉、高β-葡聚糖和低脂肪的特點(diǎn)，可作為健康食品原料應(yīng)用；此外，黑青稞還具有較高的礦物質(zhì)含量；黑青稞的限制性氨基酸與普通青稞一致，第一限制性氨基酸為賴氨酸，第二限制性氨基酸為甲硫氨酸和胱氨酸，第三限制性氨基酸為蘇氨酸；參試黑青稞中的多酚、黃酮及花色苷含量具有一定的差異，其中947的總酚和總黃酮含量最高，Z536的花色苷含量最高；黑青稞950、Z536、Z533的綜合品質(zhì)較優(yōu)，聚類分析將12種黑青稞分為四大類。本試驗僅以青海黑青稞為原料，今后的研究還應(yīng)擴(kuò)大黑青稞品種的數(shù)量和范圍，重點(diǎn)開展不同產(chǎn)地、不同品種黑青稞的營養(yǎng)品質(zhì)評價，挖掘其特征性成分，建立黑青稞的品質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)。