不同青稞品種風(fēng)味物質(zhì)分析

朱明霞，白 婷，靳玉龍，王姍姍，劉小嬌，張玉紅

（西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)與食品科學(xué)研究所，拉薩 850000）

0 引言

青稞(Hordeum vulgare L.var.nudum)屬禾本科大麥屬作物[1]，是西藏種植面積最大、分布最廣的農(nóng)作物，始終占全區(qū)糧食作物種植面積和產(chǎn)量的70%以上[2]。青稞在西藏的生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位，是藏區(qū)農(nóng)牧民不可替代的主糧，也是維護(hù)和保證藏民在高原地區(qū)生活健康的保健作物[3-4]。青稞的產(chǎn)量對藏區(qū)糧食安全、維護(hù)藏區(qū)社會穩(wěn)定具有重大意義。青稞種植范圍分布在整個(gè)青藏高原地區(qū)的西藏自治區(qū)和青海、四川、甘肅、云南四省藏區(qū)，共20個(gè)地、州、市，海拔高度1400～4700 m。青稞種質(zhì)資源豐富，根據(jù)青稞顏色、形狀等性狀區(qū)分的品種多達(dá)上千種，籽粒顏色主要有黃色、黑色、紫色和藍(lán)色，穗形主要有二棱、四棱和六棱，其中西藏地區(qū)種植的青稞顏色多樣，穗形以六棱為主[5]。青稞具有豐富的營養(yǎng)，具備獨(dú)特的“三高兩低”優(yōu)勢，并含有18種氨基酸[6-8]，且富含酚類、β-葡聚糖、膳食纖維等活性成分，更能迎合人們對“健康飲食”的需求[9-11]，具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景，目前，市場上已有許多青稞食品，包括青稞面條、青稞餅干和青稞谷物飲料等[12-14]。青稞原料的基本營養(yǎng)組分是青稞具有獨(dú)特香味的物質(zhì)基礎(chǔ)，青稞風(fēng)味物質(zhì)組分是一類復(fù)雜、數(shù)目龐大的物質(zhì)，其化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)各不相同。常用的風(fēng)味分析技術(shù)主要有氣相色譜、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GCMS)、電子鼻等，其中GC-MS法速度快、準(zhǔn)確度高，可對幾百種揮發(fā)性化合物同時(shí)進(jìn)行定性定量檢測，是風(fēng)味化合物分析的理想選擇[15-18]。關(guān)于谷物風(fēng)味物質(zhì)的研究已有報(bào)道，對青稞的風(fēng)味成分研究較少[19]。張敏等[20]采用固相微萃取結(jié)合氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜技術(shù)對7種秈米、4種粳米風(fēng)味物質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)粳米中風(fēng)味化合物種類略高于秈米。褚能明等[21]分析了不同品種鮮食甜糯玉米的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)之間的差異，結(jié)果表明，不同品種的鮮食甜糯玉米均含有獨(dú)特的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組合。姜曉青等[22]采用頂空固相微萃取(HSSPME)和氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用技術(shù)鑒定了6種毛豆脆粒揮發(fā)性物質(zhì)組成，共檢測出65種揮發(fā)性成分，主要包括醛類、醇類、酮類和烴類，且各品種間揮發(fā)性組分差異較大。賈福晨等[23]研究了7個(gè)青稞品種原料的風(fēng)味物質(zhì)，共鑒定出7大類、50種主要風(fēng)味物質(zhì)，主要包括了醇類、醛類、酸類、酯類、烷烴類、烯烴類、其他類，含量最高的是醛類，其相對含量在35%～65%。

本研究選用8份不同的青稞品種，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法，分析不同青稞品種原料的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，結(jié)合主成分分析(PCA)、聚類分析(HCA)明確不同青稞品種揮發(fā)性成分及不同品種的風(fēng)味物質(zhì)變化與差異，為不同品質(zhì)青稞加工及綜合開發(fā)利用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的8個(gè)青稞品種材料，分別為‘山青9號’、‘1127’、‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘藏青 320’、‘藏青2000’、‘藏青25’、‘喜拉22’。

1.2 設(shè)備

小型萬能粉碎機(jī)；TSQ8000evo氣相色譜；固相微萃取器手柄；SPME裝置；65 μmDVB/CAR-PDMS萃取頭；TSQ8000evo質(zhì)譜系統(tǒng)。

1.3 方法

1.3.1 青稞基本成分測定 灰分測定：參照GB 5009.4—2010《食品中灰分的測定》；水分測定：參照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》；蛋白質(zhì)測定：參照GB 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》；脂肪測定：參照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》；纖維測定：參照GB/T 5009.88—2003《食品中不溶性膳食纖維的測定》；氨基酸測定：參照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測定》；總淀粉測定：參照總淀粉測定試劑盒說明書。脂肪酸測定：參照GB/T 5009.168—2016《食品中脂肪酸的測定》；β-葡聚糖測定：參照NY/T 2006—2011《谷物及其制品中β-葡聚糖含量的測定》。

1.3.2 不同品種青稞處理 青稞原料清理并清洗干凈后晾干，用萬能粉碎機(jī)粉碎，過80目篩的青稞粉備用。

1.3.3 青稞風(fēng)味化合物GC-MS檢測 準(zhǔn)確稱取青稞粉1.5 g樣品量，超純水5 mL，氯化鈉1.8 g于10 mL樣品瓶內(nèi)；55℃下平衡10 min，萃取50 min，在250℃下解析1 min。

氣相色譜條件：DB-WAX毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)；載氣為氦氣，流速1 mL/min。無分流模式，進(jìn)樣口溫度250℃。初始柱溫45℃，保持2 min，以6℃/min上升至240℃并保持5 min。

質(zhì)譜條件：接口溫度為280℃，離子源為EI，離子源溫度230℃，電子能量70 e V，四極桿溫度150℃，掃描范圍(m/z)35～500 amu，采用全掃描采集模式。試驗(yàn)于2019年12月在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院植物蛋白與谷物加工實(shí)驗(yàn)室完成。

1.3.4 定性與定量分析 定性：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過GC-MS化學(xué)工作站處理，未知化合物與NIST 2014譜庫進(jìn)行匹配定性，并與文獻(xiàn)中對照定性，對匹配度大于80（最大值為100）的鑒定結(jié)果予以報(bào)道。

定量：通過GC-MS化學(xué)工作站處理系統(tǒng)，并用氣相色譜峰面積歸一化，定量計(jì)算出各化合物在青稞粉中的峰面積的相對含量，每個(gè)樣品重復(fù)3次，取其平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理；采用SPSS 22.0對整理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析(HCA)和主成分分析(PCA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同青稞品種的基本營養(yǎng)組分

由表1可以看出，8個(gè)青稞品種的蛋白質(zhì)含量為9.16%～14.80%，‘1127’的蛋白質(zhì)含量最高為14.80%，‘隆子黑青稞’次之為11.20%，‘喜拉22’的含量最低9.18%；脂肪含量為1.06%～2.40%，‘喜拉22’的脂肪含量最高為2.40%，‘山青9號’的含量最低為1.06%，兩品種間有顯著性差異，其余品種間無顯著性差異；淀粉含量為55.90%～63.35%，‘勾芒紫青稞’的淀粉含量最高為63.35%，‘山青9號’次之為61.39%，其他品種含量間無顯著性差異；‘1127’的β-葡聚糖含量最高7.16%，‘藏青25’次之為5.13%，且兩品種間有顯著性差異，與其他品種間也有顯著性差異；膳食纖維含量為12.89%～21.45%，‘勾芒紫青稞’的纖維含量最高為21.45%，與其他品種間有顯著性差異，‘藏青2000’次之為19.20%，與‘山青9號’、‘藏青320’和‘藏青25’間無顯著性差異，‘隆子黑青稞’最低12.89%；‘1127’的脂肪酸含量最高為2.81%，與其他品種有顯著性差異，‘勾芒紫青稞’次之為2.41%，與‘喜拉22’、‘隆子黑青稞’和‘藏青320’無顯著性差異，‘藏青25’的脂肪酸含量最低為2.07%，與‘山青9號’、‘隆子黑青稞’、‘藏青320’和‘藏青2000’無顯著性差異；總氨基酸含量在7.54%～12.30%，‘1127’的總氨基酸含量最高12.30%，與其他品種均有顯著性差異，‘隆子黑青稞’次之9.89%，與其他品種均有顯著性差異，‘勾芒紫青稞’8.38%，與‘山青 9號’、‘藏青320’、‘藏青 2000’和‘喜拉22’無顯著性差異，‘藏青25’最低7.54%，與其他品種均有顯著性差異；灰分在1.60%～2.00%，‘1127’和‘藏青2000’的灰分含量最高2.00%，‘藏青25’最低1.60%；水分含量在7.56%～12.30%，‘藏青 25’最高12.30%，‘喜拉22’最低7.56%。

2.2 不同青稞品種風(fēng)味化合物分析結(jié)果

由表2可知，8個(gè)青稞品種的風(fēng)味物質(zhì)共檢測出40種化合物，包括醛類10種、醇類8種、酯類2種、酮類5種、酸類3種、芳香類4種、烴類4種、呋喃類1種、酚類1種和其他類2種。不同種類化合物在不同青稞品種中表現(xiàn)各不相同。其中，醛類化合物在‘山青9號’、‘1127’‘、隆子黑青稞’和‘藏青320’這4個(gè)品種中的相對含量最高，分別為58.09%、32.50%、28.92%和19.31%，主要是己醛、壬醛、(E)2-辛烯醛、(E)2-壬烯醛、(E,E)2，4-癸二烯醛。烴類化合物在‘勾芒紫青稞中’最高為28.22%，主要是4-異硫氰酸酯-1-丁烯。酸類化合物在‘藏青2000’‘、藏青25’和‘喜拉22’中的相對含量最高，分別為33.90%、33.01%和27.99%，主要是己酸和辛酸，其中，己酸在3個(gè)品種中的含量最高，均達(dá)到22%以上。醇類化合物在‘隆子黑青稞’、‘藏青320’、‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’中相對含量較高，分別為10.00%、16.36%、10.94%、14.29%和11.93%，主要是1-戊醇、1-己醇和1-辛烯-3-醇。酮類化合物在‘勾芒紫青稞’和‘隆子黑青稞’中相對含量較高，分別為12.40%和12.78%，主要是3-辛烯-2-酮、3,5-辛二烯-2-酮和(E,E)3,5-辛二烯-2-酮。酯類化合物在‘隆子黑青稞’和‘藏青320’中相對含量較高，分別為2.57%和2.84%，主要是己酸乙酯和鄰苯二甲酸二丁酯。芳香類化合物在‘隆子黑青稞’和‘藏青320’中相對含量較高，分別為3.48%和2.92%，主要是萘和2-甲基萘。呋喃類化合物除‘藏青2000’外的品種都含有，并只含有2-戊基呋喃。酚類化合物除‘山青9號’外的品種都含有，并只含量2,4-二叔丁基苯酚。其他類化合物主要是甲氧基苯基肟，存在‘山青9號’、‘隆子黑青稞’、‘藏青320’和‘藏青25’中。

2.3 不同青稞品種風(fēng)味化合物類別

由表3可知，不同青稞品種均含有7～10類化合物，但每一類的種類數(shù)和風(fēng)味化合物在相對含量上不盡相同。這就是不同青稞品種基本營養(yǎng)成分不同造成風(fēng)味物質(zhì)存在差異。不同品種的風(fēng)味物質(zhì)相對總含量表現(xiàn)為，‘山青9號’(88.47%)＞‘隆子黑青稞’(88.2%)＞‘藏青2000’(80.16%)＞‘藏青320’(80%)＞‘勾芒紫青稞’(77.6%)＞‘藏青25’(73.6%)＞‘喜拉22’(72.31%)＞‘1127’(70.70%)；種類數(shù)表現(xiàn)為，‘藏青320’（30種）＞‘隆子黑青稞’（28種）＞‘1127’（26種）＞‘山青9號’（25種）＞‘喜拉 22’（23種）＞‘藏青2000’（21種）＞‘勾芒紫青稞’（20種）＞‘藏青25’（17種）。醛類化合物的相對含量在12.98%～58.09%，‘山青9號’的相對含量最高，種類為10種，‘藏青25’的相對含量最低，種類為3種。酸類化合物的相對含量在3.99%～33.90%，‘藏青2000’的相對含量最高，種類為3種，‘山青9號’的相對含量最低，種類為2種。醇類的相對含量在6.88%～16.36%，‘藏青320’的相對含量最高，種類為8種，勾芒紫的相對含量最低，種類為2種。酮類化合物相對含量在4.47%～12.78%，‘隆子黑青稞’的相對含量最高，種類為4種，‘藏青25’的相對含量最低，種類為2種。這4類化合物占整體風(fēng)味物質(zhì)含量的52.98%～93.46%，其他種類風(fēng)味化合物相對含量占剩余的6.54%～47.02%。

表3 不同青稞品種風(fēng)味物質(zhì)類別

2.4 不同青稞品種聚類分析

通過圖1的聚類分析樹狀圖可以看出，不同青稞品種原料的相似程度，其差異大小可以由上方坐標(biāo)(0～25)表示。由圖1可以把不同青稞品種分為兩大類，第一大類5個(gè)品種的最大歐式距離差為2，其中‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘1127’和‘山青9號’在最小距離形成聚類，說明這4個(gè)品種相似度極高；當(dāng)歐式距離為2時(shí)，‘1127’和‘藏青320’聚為一小類。第二大類3個(gè)品種，‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’也在最小距離形成聚類，說明3個(gè)品種相似度極高，當(dāng)歐式距離為25時(shí)，2大類品種才能歸為一類，說明2大類品種的差異性較大，原料的基本營養(yǎng)組分差異也較大。

圖1 不同青稞品種聚類樹狀分析圖

2.5 不同青稞品種主成分分析

由圖2可知，其中PC1貢獻(xiàn)率為71.57%，PC2貢獻(xiàn)率為22.16%，2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為93.73%，可較好地代表樣品信息。根據(jù)PCA原理，樣品在得分圖上距離越接近則表示它們的風(fēng)味組成和含量相似度越高。8個(gè)青稞品種均分布在PCA圖的右半部，其中，‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘1127’和‘山青9號’最接近，說明這4個(gè)品種的相似度較高，‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’距離最近，說明這3個(gè)品種的特征性風(fēng)味物質(zhì)種類與含量相近，因此可分為2組。該結(jié)果與聚類分析（圖1）結(jié)果具有良好的一致性。

圖2 不同青稞品種PCA分析結(jié)果

3 討論

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是分離、分析揮發(fā)性組分最強(qiáng)有力的技術(shù)之一，氣相色譜的高效、快速、進(jìn)樣量少和質(zhì)譜的高靈敏度、可對未知化合物進(jìn)行定性鑒定的功能，適用于青稞中復(fù)雜揮發(fā)性化合物的剖析。李春揚(yáng)等[24]研究了采用2種處理方法，分析4個(gè)青稞品種的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，結(jié)果表明，不同品種青稞的揮發(fā)性組分總體接近又各具明顯特征。同時(shí)通過聚類分析的結(jié)果可以探究4種不同青稞之間的種屬相似性。胡敏等[25]研究表明，青稞中共檢測出72種揮發(fā)性成分，主要包括烴類(44.37%)、醇類(18.06%)和醛類(14.03%)。車富紅等[26]研究發(fā)現(xiàn)，不同青稞品種中至少含有300多種風(fēng)味物質(zhì)且總含量差異也比較大。張文會等[27]研究認(rèn)為，不同品種青稞所含的主要風(fēng)味化合物種類基本相同，但各類化合物的含量各不相同，且在各類化合物中，具體的風(fēng)味物質(zhì)及含量也存在差別。本試驗(yàn)采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析了8種青稞品種原料的風(fēng)味物質(zhì)，不同青稞品種風(fēng)味物質(zhì)種類和含量有較差異，可能是青稞品種及其基本營養(yǎng)品質(zhì)差異引起的，通過聚類分析和PCA分析結(jié)果能夠辨別不同青稞品種中屬的相似性。

4 結(jié)論

8個(gè)青稞品種的風(fēng)味物質(zhì)共檢測出40種化合物，種類為10種。醛類化合物相對含量‘山青9號’最高(58.09%)，酸類化合物相對含量‘藏青2000’最高(33.90%)，醇類化合物相對含量‘藏青320’最高(16.36%)，酮類化合物相對含量‘隆子黑青稞’最高(12.78%)，這4類化合物貢獻(xiàn)了青稞的主要風(fēng)味物質(zhì)。聚類分析和PCA分析表明‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘1127’和‘山青 9 號’相似度極高，‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’相似度極高，說明它們的風(fēng)味物質(zhì)組成和含量相似度高，當(dāng)歐式距離為25時(shí)，8個(gè)青稞品種可歸為一類。