糜子品種理化特性與體外抗氧化性研究

趙 寧， 江 帆， 解 菲， 梁雞保， 柴 巖， 王 孟， 杜雙奎

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，楊凌 712100) (神木市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心2，神木 719300) (西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院3，楊凌 712100) (榆林市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院4，榆林 719000)

糜子(PanicummiliaceumL.)是禾本科黍?qū)俚囊活?lèi)小雜糧作物，因其具有抗逆性強(qiáng)、生長(zhǎng)期短的特性廣泛分布在干旱、半干旱地區(qū)，是重要的糧食來(lái)源[1]。依據(jù)糜子中直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低分為粳性糜子和糯性糜子[2]。粳性糜子米粒透明、有光澤，黏性低，一般直接烹煮米飯、稀飯等食用；而糯性糜子米粒不透明，黏性大，常磨面作糕點(diǎn)，也用于釀酒等[3]。近年來(lái)對(duì)糜子的研究主要集中在糜子種質(zhì)資源開(kāi)發(fā)[4]、糜子蛋白及氨基酸組成[5]、糜子淀粉理化特性的比較[1]、糜子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)[6]等。糜子比大多數(shù)其他谷物含有更高水平的蛋白質(zhì)、多種礦物質(zhì)、維生素和抗氧化物質(zhì)[7]，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[8]。糜子不含麩質(zhì)[9]，可以加工制作成適合乳糜瀉患者及嬰幼兒食用的產(chǎn)品[10]，也可以與小麥粉、大米粉等復(fù)配，改善糜子的加工特性，加工成主食或休閑類(lèi)食品[11]。與大宗作物相比，糜子的基礎(chǔ)研究和精深加工相對(duì)落后，關(guān)于粳性糜子和糯性糜子的品質(zhì)差異分析較少，影響了糜子資源的開(kāi)發(fā)利用。本研究以39個(gè)糜子品種為實(shí)驗(yàn)材料，對(duì)其主要的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，分析粳、糯糜子品種的品質(zhì)差異性，為生產(chǎn)者選擇合適的糜子品種進(jìn)行開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

39個(gè)糜子品種由陜西神木縣農(nóng)技推廣中心提供，其中粳性21個(gè)(隴糜5號(hào)、隴糜7號(hào)、隴糜8號(hào)、隴糜9號(hào)、隴糜10號(hào)、隴糜11號(hào)、寧糜9號(hào)、寧糜10號(hào)、寧糜13號(hào)、寧糜14號(hào)、寧糜16號(hào)、寧糜17號(hào)、固糜21號(hào)、伊糜5號(hào)、內(nèi)糜3號(hào)、內(nèi)糜5號(hào)、內(nèi)糜6號(hào)、內(nèi)糜9號(hào)、赤糜2號(hào)、榆糜2號(hào)、榆糜3號(hào))，糯性18個(gè)(赤黍1號(hào)、赤黍2號(hào)、晉黍5號(hào)、晉黍1號(hào)、晉黍3號(hào)、晉黍4號(hào)、晉黍6號(hào)、晉黍7號(hào)、晉黍8號(hào)、晉黍9號(hào)、雁黍8號(hào)、齊黍1號(hào)、寧糜12號(hào)、榆黍1號(hào)、紅糜子、 黃糜子、黑糜子、白糜子)。分別稱(chēng)取糜子50 g，用高速粉碎機(jī)粉碎30 s，過(guò)60目篩，收集篩下物，4 ℃保存。

1.2 儀器與設(shè)備

FW-100型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，CR-410型色差儀，UV-1200型分光光度計(jì)，KDC-40型低速離心機(jī)，KJELTEC 2300全自動(dòng)凱氏定氮儀，RVA-Tec Master快速黏度測(cè)定儀。

1.3 方法

1.3.1 基本組分的測(cè)定

水分含量參照GB/T 5009.3—2016測(cè)定；總淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)參照GB 5009.9—2016測(cè)定；粗蛋白含量參照GB 5009.5—2016測(cè)定；粗脂肪含量參照GB 5009.6—2016測(cè)定；灰分含量參照GB 5009.4—2016測(cè)定；直鏈淀粉參照Yang等[12]的方法測(cè)定。

1.3.2 顏色測(cè)定

采用色差儀進(jìn)行測(cè)定。用標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行校準(zhǔn)(Ls:91.51、as:0.11、bs:0.51)，結(jié)果以L(fǎng)*、a*、b*值表示。色差ΔE*的計(jì)算公式為：

ΔE*=

式中：L*為亮度值；a*為紅綠值；b*為黃藍(lán)值。

1.3.3 吸水性

參考Bryant等[13]的方法并稍作修改，稱(chēng)取1.0 g糜子粉于恒重離心管中，加10 mL蒸餾水混勻，室溫靜置30 min，期間每5 min振蕩1次，3 000 r/min離心30 min，棄上清，將離心管倒置于濾紙上，10 min后稱(chēng)量。以每g樣品吸附水的質(zhì)量表示(g/g)。

1.3.4 溶解度(S)和膨脹度(SP)

稱(chēng)取0.2 g(W)糜子粉于離心管中，加入20 mL蒸餾水，充分振蕩后于80 ℃水浴加熱30 min，每5 min振蕩1次，取出冷卻至室溫，3 000 r/min離心15 min。將上清液倒入恒重的鋁盒中，于105 ℃干燥至恒重，記錄干燥物質(zhì)量(A)和沉淀物質(zhì)量(P)。計(jì)算S和SP。

1.3.5 糊化特性

使用快速黏度分析儀測(cè)定糜子粉的糊化特性。稱(chēng)取3.0 g樣品，放入裝有25.0 mL蒸餾水的鋁罐中混合均勻，按14%濕基校正。參數(shù)設(shè)定為：50 ℃保持1 min，以12 ℃/min的速度升高到95 ℃，保持2.5 min，隨后以12 ℃/min的速度降至50 ℃，保持2 min，測(cè)定時(shí)間為13 min。測(cè)定起始10 s內(nèi)轉(zhuǎn)速設(shè)定為960 r/min，之后勻速160 r/min。

1.3.6 抗氧化性

1.3.6.1 提取液制備

參照任妍婧等[14]的方法，略有改動(dòng)。準(zhǔn)確稱(chēng)取2.0 g糜子粉于離心管中，加入45 mL 60%甲醇溶液混合均勻后，置于50 ℃、100 W條件下超聲提取1 h，3 800 r/min離心30 min，收集濾液，殘?jiān)僦貜?fù)提取1次，合并濾液，用60%甲醇定容至100 mL。

1.3.6.2 總酚含量測(cè)定

參考Xu等[15]的方法略有改動(dòng)。吸取2.0 mL提取液于10 mL刻度試管中，與2 mL Folin-Ciocalteu試劑混勻，再加入2 mL 15% Na2CO3，用蒸餾水稀釋至刻度，于暗處?kù)o置1 h，在波長(zhǎng)765 nm處測(cè)定吸光度值。沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品與吸光度值的回歸方程為y=0.120 9x+0.000 5，決定系數(shù)R2=0.999 7。

1.3.6.3 總黃酮含量測(cè)定

參照Dini等[16]的方法測(cè)定。吸取各樣品提取液10 mL于25 mL刻度試管中，加入0.5 mL 5% NaNO2溶液，搖勻后放置6 min；再加入0.5 mL 10% Al(NO3)3溶液，搖勻后放置6 min；再加入4 mL 4% NaOH溶液，搖勻，定容至刻度，室溫反應(yīng)20 min，在波長(zhǎng)510 nm處測(cè)定吸光度值。蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品與吸光度值的回歸方程為y=0.062 8x+0.002 4，決定系數(shù)R2=0.999 2。

1.3.6.4 DPPH·清除能力測(cè)定

參照Brand等[17]的方法測(cè)定。移取3 mL提取液于10 mL具塞試管中，加入2 mL 2×10-4mol/L DPPH溶液，振蕩搖勻。室溫下避光放置30 min后在517 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度A樣，以3 mL甲醇與2 mL DPPH溶液的混合液記為A空白，3 mL提取液與2 mL甲醇的混合液記為A背景，計(jì)算樣品對(duì)DPPH·的清除率：

1.3.6.5 ABTS+·清除能力測(cè)定

參照Re等[18]的方法測(cè)定。移取1 mL提取液于10 mL具塞試管中，加入3 mL ABTS工作液，渦旋混勻后避光靜置6 min，于734 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度值，根據(jù)公式計(jì)算樣品對(duì)ABTS+·的清除率：

式中：A0為空白管的吸光度;A1為樣品吸光度;A2為ABTS工作液吸光度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，取其平均值。使用SPSS 18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本組分分析

2.1.1 淀粉

不同糜子品種間淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較小，平均淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.91%(表1)，是理想的淀粉資源，這個(gè)結(jié)果與Yang等[2]的測(cè)定結(jié)果相近(75.90%)。粳性糜子中內(nèi)糜9號(hào)的淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，榆糜3號(hào)含量最低；糯性糜子中晉黍6號(hào)的淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，白糜子含量最低，粳性糜子平均淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于糯性糜子。Yang等[19]研究表明，粳性糜子和糯性糜子的總淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著差異，這可能與糜子品種及測(cè)定方法不同有關(guān)。

2.1.2 蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)含量與質(zhì)量是衡量谷物品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，與其營(yíng)養(yǎng)和加工品質(zhì)密切相關(guān)。不同糜子品種間的蛋白含量差異較大，平均蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.37%(表1)。粳性糜子中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是伊糜5號(hào)，其次是赤糜2號(hào)和內(nèi)糜3號(hào)；糯性糜子中含量最高的是黃糜子(13.41%)。粳性糜子平均蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)比糯性糜子高1.54%，這與楊清華[20]報(bào)道的結(jié)果不一致，可能與品種不同有關(guān)。

2.1.3 粗脂肪

糜子粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.6%～5.4%之間，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%，與劉勇等[8]的測(cè)定結(jié)果相近(3.81%)。粳性糜子的平均粗脂肪含量低于糯性糜子(表1)。粳性糜子中伊糜5號(hào)、隴糜11號(hào)和糯性糜子中赤黍1號(hào)、雁黍8號(hào)粗脂肪含量較高。

2.1.4 灰分

灰分含量的高低反映糧食籽粒加工精度的程度大小。不同糜子品種的灰分含量有一定差異。糜子灰分在0.4%～0.9%之間(表1)。粳性糜子和糯性糜子品種間的平均灰分含量無(wú)顯著差異，平均值均為0.6%，與小米的灰分含量相近[21]。

2.1.5 直鏈淀粉和支鏈淀粉

直鏈淀粉含量會(huì)影響食品的感官品質(zhì)，可作為評(píng)價(jià)糧食品質(zhì)的重要指標(biāo)[22]。不同糜子品種的直鏈淀粉含量差異最大，粳性糜子的平均直鏈淀粉含量顯著高于糯性糜子。從總體分布來(lái)看，直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%的有18個(gè)，為糯性品種；質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%～20%的有10個(gè)，大于20%的有11個(gè)，為粳性品種。粳性糜子直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均19.87%，最高的是寧糜10號(hào)，最低的是寧糜13號(hào)。直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低直接影響糜子食品的加工利用。糯性糜子中的淀粉以支鏈淀粉為主，平均含量占淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的96.68%，遠(yuǎn)高于粳性糜子(73.62%)。周穎等[23]研究表明，脂質(zhì)可與支鏈淀粉分子形成配合體，延緩淀粉的老化。

2.2 色度

不同糜子品種的色澤存在顯著差異，其中紅綠值a*差異較大，變異系數(shù)為20.53%，L*、b*、ΔE*差異較小(表1)。粳性糜子中L*值最高的是寧糜14號(hào)，糯性糜子中L*值最高的是晉黍5號(hào)；糯性糜子的亮度值L*顯著大于粳性糜子，色澤光亮，而a*、b*、ΔE*值顯著低于粳性糜子，這可能與不同糜子中的色素含量不同、米粒結(jié)構(gòu)有關(guān)，楊延兵等[24]研究表明小米外觀品質(zhì)與黃色素含量呈正相關(guān)。

表1 糜子的品質(zhì)特性

2.3 吸水性

吸水性反映淀粉、蛋白以及纖維的吸水能力，影響產(chǎn)品品質(zhì)[25]。糜子粉的吸水性在0.79～1.01 g/g之間。粳性糜子吸水性最高的為隴糜9號(hào)，最低的為榆糜2號(hào)；糯性糜子吸水性最高的為紅糜子，最低的為晉黍4號(hào)。糯性糜子的吸水性顯著高于粳性糜子，這可能與不同品種糜子中的淀粉、蛋白含量以及性質(zhì)、籽粒蠟質(zhì)層、角質(zhì)層結(jié)構(gòu)不同有關(guān)。

2.4 溶解度和膨脹度

不同品種糜子粉間的溶解度和膨脹度差異很大。粳性糜子中溶解度最高的是寧糜13號(hào)，膨脹度最高的是寧糜10號(hào)，糯性糜子中晉黍7號(hào)的溶解度和膨脹度均為最高。糯性糜子粉的溶解度、膨脹度顯著高于粳性糜子粉，這可能與其淀粉、蛋白、直鏈淀粉含量有關(guān)。李志偉等[26]研究表明，直鏈淀粉含量越高，越難溶解，膨脹度越低，這與直鏈淀粉與蛋白、脂類(lèi)等形成復(fù)合物從而抑制了淀粉顆粒的膨脹有關(guān)。

表2 糜子粉的吸水性、溶解度和膨脹度

2.5 糊化特性

不同品種糜子粉的糊化特性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可以看出，不同糜子品種的起糊溫度差異較小，粳性糜子粉的平均起糊溫度高于糯性糜子粉5.92 ℃，表明粳性糜子粉較糯性糜子粉對(duì)吸水加熱膨脹和破裂的抵抗性高，不易糊化。不同糜子品種的峰值黏度、最終黏度、破損值、回生值差異大，變異系數(shù)分別為30.90%、64.99%、47.83%、77.53%。粳性糜子粉的峰值黏度、最終黏度均顯著高于糯性糜子粉，與楊清華[20]報(bào)道結(jié)果一致。粳性糜子破損值小于糯性糜子，表明其熱穩(wěn)定性較高，抗剪切能力強(qiáng)?；厣悼梢苑从车矸酆匣蚧厣某潭龋葱悦幼踊厣碉@著低于粳性糜子，表明其回生程度小，適合用于易發(fā)生回生的食品或湯汁等食品[27]。糊化黏度特性除了受淀粉含量影響外，蛋白質(zhì)、脂質(zhì)含量、直鏈淀粉、支鏈淀粉鏈長(zhǎng)分布等也會(huì)影響糊化特性。

2.6 抗氧化性

2.6.1 多酚含量

糜子的多酚含量平均為8.20 mg/g(表4)。粳性糜子中含量最高的是內(nèi)糜9號(hào)，最低的是隴糜7號(hào)和赤糜2號(hào)；糯性糜子中含量最高的晉黍8號(hào)，晉黍6號(hào)最低。糯性糜子多酚平均含量稍高于粳性糜子，但二者間無(wú)顯著性差異。Huang等[28]研究表明，酚類(lèi)可以有效延緩脂質(zhì)氧化反應(yīng)，提高食品穩(wěn)定性，預(yù)防一些慢性疾病的誘導(dǎo)發(fā)生，因此糜子有望用于保健食品的開(kāi)發(fā)利用。

2.6.2 黃酮含量

糜子的黃酮含量變幅為53.50～63.00 mg/100 g(表4)，其中含量最高的是糯性糜子榆黍1號(hào)，最低的是粳性糜子寧糜16號(hào)。本研究結(jié)果高于王曉琳[29]報(bào)道結(jié)果，這可能與品種、提取方法不同有關(guān)。粳性糜子和糯性糜子的平均黃酮含量沒(méi)有顯著差異，與Ruiling等[30]的研究一致。

2.6.3 DPPH·清除率

DPPH·是一種性質(zhì)穩(wěn)定的自由基，能夠被反應(yīng)體系中的抗氧化成分清除[31]。糜子的DPPH·清除率有較大差異，變異系數(shù)為16.80%。糯性糜子的平均DPPH·清除率高于粳性糜子0.49%(表4)。參試品種中固糜21號(hào)和紅糜子的DPPH·清除能力相對(duì)較強(qiáng)，清除率分別達(dá)到64.81%和65.96%。寧糜10號(hào)和雁黍8號(hào)對(duì)DPPH·的清除能力最弱，僅有11.30%和34.40%。這可能與酚類(lèi)、黃酮類(lèi)化合物含量不同有關(guān)[32]。王曉琳[29]研究發(fā)現(xiàn)糜子的抗氧化能力明顯高于對(duì)應(yīng)黃米，DPPH·清除率達(dá)到86%以上，且黑色糜子抗氧化能力最強(qiáng)。脫殼處理降低了糜子對(duì)DPPH·的清除活性。

2.6.4 ABTS+·清除率

ABTS經(jīng)氧化可生成藍(lán)綠色的自由基，可被抗氧化成分清除導(dǎo)致褪色，褪色程度越明顯，抗氧化能力越強(qiáng)[29]。糜子的ABTS+·清除率變幅為37.64%～65.22%，糯性糜子的平均ABTS+·清除率略高于粳性糜子，但無(wú)明顯差異(表4)。清除自由基的能力可能與所含酚類(lèi)物質(zhì)、黃酮類(lèi)物質(zhì)的組成及含量不同有關(guān)[33]。張國(guó)濤等[34]研究結(jié)果表明高粱總酚含量與其對(duì)ABTS+·的清除率呈正相關(guān)，但在本研究中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著相關(guān)性，這可能與糜子中存在的其他抗氧化成分對(duì)ABTS+·的清除有關(guān)。

表4 糜子粉的抗氧化性

2.7 聚類(lèi)分析

糜子的糊化特性影響其品質(zhì)與加工，采用歐式距離、離差平方和聯(lián)結(jié)法對(duì)參試糜子品種的糊化特性指標(biāo)進(jìn)行聚類(lèi)分析，39個(gè)糜子品種可分為4類(lèi)(表5)。第Ⅰ類(lèi)為粳性糜子品種，各糊化指標(biāo)值處于中等水平，起糊溫度、最終黏度和回生值較糯性糜子高，但均低于第Ⅱ類(lèi)粳性糜子品種；第Ⅱ類(lèi)為起糊溫度、最終黏度、回生值均高的粳性糜子品種；第Ⅲ類(lèi)為糯性糜子品種，峰值黏度、破損值最高；第Ⅳ類(lèi)為起糊溫度、峰值黏度、最終黏度、破損值和回生值均較低的糯性糜子品種。

表5 不同類(lèi)糜子品種的匯總

3 結(jié)論

不同品種糜子的營(yíng)養(yǎng)成分和加工品質(zhì)存在差異性。其中紅綠值、粗脂肪、灰分、直鏈淀粉、溶解度、膨脹度、DPPH·清除率和糊化特性差異較大，變異系數(shù)均大于15%，淀粉、蛋白、支鏈淀粉、多酚、黃酮含量、ABTS+·清除率、吸水性、起糊溫度差異較小。粳性和糯性糜子在色澤、淀粉、蛋白、直鏈淀粉、支鏈淀粉、吸水性、溶解度、膨脹度和糊化特性上差異顯著，其他指標(biāo)的差異未達(dá)到顯著水平。在本研究中，39個(gè)糜子品種被分為4類(lèi)。第Ⅰ類(lèi)為粳性糜子品種，最終黏度和回生值相對(duì)較高，其余指標(biāo)值處于中等水平；第Ⅱ類(lèi)為起糊溫度、最終黏度、回生值高的粳性糜子品種，表明其不易吸水糊化，凝膠強(qiáng)度大，易老化；第Ⅲ類(lèi)為糯性糜子品種，峰值黏度、破損值高，表明其淀粉通過(guò)氫鍵與水結(jié)合的能力較強(qiáng)，對(duì)攪拌剪切和加熱較為敏感。第Ⅳ類(lèi)為起糊溫度、峰值黏度、最終黏度、破損值和回生值低的糯性糜子品種，表明其易發(fā)生糊化，糊的抗剪切能力強(qiáng)，回生趨勢(shì)小，穩(wěn)定性好。