不同生長(zhǎng)期青稞麥仁品質(zhì)比較研究

徐也，鄧超超，周琦，王蕾，繆平貴，趙海鵬，張燕，張想平

（甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院，甘肅 武威 733006）

青稞（Hordeum vulgare L.var.nudum Hook.f），禾本科一年生草本植物，是世界上四大禾谷類作物之一[1]，總產(chǎn)量?jī)H次于水稻、玉米和小麥[2]，栽培距今已有3 500多年[3]，主要分布在西藏、青海、甘肅、四川甘孜州和阿壩州以及云南等高海拔地區(qū)。大量研究表明，青稞不僅含有豐富的膳食纖維和蛋白質(zhì)，還含有β-葡聚糖[4]、黃酮類化合物[5]、抗性淀粉（resistant starch，RS）[6]等生物活性成分，具有潛在的預(yù)防心血管疾病、預(yù)防2型糖尿病、抗氧化防衰老、抗癌等功效[7]。

青麥仁是已長(zhǎng)飽滿、還處于乳熟期的麥類作物籽粒，是一種深受大眾喜愛(ài)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的全谷物食品[8]。近年來(lái)，青麥仁作為一種新興的休閑食品已成為餐桌上的時(shí)令小吃。青麥仁色澤碧綠，口感獨(dú)特，含有豐富的蛋白質(zhì)和膳食纖維[9]，葉綠素所含的微量鐵是一種天然的造血原料。溫青玉等[10]對(duì)小麥青麥仁蛋白研究表明，青麥仁蛋白是一種優(yōu)良的植物蛋白資源，和其它谷物混合食用可以起到營(yíng)養(yǎng)互補(bǔ)作用，提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

目前，關(guān)于青麥仁的文獻(xiàn)報(bào)道鮮見(jiàn)，而且關(guān)于青麥仁的研究?jī)H局限于小麥麥仁。近年來(lái)，青稞作為特色的糧食作物，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值備受關(guān)注，而青稞麥仁作為當(dāng)?shù)靥厣称分?，關(guān)于其營(yíng)養(yǎng)成分的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為了研究不同青稞品種（系）生長(zhǎng)期青麥仁營(yíng)養(yǎng)成分的變化，更好地開(kāi)發(fā)青稞青麥仁食品，本研究以不同品種（系）的青稞為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)不同生長(zhǎng)期青麥仁中蛋白質(zhì)、淀粉、可溶性糖、β-葡聚糖含量及酶活性等品質(zhì)的分析，以期進(jìn)一步分析生長(zhǎng)期青麥仁品質(zhì)動(dòng)態(tài)變化，為其相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試青稞1107814、甘墾5號(hào)（GK5）、甘墾6號(hào)（GK6）：甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院，甘青4號(hào)（GQ4）：甘南州農(nóng)科所，試驗(yàn)于2020年在甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院試驗(yàn)田進(jìn)行，土壤肥力中等偏上，種植密度為30萬(wàn)/667m2，小區(qū)面積 14.4m2（3.6m×4.0m），種植 16行，行距 25 cm，基施尿素 15 kg/hm2，磷二銨 25 kg/hm2，化肥一次性基施，不噴施化學(xué)農(nóng)藥。

硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸（均為分析純）：天津市江天化工技術(shù)有限公司；過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）活性檢測(cè)試劑盒、過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）活性檢測(cè)試劑盒、植物可溶性糖含量檢測(cè)試劑盒：北京Solarbio公司；β-葡聚糖檢測(cè)試劑盒：愛(ài)爾蘭Megazyme公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Kjeltec8400全自動(dòng)凱氏定氮儀、Soxtec 8000索氏浸提系統(tǒng)：丹麥Foss公司；SpectraMax 190酶標(biāo)儀：美國(guó)Molecular Devices；UV-5100紫外分光光度計(jì)：上海元析儀器有限公司；YHG-9985A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海姚氏儀器設(shè)備廠；HH2A水浴鍋：北京科偉永興儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品采集

各品種（系）在開(kāi)花期選擇花期一致、長(zhǎng)勢(shì)、穗型大小基本相同且無(wú)病蟲(chóng)害的主莖穗掛牌標(biāo)記。于開(kāi)花后10、15、20、25 d 和 30 d，分 5 次取樣，每次取樣各小區(qū)剪適量麥穗帶回室內(nèi)，隨機(jī)分為3組作為3個(gè)重復(fù)，人工去皮，備用。

1.3.2 測(cè)定方法

蛋白質(zhì)測(cè)定參照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[11]；采用蒽酮比色法測(cè)定籽粒中總淀粉含量[12]；可溶性糖含量、過(guò)氧化物酶及過(guò)氧化氫酶活性使用試劑盒測(cè)定。各物質(zhì)含量均以樣品的干重為基數(shù)。

β-葡聚糖測(cè)定：采用McCleary提出的酶法測(cè)定，即AOAC 955.16方法分析青稞中β-葡聚糖含量，使用β-葡聚糖含量測(cè)定試劑盒進(jìn)行測(cè)定[13]，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和方差分析，并用Duncan法對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較，P＜0.05為差異顯著，結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，并采用主成分分析法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[14]，采用Origin 8.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 青麥仁中蛋白質(zhì)和淀粉含量變化

青麥仁中蛋白質(zhì)含量變化見(jiàn)圖1。

圖1 青麥仁中蛋白質(zhì)含量變化Fig.1 Dynamic changes of protein in green barley kernel

青麥仁中蛋白質(zhì)是主要營(yíng)養(yǎng)成分之一[15]，由圖1可知，4個(gè)品種（系）青麥仁中蛋白質(zhì)整體上均呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，在開(kāi)花后20 d達(dá)到最高值，此時(shí)含量由高到低：GK5＞GK6＞1107814＞GQ4，分別為18.8%、16.4%、15.8%、14.9%。開(kāi)花后20 d內(nèi)，麥仁中蛋白含量整體上表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，20 d后，1107814和GK5緩慢下降，25 d后蛋白含量趨于平衡，說(shuō)明灌漿后期青麥仁中蛋白含量趨于穩(wěn)定，最終蛋白含量為15.2%和17.7%，而GK6和GQ4中蛋白則急劇下降，其含量分別為13.8%和13.9%。在整個(gè)生長(zhǎng)期，GK5中蛋白含量明顯高于其它3個(gè)品種（系）。倪盛晶[16]發(fā)現(xiàn)，青稞灌漿期遇高溫脅迫，將導(dǎo)致籽粒蛋白質(zhì)含量增加，并且蛋白在籽粒灌漿期的積累要比淀粉早。麥仁生長(zhǎng)過(guò)程中不同蛋白質(zhì)組分形成時(shí)間也不同，最早開(kāi)始形成的是清蛋白與球蛋白，谷蛋白在籽粒形成后開(kāi)始積累。在灌漿初期，已經(jīng)積累的清蛋白與球蛋白含量快速下降，隨著灌漿的進(jìn)行，谷蛋白逐漸積累，青麥仁蛋白含量逐漸升高，即在開(kāi)花后10 d～20 d青麥仁中蛋白質(zhì)含量逐漸增加。灌漿后期可能由于清蛋白與球蛋白含量降低，而谷蛋白合成速率較低，則蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。

青麥仁中淀粉含量變化見(jiàn)圖2。

圖2 青麥仁中淀粉含量變化Fig.2 Dynamic changes of starch in green barley kernel

青稞中淀粉含量占干物質(zhì)質(zhì)量的58%～65%，貯藏在胚乳細(xì)胞內(nèi)[17]。如圖2所示，青麥仁生長(zhǎng)過(guò)程中淀粉含量逐漸上升。1107814和GK6品種（系）在開(kāi)花20 d內(nèi)淀粉含量增加速率較快，20 d后緩慢增加，最終分別達(dá)到58.3%和62.7%；GK5開(kāi)花25 d內(nèi)，淀粉含量急劇增加，25 d后淀粉含量變化緩慢；GQ4在開(kāi)花20 d后淀粉含量略有下降，但下降不明顯。Kim等[18]對(duì)抽穗后的青麥仁研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)含量隨著抽穗天數(shù)的增加逐漸降低，淀粉含量逐漸增加，與本文研究結(jié)果相同。在麥仁生長(zhǎng)初期，由于微量元素在灌漿初期含量較高，會(huì)激活淀粉合成相關(guān)的酶，使得淀粉合成速率較快，麥仁中淀粉含量增加較快，在灌漿中期，由于籽粒中微量元素含量下降，使得淀粉合成酶活性降低，淀粉合成速度降低；而在灌漿后期，由于植株合作用減弱，不能為淀粉合成提供充足的碳源，淀粉合成變得極為緩慢，直至停止[19]。

2.2 青麥仁中可溶性糖和β-葡聚糖含量

青麥仁中可溶性糖含量變化見(jiàn)圖3。

圖3 青麥仁中可溶性糖含量變化Fig.3 Dynamic changes of soluble sugar in green barley kernel

由圖3可知，GK5、GK6和GQ4 3個(gè)品種（系）在生長(zhǎng)過(guò)程中可溶性糖含量均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。在生長(zhǎng)過(guò)程中，GK6青麥仁中可溶性糖含量逐漸下降，GK5和GQ4在開(kāi)花后10 d～15 d可溶性糖含量逐漸下降，15 d～20 d略有回升，20 d～25 d呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，25 d后，可溶性糖含量變化趨于平穩(wěn)；1107814在開(kāi)花后15 d內(nèi)可溶性糖含量明顯上升，15 d之后呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。開(kāi)花前可溶性糖和蔗糖暫存在莖鞘中，開(kāi)花后莖鞘中的蔗糖和可溶性糖以及植株生命活動(dòng)產(chǎn)生的都轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒中，在籽粒中主要是通過(guò)一系列酶將這些可溶性糖與蔗糖合成淀粉[20]，因此可溶性糖含量表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，與淀粉的積累呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的變化規(guī)律[21]。

青麥仁中β-葡聚糖含量變化見(jiàn)圖4。

圖4 青麥仁中β-葡聚糖含量變化Fig.4 Dynamic changes of β-glucan in green barley kernel

由圖4可看出，不同青麥仁在生長(zhǎng)過(guò)程中β-葡聚糖含量逐漸積累。青稞籽粒中含有豐富的β-葡聚糖，是小麥中β-葡聚糖含量的50倍，為迄今為止谷類作物中含量最高的物種[22]。β-葡聚糖具有降低膽固醇、降低血糖和血脂以及預(yù)防結(jié)腸癌等生理功能[23-24]。青稞開(kāi)花后25 d以內(nèi)，GQ4中β-葡聚糖含量顯著高于其它青稞品種（系），由開(kāi)花初期2.02%上升到4.38%，同一時(shí)期，其它青稞品種（系）含量差異性不顯著。開(kāi)花25 d以后GK5中β-葡聚糖含量顯著上升（P＜0.05），上升了63.33%，相反，GQ4顯著降低，較開(kāi)花后25 d時(shí)，β-葡聚糖含量降低了10.5%。開(kāi)花后30 d時(shí)，GK5中β-葡聚糖含量顯著高于其它品種（系）（P＜0.05）。β-葡聚糖含量在基因型間存在差異，同時(shí)土壤水分含量的變化也是影響β-葡聚糖變化的主要原因之一。

2.3 青麥仁中酶活性變化

過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化物酶是植物體內(nèi)普遍存在且活性較高的酶。植物生長(zhǎng)過(guò)程中過(guò)酶活性不斷變化。青麥仁中過(guò)氧化氫酶活力變化見(jiàn)圖5。

圖5 青麥仁中過(guò)氧化氫酶活力變化Fig.5 The enzymes activity of CAT change regularity in green barley kernel

圖5表明，在青稞生長(zhǎng)過(guò)程中，不同品種（系）青麥仁中的過(guò)氧化氫酶活力表現(xiàn)出不同的變化。其中，在開(kāi)花后 20 d內(nèi)，CK6過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）活力顯著高于其它 3個(gè)品種（系）（P＜0.05），呈“V”形變化，在開(kāi)花后第10天酶活力達(dá)到最高值（1615.16 U/g）；CK5和1107814兩個(gè)品種（系）在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中，CAT活力表現(xiàn)出先升高后降低再升高的趨勢(shì)，1107814在25 d CAT活力達(dá)到最高值（976.41 U/g），CK5在開(kāi)花后15 d酶活力達(dá)到最高值（764.60 U/g）；開(kāi)花后25d～30d，1107814CAT活力顯著高于其它3個(gè)品種（系）（P＜0.05），GQ4生長(zhǎng)過(guò)程中 CAT活力呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。由開(kāi)花后10 d CAT活力由951.70 U/g下降至280.45 U/g（開(kāi)花后25 d），25 d后CAT活力趨于穩(wěn)定。

過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）與植株呼吸作用、光合作用以及生長(zhǎng)素的氧化等有關(guān)。青麥仁中過(guò)氧化物酶活力變化見(jiàn)圖6。

圖6 青麥仁中過(guò)氧化物酶活性變化Fig.6 The enzymes activity of POD change regularity in green barley kernel

由圖6可看出，隨著青稞逐漸成熟，CK6青麥仁中POD活力表現(xiàn)出不斷上升的變化趨勢(shì)。研究表明，一般老化組織中活性較高，幼嫩組織中活性較弱，由于POD能使組織中所含的某些碳水化合物轉(zhuǎn)化成木質(zhì)素，增加木質(zhì)化程度。GQ4整體上表現(xiàn)出先上升后下降再升高的趨勢(shì)，GQ4在開(kāi)花后15 d，POD活力達(dá)到最高值（14776.47 U/g），15 d～20 d酶活力明顯下降，20 d后POD活力緩慢上升至11 579.31 U/g；GK5和GK6中POD活力表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)，在開(kāi)花后25 d時(shí)酶活力達(dá)到最高值，分別為13 822.02 U/g和12 290.00 U/g；1107814則表現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢(shì)，開(kāi)花后10 d～20 d以內(nèi)，POD活力緩慢下降，20 d后，POD活力明顯上升，上升至14 374.77 U/g（開(kāi)花后30 d），高于其它3個(gè)品種。

2.4 主成分綜合評(píng)價(jià)

在青麥仁品質(zhì)的評(píng)價(jià)過(guò)程中，通過(guò)單一品質(zhì)指標(biāo)無(wú)法判斷其品質(zhì)的優(yōu)劣。因此，采用主成分分析法，對(duì)青麥仁蛋白質(zhì)、總淀粉、可溶性糖、β-葡聚糖以及酶活力進(jìn)行綜合分析，評(píng)價(jià)出相對(duì)較優(yōu)的青麥仁品質(zhì)。為保證各指標(biāo)優(yōu)劣性一致，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，見(jiàn)表1，Bartle球度檢驗(yàn)的Sig值為0.00，小于顯著水平0.05，說(shuō)明變量之間存在相關(guān)關(guān)系適合做因子分析。

表1 原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理Table 1 The standardized treatment of raw date

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并得出相關(guān)矩陣的特征值、特征向量和累計(jì)貢獻(xiàn)率，見(jiàn)表2。

表2 主要成分的特征值、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率Table 2 The eigenvalue，contribution and cumulative contribution of the principal component

選取特征值＞1的成分為主成分。通過(guò)計(jì)算，各品質(zhì)指標(biāo)與前兩個(gè)主成分的關(guān)系如下。

第一主成分：F1=-0.54X1+0.90X2+0.90X3+0.75X4-0.36X51+0.56X6（1）；第二主成分：F2=0.60X1-0.35X2-0.35X3+0.42X4-0.75X5+0.67X6（2）；綜合評(píng)價(jià)：F=0.617 29F1+0.382 05F2（3）。

將表1對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化值帶入式（1）和（2），再將式（1）和（2）的計(jì)算所得帶入式（3），最后得到不同品種（系）的青麥仁在不同生長(zhǎng)期品質(zhì)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)（見(jiàn)表3）。

表3 主成分分析法評(píng)價(jià)青麥仁品質(zhì)綜合指標(biāo)分?jǐn)?shù)與排名Table 3 Evaluate the comprehensive index score and ranking of green wheat kernel quality by principal component analysis

綜合評(píng)價(jià)表明，GQ4青麥仁品質(zhì)排名較靠前，其中GK6開(kāi)花后30 d品質(zhì)排名為第一，其次為GQ4開(kāi)花后30 d，綜合評(píng)價(jià)每個(gè)品種（系）開(kāi)花后30 d適合青麥仁食品開(kāi)發(fā)，其中GK6開(kāi)花后30 d的青麥仁最適合食用。

3 結(jié)論

對(duì)不同品種（系）青麥仁生長(zhǎng)過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)成分分析發(fā)現(xiàn)，不同品種（系）青麥仁蛋白質(zhì)和β-葡聚糖含量以及CAT、POD活力變化趨于一致，淀粉和可溶性糖變化略有差異，不同品種（系）之間營(yíng)養(yǎng)成分含量存在差異。目前，對(duì)青稞青麥仁生長(zhǎng)過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)成分變化的研究較少。本研究中，青麥仁在生長(zhǎng)過(guò)程中蛋白含量最高達(dá)到18.89%（GK5，開(kāi)花后20 d），淀粉含量最高為62.7%（GK6，開(kāi)花后30 d）。籽粒灌漿期營(yíng)養(yǎng)成分不斷變化，營(yíng)養(yǎng)成分含量變化與品種（系）有關(guān)。在整個(gè)生長(zhǎng)期，GK5中蛋白質(zhì)含量明顯高于其它品種（系），GK6中可溶性糖含量最低。采用主成分分析法，進(jìn)行綜合分析，GK6開(kāi)花后30 d的青麥仁品質(zhì)最佳，適合開(kāi)發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。

青麥仁作為全谷物食品其口感、質(zhì)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)直接影響到最終產(chǎn)品的品質(zhì)，青麥仁的品種的選育必須滿足麥粒形狀飽滿、色澤鮮亮、晶瑩剔透、營(yíng)養(yǎng)豐富。本文通過(guò)對(duì)不同品種（系）青麥仁不同生長(zhǎng)期營(yíng)養(yǎng)成分研究，并采用主成分分析法對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)分，確定了最優(yōu)青麥仁以及其最佳采摘期，以期為青稞青麥仁研究奠定基礎(chǔ)，同時(shí)為青麥仁（青稞）深加工和綜合利用提供理論基礎(chǔ)。