4 種小米糠組分的理化性質(zhì)和風(fēng)味成分分析

王運(yùn)亭，張愛霞，趙 巍，劉敬科,*

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院生物技術(shù)與食品科學(xué)研究所，河北 石家莊 050050；2.中國海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266003）

谷子作為我國傳統(tǒng)的特色農(nóng)作物之一，喜溫耐旱、適應(yīng)性強(qiáng)，廣泛栽培于我國華北、西北和東北地區(qū)。谷子脫殼后得到小米和小米糠。小米營養(yǎng)價值較高，不僅含有豐富的維生素、礦物質(zhì)和膳食纖維，且各營養(yǎng)成分間配比合理，易于吸收，具有食療保健作用[1-2]。小米常用于煮粥、制作煎餅、鍋巴、膨化食品等。近年來，小米面條、小米饅頭、小米酒、小米醋等多元化產(chǎn)品也受到消費(fèi)者的喜愛。然而，副產(chǎn)物小米糠則主要用作動物飼料或直接被當(dāng)作廢料處理，造成了巨大的資源浪費(fèi)。小米糠主要由種皮、糊粉層、果皮、胚和淀粉質(zhì)胚乳組成，富含木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、谷維素、黃酮、多酚等成分，是膳食纖維的潛在優(yōu)質(zhì)來源[3]。

隨著可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保意識的增強(qiáng)，小米糠作為一種食品和工業(yè)原料受到關(guān)注，常用于提取米糠油、米糠多糖、米糠膳食纖維、米糠蛋白等高附加值產(chǎn)品，研究報道適量添加米糠粉可以改善面團(tuán)及饅頭的品質(zhì)[4]。加工過程中得到的不同米糠組分由于化學(xué)成分存在差異，理化性質(zhì)也不同。楊菲雨等[5]研究不同碾減率（2%～16%）處理得到的大米糠，發(fā)現(xiàn)碾減率為2%～6%的大米糠含有粗脂肪、不可溶性膳食纖維以及多酚、黃酮、谷維素、礦物質(zhì)等活性成分；碾減率為10%時，粗蛋白含量較高；碾減率大于12%時大米糠中淀粉、可溶性膳食纖維等成分含量相對較高，而粗脂肪、黃酮、多酚和谷維素的含量明顯下降。孫宇等[6]考察不同碾減率（0%～10%）吉粳804稻米，發(fā)現(xiàn)隨著碾減率的增加，水分、灰分、脂肪、蛋白質(zhì)和粗纖維含量降低，這是由于營養(yǎng)成分在加工過程中脫落進(jìn)入米糠中。李紅等[7]研究不同部位谷子的營養(yǎng)成分，結(jié)果表明谷殼中基本不含脂肪和蛋白質(zhì)，油糠中蛋白質(zhì)含量豐富，油糠和谷糙灰分和粗脂肪含量顯著高于小米，而淀粉含量低于小米。為了提高大米糠利用水平，有學(xué)者開展了米糠中關(guān)鍵組分的精準(zhǔn)化分離研究，結(jié)果表明，糙米中各組分電鏡表征呈現(xiàn)層級交替分布的特點(diǎn)，從外到里依次為蠟酯層、纖維層、脂肪-蛋白層和淀粉層，其中蠟酯層和纖維層厚度分別約為10 μm，脂肪層和蛋白層交聯(lián)分布，厚度大約30 μm[8]。在加工過程中，隨著碾減率的增加，蠟酯層、纖維層、脂肪-蛋白層和淀粉層依次脫落，因此，不同碾減率米糠的營養(yǎng)成分種類及含量存在差異。長期以來，為了提升谷物產(chǎn)品的感官品質(zhì)而對其過度加工，造成大量營養(yǎng)成分和生物活性成分流向米糠等副產(chǎn)物中。為了充分利用米糠副產(chǎn)品，本實驗探究不同米糠組分的營養(yǎng)成分和理化性質(zhì)差異，以期完善精準(zhǔn)化分離工藝并對米糠進(jìn)行選擇性使用，實現(xiàn)資源利用的最大化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

不同米糠組分于石家莊藁城小米加工廠采用多機(jī)輕碾工藝獲得：礱谷機(jī)（S1，產(chǎn)量1 500 kg/h，產(chǎn)率8%）→礱谷機(jī)（S2，產(chǎn)量1 500 kg/h，產(chǎn)率10%）→碾米機(jī)（S3，產(chǎn)量10～150 kg/h，產(chǎn)率4%～5%）→碾米機(jī)（S4，產(chǎn)量10～150 kg/h，產(chǎn)率10%），將4 道碾白過程中得到的4 種小米糠組分（S1、S2、S3、S4）作為原料，S1和S2經(jīng)粉碎機(jī)磨粉后，4 種小米糠粉過60 目篩，備用。

牛血清白蛋白 上海源葉生物科技有限公司；庚酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品 德國默克集團(tuán)股份公司；正己烷、無水乙醇等（均為分析純）國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

LM-24膠輥礱谷機(jī) 山東精良海緯機(jī)械有限公司；MNMS30砂輥碾米機(jī) 魚臺金利糧油機(jī)械有限公司；LM3100錘式實驗粉碎磨、RVA-4500型快速黏度分析儀瑞典波通儀器公司；WSC-S測色儀 上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；MesoMR23-060H-I型低場核磁共振成像儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；ISQ 7000氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）系統(tǒng) 美國賽默飛世爾科技公司。

1.3 方法

1.3.1 堆積密度和休止角測定

堆積密度：將10 mL量筒于110 ℃烘箱中烘1 h后放入干燥器中冷卻并稱質(zhì)量，記為m1，直至質(zhì)量恒定；向量筒中加入5 mL（V）小米糠粉，稱質(zhì)量，記為m2。小米糠粉的堆積密度（ρt）計算如式（1）所示：

休止角：將小米糠粉樣品經(jīng)玻璃漏斗垂直流至坐標(biāo)紙上，漏斗尾端距玻璃平板垂直距離h＝2.00 cm，流下的小米糠粉在坐標(biāo)紙上形成圓錐體，記錄圓錐體的直徑2r，用反正切函數(shù)計算圓錐表面和水平面的夾角即為該樣品的休止角α，計算如式（2）所示：

1.3.2 營養(yǎng)成分測定

水分、灰分、淀粉、蛋白質(zhì)和粗脂肪含量分別按照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》中的直接干燥法、GB 5009.4—2016《食品中灰分的測定》中的第一法食品中總灰分的測定方法、GB 5009.9—2016《食品中淀粉的測定》中的酶水解法、考馬斯亮藍(lán)法、GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》中的索式抽提法進(jìn)行測定。

1.3.3 水合特性測定

參照牛瀟瀟[9]的方法并略作修改，測定小米粉的持水力、水溶性指數(shù)和膨潤力：取0.5 g小米糠粉樣品，加蒸餾水20 mL混勻，40 ℃水浴振蕩加熱15 min。然后3 000 r/min離心10 min。取上清液，105 ℃烘干至質(zhì)量恒定，同時稱量沉淀物質(zhì)量。每個實驗均進(jìn)行3 次重復(fù)。持水力、水溶性指數(shù)和膨潤力分別按式（3）～（5）計算：

1.3.4 起泡性及泡沫穩(wěn)定性測定

參考程贊等[10]方法進(jìn)行起泡性及泡沫穩(wěn)定性的測定，將0.500 g小米糠粉分散于50 mL去離子水中，使用高速均質(zhì)機(jī)1 000 r/min均質(zhì)2 min，將均質(zhì)后溶液移入量筒中，比較均質(zhì)前后小米糠粉溶液的體積，通過式（6）計算起泡性；將均質(zhì)后的小米糠粉溶液靜置30 min，比較靜置前后泡沫體積變化，通過式（7）計算泡沫穩(wěn)定性：

1.3.5 色度測定

用WSC-S色差儀測定小米糠粉的顏色，獲得L*、a*、b*值。L*值反映顏色的明亮程度，0表示黑色，100表示白色；a*值反映紅色或綠色物質(zhì)的濃度，a*＞0表示顏色偏紅，a*＜0表示顏色偏綠；b*值反映橙色或藍(lán)色物質(zhì)的濃度，b*＞0表示顏色偏黃，b*＜0表示顏色偏藍(lán)。通過L*、a*、b*值，根據(jù)式（8）計算色差ΔE：

1.3.6 糊化特性的測定

參照豁銀強(qiáng)等[11]的方法稍作修改。利用快速黏度分析儀測定小米糠粉的糊化特性，選取standard 程序。測試程序如下：樣品首先在50 ℃保持1 min，經(jīng)過90 s升溫至95 ℃，并恒溫150 s。然后在225 s內(nèi)勻速降溫至50 ℃，在50 ℃保持90 s。記錄小米糠粉在糊化過程中的峰值黏度、最低黏度、崩解值、回生值等參數(shù)，每個實驗均進(jìn)行3 次重復(fù)。

1.3.7 低場核磁共振測定水分分布

取適量小米糠粉分成3 份，將未處理的小米糠記為S-0，經(jīng)110 ℃烘干5 h的樣品記為S-D，經(jīng)脫脂、烘干樣品記為S-DD。稱取3.00 g小米糠粉于樣品管，放入磁場中心位置的射頻線圈中心，利用CPMG脈沖序列測量樣品的弛豫時間T2，然后進(jìn)入T2反演程序得出樣品T2弛豫時間反演譜圖；CPMG實驗參數(shù)：采樣點(diǎn)數(shù)400 020、采樣頻率250 kHz、采樣等待時間2 500 ms、回波個數(shù)8 000、回波時間0.2 s。

1.3.8 揮發(fā)性成分測定

根據(jù)He Junhua等[12]的方法，采用頂空-固相微萃取法測定小米糠中的揮發(fā)性化合物。稱取5.0 g樣品于15 mL頂空瓶中，加入20 μL庚酸甲酯（10 μg/mL）作為內(nèi)標(biāo)。之后插入老化好的萃取頭，于40 ℃水浴中萃取45 min。萃取結(jié)束后將萃取頭插入氣相色譜的進(jìn)樣口，250 ℃解吸3 min，待檢測。采用配備DB-WAX色譜柱的GC-MS分析樣品的揮發(fā)性化合物。色譜升溫程序：初始溫度為40 ℃（保持3 min），然后以5 ℃/min升至180 ℃（保持5 min），最后以10 ℃/min升至200 ℃（保持2 min）。載氣為氦氣，流速為1.0 mL/min。質(zhì)譜條件：離子源溫度為230 ℃，四極桿溫度為150 ℃，電子電離源，電子能量為70 eV，質(zhì)譜掃描m/z30～450，溶劑延遲為4 min。通過NIST 11質(zhì)譜庫篩選出匹配度較高的化合物，然后通過比較化合物的計算保留指數(shù)與參考保留指數(shù)確定最終的化合物。參考保留指數(shù)來自NIST標(biāo)準(zhǔn)庫，根據(jù)C7～C30正構(gòu)烷烴的標(biāo)準(zhǔn)品在樣品相同GC-MS條件下的出峰保留時間計算每種化合物的保留指數(shù)。采用內(nèi)標(biāo)法，根據(jù)化合物的峰面積、內(nèi)標(biāo)物的峰面積和內(nèi)標(biāo)物的濃度進(jìn)行定量分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SIMCA 14.1軟件進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA），采用Origin 2021軟件繪制圖表，采用SPSS Statistics 22軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本營養(yǎng)成分

如表1所示，4 種小米糠的脂肪、蛋白質(zhì)、灰分、淀粉和水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均存在顯著差異（P＜0.05）。其中S3脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高（26.05%），是S1脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3～4 倍，說明S3米糠中脂肪含量豐富，是小米糠油提取的優(yōu)質(zhì)原料。這與之前報道的脂肪主要集中在谷殼和小米之間的油糠部分的結(jié)果[7]一致。S1中蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低為1.40%，S3中蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為10.96%，這與文獻(xiàn)報道的油糠中的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.0%，谷殼中基本不含蛋白質(zhì)的結(jié)論[7]基本一致。脂肪和蛋白質(zhì)豐富的S3米糠可能來源于糊粉層和亞糊粉層，糊粉層含有豐富的脂肪蛋白質(zhì)，亞糊粉層細(xì)胞作為一種過渡細(xì)胞類型在發(fā)育早期既累積淀粉也累積蛋白質(zhì)，在胚乳發(fā)育后期分化為淀粉胚乳[13]。因此，S3米糠是米糠油和米糠蛋白提取的優(yōu)質(zhì)原料，最具商業(yè)價值。S1的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（31.47%）是其他3 種小米糠粉的4～7 倍，這是由于S1作為最外層和最先脫落的谷殼，摻雜了砂石、塵土等雜質(zhì)。S1和S2米糠中淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.49%和6.88%，S1和S2主要由谷殼和部分糙米外層顆粒粉組成，淀粉可能來源于糙米外層或清理過程中摻雜的其他米糠。而小米糠S3和S4淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，這是碾米過程中淀粉層逐漸脫落所致。小米糠S2、S3、S4水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)是S1的2～3 倍，且隨著皮層逐漸靠近內(nèi)部，小米糠含水量逐漸增加。原料粉的耐貯藏性與含水量相關(guān)，一般含水量越低，原料粉貯藏時間越長，由此可知S1米糠貯藏性較好。

表1 不同小米糠組分的基本成分（干基）Table 1 Basic components of different foxtail millet bran fractions(on a dry basis)

2.2 水分和脂肪分布情況

原料含水量是影響貯存的主要因素，除了含水量，耐貯藏性也與水分的存在狀態(tài)有關(guān)。低場核磁共振是目前表征聚合物體系中水分形態(tài)、分布的常用方法，它利用氫質(zhì)子在磁場中的自旋-馳豫特性，通過橫向弛豫時間T2的變化揭示樣品中水分存在狀態(tài)及其遷移規(guī)律[14]。根據(jù)T2可以將水分狀態(tài)分為3 種，T21（0.01～10 ms）表示深層結(jié)合水；T22（10～100 ms）表示弱結(jié)合水，流動性介于深層結(jié)合水和自由水之間；T23（100～1 000 ms）表示自由水[15]，T2越短，說明樣品中水分的自由度越小，與非水組分結(jié)合更緊密；T2越長，水分自由度越大。A21、A22、A23分別代表不同狀態(tài)水分的峰面積（信號幅度）[16]。

通過測定3 種處理方式（S1-0、S1-D、S1-DD）的弛豫時間與質(zhì)子信號強(qiáng)度分析小米糠粉中水分和脂肪的分布情況，如圖1和表2所示，S1-D和S1-DD的兩個信號峰在T21（0.01～10 ms），S1-0的兩個信號峰分別在T21（0.01～1 ms）和T22（10～100 ms），說明烘干S1米糠粉可以除去弱結(jié)合水和部分深層結(jié)合水。S2-0與S2-D在T22（10～100 ms）有強(qiáng)質(zhì)子信號峰，峰面積分別為144.95和148.49，峰面積相近。S2-0與S2-D在T21有強(qiáng)質(zhì)子信號峰，峰面積分別為125.58和89.22，說明烘干S2米糠粉時主要除去深層結(jié)合水。由于S1和S2主要是由木質(zhì)素、纖維素等構(gòu)成谷殼，吸水能力差，因此，自由水和弱結(jié)合水含量少，烘干過程中主要除去的是深層結(jié)合水。與脫脂樣品S2-DD相比，S2-0與S2-D在T22有強(qiáng)質(zhì)子信號峰，S3和S4米糠也呈現(xiàn)相似規(guī)律，說明T22（10～100 ms）可能是米糠粉的油脂峰。S3-D是S4-D峰面積的1.52 倍，S3粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)是S4的1.40 倍，兩者比例接近，進(jìn)一步證實T22是米糠粉的油脂峰，同時也說明S1和S2粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能偏高。T21是米糠中深層結(jié)合水，S4米糠經(jīng)烘干處理后深層結(jié)合水A21從125.77大幅下降至42.03，S3米糠烘干前后A21面積差為12.21。由此可見烘干處理可以顯著降低S4米糠的深層結(jié)合水，提升貯藏性。營養(yǎng)價值較高的S3米糠的含水、含油量高，水分不易除去，油脂容易氧化酸敗不利于貯藏，因此需要嚴(yán)格控制貯藏條件。

圖1 不同T2質(zhì)子信號幅度Fig.1 Proton signal amplitudes at different T2

表2 小米糠組分中水油分布信號峰面積Table 2 Peak areas of water and oil distribution in foxtail millet bran fractions

2.3 堆積密度、休止角和水合特性

堆積密度會直接影響貯藏、包裝及運(yùn)輸成本，堆積密度越大包裝運(yùn)輸成本越小。同時，堆積密度反映了粉末的流動性[17]。如表3所示，4 種小米糠堆積密度由小到大依次為S1＜S2＜S3＜S4，S4米糠的堆積密度是S1的2 倍，說明S1米糠粉間空隙較大，流動性較差，反之，S4米糠不僅占地面積小，流動性也較好；S3米糠堆積密度較大，為326.07 g/L。休止角是表征原料流動性的另外一個重要指標(biāo)，原料的休止角越小，表明內(nèi)摩擦力越小，流動性越好[18]，4 種小米糠的休止角存在顯著差異（P＜0.05），S4米糠的休止角最大，為42.72°，S3米糠休止角最小，為36.75°，說明S3米糠流動性好。S3米糠具有較大的堆積密度和較小的休止角，流動性強(qiáng)，有利于節(jié)省糧倉貯存及包裝運(yùn)輸成本[18]。S1和S2米糠的持水力和膨潤力顯著大于S3和S4米糠（P＜0.05），這可能由于S1和S2米糠谷殼中膳食纖維的吸水膨脹，因此S1和S2米糠表現(xiàn)出較強(qiáng)的持水力和膨潤力。親水性強(qiáng)的物質(zhì)對水有較大的親和能力，可以吸引水分子，或溶于水。這類分子形成的固體材料表面易被水所潤濕。大分子親水性排序依次為蛋白質(zhì)＞淀粉＞纖維素，脂肪不溶于水[19]。S3米糠含有10.96%蛋白質(zhì)和20.54%淀粉，S4米糠含有8.93%蛋白質(zhì)和35.80%淀粉，而S1和S2米糠富含纖維素，因此，親水性較強(qiáng)的S3米糠更易溶于水，水溶性指數(shù)最大，S4次之，S1和S2溶解性較差。

2.4 糊化特性

如圖2所示，S1～S4米糠粉的峰值黏度分別為33、39、79.67、182.33 cP，S1基本無黏度峰值，也證實了S1米糠主要是谷殼，由大量的纖維和結(jié)合礦物質(zhì)組成，不含淀粉。S2有較小的糊化峰，這與S2米糠含有少量淀粉的結(jié)果一致。碾減率較大的S4米糠粉黏度大于S3，這是由于碾減率較大的米糠粉淀粉尤其是直鏈淀粉含量較高，淀粉糊化黏度與淀粉尤其是直鏈淀粉含量呈正相關(guān)[6]。

圖2 不同小米糠組分的黏度曲線Fig.2 Viscosity curves of different foxtail millet bran fractions

2.5 色度與起泡能力

如表4所示，4 種小米糠起泡能力和穩(wěn)定性存在顯著差異，其中S3米糠的起泡能力最強(qiáng)，為5.54%，且穩(wěn)定性最高（82.86%），可以形成大量緊密而均勻的泡沫。研究顯示，榛子粉的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，起泡能力就越強(qiáng)[20]，這與小米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)與起泡性呈正相關(guān)（r＝0.869）的結(jié)果一致。S4米糠淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，泡沫穩(wěn)定性差，這可能是由于淀粉對泡沫穩(wěn)定性會產(chǎn)生不利影響有關(guān)[19]。從色度上看，a*＜0，說明小米糠粉偏綠，b*＞0，說明小米糠粉偏黃。米糠中的色素主要為胡蘿卜素、類胡蘿卜素、葉綠素等，S3米糠b*值最大，說明其所含蘿卜素和類胡蘿卜素含量也較高。S4米糠b*值較小，這是由于S4米糠包含部分小米白色胚乳部分，使黃色變淺。4 種米糠的白度L*值在96.57～97.60，顏色偏白。ΔE越大，色差越大，由此可見，S3和S4米糠的色差值最大，而S2和S1米糠的色差值較小，顏色較為接近。

表4 小米糠粉起泡能力和色度Table 4 Foaming capacity and color parameters of different foxtail millet bran fractions

2.6 營養(yǎng)成分與理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

通過上述分析發(fā)現(xiàn)小米糠的理化性質(zhì)與營養(yǎng)成分密切相關(guān)。如表5所示，持水力和膨潤力與粗脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉和水分呈負(fù)相關(guān)。食品中的碳水化合物含量＝100-（水分含量＋脂肪含量＋蛋白質(zhì)含量＋水分含量＋灰分含量），小米糠中碳水化合物主要是淀粉和膳食纖維，因此，隨著粗脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉和水分含量增加，膳食纖維含量降低，持水力和膨潤力下降。這是由于膳食纖維能吸收相當(dāng)于自身質(zhì)量數(shù)倍的水分，具有遠(yuǎn)高于淀粉、蛋白質(zhì)的持水力和膨潤力[21]。這與S1和S2主要成分為膳食纖維的結(jié)論一致。水溶性指數(shù)與淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)含量呈正比，脂肪不溶于水，所以水溶性指數(shù)高是隨著淀粉和蛋白質(zhì)增加，可溶性淀粉和蛋白質(zhì)含量也增加造成的。起泡性與粗脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉和水分含量呈正相關(guān)，泡沫穩(wěn)定性與脂肪含量呈正相關(guān)。起泡性與物料中蛋白質(zhì)和脂肪含量有關(guān)，一般蛋白質(zhì)含量越高，起泡能力越強(qiáng)[22-23]。此外，起泡能力隨著乳脂肪含量的增加而增加，達(dá)到最大值后，脂肪含量再增加，起泡性能下降。這是由于脂肪中含有磷脂酸等表面活性分子會提高起泡性[23-26]。堆積密度與粗脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉和水分含量呈正相關(guān)。濕度是影響堆積密度是一個重要因素，隨著濕度增加，小米粉的堆積密度呈線性增加，這符合堆積密度與小米糠水分含量成正比的結(jié)論[27]。淀粉含量與L*值呈正相關(guān)，由于小米糠層脫落，色素含量降低，白色淀粉含量增加，L*值增大。由此可見，不同小米糠中營養(yǎng)成分含量的差異不僅會影響其營養(yǎng)品質(zhì)，還會影響加工特性。

表5 營養(yǎng)成分與理化性質(zhì)的相關(guān)性分析Table 5 Correlations between nutritional composition and physicochemical properties

2.7 揮發(fā)性物質(zhì)

通過測定4 種小米糠中揮發(fā)性成分的種類和含量，結(jié)果顯示S1～S4米糠中分別檢測出總揮發(fā)性物質(zhì)72、47、70、51 種。4 種米糠具有共同的揮發(fā)性成分，也有獨(dú)有的揮發(fā)性成分。其中S1米糠獨(dú)有的揮發(fā)性成分最多，共21 種，包含酯類5 種、酸類4 種、醛類4 種、酮類3 種、烷烴類2 種、醇類2 種和呋喃類1 種。S2米糠獨(dú)有的揮發(fā)性成分共6 種，包含烷烴類2 種、烯烴類2 種、酮類1 種和醛類1 種。S3米糠獨(dú)有的揮發(fā)性成分共14 種，包含酯類7 種、烷烴類5 種、鹵代烴類1 種和醚類1 種。S4米糠獨(dú)有的揮發(fā)性成分為1 種醇類。由此可見，S1和S3米糠含有豐富的揮發(fā)性成分，這可能是由于S1皮層的米糠長期暴露，受周圍環(huán)境、農(nóng)藥化肥等物質(zhì)的影響。S3皮層中含有豐富的脂肪，脂質(zhì)氧化及脂肪酸酶促反應(yīng)等可以生成多種揮發(fā)性物質(zhì)[28]。

4 種小米糠含23 種共同的揮發(fā)性成分（表6），其中包括酯類9 種、醛類4 種、烷烴類5 種、醇類3 種、酮類1 種和呋喃類1 種。以23 種共有香氣組分作為因變量，不同米糠樣品作為自變量，進(jìn)行偏最小二乘判別分析（partial least squares discriminant analysis，PLS-DA）。

表6 4 種小米糠的共有揮發(fā)性產(chǎn)物Table 6 Common volatile compounds in four foxtail millet bran fractions

PLS-DA評分圖（圖3A）結(jié)果顯示S1、S2、S3和S4米糠樣本可以被明確識別，總方差為94.2%（PLS1：72.3%；PLS2：21.9%），X變量的plot滿意度R2X為0.995，預(yù)測精度Q2為0.98。R2越大，預(yù)測模型越好[29]。Q2回歸線與縱軸的相交點(diǎn)小于零，說明模型不存在過擬合，模型驗證有效，認(rèn)為該結(jié)果可用于不同米糠香氣的鑒別（圖3B）。在PC1軸上，S1和S2樣品聚集在軸右側(cè)，而S3和S4樣品分布在軸左側(cè)。PCA載荷圖（圖3C）表明關(guān)鍵性風(fēng)味化合物導(dǎo)致不同小米糠樣在圖中的分離。多數(shù)揮發(fā)性成分在軸的右側(cè)，這些揮發(fā)性成分對S1和S2樣品貢獻(xiàn)較大。乙基苯和甲苯對S3和S4小米糠樣品貢獻(xiàn)較大，而正己醇、十一烷和十二烷位于PC2軸的上部，對S2樣本風(fēng)味做出了較大貢獻(xiàn)。

圖3 4 種小米糠的PLS-DA評分圖（A），置換檢驗圖（B）和PCA載荷圖（C）Fig.3 PLS-DA score plot (A),permutation test plot (B) and PCA loading plot (C) of four foxtail millet bran fractions

利用PLS回歸模型計算4 種不同小米糠樣本的變量重要性投影（variable importance projection，VIP）值。VIP值越高，該化合物對于樣品之間的差異貢獻(xiàn)度越大[30]。表7顯示VIP值＞1的化合物有10 種，其中2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯、壬醛、2-正戊基呋喃、亞油酸甲酯4 種化合物在任意2 種小米糠中含量均存在顯著差異，其中壬醛含量差異最大，可以作為區(qū)分小米糠樣品的鑒別指標(biāo)（P＜0.05）。一種揮發(fā)性化合物是否對風(fēng)味有貢獻(xiàn)不僅由其濃度評判，更取決于其閾值。根據(jù)文獻(xiàn)中的閾值，計算了10 種化合物的香氣活性值（odor activity values，OAV）。一般認(rèn)為OAV越高的物質(zhì)對樣品的氣味貢獻(xiàn)度越大。如表7、8所示，己酸甲酯、己醛、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯、棕櫚酸甲酯、壬醛、亞油酸甲酯6 種化合物在S1米糠中含量最高，十二烷、正己醇、十一烷、2-正戊基呋喃4 種化合物在S2米糠中含量最高，OAV最大，氣味貢獻(xiàn)也較大，這與PCA結(jié)果一致。如表8所示，壬醛在4 種米糠中的OAV分別為702、444、110、51，可以有效區(qū)別4 種小米糠。

表7 4 種小米糠揮發(fā)性成分Table 7 Volatile components in four foxtail millet bran fractions mg/kg

表8 4 種小米糠揮發(fā)性成分的OAVTable 8 OAV of volatile components in four foxtail millet bran fractions

3 結(jié)論

4 種小米糠的脂肪、蛋白質(zhì)、灰分、淀粉和水分含量均存在顯著差異（P＜0.05）。S3米糠中脂肪、蛋白質(zhì)及蘿卜素和類胡蘿卜素等營養(yǎng)成分含量豐富，且香氣成分種類繁多，最具商業(yè)價值。S3米糠的水溶性指數(shù)高，起泡能力較強(qiáng)（5.54%）且穩(wěn)定性高（82.86%），可以形成大量緊密而均勻的泡沫，具有優(yōu)良的加工特性。此外，S3米糠具有較大的堆積密度和較小的休止角，流動性強(qiáng)，有利于節(jié)省糧倉貯存及包裝運(yùn)輸成本。然而S3米糠的含水、含油量高，且水分不易除去，油脂容易氧化酸敗，不利于貯藏。4 種小米糠營養(yǎng)成分含量的差異不僅會影響其營養(yǎng)品質(zhì)，還會影響加工特性。此外，結(jié)合PCA和OAV分析，發(fā)現(xiàn)壬醛可以作為區(qū)別4 種小米糠的關(guān)鍵香氣成分。