西藏青稞與雞爪谷營養成分及風味成分的分析研究

胡　敏,林親錄,羅　章,孫術國,,*,張素紅,王若暉,唐澤君

(1.中南林業科技大學食品科學與工程學院,稻谷及副產物深加工國家工程實驗室,湖南長沙 410004;2.西藏大學農牧學院食品科學學院,西藏林芝 860000)

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西藏青稞與雞爪谷營養成分及風味成分的分析研究

胡敏1,林親錄1,羅章2,孫術國1,2,*,張素紅1,王若暉1,唐澤君1

(1.中南林業科技大學食品科學與工程學院,稻谷及副產物深加工國家工程實驗室,湖南長沙 410004;2.西藏大學農牧學院食品科學學院,西藏林芝 860000)

為了研究西藏青稞和雞爪谷的營養成分,水分子存在狀態及風味成分,本文采用低場核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR),頂空固相微萃取-氣質聯用(HS-SPME-GC/MS)方法分析比較了西藏青稞和雞爪谷的水分子存在狀態以及各自揮發性風味組分。結果顯示:西藏青稞粗蛋白(24.2%)、膳食纖維(15.20%)和β-葡聚糖(7.61%)含量顯著高于雞爪谷(p<0.05),但雞爪谷脂肪(1.01%)含量高于青稞。西藏青稞和雞爪谷中結合水含量分別占88.4%和87.7%。青稞和雞爪谷中分別檢測出72和70種揮發性成分,青稞揮發性風味組分主要包括烴類(44.37%)、醇類(18.06%)和醛類(14.03%),雞爪谷香氣主要組分為醇類(34.81%)、烴類(34.65%)和酮類(9.78%)。總體分析,青稞比雞爪谷的營養成分更加豐富,結合水含量比例更高,風味物質更加突出,為西藏青稞和雞爪谷的加工及合理膳食提供參考。

青稞,雞爪谷,營養成分,低場核磁共振,頂空固相微萃取-氣質聯用

青稞和雞爪谷主要分布在西藏海拔較高的地區,是藏族人民兩大特有的主要糧食作物,在西藏,80%左右的藏族同胞(總人口約540萬)以青稞為主食。青稞屬禾本科植物,是大麥的變種[1],又稱裸大麥、元麥;雞爪谷又名龍爪稷、堿谷等,是粟米的一種[2]。除了將青稞和雞爪谷做成傳統的美食,研究者已開發能夠工業化生產的雞爪谷營養粉,青稞雞爪谷復合營養糊,并通過改良傳統發酵工藝開發了雞爪谷發酵酒以及雞爪谷與青稞共同發酵的白酒等產品。因此可見,青稞和雞爪谷具有很高的食用價值和營養價值,深受人們的喜愛。

現有研究表明,青稞含有較高的β-葡聚糖,在降脂、降膽固醇上具有重要的作用[3],青稞“三高兩低”(高蛋白質、高纖維、高維生素、低脂肪、低糖)的特點非常符合現代人的健康飲食要求。然而,目前對于青稞營養價值方面的研究缺乏系統性,在其原料風味的研究,更是少有人涉及。有關雞爪谷的研究,盡管有人報道雞爪谷含有較高的礦物質,但對其整體營養也缺乏系統性研究,對其風味研究更少[4]。水分子作為上述糧食中重要的組成部分,其分子存在的狀態能間接反映糧食作物生命旺盛狀態、糧食類食品質構性質等,因此對糧食水分子分析也尤為重要。低場核磁共振技術在檢測食品及原料水分存在狀態方面得到了普及和廣泛應用[5-8],這為糧食類食品水分子狀態檢測分析提供了契機;傳統的感官評價由于主觀因素存在,對風味評價存在偏差,而頂空固相微萃取-氣質聯用方法能準確的分析食品風味，已經應用到食品風味檢測分析[9-11]。

表1　兩種西藏原料基本營養成分含量(g/100 g)Table 1　The major nutritional components of two kinds cereals from Tibet(g/100 g)

本研究以西藏青稞和雞爪谷為原料,對這兩種糧食作物的基本營養成分進行測定,全面了解和比較其營養品質特點;采用LF-NMR,HS-SPME-GC/MS方法分析比較青稞和雞爪谷的水分子存在狀態以及揮發性風味成分,旨在對青稞和雞爪谷的深度開發利用和食品加工提供可靠的理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

青稞谷粒、雞爪谷均購自西藏林芝、山南、日喀則地區,混勻樣品,干燥粉碎后備用;直鏈淀粉標準品購自Sigma公司;碘化鉀、碘、石油醚、乙醚、四氯化碳、高溫α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶等均為分析純,購于國藥集團上海化學試劑公司;實驗室用水均為蒸餾水。

MS105DU型電子分析天平日本島津公司;電子恒溫水浴鍋北京中興偉業儀器有限公司;UV1800型紫外可見光光度計上海精密科學儀器有限公司;SK-E型快速混勻儀江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;L420型離心機湖南湘儀實驗儀器開發有限公司;SZF-06C脂肪測定儀 上海洪紀儀器設備有限公司;GCMS-QP2010型島津企業管理(中國)有限公司;NMI120型核磁共振成像分析儀紐邁電子科技有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1營養成分的測定水分的測定按照GB 5009.3-2010中的105 ℃直接干燥法;粗蛋白測定采用GB/T 5009.5-2010半自動凱氏定氮法;粗脂肪的測定采用SZF-06C脂肪測定儀方法;灰分的測定按照GB/T 5009.4-2010中的方法;膳食纖維的測定按照GB/T 5009.88-2008法;直連淀粉含量的測定參照張玉玉等人[12]的方法;β-葡聚糖的測定參照江春艷等人[13]的方法。

1.2.2水分存在狀態的測定采用低場核磁共振技術測定青稞和雞爪谷原料的水分存在狀態,采用CMPG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)脈沖序列得到自由誘導指數衰減曲線,對曲線進行反演得到T2譜,進而獲得水的不同組態、弛豫時間、相對含量。

CPMG脈沖序列的參數設置為:主頻SF=18 MHz,偏移頻率O1=419819.8 kHz,90°脈沖射頻脈寬P1=13 μs,180°脈沖射頻脈寬 P2=27 μs,信號采樣點數TD=90810,重復采樣等待時間 TW=1000 ms,重復采樣次數NS=32,回波個數 NECH=4000。

1.2.3風味物質的測定參照袁建等人[14]的方法。

1.2.3.1頂空固相微萃取頭的老化首次使用時,300 ℃條件下老化45 min;以后每次使用時先老化30 min,樣品與樣品之間,老化10 min。

1.2.3.2青稞和雞爪谷樣品風味物質的萃取稱取2.00 g樣品于10 mL頂空樣品瓶中,蓋上玻璃塞密封,置于預先設好的70 ℃恒溫水浴鍋中平衡10 min,萃取40 min后于GC/MS進樣口250 ℃解析6 min。

1.2.3.3色譜條件采用RTX-5MS彈性石英毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),柱始溫40 ℃,保持4 min;以4 ℃/min 程序升溫至180 ℃,保持5 min,再以20 ℃/min升溫至280 ℃,保持5 min。載氣:高純氦氣,氦氣流量1 mL/min,柱前壓64 kPa。進樣口溫度250 ℃。不分流方式。溶劑延長時間2 min。質譜條件:接口溫度280 ℃;電離方式EI;離子源溫度230 ℃;電子能量70 eV;質量掃描范圍50～550 amu,采集方式為全掃描模式。

1.2.3.4數據處理統計結果取相似度均大于80的揮發性物質,去除柱流失物質(聚甲基硅氧烷化合物)。定量分析按峰面積歸一化法進行,求得各揮發性成分的相對百分含量。

1.3數據分析

實驗重復3次,取平均值,實驗采用SPSS統計軟件對數據進行分析。

2　結果與討論

2.1青稞與雞爪谷基本營養成分的比較

由表1知,兩種糧食作物的脂肪含量都較低,均低于2%;青稞籽粒中的粗蛋白、β-葡聚糖、膳食纖維含量明顯高于雞爪谷。與其他谷物相比,青稞中粗蛋白、膳食纖維、β-葡聚糖含量明顯高于其它地區的小麥、玉米、高粱、大米等糧食作物[15];粗脂肪含量又比其他谷類作物偏低。雞爪谷中基本營養成分含量與其他谷物相當。

2.2水分狀態的測定

圖1為兩種糧食作物原料的橫向弛豫時間T2的反演圖譜。結果表明,不同品種的糧食作物具有相近的弛豫特征。研究發現 T2弛豫譜的波峰在10 ms左右處有明顯分界,根據相關的文獻報道[16]和糧食水分的弛豫特性,這里將10、100 ms 作為結合水、半結合水、自由水的臨界值。10 ms 之前的信號幅值 A21代表結合水,T2弛豫時間取值范圍為T21(0.01～10 ms),10～100 ms的信號幅值 A22代表半結合水,T2弛豫時間取值范圍為T22(10～100 ms),100～1000 ms的信號幅值 A23代表自由水,T2弛豫時間取值范圍為T23(100～1000 ms)。

圖1　兩種糧食作物的橫向弛豫時間T2反演圖Fig.1　Transverse relaxation time T2 spectrum inversion of two crops

圖1中峰面積對應不同狀態水分的相對含量,青稞和雞爪谷中結合水分別占總峰面積的88.4%和87.7%,是青稞和雞爪谷的主要成分;半結合水與自由水水峰面積較小,分別約為11.6%和12.3%,這些結果表明,青稞和雞爪谷中水分子的存在狀態存在顯著性差異。此外圖1顯示,這兩種雜糧作物有機物與水分結合的強度從整體上趨于減弱。前人研究發現,結合水越低,其生命活力越小[17]。青稞中結合水波峰橫向弛豫時間比雞爪谷晚,但是信號強度大于雞爪谷,說明結合水含量比雞爪谷高,因此也說明了青稞種子生命力更旺盛,除此之外,蛋白質含量比雞爪谷含量高,有一部分原因是結合水與生物大分子如蛋白質結合的更牢固,水分子的存在狀態一定程度上能影響蛋白質、淀粉大分子表面性質、分布狀態以及這些大分子之間的相互作用,進而影響糧食的加工性能。

2.3風味物質的測定與分析

青稞和雞爪谷香氣物質成分檢測的GC-MS總離子流圖分別見圖2和圖3,其香氣物質成分及含量見表2。由表2知,青稞和雞爪谷香氣物質成分分別被檢測出72和70種成分,分別占總揮發性風味成分的87.72%和65.86%。青稞香氣中主要的成分是烴類、醇類和醛類,占檢出揮發性風味組分含量的89.23%;雞爪谷香氣主要組分為醇類(34.81%)、烴類(34.65%)和酮類(9.78%)。有文獻報道,醛類、醇類、酮類對食品風味的形成有很大作用[18]。由表2顯示,青稞中醛類物質比雞爪谷豐富,其中辛醛具有微弱的柑橘味,壬醛具有花香和柑橘味,(E)-2-壬烯醛具有豆腥、黃瓜和木頭的味道,癸醛具有柑橘味、糖果味和蠟味[19],它們對青稞的風味起重要的作用,2-十一烯醛具有甜味和脂肪味[19],賦予雞爪谷特殊的風味;兩種糧食作物中檢測到的多為中鏈醇,1-辛醇具有果味和花香[20-21],對青稞風味的貢獻較大;酮類物質多是由蛋白質降解形成的,具有令人愉悅的堅果味[22],其對雞爪谷的風味有很大的促進作用。兩種作物中共有的成分8種,分別是環己醇、(E)-2-十三烯醇、1-壬醇、柏木腦、反式-2,3-環氧辛烷、2,6,10,15-四甲基十七烷、(+)-α-柏木萜烯、1-十三烯。

圖2　西藏青稞中揮發性成分的總離子流圖Fig.2　GC-MS total ion chromatograms of volatiles in Tibet highland barley sample

圖3　西藏雞爪谷中揮發性成分的總離子流圖Fig.3　GC-MS total ion chromatograms of volatiles in Tibet Jizhuagu sample

西藏青稞中揮發性成分含量最高者為1,2-環氧壬烷(13.68%),其次為反式-2,3-環氧辛烷、6-甲基-1-庚醇(6.02%);雞爪谷中揮發性成分最高含量者為(2E,4E)-2,4-癸二烯醇(6.81%),其次為(E)-3-庚烯-2-醇(5.15%)和反式-2,3-環氧癸烷(4.7%)。實驗結果表明,兩種糧食作物中揮發性成分及含量存在很大的差異。

表2　青稞與雞爪谷中鑒定的揮發性成分和含量Table 2　Identified volatiles and their contents in two kinds cereals samples

續表

3　結論

從基本營養成分上看,西藏青稞和雞爪谷都含有豐富的營養成分,然而其營養,水分子存在狀態及風味存在一定的差異。青稞中還含有豐富的粗蛋白、膳食纖維、β-葡聚糖,含量明顯高于雞爪谷。從水分子存在狀態上看,青稞和雞爪谷主要以結合水狀態存在,而青稞中結合水含量比雞爪谷高。從風味成分上看,青稞揮發性風味組分主要包括烴類、醇類和醛類,雞爪谷揮發性風味組分主要包括醇類、烴類和酮類。青稞比雞爪谷的營養成分更加豐富,結合水含量比例更高,風味物質更加突出,其食用和營養價值更加符合現代人的膳食要求。

本研究對于開發新西藏青稞和雞爪谷產品,引導消費者的合理膳食,促進食品加工的進一步發展有著積極的意義。

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Analysis of nutrition compositions and volatile compounds of two cereals from Tibet

HU Min1,LIN Qin-lu1,LUO Zhang2,SUN Shu-guo1,2,*,ZHANG Su-hong1,WANG Ruo-hui1,TANG Ze-jun1

(1.College of Food Science and Engineering,Central South University of Forestry and Technology,National Engineering Laboratory for Deep Processing of Rice and Byproducts,Changsha 410004,China;2.College of Food Science,Agriculture and Animal Husbandry College of Tibet University,Linzhi 860000,China)

The major nutritional components,the aggregation state of water molecules and composition of volatile compounds were systematically analyzed in two cereals from Tibet by LF-NMR and HS-SPME-GC/MS. The results showed that the protein(24.2%),dietary fiber(15.20%),andβ-glucan(7.61%)contents of Tibet highland barley were significantly higher than that of Tibet jizhuagu,although the fat content(1.01%)of the former was lower than that of the latter. The contents of combined water distribution were 88.4% and 87.7% in Tibet highland barley and jizhuagu,respectively. 72 volatile compounds were identified mainly in barley including hydrocarbons(44.37%),alcohols(18.06%)and aldehydes(14.03%). 70 volatile compounds were identified mainly in jizhuagu including alcohols(34.81%),hydrocarbon(34.65%)and ketones(9.78%). In short,the barley from Tibet had a higher nutritional quality,a higher percentage of combined water and better flavor quality than jizhuagu. This study provided a useful basis for further development and reasonable diet of barley and jizhuagu from Tibet.

barley;jizhuagu;nutritional components;LF-NMR;HS-SPME-GC/MS

2016-01-04

胡敏(1989-)女，碩士研究生，研究方向：糧食油脂與蛋白工程,E-mail:15116109174@163.com。

孫術國(1977-),男，博士，副教授，研究方向：食品生物技術,E-mail:sshuguo@163.com。

國家自然基金(31571874)；2011湖南省協同創新項目。

TS211.7

A

1002-0306(2016)14-0049-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.14.001