青海黑青稞營養及活性成分分析與評價

周 紅 張 杰 張文剛 杜 艷 黨 斌,* 楊希娟,* 郝 靜

(1 青海大學農林科學院/青海省農林科學院，青海省青藏高原農產品加工重點實驗室，青海 西寧 810016；2青海華實科技投資管理有限公司， 青海省青稞資源綜合利用工程技術研究中心，青海 西寧 810016)

青稞(HordeumvulgareL. var. nudum Hook. f.)是青海省高寒山區的主要糧食作物，富含蛋白質，且必需氨基酸種類齊全，β-葡聚糖含量高，脂肪含量低，含有豐富的維生素、無機鹽、酚類物質、甾醇類物質及膳食纖維，具有抗癌、降血脂、降血糖等功效[1]，在藏族同胞的飲食和青海農業生產發展中具有重要的地位[2]。

目前已有學者報道稱青稞的產地[3-5]、顏色[4,6-7]及品種[4,8]均對其營養品質及活性成分有顯著影響，且研究證實有色青稞的營養品質及多酚含量較高，其中黑色青稞的營養及活性成分含量最高，保健作用較強[9-10]。但是有關青海不同品種黑青稞營養及活性成分含量的研究較少，且現有關于黑青稞的營養品質分析大多只關注了基本營養成分的含量差異，鮮有對其礦物質、氨基酸及抗氧化活性成分的系統評價報道，不能全面反映黑青稞的營養價值及功效。

本研究以青海種植的12 個黑青稞品種為試驗原料，測定其營養成分、氨基酸、礦物質含量及活性成分的含量，評價黑青稞的營養特性，篩選優質品種資源，以期為黑青稞資源的開發利用和健康消費提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑青稞品種：黑老鴉、946、947、949、950、Z523、Z526、Z528、Z533、Z536、Z541、Z560，由青海省農林科學院作物育種栽培研究所青稞研究室提供。不同品種黑青稞統一種植于青海省農林科學院同一試驗地(西寧)，2020年3月播種，8月收獲。收獲后，將籽粒清洗晾干，采用6SXZ-252S智能色選機(合肥秦禾光電科技股份有限公司)精選，然后用HK-04A萬能粉碎機(廣州市旭朗機械設備有限公司)將黑青稞種子粉碎，時間約30 s，過60 目篩得青稞全粉。

AMYLOSE/AMYLOPECTIN試劑盒、TOTAL STARCH試劑盒、MIXED-LINKAGE BETA-GLUCAN試劑盒，德國Megazyme公司；沒食子酸、蘆丁標準品，上海源葉生物科技有限公司；福林酚(優級純)，北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設備

Vapodest 50 s全自動凱氏定氮儀、 SOX412 Macro全自動脂肪提取儀、Fibretherm FT12粗纖維測定儀，德國格哈特儀器公司；SX2-4-10箱式電阻爐，沈陽市節能電爐廠；S-433D氨基酸分析儀，德國SYKAM公司；TGL-20M高速冷凍離心機，湖南長沙湘儀離心機儀器有限公司; HH-4數顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司; Retavapor R-215旋轉蒸發儀，瑞士布奇有限公司; N4S紫外可見分光光度計，上海儀電分析儀器有限公司；ETHOS 900微波消解系統，意大利Milestone公司；ZEEnit700P火焰石墨爐原子吸收光譜儀，德國耶拿分析儀器股份公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 主要營養成分測定 參照國標測定灰分[11]、蛋白質[12]、氨基酸[13]、粗脂肪[14]、粗纖維[15]含量；總淀粉含量采用TOTAL STARCH試劑盒測定；直鏈淀粉含量采用 AMYLOSE/AMYLOPECTIN 試劑盒測定；β-葡聚糖含量采用MIXED-LINKAGE BETA-GLUCAN 試劑盒測定；礦物質含量采用原子吸收分光光度法測定[16]。

1.3.2 氨基酸評價 參考朱圣陶等[17]、席亞麗等[18]和徐向英等[19]的方法。

1.3.3 黑青稞酚類物質提取與含量測定 參照楊希娟等[6]的方法提取酚類物質。

游離酚提取：準確稱取1 g黑青稞全粉，加入20 mL體積分數80%的丙酮，室溫條件下500 W超聲提取20 min，3 500 r·min-1冷凍離心20 min，收集上清液，殘渣用同樣方法重復提取2次，合并3次上清液，45℃減壓旋轉蒸干，沉淀物用甲醇定容至10 mL，0.45 μm有機膜過濾，得黑青稞游離態酚類物質提取液，-20℃避光保存。

結合酚提取：向提取過游離酚的殘渣中加入20 mL正己烷，2 000 r·min-1冷凍離心5 min，棄上清液，向沉淀物中加入17 mL 11%的鹽酸-甲醇溶液，70℃水浴1 h。加入20 mL乙酸乙酯萃取3次，2 000 r·min-1冷凍離心5 min，合并乙酸乙酯萃取相，在45℃條件下旋轉蒸發至干，用甲醇定容至10 mL，0.45 μm有機膜過濾，得黑青稞結合態酚類物質提取液，-20℃避光保存。

酚類物質含量的測定采用Folin-Ciocalteu法[20]。在游離酚和結合酚的提取物中測定游離黃酮和結合黃酮。黃酮類物質的測定采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH比色法[6]。

1.3.4 黑青稞花色苷的提取與含量測定 參考楊希娟等[21]的方法進行花色苷提取，黑青稞全粉與1%鹽酸-甲醇溶液按照1∶10(m∶v)的比例在室溫下500 Hz超聲處理30 min，然后離心收集上清液，殘渣用同樣方法提取2次，合并3次上清液，得黑青稞花色苷提取液，-20℃避光保存。

花色苷含量測定參考Lee等[22]的方法并稍作改進。分別吸取2份0.5 mL提取液于試管中，一份加入4.5 mL pH 值1.0的緩沖液(0.2 mol·L-1鹽酸溶液、0.2 mol·L-1氯化鉀溶液)，另一份加入4.5 mL pH 值4.5的緩沖液(1 mol·L-1鹽酸溶液、1 mol·L-1醋酸鈉溶液)，混合均勻避光靜置1.5 h，15 000 r·min-1離心15 min，以蒸餾水調零，取上清液分別于510、700 nm波長處測定其吸光度值，重復3次。

根據公式計算花色苷含量：

c(mg·100 g-1)=(ΔA-ΔA′)×V×n×M/ε×m×100

式中，ΔA為加入pH值為1.0的緩沖液在510和700 nm浸長處的吸光度差值；ΔA′為加入pH值為4.5的緩沖液在510和700 nm浸長處的吸光度差值；V為提取液總體積，mL；n為稀釋倍數；M為矢車菊-3-葡萄糖苷(Centaurea -3-glucoside，Cy-3-Glu)的相對分子質量，449；ε為Cy-3-Glu的消光系數，26 900；m為樣品質量，g。

1.4 統計分析

采用Origin 9.0和SPSS 19.0軟件進行數據處理和作圖，顯著性差異采用LSD多重比較法，相關性分析采用Pearson雙側檢驗法。因子分析采用主成分分析法[23]；聚類分析采用 K-均值聚類[24]，樣本之間距離采用歐式平方距離，得出聚類樹。

2 結果與分析

2.1 不同品種黑青稞基本營養成分分析

由表1可知，不同品種黑青稞營養成分含量間存在一定差異，其中β-葡聚糖、灰分、粗纖維含量在不同品種黑青稞間差異較大，變異系數分別達20.11%、39.64%、15.68%；蛋白質、總淀粉、直鏈淀粉和粗脂肪含量品種間差異相對較小，變異系數分別為4.31%、7.19%、9.51%、10.26%。

黑青稞β-葡聚糖平均含量為5.29%，變幅為3.91%～7.50%， Z560含量最高；黑青稞蛋白質平均含量為13.32%，變幅為12.19%～14.07%，Z523含量最高；黑青稞總淀粉平均含量為59.02%，變幅為52.81%～63.37%；黑青稞直鏈淀粉的平均含量為22.50%，Z528含量最高；黑青稞粗脂肪平均含量為1.81%，變幅為1.58%～2.11%，Z526和Z560含量高于2.0%，其余均較低；黑青稞粗纖維平均含量為2.70%，變幅為2.13%～3.64%，Z533含量最高；黑青稞灰分平均含量為0.64%，其中黑老鴉、946、947、949、Z533和Z541間差異不顯著(P>0.05)，Z523、Z526、Z528、Z536和Z560間差異不顯著(P>0.05)。說明黑青稞的品種和基因型是影響其營養成分含量差異的主要因素，加工過程中應根據其不同品種的營養成分特點進行針對性的開發利用。

2.2 不同品種黑青稞必需氨基酸組成及評價分析

由表2可知，不同品種黑青稞的必需氨基酸含量差異較大，變異系數均在15%以上。總必需氨基酸含量平均值為319.90 mg·g-1，低于雞蛋蛋白，接近WHO/FAO推薦值(360 mg·g-1)，其中Z526(387.37 mg·g-1)、Z533(362.95 mg·g-1)和Z523(360.84 mg·g-1)黑青稞的必需氨基酸總量高于WHO/FAO推薦值(360 mg·g-1)，說明以上黑青稞品種的蛋白質營養價值較高。通過比較黑青稞蛋白質中必需氨基酸的氨基酸比值系數以及參考WHO/FAO的推薦值可知，參試黑青稞的第一限制性氨基酸為賴氨酸，第二限制性氨基酸為甲硫氨酸和胱氨酸，第三限制性氨基酸為蘇氨酸。

表2 黑青稞蛋白質的必需氨基酸組成與比較

以氨基酸評分、化學評分、必需氨基酸指數、生物價和營養指數作為指標，對黑青稞必需氨基酸進行評價(表3)，結果表明，黑青稞Z526、Z533的氨基酸評分大于100分，化學評分接近100分，說明其營養價值較高。必需氨基酸指數、生物價、營養指數和氨基酸比值系數最高值均是Z526，可見黑青稞Z526的必需氨基酸營養價值高，易消化利用，且氨基酸組成與人體氨基酸模式及WHO/FAO推薦的氨基酸模式最為一致，可考慮作為嬰幼兒或老年食品開發的原料。

表3 不同品種黑青稞必需氨基酸評價

2.3 不同品種黑青稞礦物質含量分析

由表4可知，黑青稞礦物質含量豐富，部分品種黑青稞的礦物質含量差異顯著(P<0.05)。黑青稞中礦物質平均含量從高到低依次排序為：K>Mg>Ca>Na>Fe>Zn>Mn>Cu，其中含量最豐富的K平均含量為581.42 mg·100g-1， Mg元素平均含量為171.90 mg·100g-1，Ca平均含量為90.28 mg·100g-1，Fe平均含量為16.79 mg·100g-1；Na、Zn、Mn、Cu的平均含量分別為17.33、5.69、2.64、0.90 mg·100g-1。 因此，黑青稞可作為K、Ca、Mg、Fe、Zn等礦物質的補充來源。949黑青稞的K、Mg含量高，Z536含有較高的鐵，Z541含有較高的Ca、Na、Zn，Z523含有較高的Mn、Cu。此結果可為從黑青稞中攝取不同需求礦物質提供選擇依據。

表4 不同品種黑青稞礦物質含量

2.4 不同品種黑青稞酚類物質含量分析

由圖1、2可知，部分品種黑青稞的總酚、游離酚、結合酚、總黃酮、游離黃酮、結合黃酮含量均具有顯著差異(P<0.05)。黑青稞中游離酚、結合酚含量占總酚的百分比平均值分別為48.19%和51.81%，游離黃酮、結合黃酮占總黃酮的百分比平均值分別為 51.30%和48.70%，說明黑青稞酚酸和黃酮均是以游離態和結合態接近等比例共存。參試12種黑青稞總酚和總黃酮含量范圍在405.37～512.98 mg·100g-1和38.22～53.73 mg·100g-1之間， 947是總酚和總黃酮含量最高的黑青稞品種，分別為512.98和53.73 mg·100g-1。

注：不同小寫字母表示不同品種黑青稞差異顯著(P<0.05)。下同。

不同品種黑青稞間花色苷含量也具有一定的差異(圖3)。黑青稞花色苷含量范圍介于7.36～21.74 mg·100g-1之間，其中黑老鴉、946、947、949黑青稞間花色苷含量無顯著差異，但與其他品種差異顯著(P<0.05)。Z536黑青稞花色苷含量最高，為21.74 mg·100g-1，950含量最低，為7.36 mg·100g-1。此結果可為富含多酚黑青稞產品的開發提供理論依據。

圖2 不同品種黑青稞黃酮含量

圖3 不同品種黑青稞花色苷含量

2.5 不同品種黑青稞基本營養成分的主成分分析

由表5可知，提取的3個主成分(PC1、PC2、PC3)特征值均大于1，累計方差貢獻率為78.157%，說明3個主成分反映了原始變量的絕大部分信息[25]。因此，以3個主成分代替原指標評價不同種黑青稞的內在品質，由初始的指標降為3個主成分，達到了降維的目的。

表5 主成分的特征量、特征值、貢獻率和累計貢獻率

在PC1中，總氨基酸、β-葡聚糖、總黃酮、粗脂肪特征向量較大，構成PC1方差變異的主要因素，PC1較大時，說明黑青稞中總氨基酸、β-葡聚糖、總黃酮、粗脂肪含量較高；在PC2中，Cu、Fe和K的特征向量較大，構成PC2方差變異主要因素，PC2較大時，說明黑青稞中Cu、Fe和K含量較高；在PC3中，Mg、粗纖維、灰分的特征向量較大，構成PC3方差變異主要因素，PC3較大時，說明黑青稞中Mg、粗纖維、灰分含量較高。

利用SPSS 25軟件得到各主成分因子得分情況(表6)。根據得分情況對其進行排序，能夠較為直觀地揭示不同品種黑青稞籽粒品質的優劣情況。由表6可知，以第1主成分排序，黑青稞品種950品質較好；以第2主成分排序，黑青稞品種Z533品質較好；以第3主成分排序，黑青稞品種Z536品質較好，由于各主成分的方差貢獻率不同，所以對其評價時，以各個主成分的貢獻率為權重，由主成分得分和對應的權重相乘求和構建綜合評價函數：F=41.523F1+21.117F2+15.516F3，

式中，F為每種不同黑青稞的綜合評價得分，根據綜合評價模型，計算出不同黑青稞的綜合得分和排序結果(表6)，綜合得分排在前3位的黑青稞品種依次是950、Z536、Z533。

表6 不同品種黑青稞主成分得分及排名

2.6 不同品種黑青稞基本營養聚類分析

為進一步探索不同黑青稞品種間營養成分的差異性，采用組間聯結法對不同黑青稞品種營養成分進行聚類分析(圖4)。在歐式平方距離為15處，將12種不同品種黑青稞分為4大類。第1類包括946、Z541、947、Z523，是蛋白質、多酚、黃酮、β-葡聚糖含量較高，粗脂肪含量較低的類別，可用于高活性成分、高蛋白青稞資源的篩選；第2類包括Z536，是花色苷、氨基酸含量較高，蛋白含量較低的類別，可用于高花色苷、氨基酸青稞資源的篩選；第3類包括949、Z533、950，是淀粉、粗纖維含量較高，蛋白質、粗脂肪含量較低的類別，可用于高淀粉、粗纖維青稞資源的篩選；第4類包括黑老鴉、Z528、Z526、Z560，是淀粉含量較高，蛋白質、粗纖維含量較低的類別，可用于高淀粉青稞資源的篩選。不同品種黑青稞的營養成分含量存在一定的差異，可根據不同類別差異在黑青稞營養成分、礦物質含量、活性成分的加工利用過程中進行分類優化及篩選，以提高黑青稞的加工性能及產品品質。

圖4 不同品種黑青稞基本營養聚類分析

3 討論

研究表明有色谷物的營養成分含量高低與其種皮顏色深淺成正相關[26]，有色大麥營養保健成分普遍高于普通大麥[27]。本研究參試黑青稞蛋白質平均含量(13.32%)高于已報道的青稞蛋白含量(10.55%～11.82%)[4,7]和小麥蛋白含量(12.25%)[28]；直鏈淀粉平均含量(22.50%)高于已報道的不同地區青稞直鏈淀粉的平均含量(20.80%)[4]和燕麥的含量(13.03%)[29]；β-葡聚糖平均含量(5.29%)高于不同品種青稞(3.88%～4.63%)[4,8]和燕麥(4.63%)[21]的含量；粗纖維含量高于小麥、玉米、高粱、大米等作物[30]，粗脂肪、灰分含量低于侯殿志等[8]的報道。由此可見，黑青稞具有高β-葡聚糖、高蛋白質、高纖維、高直鏈淀粉和低脂肪的特點。此外，本研究中黑青稞的K、Mg、Ca、Fe、Na含量較高，與梁寒峭等[31]報道的青海囊謙黑青稞的結果相一致，但高于青稞不同研磨層粉體中礦物質含量[32]，青稞營養成分含量的異同與青稞品種及其產地的不同有關。其中Z533黑青稞具有高纖維和低脂肪特點，Z528具有高直鏈淀粉含量，這兩個品種可考慮作為糖尿病患者食品的開發。949黑青稞的K、Mg含量高，Z536的Fe含量高，Z541的Ca、Zn含量高，其可作為強化礦物質元素的嬰幼兒和孕婦的輔食開發原料。

酚類化合物是大麥中主要的生物活性成分[33]。青稞作為一種裸大麥，酚類物質也是評價其品種品質的重要指標之一。現有研究已經證實了大米[34]、大麥[35]、青稞[6]的顏色及產地與其所含酚類物質種類及含量相關，且深色谷物的總酚含量較高。本研究參試黑色青稞的多酚和黃酮均以游離態和結合態接近等比例共存，不同于蕎麥中多酚主要游離形式存在[36]，也不同于其他谷物中多酚主要以結合形式存在[37]，這可能是由作物種類不同所致。然而與Yang等[38]報道的藍粒青稞中多酚的存在形式結果一致。本研究發現，黑青稞947的總酚和總黃酮含量均較高，且其含有較高的淀粉含量，可作為青稞富含多酚的健康發酵酒的加工原料。Z536青稞具有高含量的結合酚和結合黃酮，因此可采取發酵或加熱膨化等加工方式釋放其結合酚與黃酮，將其作為開發富含花色苷和多酚的抗氧化液體食品及膨化休閑食品的原料選擇。由此可知，不同品種的黑青稞具有不同的營養特性，在開展黑青稞加工及綜合利用中可根據產品要求對黑青稞進行有針對性的選擇和特定的深加工。

4 結論

本研究系統分析了青海種植黑青稞的營養及化學成分，部分品種黑青稞中營養及活性成分含量間存在顯著性差異，也證明了黑青稞具有高蛋白質、高纖維、高直鏈淀粉、高β-葡聚糖和低脂肪的特點，可作為健康食品原料應用；此外，黑青稞還具有較高的礦物質含量；黑青稞的限制性氨基酸與普通青稞一致，第一限制性氨基酸為賴氨酸，第二限制性氨基酸為甲硫氨酸和胱氨酸，第三限制性氨基酸為蘇氨酸；參試黑青稞中的多酚、黃酮及花色苷含量具有一定的差異，其中947的總酚和總黃酮含量最高，Z536的花色苷含量最高；黑青稞950、Z536、Z533的綜合品質較優，聚類分析將12種黑青稞分為四大類。本試驗僅以青海黑青稞為原料，今后的研究還應擴大黑青稞品種的數量和范圍，重點開展不同產地、不同品種黑青稞的營養品質評價，挖掘其特征性成分，建立黑青稞的品質評價標準。