不同碾減率青稞麩皮成分及功能性檢測與分析

張 鑫，周文菊，杜 艷,，涂兆鑫，梁 鋒,，馬桂連，李 娟,

（1.江南大學 糧食發酵與食品生物制造國家工程研究中心，江蘇 無錫 214122；2.江蘇省生物活性制品加工工程技術研究中心，江蘇 無錫 214122；3.青海天佑德科技投資管理集團有限公司，青海 西寧 810016；4.青海華實青稞生物科技開發有限公司，青海 西寧 810016）

青稞（Hordeum vulgarL.var.nudumHook.F.）是禾本科大麥屬的谷物，主要分布于青藏高原地區，是藏族人民的主要農作物。青稞具有較高的營養價值，富含β-葡聚糖、膳食纖維和多酚等多種功效成分[1-2]。長期食用，對預防高血壓、高血糖、高血脂等具有一定的功效[3-6]。近年來，青稞因其獨特的營養價值和醫藥保健功能深受大眾消費者的喜愛。然而，青稞籽粒硬度大、加工性能差，需去除青稞麩皮再進行加工利用[7]。青稞麩皮感官品質差、口感粗糙，常被用作飼料或直接廢棄，造成了青稞資源極大的浪費和環境的污染[8]。

研究表明，青稞麩皮具有豐富的膳食纖維、蛋白質、β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、礦物質、維生素和酚類物質[8-10]。近年來，青稞麩皮的研究集中于功能性成分的提取方面，如阿拉伯木聚糖[11]、膳食纖維[12]和酚類物質[13]。為改善青稞麩皮的加工利用度，趙萌萌等[14]研究了超微粉碎對青稞麩皮微觀結構和功能特性的影響，結果發現青稞麩皮經超微粉碎后，青稞麩皮粉的熱穩定性、膨脹力、堆積密度和振實密度均降低，水溶性和膽酸鹽吸附量提高，表明超微粉碎能改善青稞麩皮的性能。與此同時，趙萌萌等[14]也對超微粉碎后青稞麩皮中多酚、體外抗氧化活性和淀粉消化酶抑制活性進行了研究。此外，向卓亞等[15]對青稞麩皮的基本營養成分和提取物抗氧化活性進行了研究。然而，青稞麩皮由種皮、糊粉層、胚和胚乳組成，不同部位的麩皮具有不同的營養價值[16]，關于青稞麩皮精準利用方面的研究鮮少有報道。因此，本實驗以黃青稞為主要研究對象，采用分層碾磨方式對青稞籽粒的麩皮部位進行碾磨，并通過色澤、蛋白質、β-葡聚糖、多酚分布及烷基自由基等指標對青稞不同部位麩皮粉的營養物質和活性成分分布進行評價，以期為優化青稞麩皮的加工利用率以及保健功能性產品的開發和研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃青稞（昆侖14號）青海天佑德科技投資管理集團有限公司。

沒食子酸（gallic acid，GA；純度＞98%）、原花青素（procyanidine，PC；純度＞95%）麥克林生化科技有限公司；蘆丁（rutin，RU；純度＞95%）國藥集團化學試劑有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、2,2’-聯氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2,2’-azinobis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate)，ABTS）均為分析純。

1.2 儀器與設備

KMSN-MNMD65-B高性能砂帶碾米機 衢州市庫米賽諾糧食機械制造有限公司；K9840凱氏定氮儀海能未來技術集團股份有限公司；UV-3200紫外分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；UltraScan Pro1166高精度分光測色儀 美國Hunter Lab公司；EMXplus-10/12電子自旋共振波譜儀 德國布魯克科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 青稞麩皮粉的制備

將風選處理后的青稞籽粒放入砂帶碾米機，采用循環往復進料方式，利用砂帶打磨將籽粒從最外層到最內層逐層碾磨，每循環進料一次，均需調整碾磨電流（參數見表1），并從碾米機的吸糠裝置出口收集每批打磨下來的麩皮粉，循環往復進料18 次，即得1～18 道不同碾減率的青稞麩皮粉，分別命名為HB-1～HB-18。

表1 不同碾減率青稞麩皮粉碾磨參數Table 1 Milling parameters for highland barley bran powder with different milling rates

1.3.2 青稞麩皮粉的色澤測定

將青稞不同皮層粉置于自封袋中，用色差儀測定青稞不同皮層的顏色。測量數據包括L、a、b，其中，L值表示明度，L＝0時為黑，L＝100時為白；a和b表示色度，a值為正時表示紅色，值增大則紅色增加，為負表示綠色，絕對值增加則綠色增加；b值為正時表示黃色，值增大則黃色增加，為負表示藍色，絕對值增大則藍色增加。

1.3.3 青稞蛋白質的提取與測定

準確稱取不同碾減率青稞麩皮粉1.0 g，加入20 mL去離子水，混勻，調節pH值至11，40 ℃水浴攪拌提取1 h，離心（4000 r/min，10 min），收集上清液，殘渣重復上述步驟一遍，合并2 次上清液，即為青稞總蛋白提取液。

根據溶解度的不同，分別提取不同碾減率青稞麩皮粉中4 種蛋白質[17]。準確稱取不同碾減率青稞麩皮粉1.0 g，加入20 mL去離子水，混勻，40 ℃水浴攪拌提取1 h，離心（4000 r/min，10 min），收集上清液，殘渣重復上述步驟一遍，殘渣備用，合并2 次上清液，即為青稞清蛋白提取液。殘渣按清蛋白提取方式，依次使用2% NaCl溶液、70%乙醇溶液和0.5% NaOH溶液分別提取青稞球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。分別吸取青稞總蛋白、清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白提取液各10 mL，根據GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》中凱氏定氮法測定各蛋白含量。

1.3.4β-葡聚糖測定

采用Megazyme公司生產的β-葡聚糖試劑盒（K-BGLU02/17）測定。

1.3.5 酚類物質測定

參照張杰等[18]方法并作適當修改，提取不同碾減率青稞麩皮粉中游離酚、結合酚。準確稱取不同碾減率青稞麩皮粉1.0 g，加入20 mL石油醚（60～90 ℃），搖勻，在室溫下振蕩1 h。離心（4000 r/min，10 min），棄去上清液，即得脫脂青稞麩皮粉。在已脫脂的青稞麩皮粉中準確加入20 mL 80%丙酮溶液，混勻，室溫下超聲提取30 min，離心（4000 r/min，10 min），收集上清液，殘渣用同樣方法提取2 次后備用，合并3 次上清液，45 ℃減壓濃縮，殘渣用甲醇溶解并定容至10 mL，得游離酚類物質提取液。在已提完游離酚的殘渣中準確加入20 mL 10%硫酸溶液，室溫下磁力攪拌1 h，離心（4000 r/min，10 min），收集上清液。上清液用20 mL乙酸乙酯萃取3 次，離心（4000 r/min，10 min），合并乙酸乙酯液，45 ℃減壓濃縮，殘余物用甲醇溶解并定容至10 mL，得結合態酚類物質提取液。

多酚測定：吸取樣品提取液125 μL，加入500 μL蒸餾水和125 μL福林-酚，搖勻，室溫反應6 min，加入1.25 mL 7% Na2CO3溶液，再加入1 mL蒸餾水，室溫下避光放置1.5 h后，在波長765 nm處測定吸光度。以GA為標準品制備標準曲線并計算多酚含量，結果以mg/100 g表示。

黃酮測定：吸取100 μL樣品提取液，加入試劑200 μL 5% NaNO2溶液，搖勻，室溫放置6 min后加入200 μL 10% Al(NO3)3，搖勻，室溫放置6 min后再加入2 mL 4% NaOH溶液，并用去離子水定容至5 mL，室溫避光放置15 min后，在波長510 nm處測定吸光度。以RU為標準品繪制標準曲線并計算黃酮含量，結果以mg/100 g表示。

縮合單寧測定：吸取樣品提取液1 m L，加入200 μL 2%硫酸亞鐵銨溶液，再加入6 mL正丁醇-鹽酸（95∶5，V/V）溶液，搖勻，微沸水浴中加熱反應40 min，取出，于冷水中迅速冷卻，溶液顯紅色，在546 nm波長處測定吸光度。以PC為標準品繪制標準曲線并計算縮合單寧含量，結果以mg/100 g表示。

1.3.6 抗氧化性測定

1.3.6.1 DPPH自由基清除能力

將酚類物質提取液稀釋10 倍，吸取稀釋樣品溶液100 μL于96 孔板中，加入100 μL 4 mg/mL DPPH自由基溶液，同時以無水乙醇代替DPPH自由基工作液與樣品混合作為空白組，以無水乙醇和DPPH自由基工作液混合作為對照組，避光反應30 min后，測定517 nm波長處的吸光度，并按式（1）計算DPPH自由基清除率：

1.3.6.2 ABTS陽離子自由基清除能力

將酚類物質提取液稀釋10 倍，吸取稀釋樣品溶液30 μL于96 孔板中，加入270 μL ABTS陽離子自由基工作液（8 mmol/L ABTS溶液與19.6 mmol/L過硫酸鉀溶液以7∶1體積混合，室溫下避光靜置12～16 h后，以水稀釋至734 nm波長處吸光度達到0.70±0.02，即為ABTS陽離子自由基工作液），同時以30 μL水代替樣品溶液與ABTS陽離子自由基工作液混合作為空白組，避光反應6 min后，測定734 nm波長處吸光度，并按式（2）計算ABTS陽離子自由基清除率：

1.3.6.3 鐵離子還原抗氧化能力（ferric reducing antioxidant power，FRAP）

將酚類物質提取液稀釋10 倍，取稀釋后樣品36 μL于96 孔板中，加入270 μL FRAP工作液（每1 L FRAP工作液含3.1 g無水乙酸鈉、16 mL乙酸、0.31 mg二硫蘇代糖醇、2 mL 2 mol/L HCl和0.54 g FeCl3·6H2O），37 ℃恒溫避光反應8 min后，測定593 nm波長處吸光度。同時用FeSO4標準溶液替代樣品進行標準曲線的繪制。

1.3.7 烷基自由基強度的測定[19]

精確稱取不同碾減率青稞麩皮粉50.0 mg裝填于核磁管中，并使用電子自旋共振波譜儀進行R信號強度的測定。測定條件：中心磁場3355 G，g因子2.0000，掃場寬度100 G，掃描時間20 s，微波功率20 mW。烷基自由基強度以磁場強度3355 G處的峰高與樣品（干基）質量的比值表示。

1.4 數據分析

2 結果與分析

2.1 色澤測定結果

由表2可知，不同碾減率青稞麩皮粉的顏色存在顯著差異（P＜0.05）。隨著碾減率的增加（HB-1～HB-18），青稞麩皮粉的L值顯著增大（P＜0.05），從74.03±0.02增加到94.83±0.05，亮度增加；a值由3.88±0.05向綠色方向偏移，減少至0.88±0.02，b值由15.64±0.18向藍色方向偏移，減少至5.55±0.09，表明青稞麩皮粉的色澤由外向內逐漸變淺。青稞中花青素和淀粉含量是影響青稞粉色澤的重要因素，花青素和淀粉的多少可決定青稞粉的色澤[20]。青稞籽粒中大部分花青素集中在種皮[21]，隨著碾減率的增加，麩皮粉中花青素含量逐漸遞減，青稞麩皮粉色澤變淺。淀粉含量隨碾減率的增加而增加，麩皮粉的白度增加。此外，青稞麩皮粉的色澤也受青稞籽粒的硬度、蛋白質含量分布的影響[21]。

表2 不同碾減率青稞麩皮粉的色澤參數Table 2 Color parameters of highland barley bran powder with different milling rates

2.2 蛋白質含量測定結果

由圖1 可知，隨碾減率的增加，青稞麩皮粉中總蛋白、清蛋白、球蛋白和谷蛋白含量呈先增加后降低趨勢，在HB-13或HB-14（碾減率分別為17.74%和19.22%）中含量達到最高值，質量分數分別為（19.47±0.76）%、（6.84±0.02）%、（3.01±0.00）%和（7.36±0.15）%；醇溶蛋白含量隨碾減率的增加呈逐漸增加趨勢，在HB-18中達到最高，質量分數為（2.88±0.10）%，表明不同種類蛋白質在青稞麩皮粉分布極不均勻，內麩皮中蛋白質含量明顯高于外麩皮。研究報道，青稞中清蛋白和球蛋白主要位于糊粉層和胚中，隨碾減率的增加，青稞麩皮逐漸靠近糊粉層，清蛋白和球蛋白的含量也逐漸增加，至HB-13和HB-14時達到最大值，表明HB-13和HB-14可能歸屬于糊粉層或胚；當碾減率繼續增加，麩皮開始接近胚乳，清蛋白和球蛋白含量逐漸下降。醇溶蛋白主要分布于胚乳中，是青稞胚乳的主要貯存蛋白，醇溶蛋白含量在HB-18（碾減率為25.99%）中達到最大值，且在HB-14～HB-18中醇溶蛋白含量無顯著差異（P＞0.05），表明HB-14～HB-18的麩皮可能屬于青稞胚乳部位。青稞中蛋白質主要分布于籽粒糊粉層及糊粉層與胚乳交接區域，細胞壁及胚乳中也有分布[22]，總蛋白含量在HB-13開始下降，表明HB-14可能處于糊粉層和胚乳的分界處，這與醇溶蛋白結果一致。

圖1 不同碾減率青稞麩皮粉的蛋白質含量Fig.1 Protein contents of highland barley bran powder with different milling rates

2.3 β-葡聚糖含量測定結果

青稞β-葡聚糖是一種由β-D-吡喃葡萄糖通過β-(1,3)和β-(1,4)糖苷鍵連接形成的一種高分子水溶性線性非淀粉多糖[23]，具有降低膽固醇、高血壓、高血糖等功能，并且能刺激免疫系統，增強免疫能力[24-25]。如圖2所示，青稞麩皮粉中β-葡聚糖含量隨碾減率的增加呈顯著增加趨勢，在HB-18中達到最高，質量分數為4.54%。研究發現，青稞β-葡聚糖主要分布于青稞糊粉層和胚乳的細胞壁中[13,26]。隨碾減率從1.54%增加到17.74%（HB-1～HB-13），青稞麩皮逐漸靠近糊粉層，β-葡聚糖的含量逐漸增加；當碾減率從17.74%增加到25.99%（HB-14～HB-18），β-葡聚糖含量持續增加，這是因為β-葡聚糖只占糊粉層細胞壁多糖干質量的25%，占胚乳細胞壁多糖的75%。

圖2 不同碾減率青稞麩皮粉的β-葡聚糖含量Fig.2 β-Glucan contents of highland barley bran powder with different milling rates

2.4 酚類物質含量測定結果

由圖3可知，隨碾減率的增加，青稞麩皮粉中游離多酚、結合多酚、總多酚、游離黃酮、結合黃酮和總黃酮含量均呈先增加后降低趨勢，均在HB-6（碾減率為9.7%）中含量最高，分別為（694.67±2.76）、（1132.12±14.69）、（1826.79±17.46）、（393.77±5.23）、（326.55±6.55）、（719±11.78）mg/100 g，表明酚類物質在青稞中不均勻分布，且主要分布在HB-4～HB-7麩皮中。研究表明，青稞多酚集中于種皮，證明HB-4～HB-7麩皮可能屬于青稞的種皮[27]。總多酚和總黃酮含量顯著高于其他青稞研究[28-29]，這是因為酚類化合物主要存在于青稞麩皮中，含量遠超青稞全谷物[15]。HB-1～HB-18麩皮中總多酚含量均高于總黃酮含量，這表明麩皮中的酚類物質主要為多酚。此外，青稞麩皮中游離多酚的含量顯著低于結合多酚含量，游離黃酮含量略高于結合黃酮含量，表明黃青稞（昆侖14號）中酚類物質主要以結合態形式存在。其他研究也發現了類似的結果[29-33]。青稞麩皮粉中縮合單寧含量也隨碾減率的增加呈先增加后降低趨勢，在HB-7中含量最高，為（1016.77±4.99）mg/100 g，與多酚和黃酮的分布類似。

圖3 不同碾減率青稞麩皮粉的游離多酚、結合多酚、游離黃酮、結合黃酮和縮合單寧含量Fig.3 Contents of free and bound polyphenols,free and bound flavonoids and condensed tannins in highland barley bran powder with different milling rates

2.5 酚類物質抗氧化性

游離酚類提取物和結合酚類提取物的抗氧化活性的半抑制濃度（the half maximal inhibitory concentration，IC50）值如表3所示。IC50值越低表示自由基清除能力越強。對于游離酚類提取物，HB-1麩皮對DPPH自由基清除率的IC50值為21.30 μg/mL，且隨著碾減率的增加逐漸降低，表明內部麩皮游離酚類的抗氧化能力增強，這可能是由于處在青稞籽粒外部的酚類物質易與空氣接觸發生氧化，降低抗氧化性，游離酚類提取物對ABTS陽離子自由基清除率IC50值的趨勢與DPPH自由基類似；對于結合酚類提取物，HB-1麩皮對DPPH自由基清除率的IC50值為1.73 μg/mL，隨著碾減率的增加而增加，表明內部麩皮的結合酚類抗氧化能力降低；結合酚類提取物對ABTS陽離子自由基清除率IC50值的趨勢與DPPH自由基類似，但其IC50值高于DPPH自由基清除率的IC50值，這可能是由于這兩種方法所針對的活性物質和抗氧化機理不同[28]，這與趙萌萌等[16]的研究結果一致。

表3 游離酚類和結合酚類的抗氧化活性（IC50值）Table 3 Free radical scavenging capacity of free phenols and bound phenols from highland barley bran powder with different milling rates μg/mL

進一步比較相同體積下游離酚類提取物和結合酚類提取物的總抗氧化能力。由圖4可知，結合酚類物質提取物的FRAP大于游離酚類物質提取物，是游離酚類提取物的1.18～2.21 倍；FRAP隨碾減率的增加呈先增加后降低趨勢，在HB-6麩皮中達到最大值，結合酚類的FRAP值是游離酚類的1.54 倍；這是由于酚類物質主要集中在HB-6麩皮中。這與Yang Xijuan等[33]研究結果一致。

2.6 烷基自由基強度測定結果

自由基是自動氧化的重要中間體，有研究表明，食物氧化速率與自由基含量呈顯著正相關[34]。電子自旋共振波譜儀是一種快速且普遍檢測農產品中穩定自由基強度的方法。如圖5所示，HB-1麩皮的自由基強度最高，為21.62±0.08。隨碾減率的增加，自由基強度逐漸下降，HB-18麩皮中達到最低，為6.30±0.54。HB-1～HB-3（碾減率為1.54%～5.84%）麩皮的烷基自由基顯著高于HB-4～HB-18（碾減率為7.64%～25.99%）麩皮。自由基強度從外到內依次降低的原因可能是處于外部的麩皮與外界的光、熱、氧氣等接觸較多，使得外部麩皮中淀粉受熱，脂質、蛋白和多酚發生氧化等反應，從而產生較多的自由基[35-36]。處于內部的麩皮由于外部麩皮的保護而阻隔了外界環境因素對其的影響，自由基的產生逐漸變少。自由基強度從HB-3（19.09±1.00）到HB-4（10.22±0.40）幾乎減少了50%，可能是因為前3道麩皮有效地隔絕了外界環境對青稞籽粒的影響；前期麩皮的色澤分析中，HB-3和HB-4的明度值L*差值明顯大于其他相鄰兩道麩皮間明度的差值，這也反映了自HB-4麩皮開始，青稞籽粒受到外界影響較小，HB-1～HB-3可能為青稞的外種皮；HB-4～HB-7麩皮中的自由基強度沒有明顯差異，與HB-8麩皮有顯著差異，表明HB-4～HB-7麩皮可能是青稞的外種皮，這與酚類物質分析中HB-4～HB-7麩皮為青稞種皮這一結論相符。

圖5 不同碾減率青稞麩皮粉的烷基自由基強度Fig.5 Alkyl radical intensity of highland barley bran powder with different milling rates

3 結論

利用分層碾磨方式對青稞籽粒的麩皮進行精確分離，其中不同部位麩皮粉中的營養物質和功能性質差異顯著。HB-1～HB-3麩皮為青稞的外種皮，烷基自由基強度較高，且色澤較暗；HB-4～HB-7麩皮為青稞內種皮，多酚含量高，且抗氧化能力最強，適用于當作多酚補充劑或抗氧化劑；HB-8～HB-13麩皮為青稞糊粉層，蛋白含量最高，富含營養；HB-14～HB-18麩皮為青稞胚乳，β-葡聚糖含量最高和醇溶蛋白含量最高，可作為β-葡聚糖添加劑。該研究對青稞麩皮后期的綜合加工利用具有重要的指導價值。