甜荞麦与苦荞麦的营养及功能活性成分对比分析

王世霞,刘 珊,李笑蕊,刘三才,幺 杨,任贵兴,贠婷婷,綦文涛,*

(1.国家粮食局科学研究院,北京 100037;2.天津科技大学食品学院,天津 300222;3.中国农业科学院作物科学研究所,北京 100081)

甜荞麦与苦荞麦的营养及功能活性成分对比分析

王世霞1,2,刘 珊1,李笑蕊1,2,刘三才3,幺 杨3,任贵兴3,贠婷婷1,綦文涛1,*

(1.国家粮食局科学研究院,北京 100037;2.天津科技大学食品学院,天津 300222;3.中国农业科学院作物科学研究所,北京 100081)

目的:对比研究甜荞和苦荞籽粒部分营养组分及功能活性成分的差异。方法:以7种苦荞和6种甜荞籽粒为原料,分别测定其中基本组分水分和灰分;营养组分氨基酸、脂肪酸、淀粉、蛋白质以及功能组分黄酮、多酚和芦丁的含量。结果:甜荞中的水分含量要显著高于苦荞(p<0.05),而灰分含量则低于苦荞。甜荞和苦荞淀粉、脂肪酸和蛋白质的含量和分布丰富,但两者无显著性差异(p>0.05)。苦荞总黄酮和多酚含量分别是125.33 mg/g和107.24 mg/g,分别是甜荞的15.23倍和2.68倍。苦荞还含有丰富的芦丁、槲皮素、异槲皮素和山奈酚等功能活性物质。甜荞中的低聚糖含量,包括水苏糖和棉籽糖均显著高于苦荞(p<0.05)。结论:甜荞和苦荞的氨基酸、脂肪酸、淀粉等营养组分含量均无显著性差异。但功能性组分黄酮、多酚和功能性低聚糖等含量方面,两者存在显著性差异。

甜荞麦,苦荞麦,营养组分,功能活性成分,对比分析

荞麦属于蓼科(Polygonaceae)双子叶植物,是一种药食两用作物,原产于亚洲,主要分为苦荞(也叫鞑靼荞麦)和甜荞(普通荞麦)两大类[1]。中国是荞麦生产大国,荞麦的分布极其广泛,其中甜荞主要分布在内蒙古、甘肃、山西等省区,苦荞主要分布在西南地区的云南、四川、贵州等省,尤其是四川省的凉山州是中国苦荞麦分布最集中,种植面积最大的产区[2]。

甜荞和苦荞在形态特征上有明显的区别。甜荞果实较大,三棱形棱角明显,表面与边缘平滑光亮;苦荞果实较小,三棱形不明显,表面粗糙、无光泽,棱成波纹状,中央有深的凹线[3]。无论是甜荞还是苦荞,果实还是茎、叶、花的营养价值都很高。蛋白质、脂肪、功能活性物质含量普遍高于大米、小麦和玉米[4]。较高含量的功能活性成分使荞麦在抗癌、疏通血管、降血压降血脂、改善血糖水平、提高免疫力等方面都具有潜在的健康功效[5]。目前,已有苦荞的籽粒被加工成保健产品、功能性饮料以及医药制品生物类黄酮胶囊等。甜荞相关的各种各样的风味小吃自食也出现在人们日常生活当中[3]。

上述分析表明,甜荞和苦荞除了外观形态有区别外,加工和消费方式也存在不同,这与甜荞和苦荞在口味、营养及健康功效等方面的不同是相关的。基于此,本研究选取我国代表性甜荞和苦荞品种,对其基本营养组分、功能活性成分和特征营养因子等进行了检测分析,并比较了两者在营养价值和健康功效方面的差异性,以期为甜荞和苦荞的合理加工和科学消费提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

样品制备:分别选取全国各主要产区2013年产苦荞(7种)和甜荞(6种)共13个品种(详见附表1),经清洗、除杂、干燥、脱壳后粉碎(过60目筛)后得到荞麦粉末备用。

表1 荞麦品种及来源单位

硼酸、五水合硫酸铜、硫酸钾、三氯乙酸、氢氧化锂、氢溴酸、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠等(均为分析纯) 北京化工厂;α-亚麻酸、油酸、亚油酸 中国药品生物制品检定所;三氟化硼乙醚液(化学纯) 国药集团化学试剂有限公司;氨基酸标准品、邻苯二甲醛(OPA)和氯甲酸芴甲酯(FMOC)、戊氨酸、肌氨酸,纯度≥99% 阿拉丁试剂公司;磺基丙氨酸-蛋氨酸砜标准品,纯度≥99% SIGMA公司;没食子酸、芦丁标准品 SIGMA公司;色谱纯乙腈和甲醇 Merck公司;抗消化淀粉测定试剂盒 爱尔兰Megazyme公司。

1.2 实验仪器

HPLC,色谱系统(HPLC),两个泵(Alltech 626 HPLC pumps),一个自动进样器(AS3000),和紫外检测器(UV6000)(Spectra system thermo Finnigan,San Jose,CA,USA),色谱柱为YMC-ODS柱(5 μm,250 mm×4.6 mm,YMC,Japan);气相色谱仪,Agilent4890D型 美国安捷伦公司;SpectraMax Plus384酶标仪 美国Molecular Devices(MD)公司;751型分光光度计 上海天普;YG-2型脂肪抽提器;LC-20A高效液相色谱仪 日本岛津公司;FOSS 2012型消化炉及排废装置 FOSS公司瑞典;FOSS 2300型自动定氮仪 FOSS公司瑞典;L-8800氨基酸自动分析仪 日立公司日本。

1.3 实验方法

1.3.1 基本组分测定 水分含量的测定:GB/T5009.3-2003;灰分含量的测定:GB/T 5009.3-2003。

1.3.2 营养组分测定 粗脂肪含量的测定:GB T 14489.2-2008(索氏抽提法);粗蛋白质含量测定:GB/2905-1982;粗淀粉含量的测定:GB/5006-85(旋光法);氨基酸组成的测定:采用L-8800氨基酸自动分析仪测定氨基酸的种类和含量;脂肪酸的测定:采用甲酯化反应法测定,简单来讲,称取0.50 g样品于5 mL离心管中,加入2 mL正己烷,振摇0.5 min,室温下放置过夜后,吸取1 mL上清液放入另一个5 mL离心管中,加入1 mL甲醇-BF3进行甲酯化反应,在室温下反应1 h,取上清液分析。色谱条件:HP-1毛细柱(30 m×320 μm×0.25 μm),柱温220 ℃,FID检测器温度280 ℃,进样温度250 ℃,分流比1∶50,空气流速450 mL/min,氢气流速40 mL/min,氮气压力0.5 MPa,进样1 μL;快速消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的测定:在Englyst法的基础上测定,称取160 mg淀粉样品(干基)放入具塞试管中,加入15 mL pH5.2磷酸盐缓冲溶液,于沸水浴中糊化30 min,冷却至室温,置于37 ℃、200 r/min转速恒温摇床上平衡10 min,加入4 mL猪胰α-淀粉酶(290 U/mL)和1 mL葡萄糖淀粉酶(2500 U/mL)水解后,取1 mL加入4 mL无水乙醇灭酶,用DNS法测定葡萄糖含量。淀粉分类根据淀粉水解速率:RDS是指在20 min内被小肠迅速吸收淀粉,SDS是指在20～120 min内被小肠消化吸收淀粉,RS是指在120 min内不被小肠消化吸收淀粉。具体公式如下:

RDS(%)=(G120 - FG)×0.9×100/TS;

SDS(%)=(G120 - G20)×0.9×100/TS;

RS(%)=(TG-FG)×0.9×100/TS -(RDS+SDS)

式中:G20-酶解20 min后释放葡萄糖(mg);G120-酶解120 min后释放葡萄糖(mg);FG-游离葡萄糖(mg);TG-总葡萄糖(mg);TS-总淀粉干基重。

1.3.3 功能组分的测定 总酚和总黄酮的测定:采用分光光度法测定,参照何永艳[6]和秦培友等的方法测定[7];芦丁、槲皮素、异槲皮素和山奈酚的测定:采用HPLC法测定,检测器为紫外检测器,色谱柱为YMC-ODS柱;水苏糖、棉子糖测定:采用HPLC法测定,检测器为示差折光检测器,色谱柱为Inertsil NH2柱(4.6 mm×250 mm i.d.,5 μm);流动相为乙腈∶水为65∶35(v/v);流速1.0 mL/min;柱温35 ℃,检测器温度为40 ℃。

1.4 数据处理与分析

荞麦每个样品中的营养组分及功能活性成分分别测定三次(n=3),取平均值。其中:苦荞麦营养组分及功能活性成分取7个品种的平均值,表示为mean±SD,n=7;甜荞麦营养组分及功能活性成分取6个品种的平均值,表示为mean±SD,n=6。

各营养组分采用Excel 2007进行统计分析,利用SPSS 17.0软件进行显著性方差分析。

2 结果与分析

2.1 甜荞和苦荞基本组分

图1为甜荞和苦荞水分和灰分含量,甜荞中的水分含量要显著高于苦荞(p<0.05),而灰分含量则苦荞显著高于甜荞(p<0.05)。这可能是造成两者在籽粒形状方面不同的原因之一。甜荞由于含有较高的水分,因此籽粒更加饱满,有光泽;而苦荞则略显粗糙,且没有光泽[3]。

图1 甜荞和苦荞的水分和灰分的含量Fig.1 The content of moisture and ash in common and tartary buckwheat 注：“*”表示两种荞麦之间有显著性差异，p<0.05。

2.2 甜荞和苦荞的主要营养组分

2.2.1 粗淀粉、粗脂肪和粗蛋白的含量分析 由图2可知甜荞和苦荞所含粗淀粉含量均在70%左右,甜荞粗淀粉含量略高于苦荞,但差异不显著(p>0.05),这与文献记载一致[8]。甜荞和苦荞粗蛋白含量均在15%左右,之间并无显著性差异(p>0.05)。荞麦粗脂肪含量在2.4%左右,且甜荞和苦荞间无显著性差异存在(p>0.05)。

图2 粗淀粉、粗蛋白和粗脂肪的含量Fig.2 Content of crude starch,crude protein and crude fat

2.2.2 氨基酸含量分析 评价蛋白质营养价值的高低,不仅要看蛋白质含量,还要看其必需氨基酸的种类是否齐全,含量是否丰富,比例是否接近人体所需。基于此,本研究进一步对甜荞和苦荞中主要氨基酸含量进行了测定分析,如图3所示,甜荞和苦荞中的15种主要氨基酸含量大小和种类分布均无显著性差异。氨基酸含量最高为谷氨酸,而甲硫氨酸含量最低。8种必需氨基酸含量均比较丰富,甜荞中苏氨酸(Thr)5.11%、缬氨酸(Val)15.21%、蛋氨酸(Met)2.05%、异亮氨酸(Ile)5.31%、亮氨酸(Leu)9.75%、苯丙氨酸(Phe)7.07%、赖氨酸(Lys)7.98%和组氨酸(His)3.60%。此外,谷氨酸(Glu)、天冬氨酸(Asp)和精氨酸(Arg)含量也较高,分别为25.11%、12.91%和13.36%。这些结果表明甜荞和苦荞各氨基酸含量种类齐全,变化趋势基本一致,特别是一般禾谷类蛋白质中第一限制性氨基酸赖氨酸的含量较高。虽然差异不显著,但总体来看甜荞中的氨基酸含量比苦荞高,这与文献报道一致[9]。

图3 甜荞和苦荞的15种主要氨基酸Fig.3 15 kinds of amino acids in common and tartary buckwheat

2.2.3 不同种类淀粉含量分析 在总淀粉的基础上,本研究进一步对荞麦中不同种类的淀粉含量进行了测定和对比分析,如图4所示,甜荞和苦荞的总淀粉总含量差别不大,分别为64.08%和64.42%。甜荞和苦荞的慢消化淀粉含量基本一致,分别为8.9%和10.44%;苦荞的快消化淀粉含量为25.35%,略高于甜荞的21.75%,但无显著性差异(p>0.05);抗性淀粉含量甜荞高于苦荞,分别为33.44%和26.63%,但差异也不显著(p>0.05)。淀粉是荞麦(粉)的主要组成成分,其理化特性对荞麦制品的品质有着直接的影响[10],荞麦的淀粉含量较高,一般为60%～70%,不同品种随地区不同而有所差异。相对荞麦蛋白来说,荞麦籽粒中淀粉含量的变化幅度较大。Javornik 报道荞麦种子中淀粉含量随着品种的不同可在37%～70%之间变化[9]。本研究所采集样品所含淀粉均在70%左右,甜荞粗淀粉含量略高于苦荞,但差异不显著(p>0.05),这与文献记载一致[8]。荞麦与其他谷物不同的是其中含有7.5%～35%的抗性淀粉(RS)。抗性淀粉是指在结肠中能被大肠杆菌发酵利用但不能在小肠中消化的淀粉及其降解物[11]。其作用类似膳食纤维,长期食用可以防止血糖、血脂升高,具有预防结肠癌、治疗便秘以及减肥的功效,同时还可增强机体免疫力[12]。因此,荞麦是极具潜力的功能食品加工原料[13-15]。

图4 苦荞和甜荞不同种类淀粉的含量 Fig.4 Different kinds of starch content in common and tartary buckwheat

2.2.4 不同脂肪酸含量分析 由图5可知,甜荞和苦荞中不但脂肪酸含量较高,而且品种丰富,含有棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸等多种脂肪酸。其中亚油酸、油酸和棕榈酸含量较多,占总脂肪酸的90%以上。苦荞和甜荞脂肪酸组成相似,其中苦荞中油酸、亚油酸含量高于甜荞,而棕榈酸低于甜荞。苦荞油酸(26.97%)、亚油酸(42.32%)和棕榈酸(22.82%),占总脂肪酸的92.11%;甜荞油酸(25.75%)、亚油酸(41.20%)和棕榈酸(23.61%),占总脂肪酸的90.56%。丰富的脂肪酸含量说明食用荞麦,尤其是苦荞能增加人体多不饱和脂肪酸,促进胆固醇和胆酸的排泄,使胆固醇下降。同时,也使aPOB 载胆蛋白和低密度脂蛋白下降,因而具有降脂作用[16]。

图5 苦荞和甜荞不同脂肪酸含量Fig.5 Different fatty acid content in common and tartary buckwheat

2.3 功能活性组分含量分析

2.3.1 黄酮和多酚 图6为甜荞和苦荞总黄酮及多酚的含量情况,由图可见甜荞和苦荞差别较大。其中总黄酮甜荞含量8.23 mg/g,而苦荞含量可达125.33 mg/g,是甜荞含量的15.23倍,且差异极显著(p<0.01)。总多酚甜荞含量为40.07 mg/g,而苦荞为107.24 mg/g,是甜荞的2.68倍,且差异极显著(p<0.01)。根据文献报道荞麦结合酚占总酚的4%～12%、自由酚占88%～96%,这表明荞麦种子中的多酚存在状况与小麦、玉米等谷物不同,而与水果多酚相似,即主要以自由酚形式存在[17]。本研究进一步测定分析了甜荞和苦荞中的芦丁、槲皮素、异槲皮素和山奈酚的含量情况。如图7所示,甜荞中只检测到了少量芦丁的存在,其含量为0.34mg/g,其他组分并未检出。而苦荞四种特征组分齐全,且含量丰富,芦丁、槲皮素、异槲皮素和山奈酚的含量分别为8.49,1.84,0.31 mg/g和0.37 mg/g。其中芦丁含量是甜荞含量的25倍,且差异极显著(p<0.01)。黄酮和多酚是广泛存在于植物界的一类具有多种生理功能的活性物质,它不仅具有很强的清除自由基能力,还可以通过抑制氧化酶和络合过渡金属离子等起到抗氧化作用[18],是植物性食物发挥保健功能性的主要物质基础。诸多学者也因此选取苦荞为对象,研制功能型食品或进行黄酮、多酚类的提取。

图6 苦荞和甜荞总黄酮以及多酚含量Fig.6 The flavonoids and polyphenols content in common and tartary buckwheat 注：“**”表示两种荞麦之间有极显著差异性(p<0.01))，图7、图8同。

图7 苦荞和甜荞特征组分含量Fig.7 Characteristic components in common and tartary buckwheat

2.3.2 低聚糖的含量分析 由图8可知,荞麦中检测到的水苏糖和棉籽糖均极显著(p<0.01)高于苦荞含量。甜荞水苏糖和棉籽糖分别为11.22 mg/g和7.02 mg/g;苦荞中含量分别为10.18 mg/g和2.70 mg/g。相对于大豆、燕麦等作物来讲,无论是甜荞还是苦荞,低聚糖含量均不是很高,这可能是荞麦低聚糖相关研究较少的原因。

图8 苦荞和甜荞中低聚糖含量Fig.8 Oligosaccharide in common and tartary buckwheat

3 结论

基于甜荞和苦荞在栽培、籽粒形状及加工消费方式等方面的不同,本研究首次系统检测分析了两者营养物质和功能活性成分组成和含量之间的差异化。通过分析发现,甜荞和苦荞的氨基酸、脂肪酸、淀粉等营养组分含量均无显著性差异。而功能性组分黄酮、多酚和功能性低聚糖等含量方面,两者存在显著差异。苦荞黄酮和多酚含量高于甜荞,而甜荞功能性低聚糖高于苦荞。

荞麦具有天然性、营养性和功能性的特点,因此其加工也应根据甜荞和苦荞的营养、功能和口味特点,选择合适的品种进行新型高附加值、多元化、功能型食品的生产和药用原料的开发。

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A comparative analysis of nutrition components and active ingredient in common and tartary buckwheat

WANG Shi-xia1,2,LIU Shan1,LI Xiao-rui1,2,LIU San-cai3,YAO Yang3,REN Gui-xing3,YUN Ting-ting1,QI Wen-tao1,*

(1.Academy of State Administration of Grain,Beijing 100037,China;2.Tianjin University of Science and Technology,College of Food Engineering and Biotechnology,Tianjin 300222,China;3.Institute of crop sciences of CAAS,Beijing 100081,China)

Objective:To compare the contents of nutrition components and active ingredient between common and tartary buckwheat. Methods:The mean contents of basic components(moisture and ash),nutritional compositions(amino acid,fatty acid,starch and protein)and functional active ingredient(flavonoids,polyphenols and rutin)in 7 kinds of tartary buckwheat and 6 kinds of common buckwheat were determined. Results:The moisture content of common buckwheat was significantly higher and ash content was significantly lower than that of tartary buckwheat(p<0.05). There were no significant differences in the contents and distributions of fatty acid and proteins,although they were abundant in both of buckwheat(p>0.05). Flavonoids and polyphenols contents in tartary buckwheat were 125.33，107.24 mg/g and were 15.23,2.68 times of that in common buckwheat respectively. Tartary buckwheat was also abundant in other active ingredient such as rutin,quercetin,isoquercetin and kaempferol. While the oligosaccharide content of common buckwheat,including stachyose,saccharose and raffinose were significantly higher than that of tartary buckwheat(p<0.05). Conclusion:The content of functional components,such as flavonoids,polyphenols and oligosaccharides showed significant difference but nutrition components like amino acid,fatty acid and starch had no significant difference between common and tartary buckwheat.

common buckwheat;tartary buckwheat;nutrition components;active ingredient;comparable analysis

2015-03-10

王世霞(1990-)，女，硕士研究生，主要从事荞麦健康功效的研究，E-mail:wsx13808034@yeah.net。

*通讯作者:綦文涛(1977-)，男，博士，副研究员，主要从事分子营养学研究，E-mail：qwt@chinagrain.org。

粮食公益性行业科研专项(201313006-5)；荞麦青稞丰产优质高效栽培关键技术与示范(2014BAD07B04)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)21-0078-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.007