青海黑青稞营养及活性成分分析与评价

周 红 张 杰 张文刚 杜 艳 党 斌,* 杨希娟,* 郝 静

(1 青海大学农林科学院/青海省农林科学院，青海省青藏高原农产品加工重点实验室，青海 西宁 810016；2青海华实科技投资管理有限公司， 青海省青稞资源综合利用工程技术研究中心，青海 西宁 810016)

青稞(HordeumvulgareL. var. nudum Hook. f.)是青海省高寒山区的主要粮食作物，富含蛋白质，且必需氨基酸种类齐全，β-葡聚糖含量高，脂肪含量低，含有丰富的维生素、无机盐、酚类物质、甾醇类物质及膳食纤维，具有抗癌、降血脂、降血糖等功效[1]，在藏族同胞的饮食和青海农业生产发展中具有重要的地位[2]。

目前已有学者报道称青稞的产地[3-5]、颜色[4,6-7]及品种[4,8]均对其营养品质及活性成分有显著影响，且研究证实有色青稞的营养品质及多酚含量较高，其中黑色青稞的营养及活性成分含量最高，保健作用较强[9-10]。但是有关青海不同品种黑青稞营养及活性成分含量的研究较少，且现有关于黑青稞的营养品质分析大多只关注了基本营养成分的含量差异，鲜有对其矿物质、氨基酸及抗氧化活性成分的系统评价报道，不能全面反映黑青稞的营养价值及功效。

本研究以青海种植的12 个黑青稞品种为试验原料，测定其营养成分、氨基酸、矿物质含量及活性成分的含量，评价黑青稞的营养特性，筛选优质品种资源，以期为黑青稞资源的开发利用和健康消费提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑青稞品种：黑老鸦、946、947、949、950、Z523、Z526、Z528、Z533、Z536、Z541、Z560，由青海省农林科学院作物育种栽培研究所青稞研究室提供。不同品种黑青稞统一种植于青海省农林科学院同一试验地(西宁)，2020年3月播种，8月收获。收获后，将籽粒清洗晾干，采用6SXZ-252S智能色选机(合肥秦禾光电科技股份有限公司)精选，然后用HK-04A万能粉碎机(广州市旭朗机械设备有限公司)将黑青稞种子粉碎，时间约30 s，过60 目筛得青稞全粉。

AMYLOSE/AMYLOPECTIN试剂盒、TOTAL STARCH试剂盒、MIXED-LINKAGE BETA-GLUCAN试剂盒，德国Megazyme公司；没食子酸、芦丁标准品，上海源叶生物科技有限公司；福林酚(优级纯)，北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

Vapodest 50 s全自动凯氏定氮仪、 SOX412 Macro全自动脂肪提取仪、Fibretherm FT12粗纤维测定仪，德国格哈特仪器公司；SX2-4-10箱式电阻炉，沈阳市节能电炉厂；S-433D氨基酸分析仪，德国SYKAM公司；TGL-20M高速冷冻离心机，湖南长沙湘仪离心机仪器有限公司; HH-4数显恒温水浴锅，国华电器有限公司; Retavapor R-215旋转蒸发仪，瑞士布奇有限公司; N4S紫外可见分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司；ETHOS 900微波消解系统，意大利Milestone公司；ZEEnit700P火焰石墨炉原子吸收光谱仪，德国耶拿分析仪器股份公司。

1.3 试验方法

1.3.1 主要营养成分测定 参照国标测定灰分[11]、蛋白质[12]、氨基酸[13]、粗脂肪[14]、粗纤维[15]含量；总淀粉含量采用TOTAL STARCH试剂盒测定；直链淀粉含量采用 AMYLOSE/AMYLOPECTIN 试剂盒测定；β-葡聚糖含量采用MIXED-LINKAGE BETA-GLUCAN 试剂盒测定；矿物质含量采用原子吸收分光光度法测定[16]。

1.3.2 氨基酸评价 参考朱圣陶等[17]、席亚丽等[18]和徐向英等[19]的方法。

1.3.3 黑青稞酚类物质提取与含量测定 参照杨希娟等[6]的方法提取酚类物质。

游离酚提取：准确称取1 g黑青稞全粉，加入20 mL体积分数80%的丙酮，室温条件下500 W超声提取20 min，3 500 r·min-1冷冻离心20 min，收集上清液，残渣用同样方法重复提取2次，合并3次上清液，45℃减压旋转蒸干，沉淀物用甲醇定容至10 mL，0.45 μm有机膜过滤，得黑青稞游离态酚类物质提取液，-20℃避光保存。

结合酚提取：向提取过游离酚的残渣中加入20 mL正己烷，2 000 r·min-1冷冻离心5 min，弃上清液，向沉淀物中加入17 mL 11%的盐酸-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冷冻离心5 min，合并乙酸乙酯萃取相，在45℃条件下旋转蒸发至干，用甲醇定容至10 mL，0.45 μm有机膜过滤，得黑青稞结合态酚类物质提取液，-20℃避光保存。

酚类物质含量的测定采用Folin-Ciocalteu法[20]。在游离酚和结合酚的提取物中测定游离黄酮和结合黄酮。黄酮类物质的测定采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH比色法[6]。

1.3.4 黑青稞花色苷的提取与含量测定 参考杨希娟等[21]的方法进行花色苷提取，黑青稞全粉与1%盐酸-甲醇溶液按照1∶10(m∶v)的比例在室温下500 Hz超声处理30 min，然后离心收集上清液，残渣用同样方法提取2次，合并3次上清液，得黑青稞花色苷提取液，-20℃避光保存。

花色苷含量测定参考Lee等[22]的方法并稍作改进。分别吸取2份0.5 mL提取液于试管中，一份加入4.5 mL pH 值1.0的缓冲液(0.2 mol·L-1盐酸溶液、0.2 mol·L-1氯化钾溶液)，另一份加入4.5 mL pH 值4.5的缓冲液(1 mol·L-1盐酸溶液、1 mol·L-1醋酸钠溶液)，混合均匀避光静置1.5 h，15 000 r·min-1离心15 min，以蒸馏水调零，取上清液分别于510、700 nm波长处测定其吸光度值，重复3次。

根据公式计算花色苷含量：

c(mg·100 g-1)=(ΔA-ΔA′)×V×n×M/ε×m×100

式中，ΔA为加入pH值为1.0的缓冲液在510和700 nm浸长处的吸光度差值；ΔA′为加入pH值为4.5的缓冲液在510和700 nm浸长处的吸光度差值；V为提取液总体积，mL；n为稀释倍数；M为矢车菊-3-葡萄糖苷(Centaurea -3-glucoside，Cy-3-Glu)的相对分子质量，449；ε为Cy-3-Glu的消光系数，26 900；m为样品质量，g。

1.4 统计分析

采用Origin 9.0和SPSS 19.0软件进行数据处理和作图，显著性差异采用LSD多重比较法，相关性分析采用Pearson双侧检验法。因子分析采用主成分分析法[23]；聚类分析采用 K-均值聚类[24]，样本之间距离采用欧式平方距离，得出聚类树。

2 结果与分析

2.1 不同品种黑青稞基本营养成分分析

由表1可知，不同品种黑青稞营养成分含量间存在一定差异，其中β-葡聚糖、灰分、粗纤维含量在不同品种黑青稞间差异较大，变异系数分别达20.11%、39.64%、15.68%；蛋白质、总淀粉、直链淀粉和粗脂肪含量品种间差异相对较小，变异系数分别为4.31%、7.19%、9.51%、10.26%。

黑青稞β-葡聚糖平均含量为5.29%，变幅为3.91%～7.50%， Z560含量最高；黑青稞蛋白质平均含量为13.32%，变幅为12.19%～14.07%，Z523含量最高；黑青稞总淀粉平均含量为59.02%，变幅为52.81%～63.37%；黑青稞直链淀粉的平均含量为22.50%，Z528含量最高；黑青稞粗脂肪平均含量为1.81%，变幅为1.58%～2.11%，Z526和Z560含量高于2.0%，其余均较低；黑青稞粗纤维平均含量为2.70%，变幅为2.13%～3.64%，Z533含量最高；黑青稞灰分平均含量为0.64%，其中黑老鸦、946、947、949、Z533和Z541间差异不显著(P>0.05)，Z523、Z526、Z528、Z536和Z560间差异不显著(P>0.05)。说明黑青稞的品种和基因型是影响其营养成分含量差异的主要因素，加工过程中应根据其不同品种的营养成分特点进行针对性的开发利用。

2.2 不同品种黑青稞必需氨基酸组成及评价分析

由表2可知，不同品种黑青稞的必需氨基酸含量差异较大，变异系数均在15%以上。总必需氨基酸含量平均值为319.90 mg·g-1，低于鸡蛋蛋白，接近WHO/FAO推荐值(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总量高于WHO/FAO推荐值(360 mg·g-1)，说明以上黑青稞品种的蛋白质营养价值较高。通过比较黑青稞蛋白质中必需氨基酸的氨基酸比值系数以及参考WHO/FAO的推荐值可知，参试黑青稞的第一限制性氨基酸为赖氨酸，第二限制性氨基酸为甲硫氨酸和胱氨酸，第三限制性氨基酸为苏氨酸。

表2 黑青稞蛋白质的必需氨基酸组成与比较

以氨基酸评分、化学评分、必需氨基酸指数、生物价和营养指数作为指标，对黑青稞必需氨基酸进行评价(表3)，结果表明，黑青稞Z526、Z533的氨基酸评分大于100分，化学评分接近100分，说明其营养价值较高。必需氨基酸指数、生物价、营养指数和氨基酸比值系数最高值均是Z526，可见黑青稞Z526的必需氨基酸营养价值高，易消化利用，且氨基酸组成与人体氨基酸模式及WHO/FAO推荐的氨基酸模式最为一致，可考虑作为婴幼儿或老年食品开发的原料。

表3 不同品种黑青稞必需氨基酸评价

2.3 不同品种黑青稞矿物质含量分析

由表4可知，黑青稞矿物质含量丰富，部分品种黑青稞的矿物质含量差异显著(P<0.05)。黑青稞中矿物质平均含量从高到低依次排序为：K>Mg>Ca>Na>Fe>Zn>Mn>Cu，其中含量最丰富的K平均含量为581.42 mg·100g-1， Mg元素平均含量为171.90 mg·100g-1，Ca平均含量为90.28 mg·100g-1，Fe平均含量为16.79 mg·100g-1；Na、Zn、Mn、Cu的平均含量分别为17.33、5.69、2.64、0.90 mg·100g-1。 因此，黑青稞可作为K、Ca、Mg、Fe、Zn等矿物质的补充来源。949黑青稞的K、Mg含量高，Z536含有较高的铁，Z541含有较高的Ca、Na、Zn，Z523含有较高的Mn、Cu。此结果可为从黑青稞中摄取不同需求矿物质提供选择依据。

表4 不同品种黑青稞矿物质含量

2.4 不同品种黑青稞酚类物质含量分析

由图1、2可知，部分品种黑青稞的总酚、游离酚、结合酚、总黄酮、游离黄酮、结合黄酮含量均具有显著差异(P<0.05)。黑青稞中游离酚、结合酚含量占总酚的百分比平均值分别为48.19%和51.81%，游离黄酮、结合黄酮占总黄酮的百分比平均值分别为 51.30%和48.70%，说明黑青稞酚酸和黄酮均是以游离态和结合态接近等比例共存。参试12种黑青稞总酚和总黄酮含量范围在405.37～512.98 mg·100g-1和38.22～53.73 mg·100g-1之间， 947是总酚和总黄酮含量最高的黑青稞品种，分别为512.98和53.73 mg·100g-1。

注：不同小写字母表示不同品种黑青稞差异显著(P<0.05)。下同。

不同品种黑青稞间花色苷含量也具有一定的差异(图3)。黑青稞花色苷含量范围介于7.36～21.74 mg·100g-1之间，其中黑老鸦、946、947、949黑青稞间花色苷含量无显著差异，但与其他品种差异显著(P<0.05)。Z536黑青稞花色苷含量最高，为21.74 mg·100g-1，950含量最低，为7.36 mg·100g-1。此结果可为富含多酚黑青稞产品的开发提供理论依据。

图2 不同品种黑青稞黄酮含量

图3 不同品种黑青稞花色苷含量

2.5 不同品种黑青稞基本营养成分的主成分分析

由表5可知，提取的3个主成分(PC1、PC2、PC3)特征值均大于1，累计方差贡献率为78.157%，说明3个主成分反映了原始变量的绝大部分信息[25]。因此，以3个主成分代替原指标评价不同种黑青稞的内在品质，由初始的指标降为3个主成分，达到了降维的目的。

表5 主成分的特征量、特征值、贡献率和累计贡献率

在PC1中，总氨基酸、β-葡聚糖、总黄酮、粗脂肪特征向量较大，构成PC1方差变异的主要因素，PC1较大时，说明黑青稞中总氨基酸、β-葡聚糖、总黄酮、粗脂肪含量较高；在PC2中，Cu、Fe和K的特征向量较大，构成PC2方差变异主要因素，PC2较大时，说明黑青稞中Cu、Fe和K含量较高；在PC3中，Mg、粗纤维、灰分的特征向量较大，构成PC3方差变异主要因素，PC3较大时，说明黑青稞中Mg、粗纤维、灰分含量较高。

利用SPSS 25软件得到各主成分因子得分情况(表6)。根据得分情况对其进行排序，能够较为直观地揭示不同品种黑青稞籽粒品质的优劣情况。由表6可知，以第1主成分排序，黑青稞品种950品质较好；以第2主成分排序，黑青稞品种Z533品质较好；以第3主成分排序，黑青稞品种Z536品质较好，由于各主成分的方差贡献率不同，所以对其评价时，以各个主成分的贡献率为权重，由主成分得分和对应的权重相乘求和构建综合评价函数：F=41.523F1+21.117F2+15.516F3，

式中，F为每种不同黑青稞的综合评价得分，根据综合评价模型，计算出不同黑青稞的综合得分和排序结果(表6)，综合得分排在前3位的黑青稞品种依次是950、Z536、Z533。

表6 不同品种黑青稞主成分得分及排名

2.6 不同品种黑青稞基本营养聚类分析

为进一步探索不同黑青稞品种间营养成分的差异性，采用组间联结法对不同黑青稞品种营养成分进行聚类分析(图4)。在欧式平方距离为15处，将12种不同品种黑青稞分为4大类。第1类包括946、Z541、947、Z523，是蛋白质、多酚、黄酮、β-葡聚糖含量较高，粗脂肪含量较低的类别，可用于高活性成分、高蛋白青稞资源的筛选；第2类包括Z536，是花色苷、氨基酸含量较高，蛋白含量较低的类别，可用于高花色苷、氨基酸青稞资源的筛选；第3类包括949、Z533、950，是淀粉、粗纤维含量较高，蛋白质、粗脂肪含量较低的类别，可用于高淀粉、粗纤维青稞资源的筛选；第4类包括黑老鸦、Z528、Z526、Z560，是淀粉含量较高，蛋白质、粗纤维含量较低的类别，可用于高淀粉青稞资源的筛选。不同品种黑青稞的营养成分含量存在一定的差异，可根据不同类别差异在黑青稞营养成分、矿物质含量、活性成分的加工利用过程中进行分类优化及筛选，以提高黑青稞的加工性能及产品品质。

图4 不同品种黑青稞基本营养聚类分析

3 讨论

研究表明有色谷物的营养成分含量高低与其种皮颜色深浅成正相关[26]，有色大麦营养保健成分普遍高于普通大麦[27]。本研究参试黑青稞蛋白质平均含量(13.32%)高于已报道的青稞蛋白含量(10.55%～11.82%)[4,7]和小麦蛋白含量(12.25%)[28]；直链淀粉平均含量(22.50%)高于已报道的不同地区青稞直链淀粉的平均含量(20.80%)[4]和燕麦的含量(13.03%)[29]；β-葡聚糖平均含量(5.29%)高于不同品种青稞(3.88%～4.63%)[4,8]和燕麦(4.63%)[21]的含量；粗纤维含量高于小麦、玉米、高粱、大米等作物[30]，粗脂肪、灰分含量低于侯殿志等[8]的报道。由此可见，黑青稞具有高β-葡聚糖、高蛋白质、高纤维、高直链淀粉和低脂肪的特点。此外，本研究中黑青稞的K、Mg、Ca、Fe、Na含量较高，与梁寒峭等[31]报道的青海囊谦黑青稞的结果相一致，但高于青稞不同研磨层粉体中矿物质含量[32]，青稞营养成分含量的异同与青稞品种及其产地的不同有关。其中Z533黑青稞具有高纤维和低脂肪特点，Z528具有高直链淀粉含量，这两个品种可考虑作为糖尿病患者食品的开发。949黑青稞的K、Mg含量高，Z536的Fe含量高，Z541的Ca、Zn含量高，其可作为强化矿物质元素的婴幼儿和孕妇的辅食开发原料。

酚类化合物是大麦中主要的生物活性成分[33]。青稞作为一种裸大麦，酚类物质也是评价其品种品质的重要指标之一。现有研究已经证实了大米[34]、大麦[35]、青稞[6]的颜色及产地与其所含酚类物质种类及含量相关，且深色谷物的总酚含量较高。本研究参试黑色青稞的多酚和黄酮均以游离态和结合态接近等比例共存，不同于荞麦中多酚主要游离形式存在[36]，也不同于其他谷物中多酚主要以结合形式存在[37]，这可能是由作物种类不同所致。然而与Yang等[38]报道的蓝粒青稞中多酚的存在形式结果一致。本研究发现，黑青稞947的总酚和总黄酮含量均较高，且其含有较高的淀粉含量，可作为青稞富含多酚的健康发酵酒的加工原料。Z536青稞具有高含量的结合酚和结合黄酮，因此可采取发酵或加热膨化等加工方式释放其结合酚与黄酮，将其作为开发富含花色苷和多酚的抗氧化液体食品及膨化休闲食品的原料选择。由此可知，不同品种的黑青稞具有不同的营养特性，在开展黑青稞加工及综合利用中可根据产品要求对黑青稞进行有针对性的选择和特定的深加工。

4 结论

本研究系统分析了青海种植黑青稞的营养及化学成分，部分品种黑青稞中营养及活性成分含量间存在显著性差异，也证明了黑青稞具有高蛋白质、高纤维、高直链淀粉、高β-葡聚糖和低脂肪的特点，可作为健康食品原料应用；此外，黑青稞还具有较高的矿物质含量；黑青稞的限制性氨基酸与普通青稞一致，第一限制性氨基酸为赖氨酸，第二限制性氨基酸为甲硫氨酸和胱氨酸，第三限制性氨基酸为苏氨酸；参试黑青稞中的多酚、黄酮及花色苷含量具有一定的差异，其中947的总酚和总黄酮含量最高，Z536的花色苷含量最高；黑青稞950、Z536、Z533的综合品质较优，聚类分析将12种黑青稞分为四大类。本试验仅以青海黑青稞为原料，今后的研究还应扩大黑青稞品种的数量和范围，重点开展不同产地、不同品种黑青稞的营养品质评价，挖掘其特征性成分，建立黑青稞的品质评价标准。