黑龙江省引进的燕麦品种籽粒品质分析与综合评价

韦娜 王诗雅 邢力文 孔德庸 郭伟

摘要：为筛选黑龙江省适宜种植营养品质优良的燕麦品种，以来源9个产地的64份燕麦品种为研究对象，测定了燕麦籽粒的11个营养成分，通过相关性、主成分分析、聚类分析及PCA得分制图，对燕麦籽粒营养成分的差异性进行分析与综合评价。结果表明，锌、铜、钙、β-葡聚糖、粗淀粉和黄酮含量可作为评价本地燕麦籽粒营养品质的核心指标；据此综合评价确定在研究的64份燕麦品种中营养品质较好的皮燕麦品种为加拿大引进的XY-2019-1和Canada黑，美国引进的V.S.2832，及河北省的张燕8号和张燕7号，甘肃省的定燕2号，黑龙江省的农家燕麦；营养品质较好的裸燕麦品种为美国引进的74-N-28，河北省的坝莜1号，山西省的Yy11-18；不同来源地燕麦籽粒营养品质优劣顺序为黑龙江、甘肃、澳大利亚、山西、美国、河北、内蒙古、吉林、加拿大。本研究结果可为黑龙江地区燕麦籽粒营养品质加工及特异种质资源利用等提供参考。

关键词：燕麦；营养成分；综合评价；营养品质

中图分类号：S512.603.7  文献标志码：A  文章编号：1002-1302（2023）09-0175-11

基金项目：国家重点研发计划（编号：2020YFD1001402-05）。

作者简介：韦 娜（1997—），女，安徽蒙城人，碩士研究生，研究方向麦类作物品质生理生态。E-mail：1874483899@qq.com。

通信作者：郭 伟，教授，博士生导师，研究方向作物生理生态。E-mail：agrigw@163.com。

燕麦（Avena sativa L.）是禾本科（Gramineae）燕麦属（Avena L.）一年草本植物。燕麦被广泛种植，就种植面积和产量而言，在世界范围内禾本科作物中排名第6位，仅次于水稻、小麦和玉米等［1-2］。尤其是在北纬40°以北的燕麦带和南半球地区，如澳大利亚和新西兰［3］。皮燕麦在欧洲和美洲占主导地位，而在中国则种植裸燕麦居多［4］。燕麦不仅是重要的粮食兼饲料作物，也是重要的全价营养谷类食品之一［5-6］。燕麦富含丰富的膳食纤维特别是 β-葡聚糖、矿物质和其他营养物质［7］。燕麦籽粒中的营养成分具有减肥降脂、美容、抗氧化、预防心脏疾病和控制糖尿病等作用［8-10］。目前，黑龙江省燕麦加工企业，能够加工很多丰富的食品种类，包括减脂代餐食品燕麦片、燕麦饼干和高膳食纤维燕麦牛奶等食品。因此，燕麦对人类的营养价值和保健作用起着重要作用，所以燕麦食品加工业在黑龙江省有很大发展潜力。想要获得优质的燕麦种质资源，可通过筛选出燕麦籽粒营养成分含量丰富、遗传稳定且适宜黑龙江地区栽培的燕麦品种［11］。

主成分分析在燕麦食品领域及品质加工方面已被广泛应用，许多研究也有类似报道［12-13］。倪香艳、陈子叶等利用主成分分析法筛选了燕麦籽粒营养价值含量高和食用品质相结合加工的燕麦品种［9，14］。PCA评分图已被广泛应用于反映样本和品质之间的总体分布变化趋势［16-18］，以期明确营养成分和客观准确地评价其品质，为燕麦品质的判定、选育品种及加工过程品质调控提供理论依据。

燕麦营养成分及保健功能［2，19］、施肥与栽培技术［20-21］等方面是国内外主要研究对象，而针对黑龙江省高寒地区的气候特点和燕麦生育特性，其籽粒营养成分综合品质评价相关研究至今鲜见报道，因此，本研究以黑龙江省不同来源地的64份燕麦品种为试验材料，比较不同燕麦籽粒中营养成分差异及相关性，并进行综合评价，为黑龙江地区燕麦品种的引进、选育及加工应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试的64份不同来源的燕麦品种，均由黑龙江省黑龙江八一农垦大学现代农业栽培技术与作物种质改良重点实验室所提供（表1）。

1.2 试验地状况

田间试验于2020年4—8月在黑龙江八一农垦大学安达试验基地（47°01′N，125°55′E）进行，该试验区域属于中纬度大陆季风气候，年平均气温 4.2 ℃，年平均无霜期142 d，年平均降水量为 432.4 mm。该试验地土属黑钙土，土壤基础养分含量：碱解氮175.0 mg/kg、速效磷60.3 mg/kg、速效钾214 mg/kg、全氮1.80 g/kg、全磷0.69 g/kg、全钾0.43 g/kg、有机质28.9 g/kg、pH值为8.08。

1.3 试验方法

2020年4月26日播种，采用随机区组设计，小区面积为54 m2（3 m×18 m），人工开沟条播，行距30 cm，共3次重复。收获后取各品种3个重复的样品混合后进行筛选、除杂，得到清洁、完整籽粒。籽粒经粉碎过40目筛用于品质测定。

1.4 测定方法

参照GB/T 5511—2008测定粗脂肪含量、粗蛋白含量；参照GB/T 5006—1985测定粗淀粉含量；Megazyme Mixed-linkage β-glucan试剂盒测定β-葡聚糖含量，参照AOAC99 5.16 方法；参照GB 5009.91—2003第一法测定K和Na含量；参照GB 5009.92—2016第一法测定Ca含量；参照GB 5009.241—2017第一法测定Mg含量；参照GB 5009.90—2016第一法测定Fe含量；参照GB 5009. 14—2017第一法测定Zn和Cu含量；参考任宇鹏等的方法［22］以没食子酸为标准物，Folin-Ciocalteu比色法测定总酚含量；用NaNO2-Al（NO）3比色法测定总黄酮含量［23］。

1.5 数据分析

采用Excel 2016进行数据处理，SPSS 26.0软件进行数据统计和分析，Origin 2.0软件绘制聚类热图和PCA得分图。

2 结果与分析

2.1 不同品种燕麦籽粒中营养成分性状分析

对64份燕麦品种籽粒中营养成分进行统计分析（表2），粗淀粉平均含量最高，为51.68%；粗脂肪平均含量最低，为5.12%，其中，粗淀粉含量最高的是裸燕麦Y57，含量最低的是皮燕麦Y26；在抗氧化物含量中，总酚的平均值含量最高，为19.98%，黄酮平均含量相对较低，为13.15%，总酚含量最高的是皮燕麦Y17，含量最低的是皮燕麦Y5和裸燕麦Y43；β-葡聚糖含量最高的是裸燕麦品种Y51（含量为7.88%）；矿质元素平均含量最高的是镁，为 1 579 mg/kg，平均含量最低的是铜，为 10.25 mg/kg，其中，燕麦籽粒中镁含量最高的是裸燕麦Y48（2 237 mg/kg），含量最低的是皮燕麦Y6（1 149 mg/kg）。

供试的64份燕麦品种籽粒中营养成分变异系数较小的为镁、粗淀粉和粗蛋白含量，其含量值分别为1 149～2 237 mg/kg、38.78%～63.55%和10%～16%。变异系数最大的为铜和黄酮含量，其含量值为0.18～37.80 mg/kg和1.2～32 mg/kg，变异系数达66.95%、51.57%。由此说明，64份燕麦品种籽粒中矿质元素铜和抗氧化物黄酮含量差别较为明显，品种间变异系数较大，以鎂、粗淀粉和粗蛋白的变异系数小，数据离散程度小，3种营养成分在黑龙江地区64份品种间的含量差异较小。燕麦籽粒中矿质元素铜变异系数最大，镁变异系数最小，5种矿质元素含量性状的变异系数均大于10%，说明供试材料遗传多样性丰富。

2.2 不同品种燕麦籽粒中营养成分相关性分析

对64份燕麦品种的11种营养成分进行Pearson相关系数分析，结果（表3）表明，11种营养成分之间相关性存在一定差异，其中，钙与铜呈显著正相关，与β-葡聚糖和粗蛋白呈显著负相关；铜与锌呈显著正相关，与铁呈极显著正相关；锌与总酚和粗脂肪呈显著正相关，与铁和粗蛋白呈极显著正相关；铁与粗蛋白和粗脂肪呈极显著正相关，与粗淀粉呈显著负相关；黄酮与粗蛋白呈显著正相关；总酚与粗脂肪呈极显著正相关；β-葡聚糖与粗脂肪呈显著负相关；粗蛋白与粗脂肪呈显著正相关；镁与锌和粗蛋白呈极显著正相关，与总酚和粗脂肪呈显著正相关，与β-葡聚糖呈极显著负相关。综上所述，在燕麦栽培过程中应注重微量元素的施用，尤其镁矿质元素的施用，有利于改善燕麦籽粒中营养品质。

相关性分析结果表明，燕麦籽粒中各营养指标间的相关性不同，可能是由于不同生长环境及栽培条件导致燕麦品质营养成分之间的差异，通过单一指标来评价不同燕麦品种籽粒营养成分含量的优劣是不全面的。因此，本研究可采取主成分分析法对燕麦籽粒的营养指标进行筛选和优化。

2.3 不同品种燕麦籽粒中营养成分主成分分析及综合评价

2.3.1 主成分提取 对64份不同燕麦品种籽粒的11个品质指标进行主成分分析，结果（表4）表明，其Kmo=0.610>0.5，显著性满足主成分分析要求。得到前5个主成分特征值>1，累计贡献率75.309%，综合反映64份燕麦品种籽粒的营养品质状况。

由主成分旋转后因子的成分矩阵和特征向量分析结果（表4）可知，5个主成分中反映燕麦籽粒中营养指标分别是第一主成分（PC1）代表了燕麦籽粒营养成分总信息的26.792%，其中，锌和粗蛋白特征向量绝对值均大于其他品质指标，且指标间皆显著相关，PC1的特征值越高，说明供试材料的营养成分越高。第二主成分（PC2）贡献率为15.580%，铜、铁和β-葡聚糖的特征向量绝对值大于其他品质指标，说明PC2主要由铜、铁和β-葡聚糖组成。第三主成分（PC3）贡献率为13.736%，钙含量特征向量绝对值大于其他品质指标，说明PC3主成分主要由钙组成。第四主成分（PC4）贡献率为9.833%，粗淀粉的特征向量绝对值大于其他营养成分，说明PC4主要由粗淀粉组成。第五主成分（PC5）贡献率为9.368%，黄酮和总酚的特征向量绝对值最大，说明PC5主要是由黄酮和总酚含量组成，与燕麦籽粒抗氧化含量密切相关，PC5特征值越高，供试材料籽粒抗氧化物含量越高。

综上所述，供试材料中的11个营养成分中，锌、粗蛋白、铜、铁、β-葡聚糖、钙、粗淀粉、黄酮和总酚含量为重要品质营养成分，其中，锌、粗蛋白、铜、钙、β-葡聚糖、粗淀粉和黄酮为重要的构成品质营养成分指标，在综合考量不同燕麦籽粒品质表现时应着重考察这7个指标。

2.3.2 综合评价 64份燕麦品种籽粒中11个营养指标进行综合评价，得出5个主成分因子关系式：

F1=-0.039X1+0.400X2+0.240X3+0.420X4+0.386X5+0.007X6+0.264X7-0.242X8-0.116X9+0.426X10+0.364X11；

F2=0.188X1-0.333X2+0.481X3-0.041X4+0.414X5+0.331X6-0.242X7+0.403X8-0.341X9-0.027X10+0.036X11；

F3=-0.666X1-0.056X2-0.234X3+0.143X4-0.066X5+0.380X6+0.068X7+0.409X8+0.019X9+0.365X10-0.155X11；

F4=0.024X1-0.041X2+0.347X3+0.385X4+0.110X5-0.121X6-0.271X7+0.016X8+0.674X9+0.078X10-0.410X11；

F5=0.237X1+0.211X2-0.123X3-0.149X4-0.158X5+0.583X6-0.508X7-0.375X8+0.033X9+0.309X10-0.032X11。

通过主成分分析，利用得分F值可获得5个主成分中各燕麦品种得分排序结果。由表5可知，排名前5的第1主成分值较高的品种有Y32、Y14、Y15、Y41、Y34，第2主成分值较高的品种有Y41、Y22、Y19、Y26、Y27，第3主成分高的品种有Y46、Y51、Y21、Y56、Y49，第4主成分值较高的品种有Y19、Y30、Y45、Y31、Y39，第5主成分值较高的品种有Y36、Y58、Y56、Y40、Y61。

由于各主成分方差贡献率不同，因此在进行燕麦籽粒品质综合评价时，以5个主成分因子得分公式和方差贡献率为权重，得到64份燕麦品种籽粒营养成分综合评价函数，即：

F综合=0.268F1+0.156F2+0.137F3+0.098F4+0.094F5；

通过该函数得出64份燕麦品种的综合得分并进行排序（表5），综合排名前5的是Y15、Y41、Y14、Y34、Y29。

由PCA得分图（图1）可知，64份燕麦品种分布于不同象限，综合得分较高的Y41、Y22、Y19等24个品种与其他品种有明显区分，均在PC1的正向区间，具有较好的聚集性，证明它们间的品质较为接近，铜、铁、黄酮及粗脂肪营养成分含量较高。而Y27、Y51、Y12等10个品种在PC1的负向区间和PC2的正向区间，这些品种的β-葡聚糖和钙含量较高。总体而言，燕麦品质相似聚集在一起，不同的品种及产地可能影响着燕麦籽粒的品质，因此位于PC1正向区间的品种品质综合性状较好，作为食品加工原料在当地种植较为适宜。

2.4 不同燕麦品种聚类分析

本试验通过组间联接的方法对64份燕麦样本进行系统聚类分析，结果（图2）表明，以欧氏距离330为划分标准，按照变量（钙、镁、铜、锌、铁、黄酮、总酚、β-葡聚糖、粗淀粉、粗蛋白、粗脂肪）可将64份供试燕麦品种划分成4类，第Ⅰ类包含2份供试材料，该类群籽粒品质供试特征：总酚、镁、锌、粗蛋白、粗脂肪、铜、黄酮和铁含量较高，营养成分含量丰富，可作为黑龙江地区食品加工原料种植的高产、优质型燕麦材料；第Ⅱ类包含1份供试材料，该类群籽粒品质特征：钙和β-葡聚糖含量最高，具有降血脂、降血糖和提高免疫力等功效；第Ⅲ类包含25份供试材料，属于综合品质不良的一类；第Ⅳ类包含36份供试材料，属于综合品质中等的一类。

2.5 不同来源地燕麦品种热图聚类分析

将不同来源地燕麦品种按照籽粒营养成分取平均值的方式，绘制聚类热图，热图可以简单地聚合大量数据，填充颜色的深浅，体现出各产地中营养成分及矿质元素含量的高低。由图3可知，对9个产地的11种营养成分含量进行分析，按照各营养成分含量的高低，可将9个产地划分为5类。第一类（Ⅰ）是澳大利亚，该产地钙、粗脂肪、铜、β-葡聚糖含量较高；第二类（Ⅱ）是黑龙江，该产地钙、粗脂肪、铜、铁、镁、粗蛋白、总酚和黄酮含量较高，是9个产地中营养成分含量最为丰富的地区，其中粗脂肪和粗蛋白含量最高；第三类（Ⅲ）是甘肃，该产地粗脂肪、铜、铁、镁、粗蛋白、锌、总酚和β-葡聚糖含量较高；第四类（Ⅳ）包含山西和美国2个产地，该产地粗蛋白、黄酮、β-葡聚糖和粗淀粉含量较高，但矿质元素含量相对较低；第五类（Ⅴ）包含河北、内蒙古、吉林和加拿大4个产地，该产地营养成分含量较低，不同产地营养成分含量不同，可能与土壤和气候等环境因素影响有关。因此，本试验采用热图聚类分析是可行的，可为地方特色燕麦栽培种植、功效成分的利用及籽粒营养价值提供一定参考依据。

3 讨论

我国黑龙江省作为农业发展具有种植面积广、土地辽阔和农产品生产品种集中高度等特点，并在新品种产量和粮食输出方面具有较强的竞争优势［24-26］。同时，也是燕麦利用黑龙江垦区生产基地优势［20］，对黑龙江省燕麦品质加工及栽培种植具有重要指导性意义。

燕麦具有优质的谷物蛋白质，其含量在所有谷物作物中居于首位［27］，在促进人体生长发育、提高免疫力等方面具有重要作用［28］。欧阳韶晖等研究

指出，燕麦粗蛋白平均含量为14.07%［29］，本研究结果与之相似，燕麦粗蛋白平均含量为13.59%，但本研究粗蛋白平均含量低于杨才等统计值（15.53%）［30］，这可能是由于不同地区间不同燕麦品种粗蛋白含量不同，且年间差别所致。燕麦中的碳水化合物主要为淀粉和膳食纤维，本研究发现粗淀粉平均含量为51.68%，Hoover等研究粗淀粉含量为50.0%～60.0%［31］，本研究结果与之相似。有研究表明，燕麦籽粒最重要的营养成分β-葡聚糖含量为2.5%～8.3%［32］。国外学者Ajithkunar等调查了来自不同国家的燕麦籽粒中β-葡聚糖含量在0.76%～3.68%［33］。邓万和等检测了β-葡聚糖含量变幅在3.14%～7.43%［34］。张海芳等研究对不同产地种植的16个燕麦品种籽粒进行了β-葡聚糖含量的检测，结果表明，来源地及品种不同对燕麦籽粒中β-葡聚糖含量有显著性差异，变幅在4.75%～7.12%［35］。周凡等对来自国内外不同燕麦品种进行测定，结果表明，β-葡聚糖含量介于1.76%～8.72%之间［36］，本研究测定燕麦β-葡聚糖含量在3.95%～7.88%，與其存在一定差异，这可能是由于燕麦检测方法、产地、品种及栽培条件等影响β-葡聚糖含量［37］。燕麦主要矿物质以磷钾为主，但燕麦中也存在微量的矿物质钙、铁、镁和锌等。该研究发现，不同燕麦品种籽粒中其矿质元素含量存在不同差异，Mg含量最高，为 2 237 mg/kg，Cu含量最低，为0.18 mg/kg，这与任长忠等的研究结论［38］基本一致。燕麦籽粒中富含总酚和黄酮等，其含量虽较少，但具有很多生物活性，如抗氧化、改善血液循环和抗炎等作用［39-40］。王健芳等研究指出，燕麦营养品质黄酮和总酚的平均鲜质量含量为1.70、7.99 mg/g［41］，本研究中黄酮和总酚的平均含量分别为 13.15、19.98 mg/kg，本

研究结果与之存在较大差异，可能是源自不同品种、不同种植环境等因素影响燕麦营养品质之间的差异。

本研究采用主成分分析法创建燕麦品质特性综合的评价模型［42］。选取与品质直接相关的11个营养品质指标进行主成分析，燕麦籽粒营养指标中提取出5个主成分，累计贡献率达75.309%，可较好反映燕麦品质的综合信息。通过主成分分析及PCA得分制图最终筛选燕麦籽粒中营养成分归纳为锌、铜、钙、β-葡聚糖、粗淀粉和黄酮含量。聚类分析可反映不同燕麦品种的差异，使燕麦品种营养成分相似的聚为一类，为更好地发展寒地不同燕麦籽粒品质综合潜力提供理论依据。

燕麦具有品种多、种植面积广和营养成分含量丰富等优势，但影响燕麦籽粒中营养品质的因素有很多，如遗传性状、品种、来源地及气候条件等［43］。龚海等研究了不同地区的燕麦品种营养成分，认为山西燕麦籽粒中蛋白质含量较高，河北燕麦籽粒中蛋白质含量相对较低［44］；本研究发现甘肃产地的燕麦籽粒蛋白质含量高于其他产地，这与林伟静等的研究结果［45］一致。周海涛等研究发现燕麦淀粉含量山西的最低［46］，本研究与之相反，可能是由于不同燕麦品种及不同产地导致其营养品质不同。

4 结论

通过主成分分析、聚类分析及PCA得分制图综合评价，最终确定营养成分锌、铜、钙、β-葡聚糖、粗淀粉和黄酮含量可作为评价黑龙江省燕麦籽粒营养成分的核心指标，供试的64份燕麦品种中综合评价营养品质较好的皮燕麦品种为加拿大引进的XY-2019-1和Canada黑，美国引进的V.S.2832，河北省的张燕8号和张燕7号，甘肃省的定燕2号，黑龙江省的农家燕麦；营养品质较好的裸燕麦品种为美国引进的74-N-28，河北省的坝莜1号，山西省的Yy11-18；供试的9个产地燕麦营养成分含量丰富的为黑龙江省、澳大利亚和甘肃省。因此，本研究结果可为黑龙江地区引种、营养品质加工及特异种质资源利用等提供参考。本试验中仅9个来源地64份燕麦品种的11个品质指标进行比较，尚有不足之处。研究结果可为黑龙江省燕麦品种的引进、选育及营养品质加工应用提供一定的参考。

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