燕麦品种的品质性状及聚类分析

倪香艳 顾军强 钟 葵 佟立涛 刘丽娅 周素梅

(农业部农产品加工综合性重点实验室 中国农业科学院农产品加工研究所1，北京 100193) (江南大学食品学院2，无锡 214036)

燕麦品种的品质性状及聚类分析

倪香艳1顾军强2钟 葵1佟立涛1刘丽娅1周素梅1

(农业部农产品加工综合性重点实验室 中国农业科学院农产品加工研究所1，北京 100193) (江南大学食品学院2，无锡 214036)

收集我国2012年31个裸燕麦品种，对燕麦品种间营养与加工品质的差异进行分析；通过聚类分析初步筛选出营养品质较高的燕麦品种，并对糊化特性为主的加工品质进行品种分类。结果表明：营养品质中直链淀粉、粗脂肪、β-葡聚糖、总酚等营养指标品种变异性较大(CV>15%)。加工品质中脂肪酶活(CV：32.56%)和糊化特性(CV>15%)品种变异性较大，白度差异较小(CV∶4.57%)。通过聚类分析最终初步筛选出甘肃定莜5号(高蛋白)、吉林白燕2号(高β-葡聚糖)、山西晋燕8号(高赖氨酸)及山西坝莜3号(高亚油酸)等营养品质较高的燕麦品种。按糊化特性初步将燕麦品种分为3类，适宜不同类型燕麦产品加工。相关研究旨在为燕麦育种和加工人员提供燕麦品质的基础理论数据。

燕麦 营养品质 加工品质 品质评价 品种筛选

燕麦营养价值高，富含β-葡聚糖、蛋白质、不饱和脂肪酸、维生素、矿物质以及植物营养素等物质[1]，同时具有降血压、降胆固醇、预防心脏病和控制糖尿病等功效[2]。因此，近年来燕麦成为备受人们喜爱的一种谷物食品。

本研究收集了我国2012年的31个燕麦品种，测量了水分、总淀粉、蛋白质、脂肪、β-葡聚糖、总酚、氨基酸组成、脂肪酸组成及糊化特性等主要的营养和加工指标，对籽粒的营养与加工品质性状等进行了统计分析和比较。旨在阐明不同燕麦品种品质指标的差异性，初步筛选出营养品质较高的燕麦品种，并初步分析不同燕麦品种的加工适宜性。

1 材料与方法

1.1 试验材料

从全国10个燕麦主产区收集2012年的31个裸燕麦主栽品种，磨粉过100目筛，待用。

表1 试验所用燕麦产地和品种

1.2 燕麦籽粒基本品质指标测定

参照GB 5009.3—2010、GB 5009. 4—2003测定水分、灰分含量；GB/T 14772—2008测定粗脂肪含量；GB/T5009.5—2003测定蛋白质含量；参照 AACC Method 32-23、AOAC Method 995.16方法测定β-葡聚糖含量；参照Megazyme K-PHYT 07/11方法测定植酸含量；参照AOAC 996.11、AOAC Method 76.13方法测定总淀粉含量；参照Megazyme Amylose /Amylopectin Assay Procedure方法测定直链淀粉含量；参照GB 5413.27—2010测定脂肪酸含量；参照GB/T 5009 采用酸水解法测定氨基酸含量，使用氨基酸自动分析仪测定，2619型离子交换树脂(柱型2.6 mm×150 mm)分析氨基酸组成[8]；采用福林酚法[9]测定燕麦总酚含量。采用乙酸铜比色法测定脂肪酸变化来测定残存酶活，具体步骤参考Qian等[10]的方法。

1.3 燕麦籽粒全粉糊化特性测定

根据AACC61-02标准方法、参考Mariotti等[11]方法，采用布拉本德803200微型黏度仪(德国Brabender公司)测定。测定参数：30 ℃开始计时，以 7.5 ℃/min的速度升温至 93 ℃，93 ℃保温 5 min，再以 7.5 ℃/min 的速度冷却到 50 ℃，50 ℃保温2 min，测量时搅拌机转速250 r/min，黏度单位为cm·g，记录黏度曲线上的糊化温度、峰值黏度、低谷黏度、最终黏度和回生值等特征参数。

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1.4 燕麦籽粒白度测定

2 结果与分析

2.1 燕麦籽粒营养品质指标统计分析

我国燕麦品种多样，不同品种燕麦籽粒的品质性状存在较大差异。31个燕麦籽粒营养品质指标统计分析如表2。总淀粉、灰分和蛋白质含量品种差异较小，变异系数分别为6.50%、10.26%和11.26%；直链淀粉、粗脂肪、β-葡聚糖、总酚含量品种差异较大，变异系数基本在15%左右。这与已报道的对燕麦品种品质分析的结论相近[13, 14, 15]。其中，β-葡聚糖含量变幅在2.79%～5.63%，而邓万和等[16]收集的燕麦品种β-葡聚糖质量分数主要集中在4.01%～6.00%，研究结果相近。本文中粗脂肪质量分数平均为6.72%，显著高于王燕收集的2010年燕麦品种粗脂肪质量分数(5.32%)，推测与年份和环境差异有关，通常低温环境容易增加油脂的合成[15]。

表2 燕麦籽粒营养品质指标统计分析(干基)

燕麦的主要营养组分含量基本呈现正态分布(图1)。45.2%的样品总淀粉质量分数集中在54.0%～58.0%；45.2%的样品蛋白质质量分数集中在16.0%～18.0%；41.9%的样品粗脂肪质量分数集中在6.0%～7.0%；β-葡聚糖质量分数集中在4.5%～5.5%(61.3%)，这与文献[17-18]研究相比结论类似，燕麦主要营养指标分布相对更为集中，推测与产区和品种数量有关。

不饱和脂肪酸如亚油酸、油酸、亚麻酸等对人体健康非常有益，如亚油酸属于人体必需脂肪酸，是公认具有降血脂活性的功能因子[14]。研究燕麦脂肪酸在不同品种间的差异性可为今后研究燕麦产品的保健功能等提供参考。燕麦籽粒中共检测到7种脂肪酸(表3)，分别是肉豆蔻酸(C14∶0)、棕榈酸(C16∶0)、棕榈油酸(C16∶1)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1)、亚油酸(C18∶2)、亚麻酸(C18∶3)，其中油酸与亚油酸(不饱和脂肪酸)占总脂肪酸72.69%，棕榈酸(饱和脂肪酸)占总脂肪酸22.91%。此外，3种主要脂肪酸品种间含量差异小(CV<10%)。

表3 燕麦籽粒中脂肪酸组成及含量统计分析

赖氨酸通常被认为是谷物的第一限制性氨基酸，相对其他谷物，燕麦蛋白中赖氨酸含量较高，被视为弥补“赖氨酸缺乏症”的优质谷物[14]。研究燕麦氨基酸组成的品种差异性可为优质谷物研究提供品种参考。燕麦籽粒氨基酸含量及组成见表4，共17种氨基酸(色氨酸除外)被检出。其中谷氨酸质量分数最高(4.01%)，其次为天冬氨酸、亮氨酸与精氨酸等；含量较低的为蛋氨酸、组氨酸及酪氨酸，蛋氨酸质量分数最低(0.17%)。大部分氨基酸变异系数均为10%左右，表明品种间存在一定差异。WHO/FAO的推荐赖氨酸值为55 mg/gPro，部分燕麦品种赖氨酸含量小于推荐值，变幅为0.57%～0.98%，平均值为0.75% (47.62 mg/gPro)，接近WHO/FAO的推荐值。

图1 燕麦籽粒营养品质指标分布

表4 燕麦籽粒中氨基酸组成统计分析

2.2 燕麦籽粒加工品质指标统计分析

千粒重越大，比表面积越小，脂肪酶活性则相对较低，相对容易加工利用，因此燕麦加工一般选择籽粒较大(长度、宽度均大)的品种[19]；植酸为燕麦中的抗营养因子，能降低矿物质的消化吸收率[20]；白度是重要的感官品质指标，加工生产中常选用白度较高的品种[13]；燕麦脂肪酶被激活将导致产品感官品质变差，是加工储存过程中关键控制指标[21]。不同品种燕麦加工品质指标统计分析如表5。千粒重平均为23.28 g，相比早年燕麦籽粒(17.42 g)[17]，燕麦籽粒更饱满，产量更高。不同品种间，白度差异最小(4.57%)，脂肪酶活差异最大(32.56%)。

表5 燕麦籽粒加工品质指标统计分析

燕麦的主要加工品质指标分布见图2。4个品质指标均呈现良好的正态分布。其中，有4个燕麦品种的脂肪酶活大于100 μmol/(h·g)，在加工时需根据不同的燕麦品种选择主要灭酶强度，以确保加工过程中脂肪酶被完全钝化。

图2 燕麦籽粒加工品质指标分布

燕麦全粉糊化特性可为燕麦的加工应用提供重要理论参考，不同品种燕麦全粉糊化特性统计分析如表6。糊化温度平均为85.69 ℃，变异系数仅2.65%，表明品种间燕麦起始糊化难易程度相近。糊化特性中其他黏度参数变异系数均较大，崩解值变异系数达65.77%，表明不同品种燕麦糊热稳定性差异性较大，这与郑建梅、路威等[13,22]的研究结果基本一致。

表6 不同品种燕麦全粉糊化特性统计分析

不同品种燕麦品质和糊化特性的相关性分析结果如表7。燕麦品质指标中，总淀粉和总蛋白含量呈现极显著负相关(P<0.01)。燕麦糊化特性指标中，糊化温度与最终黏度之间存在显著负相关(P<0.05)，与峰值黏度、崩解值、回生值之间存在极显著负相关(P<0.01)；峰值黏度与低谷黏度、最终黏度、崩解值、回生值之间存在极显著正相关(P<0.01)，相关系数均在0.70以上；低谷黏度、最终黏度和回生值彼此之间存在极显著正相关(P<0.01)。相关结果与文献[13, 22]研究结果类似。

营养品质指标与糊化特性指标中，蛋白质含量与峰值黏度存在极显著负相关(P<0.01)，与崩解值存在显著负相关(P<0.05)，表明蛋白质的种类和组成会影响淀粉的糊化特性，与张宏[23]等关于影响淀粉糊化的因素的研究结果相符合。

表7 不同品种燕麦品质和糊化特性相关性分析

注:*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著。

2.3 燕麦品种营养指标聚类分析

燕麦品种营养品质差异较大，因此有必要筛选营养品质较高的燕麦品种，主要以蛋白质、β-葡聚糖、亚油酸及赖氨酸[14]的含量为指标。利用这4个指标分别进行离差平方和聚类分析(图3)，可将31个燕麦品种分成3类(表8)。

图3 燕麦营养指标聚类分析

Ⅰ类主要分布在河北和内蒙古地区，具有β-葡聚糖和亚油酸含量低等特点；Ⅱ类主要分布在山西、云南、四川及宁夏地区，亚油酸含量最高，主要有山西坝莜3号、云南昭通、四川白燕11号、宁夏燕科1号；Ⅲ类要分布在山西、甘肃、吉林和新疆地区，具有蛋白质、β-葡聚糖及赖氨酸含量高等特点，因此又可分为高蛋白、高β-葡聚糖及高赖氨酸3组。1组蛋白质质量分数平均为19.05%，主要有甘肃定莜5号、甘肃定莜2号和吉林白燕8号等；2组β-葡聚糖质量分数平均为5.25%，主要有吉林白燕2号、吉林白燕4号和甘肃定莜8号等；3组赖氨酸含量平均为9.07 mg/g，主要有山西品质晋燕8号、甘肃定莜1号和宁夏白燕2号等。

表8 燕麦营养指标聚类结果分析

注：数值为平均值±标准偏差；同列中不同字母表示有显著性差异(P<0.05)。

2.4 燕麦品种加工指标聚类分析

糊化特性是淀粉的重要流变性特性，直接影响产品的加工特性和加工制品类型，因此有必要对其部分糊化特性进行分析。主要以糊化温度、崩解值和回生值为指标。利用这3个指标分别进行离差平方和聚类分析(图4)，可将31个燕麦品种分成3类(表9)。

图4 燕麦加工指标聚类分析

Ⅰ类主要分布在河北、山西和甘肃地区，具有崩解值较低的特点，崩解值是峰值黏度和低谷黏度的差值，反映淀粉糊的稳定性。崩解值越低，则面粉糊的热稳定性能越好，宜选用作为高温罐制产品的原料；Ⅱ类分布在云南地区，回生值最低，为云南昭通品种，回生值反映了淀粉分子的重结晶程度，回生值越低，其老化程度低，故宜选用作为对稳定性要求高的谷物饮料等产品的原料；Ⅲ类主要分布在山西、内蒙古、四川、新疆和宁夏地区，具有回生值较高和糊化温度低等特点，糊化温度低，则淀粉吸水膨胀、糊化特性强，稳定性差，故不适合作为需要加工温度过高的产品原料。

表9 燕麦加工指标聚类结果分析

3 结论

3.1 不同品种间燕麦品质差异较大。燕麦营养品质中直链淀粉、粗脂肪、β-葡聚糖、总酚等指标含量差异较大，而总淀粉、灰分和蛋白质含量差异较小；加工品质中脂肪酶活品种差异较大，白度差异较小，糊化特性指标中糊化温度差异最小，其他指标变异系数均较大。

3.2 对不同品种燕麦品质和糊化特性进行相关性分析，总淀粉含量与蛋白质含量间存在极显著负相关，蛋白质含量与峰值黏度存在极显著负相关，脂肪含量与糊化特性指标不存在显著相关性。

3.3 初步筛选出一批蛋白质(甘肃定莜5号、甘肃定莜2号和吉林白燕8号等)、β-葡聚糖(吉林白燕2号、吉林白燕4号和甘肃定莜8号等)、赖氨酸(山西晋燕8号、甘肃定莜1号和宁夏白燕2号等)含量较高的高营养品质燕麦品种，为今后研究燕麦的降脂保健功能及弥补“赖氨酸缺乏症”的优质谷物以及营养价值与食用品质相结合的加工产品的研究提供良好的供试材料。

3.4 通过聚类分析将不同燕麦品种按照糊化特性分为3类：Ⅰ类品种的崩解值较低，以河北、山西和甘肃地区品种为主，适宜宜选用作为高温罐制产品的原料；Ⅱ类品种的回生值较低，以云南地区品种为主，宜选用作为对稳定性要求高的谷物饮料等产品的原料；Ⅲ类品种的回生值较高和糊化温度偏低，以山西、内蒙古、四川、新疆和宁夏地区品种为主，不宜作为加工温度过高类产品的原料。

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Quality Characteristics of Oat Cultivars and Cluster Analysis

Ni Xiangyan1Gu Junqiang2Zhong Kui1Tong Litao1Liu Liya1Zhou Sumei1

(Key Laboratory of Agro-products Processing, Ministry of Agriculture; Institute of Food Science and Technology Chinese Academy of Agricultural Sciences1, Beijing 100193)(Jiangnan University2,Wuxi 214036)

We collected 31 samples of hull-less oat cultivars from major production areas in China, which were harvested in 2012. The difference between oat cultivars in nutritional compositions and processing quality was analyzed and compared among cultivars; Oat cultivars of high nutritional quality were preliminarily selected by cluster analysis, and processing quality was classified by pasting properties. The results indicate that amylose, crude fat, β-glucan and total phenols have the larger variation among cultivars with the variation coefficient more than 15.00%. The lipase activity(CV∶32.56%)and pasting properties(CV∶>15%)of oat flour have the larger variation among cultivars, while whiteness has the less variation coefficient, which was 4.57%. Gan Su Dingyou-5 (high content of crude protein), Ji Lin Baiyan-2 (high content of β-glucan), Shan Xi Pin Zhi Jinyan-8 (high content of lysine) and Shan Xi Bayou-3 (high content of linoleic acid) were preliminarily selected due to theirs higher nutritional quality. The oat cultivars were divided into three groups by pasting properties, which were suitable for different types of oat products. The research provides the basic data of oat quality for oat breeding and processing researcher.

oats, nutritional quality, processing quality, quality evaluation, cultivars selection

TS236

A

1003-0174(2016)10-0018-07

国家科技支撑计划(2012BAD29B03-02)，农业公益性行业科研专项(201403063-03)

2015-03-04

倪香艳，女，1991年出生，硕士，粮油深加工与功能食品

周素梅，女，1971年出生，研究员，粮油深加工与功能食品