红秃头小麦营养成分测定和评价

田艳花,刘林凤,杨兆艳,刘娜丽,郭 芸

(山西药科职业学院食品工程系,山西太原 030031)

红秃头小麦营养成分测定和评价

田艳花,刘林凤,杨兆艳,刘娜丽,郭 芸

(山西药科职业学院食品工程系,山西太原 030031)

以灰色小麦、乌麦526和晋麦21为对照,对甘肃省武威北部地区古老珍稀小麦品种红秃头小麦营养成分进行了系统比较和评价。结果表明,红秃头小麦脂肪含量为1.62%,富含各种脂肪酸;粗纤维含量为2.8%,碳水化合物含量为71.21%,蛋白质含量为14.82%,18种氨基酸总量达到14.618%,8种必需氨基酸占氨基酸总量的34.91%;灰分含量为1.82%。与晋麦21相比,蛋白质含量增加9.78%,脂肪含量增加8%,灰分含量增加7.06%,维生素A、C、B1、B2和维生素E含量增加14.06%,32.68%,13.34%,4.2%和7.25%;与灰色小麦相比,除维生素B1、B2和维生素E以外,其他成分含量均低于灰色小麦;与乌麦526相比,脂肪、灰分、维生素和蛋白质含量均低于乌麦526;比较了钙、钾、硒、锰、铁、锌、磷、镁、碘、钼、铜11种矿质元素,其中Fe含量为49.76 mg/kg,Mn含量为24.29 mg/kg,Se含量高达0.26 mg/kg;铁和硒在含量上明显高于乌麦567和晋麦21,分别增加70.41%、127.21%和30%、176%;与灰色小麦相比,除了锌含量以外,其他10种元素含量均低于灰色小麦。因此,红秃头小麦作为高蛋白、富硒和高赖氨酸的新型食品加工原料,有较大的开发价值和市场前景。

红秃头小麦,成分,营养评价

小麦属于禾本科植物,是世界第二大粮食作物,富含淀粉、蛋白质、脂肪、矿物质、维生素等人类不可或缺的重要营养物质,属于药食同源作物,具有供给热量、补充营养、促进发育和抗病解毒等作用[1-3]。目前对小麦的研究主要集中在小麦品种的选育、种植方式和加工技术等,尤其是小麦品种改良方面,涌现出彩色小麦(蓝、黑、紫粒)品种和黑色小麦等优良品种,在小麦产量、蛋白质含量和品质、矿质元素和维生素含量等方面有显著提高[4-7]。“红秃头”小麦是旱地小麦品种之一,赫红色,没有麦芒,品质古老,以不施化肥、农药,面粉高筋道著称,具有耐瘠薄、耐寒、耐旱、杆高细软、穗小粒小、成熟晚、休眠期长等特点,主要分布在武威北部山区古浪、民勤、景泰等地区丘陵旱薄地种植,作为一种珍稀品种被种植。

红秃头小麦主要根种在武威北部地区,即河西走廊东端、腾格里沙漠西侧、北纬37°、东经103°区域。该区域山区面积达约1.5万km2,太阳辐射强,日照充足,夏季短而炎热,冬季长而严寒,春秋季不明显,温差较大,年降水量52～185 mm,蒸发量3000 mm,常年干旱缺水。“红秃头”小麦正是在这一独特、恶劣的地理环境中,历经数百年自然变迁、物种繁衍、进化而顽强的生存了下来,在一定程度上解决了甘肃省武威地区粮食作物短缺问题,极致的生长环境赋予了红秃头小麦特有的品质。目前在武威市政府结合当地特色作物大力发展红秃头小麦循环经济产业链,许多农副产品加工公司将“红秃头”小麦粉制作手工拉面的传统工艺搬进了现代化的工业厂区,实现了和、压、醒、揉、搓、拉、晾等十二道工序的标准化生产,提升了小麦的附加值,产品已经遍布全国。目前对红秃头小麦的研究缺乏系统性评价,为了进一步提升公众对红秃头小麦的进一步了解,促进地方经济的发展。本文通过对红秃头小麦的基本成分、维生素、脂肪酸和氨基酸组成进行系统研究,并与小麦主产区河南彩色小麦(灰色小麦)、山西黑粒小麦(乌麦526)和普通小麦(晋麦21)进行比较,以期为红秃头小麦的深加工和功能性开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红秃头小麦 甘肃古浪伊禧堂生物伟业有限公司提供；彩色小麦(灰色小麦)、黑粒小麦(乌麦526)和普通小麦(晋麦21) 数据来源于参考文献；葡萄糖、蒽酮、浓硫酸、硫酸铜、硫酸钾、硼酸、氢氧化钠 烟台市双双化工有限公司,均为分析纯；甲醇、乙腈 色谱纯；维生素C 上海生工生物工程有限公司；各种氨基酸、元素标准品 分析纯。

ALC-110.4电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;LC-200高效液相色谱仪 日本JASCO;835-50氨基酸自动分析仪、Z-5000原子吸收分光光度计 日本日立公司;GC 6890-MS 5973气相色谱-质谱联用仪 美国安捷伦。

1.2 实验方法

1.2.1 取样及处理 用多点法取样后,将红秃头小麦进行筛分和人工清理,挑选颗粒饱满籽粒,去除外皮,除杂,用旋风粉碎磨进行磨粉,过80目筛,混匀后置于洁净干燥的广口瓶中,贴上标签备用,用于组分分析。

1.2.2 营养成分分析 水分测定:参考GB 5497-85《粮食、油料检验 水分测定法》;粗灰分和粗蛋白含量:按照GB/T5505-2008《粮油检验 灰分测定法》和GB 5009.5-2010《食品中蛋白质的测定》方法测定;粗脂肪含量:按照GB/T 5512-2008 《粮油检验 粮食中粗脂肪含量测定》进行测定;粗纤维含量:参考NY/T 13-1986 《谷物籽粒粗纤维测法》进行测定;碳水化合物含量：参考苯酚-硫酸法进行测定,以葡萄糖为标准物质,绘制葡萄糖浓度(X)与光吸收值(Y)的线性方程Y=0.0607X-0.0569,R2=0.9977,线性范围0.0～1.0 mg/mL。

1.2.3 脂肪酸分析 参照易翠平等[8]的方法采用索氏提取法提取样品中的粗脂肪,并进行甲酯化反应,静置分层后取上清液用气相色谱分析,归一化法计算脂肪酸的含量。色谱条件为:氢火焰离子化检测器(FID),检测器温度250 ℃,进样口温度250 ℃,载气氮气100 kPa、氢气压力60 kPa、空气压力50 kPa,进样量1.0 μL,分流比1∶10。测定完毕后,采用HP7890自带的色谱工作软件进行自动积分,计算脂肪酸各组分的含量。

1.2.4 维生素分析 维生素A和维生素E含量测定按照GB/T 5009.82-2003 《食品中维生素A和维生素E的测定》进行测定;维生素B1和B2的测定采用高效液相色谱法[9],维生素C的含量测定采用高效液相色谱法[10]。

1.2.5 矿质元素分析 准确称取恒重样品0.50 g,干法灰化,0.1%硝酸溶液溶解,用原子火焰分光光度法测定Na、K、Cu、Fe、Mn、Zn、Ca、Mg和Se 9种元素的含量[11-12];磷含量采用磷钼蓝比色法进行测定。

1.2.6 氨基酸分析 准确称取恒重样品约0.20 g,置于安瓿瓶中,加入10.00 mL 6.0 mol/L HCl进行酸水解,抽真空,封口。置于110 ℃恒温干燥箱中水解24 h,冷却后,过滤,调节pH至中性,定容至50 mL,备用。上样前用0.45 μm滤膜过滤。精密吸取样品20 μL,进样,氨基酸自动分析仪对试样水解液组分及含量进行分析测定。分析条件:洗脱液为茚三酮溶液,流速0.4 mL/min。结果计算以峰面积测定结果,用外标法计算各氨基酸含量[10]。

1.2.7 营养价值评价 按照世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)于1973年提出的必需氨基酸全鸡蛋模式谱对营养价值进行评价,分别根据以下公式计算出样品中必需氨基酸的比值(RAA)、氨基酸比值系数(RC)及比值系数分(SRC)[4,7,10,13]。

RAA=样品中某必需氨基酸含量/(WHO/FAO)式中相应的氨基酸含量

RC=样品中某必需氨基酸RAA/各种氨基酸RAA的平均值

SRC=100-SRD×100,其中SRD为RC的相对标准差。

1.3 数据统计分析

测定样品设置3个平行,结果以平均值±标准偏差表示。

表1 红秃头小麦营养成分分析Table 1 Main nutrient components in red bald wheat

注:a数据引用于参考文献[4]和[14],b、c数据引用于参考文献[13];“-”表示无数据。

表2 脂肪酸含量比较(%)Table 2 Comparison of fatty acid content in red bald wheat(%)

注:d、e数据引用于参考文献[15],黑小麦为陕西武功县黑小麦研究所引种品种;普通小麦为陕229;“-”表示无数据。

2 结果与讨论

2.1 红秃头小麦基本成分

参照国家标准对谷物中基本成分测定方法对红秃头小麦基本营养成分进行测定,结果见表1。从表中可以看出,红秃头小麦水分含量约为10.64%,蛋白质、脂肪、灰分、维生素A、B1、B2、E、C含量均高于普通小麦(晋麦21),其中蛋白质含量增加9.78%,脂肪含量增加8%,灰分含量增加7.06%,维生素A、B1、B2、E、C含量增加14.06%、32.68%、13.34%、4.2%、7.25%、32.62%,碳水化合物和粗纤维素含量低于普通小麦(晋麦21)。与黑粒小麦(乌麦526)相比,红秃头小麦蛋白质、脂肪、灰分和维生素含量均低于乌麦526;和彩色小麦(灰色小麦)相比,除了维生素B1、B2和维生素E以外,其他测定成分含量均低于灰色小麦。主要原因是黑粒小麦和彩色小麦作为功能性食品,在小麦品种和生长环境等方面均优于红秃头小麦和普通小麦,在营养组成上表现出较大的差异,此外从碳水化合物含量来看,红秃头小麦高碳水化合物含量可能与西北地区太阳辐射强,日照充足,温差较大造成的淀粉粒积累有关。

2.2 脂肪酸组成分析

小麦脂肪酸及其含量是影响全麦粉营养品质的重要因素之一,脂类约占小麦籽粒重量的3%,其中约4%在外果皮,22%～33%在糊粉层,25%～30%在胚中,其余的40%～50%在淀粉性胚乳组分中,小麦胚所含的脂肪中约80%为不饱和脂肪酸,亚油酸含量约占其中50%以上[8],亚油酸是人体不可缺少的必需脂肪酸之一,对调节人体内电解质平衡、调节血压、降低胆固醇、预防心脑血管病具有重要作用[16-17]。采用气相色谱测定了红秃头小麦中的脂肪酸组成和在总脂肪中的含量,结果如表2,红秃头小麦各种脂肪酸含量有高有低,红秃头小麦饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸含量分别为19.33%和80.66%。饱和脂肪酸含量高于黑小麦,低于普通小麦;不饱和脂肪酸含量低于黑小麦,而与普通小麦含量相当。

2.3 矿质元素种类及含量分析

采用原子火焰分光光度法和磷钼蓝比色法测定了红秃头小麦中11种矿质元素,结果如表3,其中大量元素有镁、磷、钙和钾,微量元素有铁、锌、锰和硒。红秃头小麦铁和硒在含量上明显高于乌麦526(黑麦),含量分别增加70.41%和30%;和晋麦21(普通小麦)相比,红秃头小麦铁、锰和硒在含量上高于晋麦21,尤其是铁和硒含量增加127.21%和176%,锰含量增加15.67%;与灰色小麦(彩色小麦)相比,只有锌含量增加162.22%,与陈志成研究中所报道的其他彩色小麦品种如普绿麦1号和中普紫麦1号相比,红秃头小麦在硒含量上高于中普绿麦1号,而其他元素含量均低于普绿麦1号和中普紫麦1号[6]。有研究表明,Fe、Zn、Mn元素是机体中许多酶重要的激活剂,Fe被誉为人体发育的小麦的营养价值不仅决定于蛋白质含量,也决定于蛋白质中的氨基酸组成。其中必需氨基酸含量是决定小麦营养品质的关键。利用氨基酸自动分析仪测定红秃头小麦中氨基酸种类及含量,结果见表4,从表中可以看出,红秃头小麦中18种氨基酸总量达到14.618%,其中5种半必需氨基酸总量为2.05%，8种必需氨基酸总量为5.10%,占氨基酸总量的34.91%。与灰色小麦、乌麦526和晋麦相比,在氨基酸含量上看,红秃头小麦氨基酸总量高于灰色小麦17.31%,晋麦21.02%,低于乌麦8.8%,从氨基酸组成上看,红秃头小麦除了半胱氨酸、蛋氨酸和赖氨酸含量高于灰色小麦,其他氨基酸含量都较低;与乌麦526相比,谷氨酸、酪氨酸和赖氨酸含量较高;与晋麦21相比,除了组氨酸、丝氨酸、精氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸四种氨基酸含量较低外,其他氨基酸显著高于晋麦21。从表中可以看出各种小麦含量最多的氨基酸是非必需氨基酸中的谷氨酸和脯氨酸,而必需氨基酸中赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸等的含量都较低,人体缺少任何一种必需氨基酸,转运核糖核酸tRNA就不能及时将所需要的该氨基酸带至核糖体rRNA,以至于其他氨基酸不能利用,蛋白质合成受阻,引起机体出现蛋白质缺乏症。众多研究表明,赖氨酸、苏氨酸等称为小麦的限制性氨基酸,尤以赖氨酸最为缺乏,被称为第一限制性氨基酸,小麦籽粒蛋白中赖氨酸的平均含量3.0%[17-18],远远低于国际粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO)公布的标准赖氨酸含量5.5%[18-19]。因此小麦营养价值的高低主要在很大程度上取决于赖氨酸的含量,从红秃头小麦赖氨酸含量来看,含量高达1.82%,品质较好,与报道的红麦、秃头小麦赖氨酸含量最高相一致。

表3 红秃头小麦中矿质元素的含量Table 3 Content of inorganic elements in red bald wheat

注:f数据引用于参考文献[16],b、c数据引用于考文献[13];“-”表示无数据。

表4 红秃头小麦中氨基酸成分分析(%)Table 4 Contents and composition of amino acids in red bald wheat(%)

注:a数据引用于参考文献[4]和[20],b、c数据引用于考文献[13];“*”表示半必需氨基酸,

“**”表示必需氨基酸。“建筑材料”,参与有氧代谢和能量代谢,维持血红蛋白的含量,减缓贫血症状的发生,Zn、Mn一直被看作“抗衰老因子”,参与机体免疫防御、骨骼发育、性激素功能调节等。硒被誉为“抗癌素”,是构成谷胱甘肽过氧化物酶的成分,参与辅酶Q 和辅酶A 的合成,能阻止过氧化物的生成,提高机体免疫力,抵抗某些化学致癌物质[10,13]。因此,与晋麦矿质元素组成相比乌麦红秃头小麦品质较好,可以作为较好的食药资源。小麦矿质元素的分布主要集中在种皮和籽粒中,除了籽粒外,种皮上亦富含各种矿质元素,而矿质元素的组成和含量的高低受多种因素诸如品种、种植区域、气候条件、施肥状况等的影响[3,6]。因此在实际小麦种植过程中往往会根据麦子的品种、当地土壤肥力状况,雨水分布情况进行人工调节,从而在提高作物产量的同时提高作物品质。

表5 红秃头小麦中必需氨基酸占总氨基酸的质量分数(%)Table 5 Respective ratios of human essential amino acids to total amino acids in Red bald wheat and the values recommended by WHO/FAO pattern(%)

注:* 第一限制性氨基酸。

2.4 氨基酸的组成及含量分析

2.5 必需氨基酸的配比

为了进一步评价红秃头小麦蛋白质营养价值高低,不仅要看必需氨基酸的组成和含量,还要看必需氨基酸之间的搭配比例是否合理。通常来讲比例越接近人体所需氨基酸比例,代表品质较好,氨基酸不足和过剩都会影响蛋白质的营养价值,影响机体对氨基酸的吸收利用[10,20]。根据世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)1973年提出的理想蛋白质人体必需氨基酸的含量模式谱标准,EAA/TAA在40%左右,EAA/NEAA在60%左右的蛋白质营养价值较好[20]。采用氨基酸比值系数法对红秃头小麦中的氨基酸进行分析,并与1973年FAT/WHO修正的理想蛋白质人体必需氨基酸全鸡蛋模式谱进行比较,结果见表5。红秃头小麦的必需氨基酸占氨基酸总量的比值(EAA/TAA)为34.91%，必需氨基酸与非必需氨基酸之比(EAA/NEAA)为68.29%，说明红秃头小麦必需氨基酸含量丰富,蛋白质接近理想蛋白质的要求。红秃头小麦必需氨基酸总量高于模式谱,缬氨酸和苏氨酸为第一限制性氨基酸,亮氨酸为第二限制性氨基酸,异亮氨酸、胱氨酸+蛋氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸含量与WHO/FAO建议值相近,其RAA值分别为0.9,0.91和0.97,赖氨酸和色氨酸含量最高,为WHO/FAO建议值的2.26和1.5倍。红秃头小麦的SRC值为52.11,蛋氨酸+胱氨酸含量丰富,可与大豆分离蛋白、藻类等蛋氨酸+胱氨酸含量相对不足的蛋白按一定比例互混互补,以提高其营养价值,达到营养平衡。

3 结论

本文以甘肃省武威北部地区古老珍稀小麦品种红秃头小麦为研究对象,对其基本组分、维生素、脂肪酸、矿质元素和氨基酸组成进行了测定,并与河南彩色小麦品种灰色小麦、山西乌麦526和晋麦21进行了比较分析。红秃头小麦脂肪含量为1.62%,碳水化合物含量为71.21%,粗纤维为2.8%,维生素A、B1、B2、C和E含量分别为2.19,9.26,7.84,4.35和15.23 mg·kg-1;富含各种矿质元素,尤其是Fe、Mn和Se,其中Fe含量为49.76 mg/kg,Mn含量为24.29 mg/kg,Se含量高达0.26 mg/kg;蛋白质含量为14.82%,氨基酸种类齐全,18种氨基酸总量达到14.618%,8种必需氨基酸占氨基酸总量的34.91%。赖氨酸含量丰富。红秃头小麦是一种高蛋白、低脂肪、低热能,且富含矿物质Se、维生素和赖氨酸的天然优质小麦,有望成为我国西北地区天然保健食品资源,很值得进一步研究开发和利用。

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Composition analysis and nutritional evaluation of red bald wheat

TIAN Yan-hua,LIU Lin-feng,YANG Zhao-yan,LIU Na-li,GUO Yun

(Food Engineering Department of Shanxi Pharmaceutical Vocational College,Taiyuan 030031,China)

Compared with Grey Wheat(TriticumL.),Wumai 526(TriticumL.)and Jinmai 21(TriticumL.),the contents of nutritional components of Red Bald Wheat(TriticumL.)from north area of Wuwei,Gansu Province,were determined and evaluated. The results showed that Red Bald Wheat was abundant in various nutritional components,including all kinds of fatty acids(fat 1.62%),crude fiber 2.8%,carbohydrate 71.21%,protein 14.82%,ash 1.82%,18 kinds of amino acids 14.618%,in which 8 kinds of essential amino acids account for 34.91% of total amino acids. The determination also exhibited that the contents of major nutritional components of Red Bald Wheat were lower than those of Grey Wheat,except the contents of Vitamin B1,B2and E. The contents of fat,ash,vitamins and proteins of Red Bald Wheat were lower than those of Wumai 526. In contrast,the contents of proteins,fat,ash,Vitamin A,C、B1,B2and E of Red Bald Wheat were higher than those of Jinmai 21 by 9.78%,8%,7.06%,14.06%,32.68%,13.34%,4.2% and 7.25%,respectively. On the other hand,the contents of 11 kinds of mineral elements(calcium,potassium,selenium,manganese,iron,zinc,phosphorus,magnesium,iodine,molybdenum and copper)of Red Bald Wheat were determined as well. It was observed that the contents of iron,manganese and selenium were 49.76,24.29,0.26 mg/kg,respectively. Especially,the contents of iron and selenium were significantly higher than Wumai 526(correspondingly,increased by 70.41% and 127.21%)and Jinmai 21(correspondingly,increased by 30% and 176%). Except zinc,the contents of the other 10 kinds of mineral elements of Red Bald Wheat were lower than Grey Wheat. Therefore,as a novel kind of food raw material rich in proteins,selenium and lysine,Red Bald Wheat probably have a great development value and market prospect.

red bald wheat(TriticumL.);composition;nutritional evaluation

2016-08-22

田艳花(1981-)，女，硕士研究生，研究方向：食品生物技术，E-mail:sxyktyh@163.com。

TS201.4

A

1002-0306(2017)07-0346-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.058