青稞籽粒β-葡聚糖含量及不同加工方式对其变化的影响

王新坤 刘超 杨清梅 程安玮 王月明 王青 孙金月

摘要：为探究青稞籽粒中宏量营养素与β-葡聚糖之间的关系，并揭示加工方式对β-葡聚糖含量的影响，遴选品质优异的青稞品种用于功能食品的开发，对日喀则市来源的13份青稞品种进行炒制、蒸煮、焙烤和发芽处理。结果表明，β-葡聚糖含量仅与膳食纤维含量显著相关（P<0.01），与脂肪、蛋白质和淀粉含量均无显著相关关系;炒制和焙烤均可显著增加青稞籽粒全粉中β-葡聚糖含量（P<0.05），其中焙烤带来的增益效应更强，与未加工处理相比增幅达到14.97%。鉴于品种和烹饪方式两个因素间存在交互作用，为实现β-葡聚糖的富集，宜选择棕色品种“喜拉22”进行焙烤处理。

关键词：青稞;β-葡聚糖;宏量营养素;加工方式

中图分类号：S512.3：TS201.2+3文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）02-0124-07

Beta Glucan Content in Highland Barley Grains and Its

Change Influenced by Different Processing Methods

Wang Xinkun， Liu Chao， Yang Qingmei， Cheng Anwei， Wang Yueming， Wang Qing， Sun Jinyue

（Key Laboratory of Novel Food Resources Processing， Ministry of Agriculture/

Key Laboratory of Agro-Products Processing Technology of Shandong Province/Institute of Agro-Food Science and

Technology， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）

AbstractIn order to explore the relationship between macro nutrients and beta-glucan in highland barley grains， reveal the impact of processing methods on the content of beta-glucan， and select barley varieties with excellent quality for developing functional food， 13 highland barley varieties from Shigatse City were treated by frying， stewing， baking and germination. The results showed that the content of beta-glucan was only significantly related to the content of dietary fiber （P<0.01）， and was not significantly related to the content of fat， protein and starch. Both frying and baking could significantly increase the content of beta-glucan in the whole highland barley seed flour （P<0.05）， in which， the gain effect brought by baking was stronger with the increase rate up to 14.97% compared with the control. In view of the interaction between varieties and processing methods， the brown variety Xila 22 was optimum for  baking in order to achieve the enrichment of beta-glucan.

KeywordsHighland barley; Beta-glucan; Macro nutrients; Processing method

青藏高原生活環境恶劣，医疗资源落后，但糖尿病、心脑血管疾病等慢性疾病发病率很低[1]。最新数据显示，西藏地区长寿老人（大于100岁）比率较平原汉族高近一倍，且西藏地区老人的相对死亡率也低于平原汉族。高寿特征一方面很可能源自衰老基因的遗传差异[2];另一方面，藏民以青稞为主食，青稞突出的保健功能是藏区人长寿的重要原因之一[3]。青稞是β-葡聚糖含量最高的谷类作物，是小麦平均含量的50倍，且远远高于皮大麦和燕麦[4]。青稞的保健功能与其富含β-葡聚糖密不可分。 β-葡聚糖是存在于青稞糊粉层和胚乳细胞壁中的一种多糖，即（1→3）（1→4）-β-D-葡聚糖，是由β-1，3-和β-1，4-糖苷键将D-吡喃葡萄糖基连接而成的线型均一性非淀粉水溶性多糖[5]。目前，生物医学界普遍认为β-葡聚糖具有清肠、调节血糖、降低胆固醇、提高免疫力等四大生理作用[6-8]，已将其列入国家新资源食品名录。

青稞自古以来是西藏地区的重要主食之一，主要被加工成糌粑。近年来随着对青稞的关注逐渐增多，青稞已经被用于粮食工业、酿酒工业、饮料工业、功能食品等很多领域，已成功研究出青稞挂面、青稞速食面、青稞营养粉、萌动青稞绿茶等产品。这些产品保持了青稞原有的低糖、低脂肪特点，是高血糖、高血脂人群的理想食品。虽然关于青稞及其β-葡聚糖生理功能的研究已有很多，但是关于不同的加工方式对青稞生理功效性影响的研究却少有报道;虽然我国青稞研究的重心已由高产向优质转变，但尚缺乏青稞营养和保健品质的综合评价标准，不能根据生产需求来划分专用青稞的类型或等级[9]。本研究旨在综合评价日喀则市青稞品种的宏量营养品质特性，并探究品种和常规烹饪方式对青稞中β-葡聚糖含量的影响，以期为青稞β-葡聚糖功能食品加工提供理论依据和技术。

1材料与方法

1.1材料与试剂

供试青稞材料共13份，均由西藏日喀则市科技局生物科技研究所提供，包括地方品种9份、育成品种（系）4份。品种名称见图1。其中，棕色品种为藏青320、噶木果日、喜拉19、喜拉22、藏青2000;紫色品种为卡娃夏沐溪、优喜、喜珠、曲堆嘎木、嘎如;黑色品种为萨贵、曲加、雄樟。

D-葡萄糖标准品、直链淀粉标准品、支链淀粉标准品、β-葡聚糖酶购于上海瀚鸿科技股份有限公司;β-葡萄糖苷酶购于中科瑞泰生物科技有限公司;葡萄糖氧化酶、过氧化物酶购于上海源叶生物科技有限公司;热稳定α-淀粉酶液、淀粉葡萄糖苷酶和糖化酶购于北京索莱宝科技有限公司;葡萄糖测定试剂盒购于南京建成生物工程研究所。其余普通试剂均为国产分析纯。

1.2仪器与设备

UV-1750型紫外分光光度计，日本岛津公司;Lab-1A-50E型冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限公司;CR22GⅢ型高速台式冷冻离心机，日本日立公司;A11型研磨粉碎机，德国艾卡公司;MS型电子天平，瑞士梅特勒托利多公司;SYNERGY HTX型酶标仪，美国伯腾仪器公司;GST-2-1200-Ⅰ型马弗炉，上海广树机电有限公司。

1.3加工方式

分别对试材进行炒制、蒸煮、焙烤、发芽处理，以未经处理为对照。收集样品经干燥、粉碎后过60目筛，置于-20℃冰箱中备用。

1.3.1炒制 将青稞分别参照糌粑的制作工藝进行炒制：首先将青稞籽粒挑选、清洗和干燥，然后置于平底锅中加热炒制，控制火候并不断搅动，直到大多数籽粒开花爆裂时停火。

1.3.2蒸煮 参照馒头的制作工艺进行蒸煮处理：首先将青稞籽粒挑选、清洗和干燥后粉碎并过80目筛，然后加水和面得青稞全粉面团并定型，最后上屉蒸30 min至熟透。

1.3.3焙烤参照曲奇饼干的制作工艺进行焙烤：首先将青稞籽粒挑选、清洗和干燥后粉碎并过80目筛，然后加水和面得青稞全粉面团并用模具定型，最后置于上、下火温度为180℃烤箱中15 min至熟透。

1.3.4发芽 将挑选、清洗后的青稞籽粒置于芽菜生产专用发芽盘上，于25℃光照培养箱中培养4 d后收割。

1.4测定方法

1.4.1脂肪含量 参照GB 5009.6-2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》。

1.4.2蛋白质含量 参照GB 5009.5-2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》。

1.4.3膳食纤维含量

参考GB 5009.88-2014《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》。

1.4.4淀粉含量

参考双波长比色法[10]，略作改进。称量0.1 g样品，先后加入0.5 mL无水乙醇和2 mL氢氧化钠溶液（1 mol/L），振荡混匀，沸水浴中保持10 min;取出冷却，加入0.25 mL碘试剂后，定容，摇匀，静置15 min。以样品空白液为对照测定吸光值，其中直链淀粉含量的测定波长为λ1=506 nm，参比波长为λ2=560 nm;支链淀粉的测定波长为λ3=722 nm，参比波长为λ4=545 nm。将直链淀粉吸光度差值△A直=A λ2-A λ1和支链淀粉吸光度差值△A支=A λ4-A λ3分别代入对应的直、支链淀粉标准曲线回归方程，计算出样品中直、支链淀粉的浓度，再根据提取的稀释倍数求出直、支链淀粉含量。淀粉含量=直链淀粉含量+支链淀粉含量。

1.4.5β-葡聚糖含量

参考NY/T 2006-2011《谷物及其制品中β-葡聚糖含量的测定》。

1.5数据统计分析

每个处理均重复3次，数据以（均值±标准差）的形式表示。单向分组资料（平衡数据/非平衡数据）方差分析、简单/偏相关分析、二向分组资料方差分析、主成分分析和聚类分析均通过SAS 9.4统计软件的相关命令句运行完成。

2结果与分析

2.1青稞全籽粒中宏量营养素含量

根据青稞籽粒颜色的不同，将13个青稞品种简单划分为棕（5个品种）、紫（5个品种）和黑（3个品种）三组。青稞籽粒中的宏量营养素包括含量较高的脂肪、蛋白质、膳食纤维和淀粉，其含量均以干重计。

脂肪含量最高的品种为棕色青稞品种“噶木果日”，含量为26.8 g/kgDW;脂肪含量最低的3个品种分别为棕色青稞品种“喜拉19”以及紫色品种“曲堆嘎木”和“嘎如”，含量均低于20.0g/kgDW。脂肪含量在同一颜色（棕、紫）品种间存在显著差异（P<0.05），但3个黑色品种间脂肪含量差异不显著（P>0.05，图1 A-1）。由图1 A-2可见，脂肪含量在棕、紫、黑三色品种间不存在显著差异 （P>0.05）。

蛋白质含量最高的为黑色青稞品种“雄樟”，含量为146.0 g/kgDW;最低的也是黑色品种，即“曲加”，含量仅为94.4 g/kgDW。同一颜色品种间存在显著差异（P<0.05，图1 B-1）。但棕、紫、黑三色间不存在显著差异（P>0.05，图1 B-2）。

膳食纤维含量最高的为棕色青稞品种“喜拉22”，含量为253.6 g/kgDW;含量最低的是黑色品种“曲加”，含量仅为160 g/kgDW。膳食纤维含量在同一颜色品种间存在显著差异（P<0.05，图1 C-1）。不同颜色间棕色品种要显著高于黑色品种（P<0.05，图1 C-2）。

由图1 D-1可见，淀粉含量最高的品种为棕色青稞品种“喜拉19”，含量为734.1 g/kgDW;淀粉含量最低的两个品种分别为紫色青稞品种“嘎如”和黑色品种“雄樟”，含量均低于700g/kgDW。脂肪含量在同一颜色品种间存在显著差异（P<0.05）。但棕、紫、黑三色间不存在显著差异（P>0.05，图1 D-2）。

2.2青稞全籽粒中宏量营养品质综合评价

对青稞全籽粒中脂肪、蛋白质、膳食纤维和淀粉含量共4项宏量营养素含量的相关指标进行主成分分析，计算13个品种各自的综合主成分得分（图2A），分值越高，综合品质表现越好。棕色青稞品种“喜拉22”、紫色品种“曲堆嘎木”及黑色品种“雄樟”依次位居综合主成分得分前3名，远高于其它10个青稞品种，表明这3个品种的宏量营养品质较好。另外，综合主成分得分为正值的品种共6个，其中棕、紫和黑色品种各有2个。

使用类平均法对供试13个青稞品种进行聚类分析，结果（图2B）表明，在类间均距为1.02～1.10时，可将所有品种划分为3个类群。第Ⅰ类群包括8个品种，占供试品种总数的61.54%，聚入此类的品种主成分综合得分均值为-0.42，综合主成分得分排名靠后，宏量营养品质较差，该类群材料包括3个棕色、3个紫色和2个黑色品种;第Ⅱ类群只有1个品种，即棕色品种“噶木果日”，主成分综合得分为0.15，宏量营养品质较好;第Ⅲ类群包括4个品种，占供试品种总数的30.77%，聚入此类的品种主成分综合得分平均值为0.81，综合主成分得分排名前4位，宏量营养品质较好，该类群材料包括1个棕色、2个紫色和1个黑色品种。随着类间均距增加，当其大于1.15时，第Ⅱ和第Ⅲ类群重新组合成一个包含5个品种的类群。综上可见，同一颜色不同品种的宏量营养品质差异较大，青稞全籽粒宏量营养品质和籽粒颜色间没有显著联系。

2.3青稞全籽粒中β-葡聚糖含量

由13个品种间的多重比较结果（表1）可见，β-葡聚糖含量最高的2个品种为棕色青稞品种“藏青320”和“喜拉22”;最低值出现在黑色品种“曲加”中，约为前2个高值品种的50%;棕色品种青稞中β-葡聚糖含量要显著高于紫色和黑色品种（P<0.05），紫色和黑色品种间差异不显著（P>0.05）。由此可见，棕色青稞品种β-葡聚糖含量更高，更适于开发以β-葡聚糖为功能成分的食品。

2.4β-葡聚糖含量与宏量营养素间的相关分析

相关分析结果（表2）表明，青稞籽粒的β-葡聚糖与宏量营养素组分之间存在不同程度的相关性：β-葡聚糖含量与膳食纤维含量之间呈正相关，且达到极显著水平（P<0.01）;β-葡聚糖含量与蛋白质含量之间呈正相关，且达到显著水平（P<0.05）;β-葡聚糖含量与脂肪和淀粉含量间均无显著相关关系（P>0.05）。

当研究多个变量时，简单相关只表明两个变量的共变联系，但由于其他变量影响的作用，简单相关系数可能扩大或缩小了这两个变量之间的真实联系，而偏相关关系固定或剔除了某两个变量以外的其他变量对它们带来的影响，可反映事物间的本质联系，通过偏相关系数与相关系数的比较，变量之间的内在线性联系会更真实可靠。与简单相关系数的分析不同，β-葡聚糖含量与脂肪、膳食纤维和淀粉含量间的偏相关关系均达到极显著水平（P<0.01），而与蛋白质含量间的偏相关关系不显著（P>0.05）。综合简单相关分析和偏相关分析结果可知，β-葡聚糖含量仅与膳食纤维含量极显著相关（P<0.01）。

2.5加工方式对青稞全籽粒中β-葡聚糖含量的影响

以品种作为因素A，以加工方式作为因素B，对13个青稞品种籽粒经4种加工方式处理后的β-葡聚糖含量进行两向分组资料的方差分析，结果见图 3。

在品种方面，经不同加工方式处理后，β-葡聚糖含量最高的两个品种为棕色青稞品种“藏青320”和“喜拉22”，β-葡聚糖含量最低值为黑色品种“曲加”（图3A），这与未经处理时表现一致（表1）。总体来看，β-葡聚糖含量在13个品种间的变化趋势加工前后表现相近。

在加工方式方面，由图3B可见，炒制和焙烤均可显著增加青稞籽粒全粉中β-葡聚糖含量（P<0.05），其中焙烤效应更强，与对照比增幅达14.97%;蒸煮并未造成青稞籽粒全粉中β-葡聚糖的损耗（P>0.05）;发芽引起β-葡聚糖含量的大幅降低，与对照比降幅达76.66%。

方差分析结果（图3C）显示，品种因素和加工方式均对青稞籽粒中β-葡聚糖含量产生极显著影响（P<0.01），同时两个因素间还存在交互作用，也对β-葡聚糖含量产生极显著影响（P<0.01）。可见，青稞籽粒中β-葡聚糖含量由品种和加工方式两个因素同时决定，选择β-葡聚糖含量高的原料，再通过焙烤处理，才能使β-葡聚糖得到最大程度的富集。

3讨论与结论

近二十年来，国内有许多青藏高原青稞品种基本营养成分和β-葡聚糖的研究和报道，但大多仅限于含量测定和单项营养组分在品种间的比较，有关青稞综合营养品质评价的报道较少，不利于选择综合品质优良品种。近年来，主成分分析和聚类分析被广泛应用到多样品、多指标的品质分析中。对青稞宏量营养品质评价发现，虽然同一颜色不同品种间的宏量营养品质差异较大，尤其是棕色品种“喜拉22”宏量营养品质远优于其他品种，但青稞全籽粒宏量营养品质高低和籽粒颜色并没有直接联系。因此，不可以通过籽粒颜色来直接判断青稞宏量营养品质的优劣。宏量营养品质最好的品种“喜拉22”所含β-葡聚糖恰好也是最高的，因而亟需弄清两者之间是否有必然联系。由相关分析结果可知，β-葡聚糖含量仅与膳食纤维含量极显著相关（P<0.01），与脂肪、蛋白质和淀粉含量均无显著相关关系。现在青稞育种中只把三高两低（高蛋白、高纤维、高维生素和低脂肪、低糖）作为育种目标，本研究表明高蛋白和低脂肪的青稞品种未必β-葡聚糖含量也高。目前生产上种植的青稞品种主要是通用型品种，产量高、蛋白高但β-葡聚糖含量低，不能满足β-葡聚糖功能食品的需要。所以在育种中应将β-葡聚糖含量作为独立明确的育种指标，开发β-葡聚糖含量高的专用型品种。

目前青稞工业食品大多是模仿或者照搬其他传统谷物食品的生产工艺，β-葡聚糖在加工中的变化研究不受重视，尚未形成青稞原料保健品质特点一致的过硬产品、品牌和规模[11]。为探究β-葡聚糖在常见青稞食品例如糌粑、馒头、饼干、麦绿素等生产中的变化规律，选择炒制、蒸煮、焙烤、发芽4四种传统加工方式对13个品种进行处理。炒制和焙烤均可使青稞籽粒全粉中β-葡聚糖含量增加，这应该与两种烹饪方式中高温引起不可溶纤维素降解生成新的β-葡聚糖有关，由于焙烤温度要高于炒制，因而其带来的β-葡聚糖增益效应更强。有研究对青稞进行微波、挤压膨化加工，其葡聚糖含量与未处理原料相比分别上升0.77%和1.57%[12]，这也应源于微波、挤压膨化带来的热效应。相比之下，蒸煮并未造成青稞籽粒全粉中β-葡聚糖的损耗。一方面蒸煮温度较低可能不足以破坏糖苷键而引起不可溶纤维素向可溶纤维素的转化;另一方面，蒸煮可能合成了新的β-葡聚糖，但又溶解到水中，才未引起β-葡聚糖含量的變化。青稞虽蛋白含量高，但是面筋蛋白含量少，延展性较弱，导致青稞不能形成性能优良的面团，因而青稞粉不能像小麦粉一样形成面条制品或制作出具有公认体积和外观的馒头，但可以在小麦粉中适量添加青稞粉以增加产品中β-葡聚糖含量[13]。萌动是生命发展的初级阶段，也是最有活力的阶段[14]，同时引起青稞籽粒β-葡聚糖含量的大幅降低，这应源于发芽籽粒中分解代谢旺盛，水溶性的β-葡聚糖很容易被分解利用，成为幼苗新器官合成的原料[15]。青稞幼叶富含矿质营养、酶、维生素和叶绿素，临床研究证实其具有增进体能、降低血糖、调节血压等功能[11]。为了减少青稞中β-葡聚糖在发芽期间的损耗，一方面应为幼苗补充外源营养物质，另一方面可以添加β-葡聚糖苷酶抑制剂，以抑制因代谢引起的β-葡聚糖降解。

綜合分析可知，品种因素对青稞籽粒中β-葡聚糖含量有极显著影响（P<0.01），棕色品种“喜拉22”经过四种加工方式处理其所含β-葡聚糖仍然是最高的，可以将其作为开发β-葡聚糖功能食品的原料。炒制和焙烤处理对青稞β-葡聚糖含量均有一定程度的增益效应，其中焙烤效果较好。鉴于品种和加工方式两因素间存在显著交互作用，为实现β-葡聚糖的富集，宜选择棕色品种“喜拉22”进行焙烤处理。本研究为开发β-葡聚糖功能性食品提供了一些理论基础，但具体的作用机制还有待进一步研究。

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