青稞麸皮营养成分及提取物抗氧化活性研究

向卓亚 夏 陈 杨开俊 刘廷辉 陈 建 朱永清 徐国伦 张盈娇 林长彬 黄巧莲

(1.四川省农业科学院农产品加工研究所，四川 成都 610066；2.四川甘孜州农业科学研究所，四川 康定 626000)

青稞属禾本科大麦属，因其籽粒裸露，又称为裸大麦，在青藏高原已有3 500多年的种植历史，被广泛种植于中国四川、西藏、青海等地，是一种极具民族特色的粮食作物[1-2]。青稞营养全面，高蛋白、高纤维、高维生素、低脂肪、低糖(三高两低)，富含β-葡聚糖、花青素、黄酮类化合物、维生素、膳食纤维等功能性成分[3]。根据青稞麸皮颜色可将其分为白青稞、黑青稞、蓝青稞和紫青稞[4-5]。现代营养学研究[6-7]发现，食品颜色与其营养功能密切相关，即颜色越深，营养价值越高。张帅等[8]研究发现彩色青稞中营养物质和提取物抗氧化活性方面优于白色青稞，并且在功能性保健产品开发方面具有更高的利用价值。

随着青稞加工产业的发展，尤其以面粉产业为代表，在其加工生产过程中出现了大量的青稞麸皮，青稞麸皮主要由种皮、糊粉层、胚和胚乳组成，富含多酚、花青素和黄酮等物质[9-10]，目前大量的青稞麸皮仅作为动物饲料或直接被废弃，造成了巨大的浪费。近年来对于青稞麸皮的研究主要集中于其功能性成分的提取。徐中香等[11]优化提取参数得到了青稞麸皮中阿拉伯木聚糖最优提取工艺并对其结构进行了分析。杨希娟等[12]对黑青稞麸皮结合态酚类物质大孔树脂分离纯化工艺进行优化研究。目前仅有鲜少的文献对不同种类的青稞全谷物的营养成分进行比较研究[13-14]，还未见将不同种类的青稞麸皮以及青稞全谷物的营养成分进行全面的比较。试验拟对白青稞与黑青稞麸皮中基本营养成分及青稞麸皮提取物抗氧化活性进行测定分析，探讨两种青稞麸皮基本营养成分以及功能成分情况，为藏区不同品种青稞麸皮加工副产物的综合利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 试验材料

黑青稞、白青稞：西藏春光食品有限公司，将黑青稞和白青稞麸皮粉碎后过60目筛，备用。

1.1.2 试剂

福林酚、没食子酸、乙醇、甲醇、盐酸、氯化钾：分析纯，成都市科龙化工试剂厂。

1.2 仪器与设备

酶标仪：Synergy HTX型，美国伯腾仪器有限公司；

数控超声波清洗器：KQ-250DB型，昆山市超声仪器有限公司；

冷冻干燥机：Gentrifuge 5180R型，德国Eppendorf公司；

紫外分光光度计：UV-6100型，上海元析仪器有限公司；

原子吸收光谱仪：AA-220型，美国瓦里安公司；

原子荧光光谱仪：AFS-930型，北京吉天仪器有限公司；

氨基酸分析仪：S433D型，德国赛卡姆公司；

凯氏定氮仪：Kjeltec 2300型，丹麦福斯集团有限公司；

纤维素仪：Fibertec 1020型，丹麦福斯集团有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 基本营养成分测定

(1)水分：按GB 5009.3—2016的直接干燥法执行。

(2)总淀粉：按GB 5009.9—2016的酸水解法执行。

(3)粗脂肪：按GB 5009.6—2016的索氏提取法执行。

(4)粗纤维：按GB/T 5009.10—2003执行。

(5)粗蛋白：按 GB 5009.5—2016的凯氏定氮法执行。

(6)灰分：按 GB 5009.4—2016执行。

1.3.2 矿物质含量测定

(1)P：按GB 5009.87—2016的钼蓝分光光度法执行。

(2)Mg：按GB 5009.241—2017的火焰原子吸收光谱法执行。

(3)Zn：按GB 5009.14—2017的原子吸收光谱法执行。

(4)Fe：按GB 5009.90—2016的原子吸收光谱法执行。

(5)Ca：按GB 2009.92—2016的原子吸收光谱法执行。

1.3.3 氨基酸检测 按GB 5009.124—2016执行。

1.3.4 青稞麸皮中多酚和花青素的提取 参照Feng等[15]的方法略做修改，称取1 g青稞麸皮样品，加入8 mL 85%甲醇(含1%甲酸)的提取溶剂，40 ℃超声提取30 min，8 000 r/min离心15 min，取上清液，残渣重复上述方法提取2次，合并3次提取液，定容至25 mL。

1.3.5 青稞麸皮中多酚的检测 参照Chu等[16]方法略做修改，20 μL样品提取液中加入20 μL福林酚试剂，混合均匀。静置5 min后，加入0.16 mL质量分数为10% Na2CO3溶液，室温条件下避光反应60 min后，在765 nm下测定混合液吸光值。以没食子酸溶液质量浓度(μg/mL)为横坐标(x)，吸光值为纵坐标(y)，绘制标准曲线。没食子酸线性回归方程为：y=0.007x+0.063，R2=0.997，线性范围2～137 μg/mL。

1.3.6 青稞麸皮中花青素的检测 参照刘长姣等[17]和唐偲琦等[18]的方法略做修改，取50 μL样品提取液与150 μL 1%盐酸乙醇溶液混合反应后在535 nm下测定混合液吸光值。以矢车菊-3-葡萄糖苷溶液的质量浓度(μg/mL)为横坐标(x)，吸光值为纵坐标(y)，绘制标准曲线，得到回归方程为：y=0.003 8x+0.038 5，R2=0.999 9，线性范围为7.5～245.0 μg/mL。

1.3.7 青稞麸皮抗氧化活性分析

(1)DPPH自由基清除能力：参照Tao等[19]的方法，略作修改。取50 μL待测液，加50 μL 85%甲醇(含1%甲酸)，再加入100 μL DPPH(0.23 mmol/L)溶液，混匀，避光反应30 min，于517 nm处测定吸光值。按式(1)计算DPPH自由基清除率。

(1)

式中：

c——清除率，%；

Ax——样品的吸光值；

A0——空白样吸光值。

(2)ABTS+自由基清除能力：参照Cheng等[20]的方法略做修改。取400 μL待测液，加1.6 mL ABTS溶液，混匀，避光反应6 min，于734 nm处测定吸光值。以水溶性VE的质量浓度为横坐标(x)，吸光值为纵坐标(y)，制作标准曲线。得回归方程：y=-0.024 6x+0.515 8，R2=0.998，线性范围为0.0～19.5 μg/mL。按式(1)计算ABTS+自由基清除率。

1.4 数据处理

试验结果以(平均值±标准差)表示，显著性差异用多重比较法中的标记字母法表示，用SPSS 19.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 青稞麸皮主要营养成分分析

青稞麸皮作为青稞加工过程中的副产物，其营养成分丰富，但与青稞全谷物之间存在一定的差异。由表1可以看出，两种青稞麸皮中基本营养成分均表现为总淀粉>粗蛋白>粗纤维>粗脂肪>灰分>水分。由于麸皮主要为青稞种皮，其水分含量略低于青稞全谷物，但种皮中含有丰富的无机盐，其灰分含量明显高于青稞全谷物。

青稞全谷物主要成分为淀粉，含量一般为49.14～68.62 g/100 g，青稞麸皮同样以淀粉为主，其含量略低于青稞全谷物，较高的淀粉含量为其加工成杂粮类食品提供了可能性。刘慧琳等[21]发现添加一定量青稞麸皮，饼干硬度、内聚性、弹性、咀嚼性仍深受消费者喜爱。

蛋白质作为青稞麸皮中第二大营养成分，其含量高于青稞全谷物，并且白青稞麸皮中蛋白质含量显著高于黑青稞麸皮，青稞全谷物中8种必需氨基酸较为齐全，能够补充人体每日所需，较高蛋白对维持人体正常生理活动有着重要的意义。

表1 青稞麸皮基本营养成分含量†

† 同列字母不同代表差异显著(P<0.05)。

青稞麸皮中脂肪含量低，但略高于青稞全谷物(1.42～2.40 g/100 g)，白青稞麸皮脂肪含量显著高于黑青稞。麸皮油脂中富含不饱和脂肪酸，钱俊伟等[22]研究发现青稞麸皮油脂能够明显抑制大鼠的高血脂症和动脉硬化的形成，可能与其亚油酸含量较高有关。此外，Moreau等[23]还发现裸麦麸皮油中植物甾醇总量可达1.2～9.6 g/100 g，但谷物加工越精细，其甾醇含量将越低。

麸皮中粗纤维含量高达10.5%，主要包括纤维素和半纤维素，其中功能性膳食纤维含量占粗纤维含量的40%[24]。而青稞种皮厚，富含膳食纤维，含量可高达13.4%，在所有谷物中仅次于黄豆，粗纤维能促进肠道蠕动，利于排泄，预防便秘等[25-26]。由表1可知，青稞麸皮中粗纤维含量明显高于青稞全谷物，并且黑青稞麸皮中粗纤维含量显著高于白青稞。姜忠杰等[27]研究发现青稞麸皮中主要营养成分为淀粉(43.80%)、蛋白质(10.50%)以及膳食纤维(39.23%)。张文会等[28]采用酶法优化青稞麸皮中膳食纤维提取工艺，可使提取率达到38.57%，所得青稞膳食纤维持水力为53.26%、膨胀力为1.9 mL/g。梁寒峭等[29]还发现黑青稞中水分、蛋白质、脂肪以及灰分与白青稞差异不大，膳食纤维略低于白青稞。

2.2 青稞麸皮中氨基酸含量分析

蛋白质作为青稞麸皮中第二大组分，其含量仅次于淀粉，蛋白质营养价值的高低不仅取决于其含量，更取决于氨基酸的种类及其含量。由表2可知，白青稞麸皮和黑青稞麸皮均含有16种氨基酸，氨基酸总量分别为14.22% 和12.14%。两种青稞麸皮必需氨基酸以蛋氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸和苏氨酸为主，未检测到色氨酸；非必需氨基酸以谷氨酸和天门冬氨酸为主，其中谷氨酸含量分别高达2.68%和1.87%；白青稞麸皮各类氨基酸含量均高于黑青稞麸皮，其中谷氨酸含量差别最大，其次为蛋氨酸、苯丙氨酸、组氨酸。与青稞全谷物相比，除脯氨酸、缬氨酸、亮氨酸外，麸皮中各氨基酸含量均高于青稞全谷物。而姚豪颖叶等[31]通过对13种青稞全谷物的营养成分分析，发现其必需氨基酸较为丰富，以苯丙氨酸、亮氨酸及缬氨酸为主，经常食用可补充机体每日所需；非必需氨基酸以谷氨酸和脯氨酸的含量最多。不同青稞原料中氨基酸种类基本相同，含量存在一定差异，但与其各自相应的蛋白质含量基本一致。氨基酸是蛋白质基本组成成分，是人体氮源的重要来源，而青稞麸皮能基本满足人体每日对各类氨基酸所需。

2.3 青稞麸皮中矿质元素分析

矿质元素是维持人体正常生理机能不可缺少的物质，其中Zn能促进机体的生长发育，维持细胞膜结构[32]；Fe和Cu参与造血，是血红素的重要成分和血红蛋白合成的活化剂[33]。青稞中含有多种对人体有益的微量元素，王鹏珍等[34]对20种青棵进行检测后发现其含有钙、铁、锌、镁、磷、硒等12种对人体有益的微量元素。由表3可知，青稞麸皮中Mg、P、Ca 3种元素含量较高，其中Fe、Mg、Zn、P高于大米、小麦以及玉米，白青稞麸皮中Fe、Mg、P含量显著高于黑青稞麸皮，而黑青稞麸皮中Ca含量较高，较高的Ca有助于人体骨骼的生长发育。除P外，麸皮中Fe、Mg、Zn含量均高于青稞全谷物，与灰分结果相一致。

表2 青稞麸皮中氨基酸含量†

† -表示文献未显示。

表3 青稞麸皮中矿质元素†

† 同列字母不同代表差异显著(P<0.05)。

2.4 青稞麸皮中总多酚和花青素含量分析

青稞中含有大量的多酚类化合物，如酚酸、黄酮、花青素等，酚类主要以游离或者结合的形式存在，其中80%存在于麸皮和胚乳中[26]。酚类化合物能够降血脂、防止动脉硬化和血栓的形成；而花青素是目前最有效的天然水溶性自由基清除剂，能够保护细胞和组织不被自由基氧化，促进VC和VE的吸收利用[37-38]。由表4可知，黑青稞麸皮中花青素和总多酚均显著高于白青稞。林津等[40]通过与白青稞对比，发现黑青稞中花青素含量极为丰富，Kim等[41]发现籽粒颜色和基因型是导致黑色、黄色和白色大麦之间多酚含量差异显著的主要因素，可能也是黑青稞中总多酚含量高于白青稞的原因。麸皮富含多酚类化合物和类黄酮类物质，其含量远高于青稞全谷物，Gong等[42]研究发现可溶性多酚含量从藏青稞籽粒外部到内部依次下降，并且有色青稞比无色青稞具有更高的抗氧化性。麸皮中较高含量的功能活性成分使其具有更高的深加工前景。

2.5 青稞麸皮的抗氧化性分析

由图1(a)可知，随着浓度的增加，麸皮提取液对DPPH自由基清除能力先增强后趋于平稳，当质量浓度达10 mg/mL后，黑青稞麸皮提取液对DPPH自由基清除能力明显高于白青稞麸皮，黑青稞麸皮和白青稞麸皮抗氧化活性IC50值分别为3.50，3.68 mg/mL，两者无显著差别，但麸皮提取液对DPPH自由基清除能力高于青稞全谷物[43]，可能与青稞麸皮中总多酚及花青素含量远高于青稞全谷物有关，研究[42]发现青稞中50%以上的酚类物质集中在外层，其中最外层部位平均总酚含量达5.867 μg/g(以没食子酸计)。

表4 青稞麸皮中花青素和总多酚含量†

† 同列字母不同代表差异显著(P<0.05)；-代表未检测出。

如图1(b)所示，随着质量浓度的增加，青稞麸皮提取液对ABTS+自由基清除能力逐渐增加，当质量浓度达到20 mg/mL时，对ABTS+自由基的清除能力达到80%。黑青稞麸皮提取液对ABTS+自由基清除能力略高于白青稞麸皮，可能由于黑青稞麸皮中总多酚和花青素含量显著高于白青稞麸皮；而麸皮对ABTS+自由基清除能力高于青稞全谷物[43]，可能与麸皮中总多酚与花青素含量有关。

图1 青稞麸皮样品浓度对DPPH自由基和ABTS+自由基的清除效果

Figure 1 DPPH radical scavenging activity and ABTS+radical scavenging activity of highland barley bran(n=3)

综合两个测试指标可知，两种青稞麸皮均具有抗氧化活性，并且黑青稞DPPH自由基清除能力和ABTS+自由基清除能力略高于白青稞麸皮。基于此，对麸皮后期的综合加工可将其应用于功能性食品或作为营养强化剂添加到食品中。

3 结论

试验通过对白青稞麸皮与黑青稞麸皮的基本营养成分、功能性成分以及抗氧化性测定分析，发现青稞麸皮基本营养成分(淀粉、蛋白质、粗纤维)、功能成分(总多酚、花青素)及抗氧化性均高于青稞全谷物，并且黑青稞麸皮中花青素和总多酚含量显著高于白青稞麸皮，因此可将黑青稞麸皮应用于功能性食品或作为营养强化剂添加到食品。试验仅对青稞麸皮功能成分中多酚类物质总含量进行了测定，未来可对青稞麸皮中多酚化合物的代谢路径及其功能活性多酚单体进行深入研究。