青稞分层碾磨中各层粉体的营养及功能成分的分布差异

赵萌萌， 党 斌,2,*， 张文刚,2， 张 杰,2， 杨希娟,2， 甘生智

(1.青海大学 农林科学院， 青海 西宁 810016；2.青海省农林科学院 青海省青藏高原农产品加工重点实验室， 青海 西宁 810016；3.青海大垚生态农业科技发展有限公司， 青海 西宁 810016)

青稞(HordeumvulgareL. var. nudum Hook. f.)俗称裸大麦，主要分布于我国青海、西藏，四川的甘孜州和阿坝州等高寒地区，是我国藏区农牧民赖以生存的主要粮食[1-3]。青稞相比一般谷物具备独特的“三高两低”优势(高蛋白、高纤维、高维生素、低脂肪和低糖)，且富含β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、γ-氨基丁酸(GABA)等功能成分以及K、Fe、Ca、Zn、Cu等矿物质，符合现代健康消费需求[4-6]，具有较高的开发价值。

青稞米是青稞经碾磨脱皮处理之后的产品，是青稞主要的主食产品之一。青稞米制备过程通常会经过3层碾磨去皮工艺，此过程会产生大量分层碾磨的副产物青稞麸皮。青稞麸皮含有较高的营养价值[7-10]，但在实际生产中往往被作为废弃物丢掉，造成严重的资源浪费。目前关于青稞和青稞麸皮已有较多研究，但是大部分学者均以单独的且未分层的青稞麸皮为原料展开研究，关于青稞碾磨过程中不同碾磨层粉体中营养、功能成分的分布及差异的报道较少。这些不同碾磨层粉体的营养成分及品质特性尚不清楚，导致青稞麸皮加工利用缺乏理论支撑。

肚里黄青稞营养价值高，种植面积广[3]。本研究拟以肚里黄青稞为原料，通过分层碾磨制得不同碾磨层的青稞麸皮及青稞米，对比青稞不同碾磨层粉体中营养及功能成分的分布及差异，希望为青稞的精深加工及其副产物的综合利用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

肚里黄青稞由青海省农林科学院提供。

不同碾磨层粉体的制备：将50 kg青稞(记为F)倒入料斗中，从外到内依次碾磨制粉，将第1次碾磨所得的麸皮记为F- 1，质量为5 kg(占总质量的10%)；将第1次碾磨后剩余的裸麦颗粒继续碾磨，所得第2次碾磨麸皮记为F- 2，质量为5 kg(占总质量的10%)。重复碾磨步骤，依次获得第3次碾磨青稞麸皮(F- 3)，质量为10 kg(占总质量的20%)；最后即为青稞米(F- 4)，质量为20 kg(占总质量的40%)。分别收集由外到内3道碾磨所得麸皮、青稞米。青稞原料经粉碎机粉碎后备用。样品收集后于-20 ℃储藏备用。

甲醇、乙醇、乙酸乙酯、邻苯二甲醛、正己烷、碳酸氢钠、间苯三酚，均为分析纯，天津市百世化工有限公司；盐酸、硫酸、硝酸、冰乙酸，均为优级纯，天津市津科精细化工研究所；Mixfd- Linkagebeta- Glucan β-葡聚糖试剂盒、总淀粉试剂盒，爱尔兰 Megazyme 公司。

1.2 仪器与设备

HK- 04A型手提式万能粉碎机，广州市旭朗机械设备有限公司；AL204型电子天平，梅特勒- 托利多仪器有限公司；TM05C型大米碾磨机，布勒(常州)机械有限公司；WSC- S型测色色差计，上海精科仪器有限公司；KQ- 500DE型数控超声波清洗器，昆山市超声波仪器有限公司; DL- 5M型低速冷冻离心机，湖南长沙湘仪离心机仪器有限公司; Retavapor R- 215型旋转蒸发仪，瑞士布奇有限公司; N4S型紫外线可见分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司；S433D型氨基酸分析仪，德国赛卡姆公司；ETHOS UP型微波消解仪，上海元析仪器有限公司；LC- 20/40D 3C型液相色谱系统，岛津企业管理(中国)有限公司。

1.3 青稞不同碾磨层粉体的指标测定方法

1.3.1营养成分测定和分析

1)水分含量的测定。采用GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的直接干燥法测定。2)脂肪含量的测定。采用GB/T 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法测定。3)粗纤维含量的测定。采用GB/T 20806—2006《饲料中中性洗涤纤维NDF的测定》中的中性洗涤法测定。4)灰分含量的测定。采用GB 5009.4—2010《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》中的高温灼烧法测定。5)总淀粉含量的测定。采用总淀粉试剂盒测定。6)β-葡聚糖含量的测定。采用β-葡聚糖试剂盒测定。7)粗蛋白含量的测定。采用NY/T 3—1982《谷类、豆类作物种子粗蛋白质测定法》中的半微量凯氏法测定。8)氨基酸含量测定。采用GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》中的方法测定。

1.3.2色度的测量

参照Srikham等[11]的方法，利用色差计进行颜色的测定。

1.3.3矿物质含量的测定

矿物质含量测定参照文献[12]并稍作修改。在微波消解仪中对样品进行消解至无黄烟冒出，溶液清澈透明。采用原子发射吸收法[12-13]测定各矿物质元素含量。

1.3.4氨基酸品质评价

将氨基酸含量单位换算为mg/g，参照世界卫生组织/联合国粮食及农业组织(WHO/FAO)(1973)建议的理想蛋白质氨基酸组成模式[3]和中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所提供的鸡蛋蛋白模式[3]，分别评价不同碾磨层的青稞蛋白质的氨基酸评分(amino acid score, AAS)、必需氨基酸指数(essential amino acid index, EAAI)、生物价(biological value, BV)、营养指数(nutritional index, NI)、化学评分(chemical score, CS)、必需氨基酸占氨基酸总量的百分比(essential amino acid/total aminoacid,E/T)、氨基酸比值系数(ratio coeffficient of amino acid,RC)、氨基酸比值系数分(score of RC,SRC)[14-15]。

1.3.5功能成分的测定

1.3.5.1 阿拉伯木聚糖含量的测定

阿拉伯木聚糖含量参考文献[16]，按照间苯三酚分光光度法测定。取0.1 g样本粉末置于15 mL离心管中，加入4 mL 1 mol/L H2SO4并混匀，沸水浴10 min，冷却至室温，6 000 r/min离心5 min。取1 mL上清液置于15 mL离心管，加入等体积的H2O，再加入10 mL反应液(110 mL冰乙酸，2 mL浓HCL，1 mL 1.75 g/mL葡萄糖溶液，5 mL 10%间苯三酚- 乙醇溶液)并混匀，置于沸水中反应25 min，迅速冷却至室温，终止反应。采用双波长法(552、510 nm)测定和计算反应液吸光度之差，根据木糖标准曲线计算样品中阿拉伯木聚糖含量。木糖标准曲线方程见式(1)。

Y=0.002 5X-0.002 3，相关系数R2=0.999 2。

(1)

式(1)中，Y为吸光度，X为木糖质量浓度，mg/mL。

1.3.5.2 GABA含量的测定

GABA含量测定参考文献[17]并稍作修改。准确称取0.5 g青稞粉于50 mL离心管中，以体积分数为70%的甲醇为提取溶剂，按1∶20(g∶mL)料液比混合均匀后于50 ℃、超声功率为500 W条件提取20 min，4 000 r/min冷冻离心20 min，分离上清液。取上清液200 μL于色谱瓶中，加入1 mL邻苯二甲醛(OPA)衍生剂后充分震荡，静置5 min，并用0.22 μm有机滤膜过滤后上机测定。色谱条件：流动相A为0.02 mmol/L 乙酸钠，流动相B为乙腈，流速0.5 mL/min，柱温38 ℃，检测波长332 nm，上样量10 μL。梯度洗脱程序：0～10 min，0～10% B；10～30 min，10%～80% B；30～40 min，80%～100% B。标准溶液梯度为0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 mg/mL，重复实验3次。以色谱峰面积为横坐标，浓度为纵坐标绘制标准曲线，利用标准曲线方程计算实际样品中GABA含量。

1.3.5.3 酚类物质的提取和测定

1)酚类物质的提取。酚类物质的提取参照文献[18]的方法。游离酚提取：准确称量1.0 g青稞麸皮粉，按照料液比 1∶25 (g∶mL)的比例加入体积分数为80%丙酮，室温下超声30 min，离心(4 000 r/min)10 min，收集上清液。残渣用同样方法重复提取2次，合并3次上清液，45 ℃减压旋转蒸干，甲醇定容至10 mL，0.45 μm有机膜过滤，得游离态酚类物质提取液，将提取液于-20 ℃避光储存。结合酚的提取：向提取游离酚后的残渣中加入20 mL正己烷，振荡后离心(3 000 r/min，5 min)，弃去上清液。向沉淀物中加入17 mL体积分数为11%的盐酸- 甲醇溶液，75 ℃水浴1 h，加入20 mL乙酸乙酯萃取3次，离心(3 000 r/min，5 min)。合并乙酸乙酯萃取相，在45 ℃条件下旋转蒸发至干，用甲醇定容至10 mL，0.45 μm有机膜过滤，得青稞麸皮结合酚提取液，于-20 ℃避光保存。

2)酚类物质含量的测定。酚类物质含量的测定参照文献[18]的方法并稍作修改。多酚含量测定：采用福林- 酚测定法，吸取样品提取液125 μL于试管中，再加入500 μL蒸馏水和125 μL福林- 酚试剂，摇匀，反应6 min后加入1.25 mL质量分数为7%的Na2CO3溶液，再加入1 mL蒸馏水，室温条件下避光放置1.5 h。以甲醇代替样品提取液为空白调零，在波长760 nm处测定提取液中游离酚、结合酚的吸光度，重复实验3次。配制不同浓度梯度的没食子酸标准品，制作标准曲线。酚含量以每100 g提取物(干基)中没食子酸当量计(mg/100 g)。黄酮含量测定：吸取100 μL样品提取液于试管中，加入体积分数为5 %的NaNO2溶液200 μL，摇匀，6 min后加入体积分数为10% 的Al(NO3)3溶液200 μL，再次摇匀，经6 min后再加入体积分数为4% 的NaOH溶液2 mL，室温避光放置15 min。以甲醇代替样品提取液为空白调零，在波长510 nm处测定提取液中游离黄酮、结合黄酮的吸光度，重复实验3次。配制不同浓度梯度的儿茶素标准品，并制作标准曲线。黄酮含量以每100 g提取物(干基)中儿茶素当量计(mg/100 g)。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel和DPS19.0软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 青稞不同碾磨层粉体营养品质比较

2.1.1青稞不同碾磨层粉体的基本营养成分分析

青稞不同碾磨层粉体的基本营养成分含量见表1。表1显示，除F和F- 4的灰分含量无显著差异外，其余各营养成分含量差异均显著(P<0.05)。F- 2、F- 3中的蛋白质含量较高，分别达18.57%、18.30%，F- 1和F相当，均在12%左右，F- 4中蛋白质含量最低，为9.34%。相对于F，F- 4中的总淀粉含量最高，达75.33%，F- 3、F- 2次之，F- 1最低为13.58%。F中脂肪含量为2.05%，F- 1、F- 2、F- 3脂肪含量均在6%以上，其中F- 2最高达7.45%，F- 4最低为1.19%。F- 1、F- 2、F- 3中灰分含量明显高于F和F- 4，分别达1.28%、1.64%、1.19%，说明青稞麸皮中矿物质含量丰富，加工精度越高，矿物质损失越多，这与石燕等[19]报道的精米中各矿物质含量均比糙米及米糠中少的结论相似。F- 4粗纤维含量最低， F- 2 、F- 3中粗纤维含量相当，F- 1粗纤维含量最高，达14.62%，约是F的8.65倍，约为F- 4的25.65倍。可见，青稞麸皮中蛋白质、矿物质和纤维含量丰富，营养价值较高，是开发高纤维食品的优质原料。

表1 青稞不同碾磨层粉体的基本营养成分含量

2.1.2青稞不同碾磨层粉体色度分析

青稞不同碾磨层粉体色度值见表2。表2显示，青稞不同碾磨层粉体的色泽存在明显差异(P<0.05)。青稞籽粒中的色素主要分布在种皮中，麸皮含量的多少直接影响磨粉的色泽[20]。色差测定结果表明，F- 4的色泽最白，F- 2、F- 3次之，F- 1色泽最暗，色泽偏黄，这与各层粉体中粗纤维含量高低的趋势一致(见表1)，说明粉体中粗纤维含量多少影响着粉体的色度。

表2 青稞不同碾磨层粉体的色度

2.1.3青稞不同碾磨层粉体的矿物质元素含量分析

青稞不同碾磨层粉体的矿物质元素含量见表3。表3显示，青稞不同碾磨层的粉体中重金属Hg、Cd、As、Pb均未检出，其他矿物质元素含量差异显著(P<0.05)，此粉体可用于食品加工。F- 1中Ca、Cu、K、Mn、Na的含量均最高，分别达148.31、1.24、1 315.24、5.13、28.45 mg/100 g；F- 2中Fe和Mg含量最高，分别为21.05、512.26 mg/100 g。F- 1、F- 2、F- 3中的各矿物质元素含量均高于F和F4，说明矿物质元素主要富集在青稞麸皮中。这与石燕等[19]报道米糠中各矿质元素的含量均明显高于精米中各矿质含量结论一致。因此，青稞各碾磨层粉体可作为钙、铁、钾、镁等矿物元素的重要补充来源，或作为开发富钾高钙的食品原料。

表3 青稞不同碾磨层粉体的矿物质含量

2.1.4青稞不同碾磨层粉体的氨基酸组成及品质评价

2.1.4.1 青稞不同碾磨层粉体的氨基酸组成分析

青稞不同碾磨层粉体的氨基酸组成分析结果见表4。表4显示，青稞不同碾磨层的粉体均含有17种氨基酸，其中必需氨基酸7种，且各粉体中氨基酸含量均有显著性差异(P<0.05)。除丝氨酸和半胱氨酸外，F- 1、F- 2、F- 3中的氨基酸含量均较高，且F- 2中氨基酸含量最高，F- 3次之；除谷氨酸、组氨酸和苯丙氨酸外，F- 4中其余氨基酸含量相对较低，尤其是必需氨基酸含量均最低。由此可知，青稞麸皮中氨基酸种类丰富，含量较高。

表4 青稞不同碾磨层粉体的氨基酸组成

2.1.4.2 青稞不同碾磨层粉体的氨基酸品质评价

对青稞不同碾磨层粉体氨基酸的品质进行评价，分析结果如表5。由表5可知,青稞不同碾磨层粉体中赖氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸+胱氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸含量变异较大，而异亮氨酸、亮氨酸、苏氨酸和必需氨基酸总量变异较小。供试青稞蛋白质中必需氨基酸平均值总和为230.29 mg/g，低于全鸡蛋蛋白(473 mg/g)和WHO/FAO推荐值(360 mg/g)。供试青稞蛋白质中的E/T平均值为31.55 mg/g，接近WHO/FAO推荐值36 mg/g。

表5 青稞不同碾磨层粉体的必需氨基酸比较

由RC值大小可知，青稞粉体蛋白质的第一限制性氨基酸是赖氨酸，第二限制性氨基酸是异亮氨酸，第三限制性氨基酸是亮氨酸，这与文献[3]报道的青稞中限制性氨基酸结果一致。

青稞不同碾磨层粉体的AAS、EAAI、BV、CS、NI、E/T、RC、SRC见表6。表6显示，青稞不同碾磨层粉体除F- 1、F- 3的SRC无显著差异，其余各指标间均有显著差异(P<0.05)。以赖氨酸含量为评价指标，F- 1、F- 2、F- 3中赖氨酸含量最高，均在0.400%以上，其中F- 2中赖氨酸含量最高，达0.509%。说明麸皮中赖氨酸含量明显高于F与F- 4，这与李焕等[21]及张东等[22]报道的小麦及小麦麸皮中氨基酸含量差异一致。F- 1中AAS最高，说明F- 1中必需氨基酸比例最高，能最大程度地被机体利用。以CS为评价标准，各粉体的CS按碾磨层由高到低依次为F>F- 1>F- 2>F- 4>F- 3，说明青稞原粮蛋白的氨基酸组成与人体氨基酸模式较接近。以EAAI和BV为评价标准，青稞不同碾磨层粉体中EAAI和BV变化趋势一致，按碾磨层由高到低依次为F- 1>F- 2>F- 3>F>F- 4，说明F- 1蛋白质中必需氨基酸的分布与各参照模式相比较为平衡。以NI为评价标准，各粉体的NI由高到低依次为F- 2>F- 3>F- 1>F>F- 4，说明F- 2中蛋白营养价值最高。以SRC为评价标准，SRC按碾磨层由高到低依次F- 1>F- 2>F- 4>F- 3>F，说明F- 1中氨基酸组成与WHO/FAO推荐的氨基酸模式最一致。由本实验可知，F- 1和F- 2蛋白质品质相对最优。

表6 青稞不同碾磨层粉体的必需氨基酸品质评价

2.2 青稞不同碾磨层粉体的功能成分比较

青稞不同碾磨层粉体的GABA和多糖含量分析结果见图1。图1显示，青稞不同碾磨层粉体中GABA、β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖含量均差异显著(P<0.05)。GABA是一种非蛋白氨基酸，具有降血压、改善记忆、增强免疫等功效[23-24]。青稞各粉体GABA含量变幅为0.26～1.19 mg/g，其中F- 2的GABA含量最高，为1.19 mg/g，F- 1次之，F- 4含量最少，为0.26 mg/g。F- 2富含GABA，因此可将其作为开发抗疲劳、降血压等GABA功能产品的原辅料。

青稞β-葡聚糖是一种高分子黏性多糖，具有增稠、凝胶、乳化、发泡稳等功能，具有降低餐后血糖和胰岛素水平的效果及降低胆固醇和提高免疫力等生物活性[25]。由图1可知，F中β-葡聚糖含量最高，达3.72%，F- 1中β-葡聚糖含量最低，为0.93%；与F- 1相比，F- 2、F- 3、F- 4中β-葡聚糖均有不同程度的升高，这可能是由于青稞籽粒腹沟的存在；且经碾磨处理后制得的青稞米中β-葡聚糖含量仍保持在3.0%以上。图1结果表明，青稞米较好地保留了β-葡聚糖，营养价值较高。阿拉伯木聚糖是一种天然的非淀粉多糖，谷物中的阿拉伯木聚糖主要分布在麸皮中[26]。由图1可知，F- 1中阿拉伯木聚糖含量最高1.17%，F- 3、F- 2次之，F- 4中含量最低(0.26%)，说明青稞中阿拉伯木聚糖主要分布在麸皮中，这与徐中香等[27]报道的青稞麸皮中阿拉伯木聚糖含量比青稞原粮中多的结果一致。

不同小写字母表示不同磨层间差异显著(P<0.05)。

青稞不同碾磨层粉体的多酚含量分析结果见表7。由表7可知，青稞不同碾磨层的粉体间多酚、黄酮及酚类总量差异均显著(P<0.05)。F- 2中游离型多酚含量最高，达872.04 mg/100 g，F- 1、F- 3次之，青稞米中含量相对最低。F- 1中结合型酚、游离型黄酮、结合型黄酮含量均最高，分别为656.40、41.27、39.02 mg/100 g，F- 2、F- 3次之，F- 4中含量相对最低。对于总酚含量来说，F- 2中含量最高为1 546.15 mg/100 g。由此可知，多酚类物质主要分布于青稞麸皮中，尤其是F- 1、F- 2。

表7 青稞不同碾磨层粉体的酚类物质含量

3 结 论

1)在青稞米的加工过程中，青稞经多次碾磨工艺处理后，获得的不同碾磨层粉体中含有丰富的营养、功能成分，具有较高的开发利用价值。本研究表明，除青稞原粮(F)和第4次碾磨麸皮(F- 4)中灰分含量无显著差异外，其余各营养成分含量差异均显著(P<0.05)。第1次碾磨麸皮中中粗纤维含量最高，第2次碾磨麸皮中中粗蛋白、脂肪、灰分含量最高，第4次碾磨麸皮中总淀粉含量最高，且其色泽最白；各碾磨层粉体中均未检出Hg、Cd、As、Pb重金属，且其他矿物质含量差异显著(P<0.05)，大多分布在麸皮中。第1次碾磨麸皮中Ca、Cu、K、Mn、Na的含量均最高，第2次碾磨麸皮中Fe和Mg含量最高。

2)青稞不同碾磨层粉体中氨基酸含量以及各功能成分含量均有显著差异(P<0.05)。麸皮中氨基酸种类较丰富，含量较高，尤其是谷氨酸。第1次碾磨麸皮中阿拉伯木聚糖、结合酚、游离及结合型黄酮含量最高，GABA、β-葡聚糖、游离酚及酚类物质总量均在第2次碾磨麸皮中分布最高。本研究明确了青稞米碾磨过程中各层粉体的营养、功能成分的分布及差异，希望能够为青稞及青稞麸皮的开发和利用奠定理论基础。下一步将对青稞不同碾磨层粉体的理化特性进行研究，希望为青稞粉体的精深加工和利用及新产品的开发提供指导。