不同青稞品种风味物质分析

朱明霞，白 婷，靳玉龙，王姗姗，刘小娇，张玉红

（西藏自治区农牧科学院农产品开发与食品科学研究所，拉萨 850000）

0 引言

青稞(Hordeum vulgare L.var.nudum)属禾本科大麦属作物[1]，是西藏种植面积最大、分布最广的农作物，始终占全区粮食作物种植面积和产量的70%以上[2]。青稞在西藏的生产中有着举足轻重的地位，是藏区农牧民不可替代的主粮，也是维护和保证藏民在高原地区生活健康的保健作物[3-4]。青稞的产量对藏区粮食安全、维护藏区社会稳定具有重大意义。青稞种植范围分布在整个青藏高原地区的西藏自治区和青海、四川、甘肃、云南四省藏区，共20个地、州、市，海拔高度1400～4700 m。青稞种质资源丰富，根据青稞颜色、形状等性状区分的品种多达上千种，籽粒颜色主要有黄色、黑色、紫色和蓝色，穗形主要有二棱、四棱和六棱，其中西藏地区种植的青稞颜色多样，穗形以六棱为主[5]。青稞具有丰富的营养，具备独特的“三高两低”优势，并含有18种氨基酸[6-8]，且富含酚类、β-葡聚糖、膳食纤维等活性成分，更能迎合人们对“健康饮食”的需求[9-11]，具有广阔的开发应用前景，目前，市场上已有许多青稞食品，包括青稞面条、青稞饼干和青稞谷物饮料等[12-14]。青稞原料的基本营养组分是青稞具有独特香味的物质基础，青稞风味物质组分是一类复杂、数目庞大的物质，其化学性质、结构各不相同。常用的风味分析技术主要有气相色谱、气相色谱-质谱联用(GCMS)、电子鼻等，其中GC-MS法速度快、准确度高，可对几百种挥发性化合物同时进行定性定量检测，是风味化合物分析的理想选择[15-18]。关于谷物风味物质的研究已有报道，对青稞的风味成分研究较少[19]。张敏等[20]采用固相微萃取结合气相色谱-嗅闻-质谱技术对7种籼米、4种粳米风味物质分析，发现粳米中风味化合物种类略高于籼米。褚能明等[21]分析了不同品种鲜食甜糯玉米的主要挥发性风味物质之间的差异，结果表明，不同品种的鲜食甜糯玉米均含有独特的挥发性风味物质组合。姜晓青等[22]采用顶空固相微萃取(HSSPME)和气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术鉴定了6种毛豆脆粒挥发性物质组成，共检测出65种挥发性成分，主要包括醛类、醇类、酮类和烃类，且各品种间挥发性组分差异较大。贾福晨等[23]研究了7个青稞品种原料的风味物质，共鉴定出7大类、50种主要风味物质，主要包括了醇类、醛类、酸类、酯类、烷烃类、烯烃类、其他类，含量最高的是醛类，其相对含量在35%～65%。

本研究选用8份不同的青稞品种，采用气相色谱-质谱联用方法，分析不同青稞品种原料的主要挥发性风味物质，结合主成分分析(PCA)、聚类分析(HCA)明确不同青稞品种挥发性成分及不同品种的风味物质变化与差异，为不同品质青稞加工及综合开发利用提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试的8个青稞品种材料，分别为‘山青9号’、‘1127’、‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘藏青 320’、‘藏青2000’、‘藏青25’、‘喜拉22’。

1.2 设备

小型万能粉碎机；TSQ8000evo气相色谱；固相微萃取器手柄；SPME装置；65 μmDVB/CAR-PDMS萃取头；TSQ8000evo质谱系统。

1.3 方法

1.3.1 青稞基本成分测定 灰分测定：参照GB 5009.4—2010《食品中灰分的测定》；水分测定：参照GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》；蛋白质测定：参照GB 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》；脂肪测定：参照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的测定》；纤维测定：参照GB/T 5009.88—2003《食品中不溶性膳食纤维的测定》；氨基酸测定：参照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的测定》；总淀粉测定：参照总淀粉测定试剂盒说明书。脂肪酸测定：参照GB/T 5009.168—2016《食品中脂肪酸的测定》；β-葡聚糖测定：参照NY/T 2006—2011《谷物及其制品中β-葡聚糖含量的测定》。

1.3.2 不同品种青稞处理 青稞原料清理并清洗干净后晾干，用万能粉碎机粉碎，过80目筛的青稞粉备用。

1.3.3 青稞风味化合物GC-MS检测 准确称取青稞粉1.5 g样品量，超纯水5 mL，氯化钠1.8 g于10 mL样品瓶内；55℃下平衡10 min，萃取50 min，在250℃下解析1 min。

气相色谱条件：DB-WAX毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)；载气为氦气，流速1 mL/min。无分流模式，进样口温度250℃。初始柱温45℃，保持2 min，以6℃/min上升至240℃并保持5 min。

质谱条件：接口温度为280℃，离子源为EI，离子源温度230℃，电子能量70 e V，四极杆温度150℃，扫描范围(m/z)35～500 amu，采用全扫描采集模式。试验于2019年12月在中国农业大学食品科学与营养工程学院植物蛋白与谷物加工实验室完成。

1.3.4 定性与定量分析 定性：实验数据通过GC-MS化学工作站处理，未知化合物与NIST 2014谱库进行匹配定性，并与文献中对照定性，对匹配度大于80（最大值为100）的鉴定结果予以报道。

定量：通过GC-MS化学工作站处理系统，并用气相色谱峰面积归一化，定量计算出各化合物在青稞粉中的峰面积的相对含量，每个样品重复3次，取其平均值。

1.4 数据处理

采用Excel对数据进行整理；采用SPSS 22.0对整理后的数据进行聚类分析(HCA)和主成分分析(PCA)。

2 结果与分析

2.1 不同青稞品种的基本营养组分

由表1可以看出，8个青稞品种的蛋白质含量为9.16%～14.80%，‘1127’的蛋白质含量最高为14.80%，‘隆子黑青稞’次之为11.20%，‘喜拉22’的含量最低9.18%；脂肪含量为1.06%～2.40%，‘喜拉22’的脂肪含量最高为2.40%，‘山青9号’的含量最低为1.06%，两品种间有显著性差异，其余品种间无显著性差异；淀粉含量为55.90%～63.35%，‘勾芒紫青稞’的淀粉含量最高为63.35%，‘山青9号’次之为61.39%，其他品种含量间无显著性差异；‘1127’的β-葡聚糖含量最高7.16%，‘藏青25’次之为5.13%，且两品种间有显著性差异，与其他品种间也有显著性差异；膳食纤维含量为12.89%～21.45%，‘勾芒紫青稞’的纤维含量最高为21.45%，与其他品种间有显著性差异，‘藏青2000’次之为19.20%，与‘山青9号’、‘藏青320’和‘藏青25’间无显著性差异，‘隆子黑青稞’最低12.89%；‘1127’的脂肪酸含量最高为2.81%，与其他品种有显著性差异，‘勾芒紫青稞’次之为2.41%，与‘喜拉22’、‘隆子黑青稞’和‘藏青320’无显著性差异，‘藏青25’的脂肪酸含量最低为2.07%，与‘山青9号’、‘隆子黑青稞’、‘藏青320’和‘藏青2000’无显著性差异；总氨基酸含量在7.54%～12.30%，‘1127’的总氨基酸含量最高12.30%，与其他品种均有显著性差异，‘隆子黑青稞’次之9.89%，与其他品种均有显著性差异，‘勾芒紫青稞’8.38%，与‘山青 9号’、‘藏青320’、‘藏青 2000’和‘喜拉22’无显著性差异，‘藏青25’最低7.54%，与其他品种均有显著性差异；灰分在1.60%～2.00%，‘1127’和‘藏青2000’的灰分含量最高2.00%，‘藏青25’最低1.60%；水分含量在7.56%～12.30%，‘藏青 25’最高12.30%，‘喜拉22’最低7.56%。

2.2 不同青稞品种风味化合物分析结果

由表2可知，8个青稞品种的风味物质共检测出40种化合物，包括醛类10种、醇类8种、酯类2种、酮类5种、酸类3种、芳香类4种、烃类4种、呋喃类1种、酚类1种和其他类2种。不同种类化合物在不同青稞品种中表现各不相同。其中，醛类化合物在‘山青9号’、‘1127’‘、隆子黑青稞’和‘藏青320’这4个品种中的相对含量最高，分别为58.09%、32.50%、28.92%和19.31%，主要是己醛、壬醛、(E)2-辛烯醛、(E)2-壬烯醛、(E,E)2，4-癸二烯醛。烃类化合物在‘勾芒紫青稞中’最高为28.22%，主要是4-异硫氰酸酯-1-丁烯。酸类化合物在‘藏青2000’‘、藏青25’和‘喜拉22’中的相对含量最高，分别为33.90%、33.01%和27.99%，主要是己酸和辛酸，其中，己酸在3个品种中的含量最高，均达到22%以上。醇类化合物在‘隆子黑青稞’、‘藏青320’、‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’中相对含量较高，分别为10.00%、16.36%、10.94%、14.29%和11.93%，主要是1-戊醇、1-己醇和1-辛烯-3-醇。酮类化合物在‘勾芒紫青稞’和‘隆子黑青稞’中相对含量较高，分别为12.40%和12.78%，主要是3-辛烯-2-酮、3,5-辛二烯-2-酮和(E,E)3,5-辛二烯-2-酮。酯类化合物在‘隆子黑青稞’和‘藏青320’中相对含量较高，分别为2.57%和2.84%，主要是己酸乙酯和邻苯二甲酸二丁酯。芳香类化合物在‘隆子黑青稞’和‘藏青320’中相对含量较高，分别为3.48%和2.92%，主要是萘和2-甲基萘。呋喃类化合物除‘藏青2000’外的品种都含有，并只含有2-戊基呋喃。酚类化合物除‘山青9号’外的品种都含有，并只含量2,4-二叔丁基苯酚。其他类化合物主要是甲氧基苯基肟，存在‘山青9号’、‘隆子黑青稞’、‘藏青320’和‘藏青25’中。

2.3 不同青稞品种风味化合物类别

由表3可知，不同青稞品种均含有7～10类化合物，但每一类的种类数和风味化合物在相对含量上不尽相同。这就是不同青稞品种基本营养成分不同造成风味物质存在差异。不同品种的风味物质相对总含量表现为，‘山青9号’(88.47%)＞‘隆子黑青稞’(88.2%)＞‘藏青2000’(80.16%)＞‘藏青320’(80%)＞‘勾芒紫青稞’(77.6%)＞‘藏青25’(73.6%)＞‘喜拉22’(72.31%)＞‘1127’(70.70%)；种类数表现为，‘藏青320’（30种）＞‘隆子黑青稞’（28种）＞‘1127’（26种）＞‘山青9号’（25种）＞‘喜拉 22’（23种）＞‘藏青2000’（21种）＞‘勾芒紫青稞’（20种）＞‘藏青25’（17种）。醛类化合物的相对含量在12.98%～58.09%，‘山青9号’的相对含量最高，种类为10种，‘藏青25’的相对含量最低，种类为3种。酸类化合物的相对含量在3.99%～33.90%，‘藏青2000’的相对含量最高，种类为3种，‘山青9号’的相对含量最低，种类为2种。醇类的相对含量在6.88%～16.36%，‘藏青320’的相对含量最高，种类为8种，勾芒紫的相对含量最低，种类为2种。酮类化合物相对含量在4.47%～12.78%，‘隆子黑青稞’的相对含量最高，种类为4种，‘藏青25’的相对含量最低，种类为2种。这4类化合物占整体风味物质含量的52.98%～93.46%，其他种类风味化合物相对含量占剩余的6.54%～47.02%。

表3 不同青稞品种风味物质类别

2.4 不同青稞品种聚类分析

通过图1的聚类分析树状图可以看出，不同青稞品种原料的相似程度，其差异大小可以由上方坐标(0～25)表示。由图1可以把不同青稞品种分为两大类，第一大类5个品种的最大欧式距离差为2，其中‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘1127’和‘山青9号’在最小距离形成聚类，说明这4个品种相似度极高；当欧式距离为2时，‘1127’和‘藏青320’聚为一小类。第二大类3个品种，‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’也在最小距离形成聚类，说明3个品种相似度极高，当欧式距离为25时，2大类品种才能归为一类，说明2大类品种的差异性较大，原料的基本营养组分差异也较大。

图1 不同青稞品种聚类树状分析图

2.5 不同青稞品种主成分分析

由图2可知，其中PC1贡献率为71.57%，PC2贡献率为22.16%，2个主成分累计贡献率为93.73%，可较好地代表样品信息。根据PCA原理，样品在得分图上距离越接近则表示它们的风味组成和含量相似度越高。8个青稞品种均分布在PCA图的右半部，其中，‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘1127’和‘山青9号’最接近，说明这4个品种的相似度较高，‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’距离最近，说明这3个品种的特征性风味物质种类与含量相近，因此可分为2组。该结果与聚类分析（图1）结果具有良好的一致性。

图2 不同青稞品种PCA分析结果

3 讨论

气相色谱-质谱联用技术是分离、分析挥发性组分最强有力的技术之一，气相色谱的高效、快速、进样量少和质谱的高灵敏度、可对未知化合物进行定性鉴定的功能，适用于青稞中复杂挥发性化合物的剖析。李春扬等[24]研究了采用2种处理方法，分析4个青稞品种的挥发性风味物质，结果表明，不同品种青稞的挥发性组分总体接近又各具明显特征。同时通过聚类分析的结果可以探究4种不同青稞之间的种属相似性。胡敏等[25]研究表明，青稞中共检测出72种挥发性成分，主要包括烃类(44.37%)、醇类(18.06%)和醛类(14.03%)。车富红等[26]研究发现，不同青稞品种中至少含有300多种风味物质且总含量差异也比较大。张文会等[27]研究认为，不同品种青稞所含的主要风味化合物种类基本相同，但各类化合物的含量各不相同，且在各类化合物中，具体的风味物质及含量也存在差别。本试验采用气相色谱-质谱联用技术分析了8种青稞品种原料的风味物质，不同青稞品种风味物质种类和含量有较差异，可能是青稞品种及其基本营养品质差异引起的，通过聚类分析和PCA分析结果能够辨别不同青稞品种中属的相似性。

4 结论

8个青稞品种的风味物质共检测出40种化合物，种类为10种。醛类化合物相对含量‘山青9号’最高(58.09%)，酸类化合物相对含量‘藏青2000’最高(33.90%)，醇类化合物相对含量‘藏青320’最高(16.36%)，酮类化合物相对含量‘隆子黑青稞’最高(12.78%)，这4类化合物贡献了青稞的主要风味物质。聚类分析和PCA分析表明‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘1127’和‘山青 9 号’相似度极高，‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’相似度极高，说明它们的风味物质组成和含量相似度高，当欧式距离为25时，8个青稞品种可归为一类。