不同生长期青稞麦仁品质比较研究

徐也，邓超超，周琦，王蕾，缪平贵，赵海鹏，张燕，张想平

（甘肃省农业工程技术研究院，甘肃 武威 733006）

青稞（Hordeum vulgare L.var.nudum Hook.f），禾本科一年生草本植物，是世界上四大禾谷类作物之一[1]，总产量仅次于水稻、玉米和小麦[2]，栽培距今已有3 500多年[3]，主要分布在西藏、青海、甘肃、四川甘孜州和阿坝州以及云南等高海拔地区。大量研究表明，青稞不仅含有丰富的膳食纤维和蛋白质，还含有β-葡聚糖[4]、黄酮类化合物[5]、抗性淀粉（resistant starch，RS）[6]等生物活性成分，具有潜在的预防心血管疾病、预防2型糖尿病、抗氧化防衰老、抗癌等功效[7]。

青麦仁是已长饱满、还处于乳熟期的麦类作物籽粒，是一种深受大众喜爱、营养价值较高的全谷物食品[8]。近年来，青麦仁作为一种新兴的休闲食品已成为餐桌上的时令小吃。青麦仁色泽碧绿，口感独特，含有丰富的蛋白质和膳食纤维[9]，叶绿素所含的微量铁是一种天然的造血原料。温青玉等[10]对小麦青麦仁蛋白研究表明，青麦仁蛋白是一种优良的植物蛋白资源，和其它谷物混合食用可以起到营养互补作用，提高营养价值。

目前，关于青麦仁的文献报道鲜见，而且关于青麦仁的研究仅局限于小麦麦仁。近年来，青稞作为特色的粮食作物，其营养价值备受关注，而青稞麦仁作为当地特色食品之一，关于其营养成分的研究鲜见报道。为了研究不同青稞品种（系）生长期青麦仁营养成分的变化，更好地开发青稞青麦仁食品，本研究以不同品种（系）的青稞为研究对象，通过对不同生长期青麦仁中蛋白质、淀粉、可溶性糖、β-葡聚糖含量及酶活性等品质的分析，以期进一步分析生长期青麦仁品质动态变化，为其相关产品的开发提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试青稞1107814、甘垦5号（GK5）、甘垦6号（GK6）：甘肃省农业工程技术研究院，甘青4号（GQ4）：甘南州农科所，试验于2020年在甘肃省农业工程技术研究院试验田进行，土壤肥力中等偏上，种植密度为30万/667m2，小区面积 14.4m2（3.6m×4.0m），种植 16行，行距 25 cm，基施尿素 15 kg/hm2，磷二铵 25 kg/hm2，化肥一次性基施，不喷施化学农药。

硫酸铜、硫酸钾、浓硫酸（均为分析纯）：天津市江天化工技术有限公司；过氧化氢酶（catalase，CAT）活性检测试剂盒、过氧化物酶（peroxidase，POD）活性检测试剂盒、植物可溶性糖含量检测试剂盒：北京Solarbio公司；β-葡聚糖检测试剂盒：爱尔兰Megazyme公司。

1.2 仪器与设备

Kjeltec8400全自动凯氏定氮仪、Soxtec 8000索氏浸提系统：丹麦Foss公司；SpectraMax 190酶标仪：美国Molecular Devices；UV-5100紫外分光光度计：上海元析仪器有限公司；YHG-9985A电热恒温鼓风干燥箱：上海姚氏仪器设备厂；HH2A水浴锅：北京科伟永兴仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品采集

各品种（系）在开花期选择花期一致、长势、穗型大小基本相同且无病虫害的主茎穗挂牌标记。于开花后10、15、20、25 d 和 30 d，分 5 次取样，每次取样各小区剪适量麦穗带回室内，随机分为3组作为3个重复，人工去皮，备用。

1.3.2 测定方法

蛋白质测定参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》[11]；采用蒽酮比色法测定籽粒中总淀粉含量[12]；可溶性糖含量、过氧化物酶及过氧化氢酶活性使用试剂盒测定。各物质含量均以样品的干重为基数。

β-葡聚糖测定：采用McCleary提出的酶法测定，即AOAC 955.16方法分析青稞中β-葡聚糖含量，使用β-葡聚糖含量测定试剂盒进行测定[13]，每个样品重复3次。

1.4 数据分析

采用SPSS 20.0统计软件对数据进行处理和方差分析，并用Duncan法对各组数据进行多重比较，P＜0.05为差异显著，结果以平均数±标准差表示，并采用主成分分析法进行综合评价[14]，采用Origin 8.0对试验数据进行绘图。

2 结果与分析

2.1 青麦仁中蛋白质和淀粉含量变化

青麦仁中蛋白质含量变化见图1。

图1 青麦仁中蛋白质含量变化Fig.1 Dynamic changes of protein in green barley kernel

青麦仁中蛋白质是主要营养成分之一[15]，由图1可知，4个品种（系）青麦仁中蛋白质整体上均呈现出先上升后下降的趋势，在开花后20 d达到最高值，此时含量由高到低：GK5＞GK6＞1107814＞GQ4，分别为18.8%、16.4%、15.8%、14.9%。开花后20 d内，麦仁中蛋白含量整体上表现为上升趋势，20 d后，1107814和GK5缓慢下降，25 d后蛋白含量趋于平衡，说明灌浆后期青麦仁中蛋白含量趋于稳定，最终蛋白含量为15.2%和17.7%，而GK6和GQ4中蛋白则急剧下降，其含量分别为13.8%和13.9%。在整个生长期，GK5中蛋白含量明显高于其它3个品种（系）。倪盛晶[16]发现，青稞灌浆期遇高温胁迫，将导致籽粒蛋白质含量增加，并且蛋白在籽粒灌浆期的积累要比淀粉早。麦仁生长过程中不同蛋白质组分形成时间也不同，最早开始形成的是清蛋白与球蛋白，谷蛋白在籽粒形成后开始积累。在灌浆初期，已经积累的清蛋白与球蛋白含量快速下降，随着灌浆的进行，谷蛋白逐渐积累，青麦仁蛋白含量逐渐升高，即在开花后10 d～20 d青麦仁中蛋白质含量逐渐增加。灌浆后期可能由于清蛋白与球蛋白含量降低，而谷蛋白合成速率较低，则蛋白质含量表现出下降趋势。

青麦仁中淀粉含量变化见图2。

图2 青麦仁中淀粉含量变化Fig.2 Dynamic changes of starch in green barley kernel

青稞中淀粉含量占干物质质量的58%～65%，贮藏在胚乳细胞内[17]。如图2所示，青麦仁生长过程中淀粉含量逐渐上升。1107814和GK6品种（系）在开花20 d内淀粉含量增加速率较快，20 d后缓慢增加，最终分别达到58.3%和62.7%；GK5开花25 d内，淀粉含量急剧增加，25 d后淀粉含量变化缓慢；GQ4在开花20 d后淀粉含量略有下降，但下降不明显。Kim等[18]对抽穗后的青麦仁研究发现，蛋白质含量随着抽穗天数的增加逐渐降低，淀粉含量逐渐增加，与本文研究结果相同。在麦仁生长初期，由于微量元素在灌浆初期含量较高，会激活淀粉合成相关的酶，使得淀粉合成速率较快，麦仁中淀粉含量增加较快，在灌浆中期，由于籽粒中微量元素含量下降，使得淀粉合成酶活性降低，淀粉合成速度降低；而在灌浆后期，由于植株合作用减弱，不能为淀粉合成提供充足的碳源，淀粉合成变得极为缓慢，直至停止[19]。

2.2 青麦仁中可溶性糖和β-葡聚糖含量

青麦仁中可溶性糖含量变化见图3。

图3 青麦仁中可溶性糖含量变化Fig.3 Dynamic changes of soluble sugar in green barley kernel

由图3可知，GK5、GK6和GQ4 3个品种（系）在生长过程中可溶性糖含量均呈现下降的趋势。在生长过程中，GK6青麦仁中可溶性糖含量逐渐下降，GK5和GQ4在开花后10 d～15 d可溶性糖含量逐渐下降，15 d～20 d略有回升，20 d～25 d呈现出下降的趋势，25 d后，可溶性糖含量变化趋于平稳；1107814在开花后15 d内可溶性糖含量明显上升，15 d之后呈现下降的趋势。开花前可溶性糖和蔗糖暂存在茎鞘中，开花后茎鞘中的蔗糖和可溶性糖以及植株生命活动产生的都转运到籽粒中，在籽粒中主要是通过一系列酶将这些可溶性糖与蔗糖合成淀粉[20]，因此可溶性糖含量表现出下降趋势，与淀粉的积累呈现出负相关的变化规律[21]。

青麦仁中β-葡聚糖含量变化见图4。

图4 青麦仁中β-葡聚糖含量变化Fig.4 Dynamic changes of β-glucan in green barley kernel

由图4可看出，不同青麦仁在生长过程中β-葡聚糖含量逐渐积累。青稞籽粒中含有丰富的β-葡聚糖，是小麦中β-葡聚糖含量的50倍，为迄今为止谷类作物中含量最高的物种[22]。β-葡聚糖具有降低胆固醇、降低血糖和血脂以及预防结肠癌等生理功能[23-24]。青稞开花后25 d以内，GQ4中β-葡聚糖含量显著高于其它青稞品种（系），由开花初期2.02%上升到4.38%，同一时期，其它青稞品种（系）含量差异性不显著。开花25 d以后GK5中β-葡聚糖含量显著上升（P＜0.05），上升了63.33%，相反，GQ4显著降低，较开花后25 d时，β-葡聚糖含量降低了10.5%。开花后30 d时，GK5中β-葡聚糖含量显著高于其它品种（系）（P＜0.05）。β-葡聚糖含量在基因型间存在差异，同时土壤水分含量的变化也是影响β-葡聚糖变化的主要原因之一。

2.3 青麦仁中酶活性变化

过氧化氢酶和过氧化物酶是植物体内普遍存在且活性较高的酶。植物生长过程中过酶活性不断变化。青麦仁中过氧化氢酶活力变化见图5。

图5 青麦仁中过氧化氢酶活力变化Fig.5 The enzymes activity of CAT change regularity in green barley kernel

图5表明，在青稞生长过程中，不同品种（系）青麦仁中的过氧化氢酶活力表现出不同的变化。其中，在开花后 20 d内，CK6过氧化氢酶（catalase，CAT）活力显著高于其它 3个品种（系）（P＜0.05），呈“V”形变化，在开花后第10天酶活力达到最高值（1615.16 U/g）；CK5和1107814两个品种（系）在整个检测过程中，CAT活力表现出先升高后降低再升高的趋势，1107814在25 d CAT活力达到最高值（976.41 U/g），CK5在开花后15 d酶活力达到最高值（764.60 U/g）；开花后25d～30d，1107814CAT活力显著高于其它3个品种（系）（P＜0.05），GQ4生长过程中 CAT活力呈现逐渐降低的趋势。由开花后10 d CAT活力由951.70 U/g下降至280.45 U/g（开花后25 d），25 d后CAT活力趋于稳定。

过氧化物酶（peroxidase，POD）与植株呼吸作用、光合作用以及生长素的氧化等有关。青麦仁中过氧化物酶活力变化见图6。

图6 青麦仁中过氧化物酶活性变化Fig.6 The enzymes activity of POD change regularity in green barley kernel

由图6可看出，随着青稞逐渐成熟，CK6青麦仁中POD活力表现出不断上升的变化趋势。研究表明，一般老化组织中活性较高，幼嫩组织中活性较弱，由于POD能使组织中所含的某些碳水化合物转化成木质素，增加木质化程度。GQ4整体上表现出先上升后下降再升高的趋势，GQ4在开花后15 d，POD活力达到最高值（14776.47 U/g），15 d～20 d酶活力明显下降，20 d后POD活力缓慢上升至11 579.31 U/g；GK5和GK6中POD活力表现出先上升后下降的变化趋势，在开花后25 d时酶活力达到最高值，分别为13 822.02 U/g和12 290.00 U/g；1107814则表现出先下降后上升的变化趋势，开花后10 d～20 d以内，POD活力缓慢下降，20 d后，POD活力明显上升，上升至14 374.77 U/g（开花后30 d），高于其它3个品种。

2.4 主成分综合评价

在青麦仁品质的评价过程中，通过单一品质指标无法判断其品质的优劣。因此，采用主成分分析法，对青麦仁蛋白质、总淀粉、可溶性糖、β-葡聚糖以及酶活力进行综合分析，评价出相对较优的青麦仁品质。为保证各指标优劣性一致，对数据进行标准化处理，见表1，Bartle球度检验的Sig值为0.00，小于显著水平0.05，说明变量之间存在相关关系适合做因子分析。

表1 原始数据标准化处理Table 1 The standardized treatment of raw date

对标准化处理所得数据进行分析，并得出相关矩阵的特征值、特征向量和累计贡献率，见表2。

表2 主要成分的特征值、贡献率和累积贡献率Table 2 The eigenvalue，contribution and cumulative contribution of the principal component

选取特征值＞1的成分为主成分。通过计算，各品质指标与前两个主成分的关系如下。

第一主成分：F1=-0.54X1+0.90X2+0.90X3+0.75X4-0.36X51+0.56X6（1）；第二主成分：F2=0.60X1-0.35X2-0.35X3+0.42X4-0.75X5+0.67X6（2）；综合评价：F=0.617 29F1+0.382 05F2（3）。

将表1对应的标准化值带入式（1）和（2），再将式（1）和（2）的计算所得带入式（3），最后得到不同品种（系）的青麦仁在不同生长期品质指标的综合评价（见表3）。

表3 主成分分析法评价青麦仁品质综合指标分数与排名Table 3 Evaluate the comprehensive index score and ranking of green wheat kernel quality by principal component analysis

综合评价表明，GQ4青麦仁品质排名较靠前，其中GK6开花后30 d品质排名为第一，其次为GQ4开花后30 d，综合评价每个品种（系）开花后30 d适合青麦仁食品开发，其中GK6开花后30 d的青麦仁最适合食用。

3 结论

对不同品种（系）青麦仁生长过程中营养成分分析发现，不同品种（系）青麦仁蛋白质和β-葡聚糖含量以及CAT、POD活力变化趋于一致，淀粉和可溶性糖变化略有差异，不同品种（系）之间营养成分含量存在差异。目前，对青稞青麦仁生长过程中营养成分变化的研究较少。本研究中，青麦仁在生长过程中蛋白含量最高达到18.89%（GK5，开花后20 d），淀粉含量最高为62.7%（GK6，开花后30 d）。籽粒灌浆期营养成分不断变化，营养成分含量变化与品种（系）有关。在整个生长期，GK5中蛋白质含量明显高于其它品种（系），GK6中可溶性糖含量最低。采用主成分分析法，进行综合分析，GK6开花后30 d的青麦仁品质最佳，适合开发相关产品。

青麦仁作为全谷物食品其口感、质构和营养直接影响到最终产品的品质，青麦仁的品种的选育必须满足麦粒形状饱满、色泽鲜亮、晶莹剔透、营养丰富。本文通过对不同品种（系）青麦仁不同生长期营养成分研究，并采用主成分分析法对其进行综合评分，确定了最优青麦仁以及其最佳采摘期，以期为青稞青麦仁研究奠定基础，同时为青麦仁（青稞）深加工和综合利用提供理论基础。