冬播对谷子品种晋汾107营养及风味的影响

摘 要：【目的】研究播期对谷子品种晋汾107营养及风味的影响，为谷子播种农艺与种质研究及农产品加工提供一定的参考。

【方法】对晋汾107春播谷子和冬播谷子的基础营养物质的检测及脂肪酸的营养分析评价，并采用气相色谱-离子迁移色谱（GC-IMS）技术分别测定与分析春播、冬播谷子挥发性成分，根据挥发性成分的指纹图谱分析不同样品间的差异。

【结果】春播谷子在蛋白质等基础营养物质含量均高于冬播谷子，冬播谷子则在部分维生素及类胡萝卜素含量上高于春播谷子，同时含有的脂肪酸更营养健康。共检出晋汾107春播与冬播中挥发性差异物质共有68种，其中冬播中的风味物质种类更为丰富，而醛类物质含量最为丰富，还含有多种醇、酮、酯及杂环类化合物等。

【结论】播种时间的不同对谷子的营养及风味产生将相应的影响。

关键词：谷子；冬播；脂肪酸；风味分析；GC-IMS

中图分类号：S515"" 文献标志码：A"" 文章编号：1001-4330（2024）12-2913-08

0 引 言

【研究意义】谷子属禾本科植物，抗旱、耐贫瘠，营养物质种类齐全且丰富，是我国主要杂粮作物之一^［1］。随着经济的发展，对优质小米的需求量更是逐年递增。我国的谷子种植区域，主要在长城沿线冷凉半干旱区，但是由于该区域无霜期短和春季干旱少雨等气候原因，优质谷子的按时播种与收获存在困难，地膜覆盖穴播技术为谷子的冬播提供了可能性^［2］。【前人研究进展】通过近年来的技术推广与示范种植，谷子产业稳定发展，保证春播谷子正常收获的同时，冬播谷子可以提早成熟并增加产量。且晋汾107是优质新品种谷子，亲本为晋谷21号和衡谷9号，遗传了营养丰富、口感好和矮秆早熟的特性^［3］。【本研究切入点】

相较于传统优质品种晋谷21号，晋汾107更具抗病虫害的特性，目前对于该新品种谷子的研究还相对较少。尤其是对冬播谷子的农艺方面研究颇多，但对其成熟后的营养及风味方面研究较少，需研究谷子品种晋汾107春播和冬播对其营养及风味的影响。

【拟解决的关键问题】

以优质新品种晋汾107谷子为例，研究冬播对谷子营养、脂肪酸营养及风味方面的影响，对比分析春播谷子在基础营养物质、脂肪酸含量及营养评价和风味分析方面的差异，为谷子产业在之后育种、播种、收获加工及消费全产业链的应用推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

冬播、春播谷子品种晋汾107，均由山西农业大学经济作物研究所提供（收获于2022年来自山阴县的同一块试验田） ; 无水乙醇、NaNO2、NaOH、（NH4）2 SO4、丙酮等，均为国产分析纯。

SB-30碾米机（山东三高机械有限公司）；DFY500高速多功能磨粉机（温州顶历医疗器械有限公司）；WB-6S数显恒温水浴锅（浙江群安实验仪器有限公司）；VELP UDK 159 自动凯氏定氮仪、VELP SER 148 索式提取器（意大利维尔普公司）；QP2010UItra气相色谱-质谱联用仪、LC-20A 高效液相色谱仪（日本岛津公司）；SP756 紫外分光光度计（上海光谱仪器有限公司）；FlavourSpec气相离子迁移谱（德国G.A.S.公司）；CTC-PAL 3 静态顶空自动进样装置（瑞士CTC Analytics AG 公司）；VOCal 数据处理软件（0.4.03）（德国G.A.S.公司）。

1.2 方 法

1.2.1 营养物质测定

谷子中基础营养物质含量的测定参照《食品安全国家标准》GB 5009.5-2016、GB 5009.6-2016、GB 5009.3-2016等测定蛋白质、脂肪、碳水化合物等营养成分，重复5次取平均值。

1.2.2 脂肪酸测定

谷子中脂肪酸含量的测定参照GB 5009.168-2016《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》，采用第一法进行脂肪酸的测定，重复5次取平均值。

1.2.3 脂肪酸营养评价

计算谷子脂肪酸中多不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸比值（Polyunsaturated fatty acid/Saturated fatty acid ratio，PUFA/SFA）、单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸比值（Monounsated fatty acid /Saturated fatty acid ratio，MUFA/SFA）、致动脉粥样硬化指数（Index of atherogenicity，IA）以及血栓形成指数（Index of thrombogenicity，IT），通过这些指标来评估谷子脂肪酸的作用^［4］。

PUFASFA=PUFASFA.（1）

MUFASFA=MUFASFA.（2）

IA=［C12：0+（4×C14：0）+C16：0］UFA.（3）

（C14：0+C16：0+C18：0）［（0.5×MUFA）+（0.5×n-6PUFA）+（3×n-3PUFA）+（n-3n-6）］·（4）

1.2.4 风味物质测定

样品处理：准确称取样品5 g置于20 mL顶空瓶中，80℃孵育20 min后进样，每个样品测定3组平行。顶空进样条件：孵化温度：80℃；孵化时间：20 min；进样体积：500 μL；不分流进样；孵化转速：500 r/min；进样针温度：85℃。GC条件：色谱柱温度：60℃；载气：高纯氮气（纯度≥ 99.999%）；程序升压：初始流量 2.0 mL/min保持 2 min，在 8 min 内线性增至 10.0 mL/min，在 10 min 内线性增至 100.0 mL/min，保持20 min。色谱运行时间：40 min；进样口温度：80℃。IMS条件：电离源：氚源（3H）；迁移管长度：53 mm；电场强度：500 V/cm；迁移管温度：45℃；漂移气：高纯氮气（纯度≥ 99.999%）；流速：150 mL/min；正离子模式。

1.3 数据处理

IBM SPSS Statitics 26、Excel2016、VOCal软件内置的GC保留指数 （NIST 2020）数据库和IMS迁移时间数据库检索和比对，对目标物进行定性分析。LAV（Laboratory Analytical Viewer）和插件 Reporter、Gallery Plot 进行图谱分析。

2 结果与分析

2.1 营养物质含量比较

研究表明，晋汾107春播与冬播谷子在必需营养素水、蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质和膳食纤维的含量方面存在着一定差异，晋汾107春播谷子中的粗蛋白质、粗脂肪、碳水化合物、淀粉含量均高于冬播谷子，从数值上看含量较多但其两者差异并不明显。

而晋汾107冬播谷子在一些维生素含量上高于春播谷子，晋汾107春播谷子与冬播谷子叶酸含量差异较大，冬播谷子中叶酸含量可达76.94 μg/100g，而春播谷子只有61.94 μg/100g。谷子中类胡萝卜素含量丰富，晋汾107春播谷子中的β-胡萝卜素含量为71.78 μg/100g，冬播谷子中含量则为78.33 μg/100g，晋汾107春播谷子中的叶黄素含量为1.82 mg/100g，冬播谷子中含量则为1.88 mg/100g。谷物类胡萝卜素含量与谷物蒸煮食用品质存在一定的相关性，晋汾107冬播谷子的食用品质及口感要稍高于春播谷子。表1

2.2 脂肪酸含量比较

研究表明，在晋汾107春播谷子中检出的脂肪酸有12种，共464.90 mg/100g，其中SFA有8种，MUFA有2种，PUFA有2种，亚油酸含量最高，为304.11 mg/100g；而在冬播谷子中检出的脂肪酸有11种，共450.37 mg/100g，其中SFA有7种，MUFA有2种，PUFA有2种，也是亚油酸含量最高为295.23 mg/100g。肉豆蔻酸（C14：0）是在春播谷子中检出而冬播谷子中未检出。表2

2.3 脂肪酸营养评价

研究表明，晋汾107冬播谷子的PUFA/SFA值及MUFA/SFA值更高，分别为4.642和1.09。晋汾107冬播谷子的IA值和IT值更低分别为0.142和0.157，脂肪酸更健康。表3

2.4 风味物质的测定比较

2.4.1 挥发性成分谱图对比

研究表明，不同样品中的挥发性有机物存在一定差异。选取1JF107-SM样品的谱图作为参比，其它样品的谱图扣减参比，然后得到不同样品的差异对比图，如果目标样品和参比中的挥发性有机物含量一样，则扣减后的背景为白色，红色代表该物质的浓度在目标样品中高于参比，而蓝色代表该物质的浓度在目标样品中低于参比。有明显的红色区域与蓝色区域，还有黄色与变透明部分，2种样品中存在相同的挥发性物质在扣减参比后不见，也有非常明显的差异物质存在，通过这些图片不能对挥发性物质定性（颜色差异和突起面积表示不同样品中挥发性有机物的差异，横坐标表示相对迁移时间，纵坐标表示气相色谱的保留时间，横坐标1.0处红色竖线为RIP峰（反应离子峰），RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。不同颜色表示不同物质的峰强度，从蓝色到红色，颜色越深则峰强度越大）。图1～3

2.4.2 挥发性成分的GC-IMS定性

研究表明，晋汾107春播与冬播谷子挥发性成分共检出差异物质单体及其二聚体共68种。行表示一个样品中选取的全部信号峰，列表示同一挥发性物质在春播谷子与冬播谷子样品中的信号峰，含量较少用蓝色表示，含量较多用红色表示，每种样品的完整挥发性有机物信息以及样品之间挥发性有机物的差异。表4

晋汾107春播谷子中2-丙醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、环戊酮、1-羟基-2-丙酮、4-甲基-2-戊酮、3-甲基-2-丁烯醛、2-丁酮、3-甲基丁酸甲酯、乙酸甲酯、邻二甲苯等物质的含量较高；而晋汾107冬播谷子中E-2-壬烯醛、E-2-辛烯醛、E-2-庚烯醛、E-2-己烯醛、E-2-丁烯醛、2-丙烯醛、3-甲基丁醛、丁醛、2-甲基丙醛、丙醛、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丙醇、2-庚酮、1-戊烯-3-酮、乙偶姻、戊酸乙酯、2-戊基呋喃、对二甲苯等物质的含量较高；其余物质在两个样品中的含量相近。图4

3 讨 论

类胡萝卜素在调节细胞分化、细胞周期和凋亡、抗肿瘤、调节免疫系统等方面发挥作用^［5］，有研究发现，类胡萝卜素含量与全麦粉黄度，呈极显著型正相关^［6］。杨成元等^［7］的研究表明，小米色度越黄其适口性、滋气味越好。脂肪酸分布在细胞中，在人体代谢、健康和疾病中发挥着至关重要的作用，已有大量研究表明，脂肪酸与心血管疾病、神经系统疾病、非酒精性脂肪肝、过敏性疾病等有关，参与了代谢途径^［8-9］。研究表示C12：0、C14：0和C16：0是有利于脂质粘附到循环和免疫系统的细胞上，一般被认为是会产生促动脉粥样硬化等不利影响的^［10］。PUFA/SFA值是一个通常用于评估饮食对心血管健康影响的指数，是衡量食物营养价值的重要指标，计算原理是假设饮食中的所有PUFA均可以降低低密度脂蛋白胆固醇和血清胆固醇水平，而所有SFA均有助于血清胆固醇水平的升高^［11］。因此，该比值越高，效果就越积极，同样有研究表明，较高的MUFA/SFA值，说明脂肪酸营养更健康均衡^［12］。动脉粥样硬化指数（IA）和血栓形成指数（IT）是由Ulbritcht和Southgate于1991年开发，用于表示脂肪酸的动脉粥样硬化和血栓形成潜能，目前已被广泛用于评估鱼类、藻类、谷物、肉类、乳制品等，其数值越低越健康，说明食物的营养价值越高^［4］。

研究表明，醛类物质对谷物类整体挥发性物质贡献率最高^［13］，醛类物质通常是由不饱和脂肪酸氧化产生，阈值低且具有水果、坚果及植物香气，对稻米及谷物的风味有重要影响，冬播谷子中含有10种不同的醛类物质，香气丰富，如E-2-辛烯醛具有青草香、坚果香及脂香，E-2-庚烯醛具有脂肪香、果香，E-2-己烯醛具有草木香、苹果香，3-甲基丁醛具有坚果及麦芽风味等^{［14，15］}。酮类物质通常是由脂肪氧化及美拉德反应而形成，具有一定的香味，春播谷子中1-羟基-2-丙酮、环戊酮、4-甲基-2-戊酮、2-丁酮这四种酮类物质含量较高，1-羟基-2-丙酮具有坚果香及苦味，环戊酮具有薄荷香气，2-丁酮具有果香、黄油香气及青草香^［16］；冬播谷子中2-庚酮和1-戊烯-3-酮含量较高，2-庚酮具有梨子香气，而1-戊烯-3-酮则具有一定的刺激性。醇类主要是由脂肪酸的二级过氧化氢物分解产生，赋予了稻谷花香、草本以及甜味^［17］，春播谷子中3-甲基-3-丁烯-1-醇及2-丙醇含量较高，其中3-甲基-3-丁烯-1-醇具有果香，2-丙醇具有花卉香；冬播谷子中含有3-甲基-1-丁醇具有甜味、杏仁香和果香、2-甲基-2-丙醇具有酒香气及花卉香。酯类的形成主要是通过有机酸和醇的酯化反应，通常具有水果香气，对小米粥的呈味也有重要作用，春播谷子中3-甲基丁酸甲酯、乙酸甲酯含量较高，3-甲基丁酸甲酯和乙酸甲酯都具果香味^{［18，19］}；冬播谷子中戊酸乙酯含量较高，乙酸乙酯也具有果香，还可能与醛类物质产生及脂肪酸代谢有一定关联。冬播谷子中2-戊基呋喃及对二甲苯含量较高，2-戊基呋喃是亚油酸氧化产物，在低浓度下具有坚果香气且有青草香及果香，是大米中的重要气味物质^{［20，21］}。播种时间的差异会对谷子风味产生一定的差异，冬播谷子在食用时以小米粥为例，风味较春播谷子更丰富。

4 结 论

播种时间不同，谷子营养物质含量、脂肪酸营养组成以及风味存在差别。首先是营养物质，对于蛋白质、脂肪、碳水化合物、水分、淀粉等基础营养物质，均是晋汾107春播谷子中的含量更高，但其相差并不大，而对于部分维生素及类胡萝卜素则是晋汾107冬播谷子中的含量更高，谷子色泽和口感更好，且通过分析冬播谷子脂肪酸具有较高的PUFA/SFA值和MUFA/SFA值，及较低的IA和IT值，脂肪酸的组成与营养价值更优。其次，检出的晋汾107春播谷子与冬播谷子具挥发性的差异物质有68种，醛类物质在谷物粮食类的风味起到至关重要的作用，晋汾107冬播谷子中含量丰富的醛类物质有10种之多，同时冬播谷子与春播谷子中均含有丰富多样的的挥发性物质，包括醇类、酮类、酯类及杂环物质等，进而影响谷子的食用品质。播种时间在谷子的营养和风味上均会产生一定影响，冬播谷子通过提前播种加覆膜技术，从而提高产量、及早上市，获得更好的效益，其脂肪酸组成更营养健康，风味物质含量及种类更加丰富，商品性、适口性和综合性状更好。

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Effects of winter sowing on the nutrition and flavor of Jinfen 107 millet

YU Xinyu^1，2， YU Jing^1，2， FENG Naihong^1，2， YUE Zhongxiao2， HOU Donghui2， YANG Chengyuan^2，3

（1." College of Food Science and Engineering， Shanxi Agricultural University， Taigu Shanxi 030801， China;2. Institute of Economic Crops， Shanxi Agricultural University， Fenyang Shanxi 032200， China;3. Shanxi Weitong Permeable Membrane Biotechnology Co.， Ltd.， Fenyang Shanxi 032200， China）

Abstract：【Objective】 To study and clarify the effect of sowing time on the nutrition and flavor of Jinfen 107 millet.The finding of which might provide a certain reference for future sowing agronomy and germplasm work， agricultural product processing and consumption selection.

【Methods】 The basic nutrients of spring sown foxtail millet and winter sown foxtail millet were detected and the nutritional analysis and evaluation of fatty acids were carried out.Gas chromatography-ion migration chromatography （GC-IMS） technology was used to determine and analyze the volatile components of spring sown and winter sown foxtailmillet， and the differences between different products were explored based on the fingerprint of volatile components.

【Results】 Spring sown foxtail millet had a higher content of basic nutrients such as protein than winter sown foxtail millet， while winter sown foxtail millet had a higher content of some vitamins and carotenoids than spring sown foxtail millet， and it also contained more nutritious and healthy fatty acids.Through GC-IMS technology， a total of 68 volatile differential substances were detected in spring and winter sown foxtail millet from Jinfen 107.Among them， winter sown foxtail millet had a richer variety of flavor substances， with the highest content of aldehydes， as well as various alcohols， ketones， esters， and heterocyclic compounds.

【Conclusion】 Different sowing times can indeed have a corresponding impact on the nutrition and flavor of foxtail millet.

Key words：millet; winter sowing; fatty acids; flavor analysis; GC-IMS

Fund projects：Project of China Agriculture Research System of MOF and MARA（CARS-06-14.5-B9）；National Key R amp; D Program Project （2023YFD1600703）；Project of Agricultural Industrial Technology System of Shanxi Province（GZTX202220）；Key R amp; D Program Project of Shanxi Province（202102140601011-3）；Shanxi Provincial Key Laboratory of Mixed Grain Germplasm Innovation and Molecular Breeding， Shanxi Agricultural University（202105D121010）；Biological Breeding Project of Shanxi Agricultural University（YZGC053）

Correspondence author：FENG Nainong（1973-），female，from Fenyang，Shanxi，researcher，research direction：processing of agricultural products，（E-mail）fnaihong@126.com

基金项目：财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系（CARS-06-14.5-B9）；国家重点研发计划项目（2023YFD1600703）；山西省现代农业产业技术体系（GZTX202220）；山西省重点研发计划项目（202102140601011-3）；山西农业大学杂粮种质创新与分子育种山西省重点实验室（202105D121010）；山西农业大学生物育种工程项目（YZGC053）

作者简介：于欣宇（1999- ），女，山东烟台人，硕士研究生，研究方向为食品加工与安全，（E-mail）yuxinyu0909@163.com通讯作者：

冯耐红（1973- ），女，山西汾阳人，研究员，硕士，研究方向为农产品加工，（E-mail）fnaihong@126.com