杜 艷 李 娟 陳正行 周文菊 楊艷紅 劉 煜 郝 靜 馬 萍

(江南大學，糧食發(fā)酵工藝與技術國家工程實驗室1，無錫 214122) (青海省青稞資源綜合利用工程技術研究中心2，西寧 810016)

青稞，為禾本科小麥族大麥屬的一種禾谷類作物，其營養(yǎng)豐富，具有“三高兩低”的特點，即高蛋白、高纖維素、高維生素、低脂肪、低糖，符合現(xiàn)代飲食結構需求[1,2]。此外，青稞富含β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、酚類物質、植物甾醇等多種有效成分及多種有益人體健康的礦物質元素[3,4]。因此，青稞是一種極具營養(yǎng)和食療價值的谷物。

由于青稞種植分散，規(guī)模不一，使得青稞原糧的品質無法滿足市場的需求，進而導致青稞產品質量良莠不齊；此外，青稞加工還存在綜合利用率低等問題[5]。青稞粉因加工工藝參差不齊[6]，導致其品質也參差不齊。此外，青稞粉的研究主要集中在質構特性[7]、加工特性[8]及青稞粉在面條制作應用[9]上。目前，鮮有關于青稞籽粒中不同部位粉的營養(yǎng)品質的報道。因此，本研究擬選取昆侖15號、黑老鴉青稞、瓦藍青稞3個青海省主栽品種為研究對象，利用碾磨機逐層碾磨，由外到內收集7個層次青稞粉，以蛋白質、β-葡聚糖、原花青素等成分為指標，運用主成分分析和隸屬函數(shù)法相結合的方法對其進行營養(yǎng)價值綜合評價，以期為青稞粉精深加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

昆侖15號黃青稞(黃色籽粒，長5～8 mm，寬2～3 mm，呈紡錘形，含水量11.86%)、黑老鴉青稞(黑色籽粒，長5～9 mm，寬2～3 mm，呈紡錘形，含水量11.14%)、瓦藍青稞(藍色籽粒，長5～7 mm，呈紡錘形，含水量11.15%)，均為2019年10月采收；原糧：青稞全籽粒；β-葡聚糖試劑盒；乙醇等化學試劑：分析純。

KMSN-MNMD65-B高性能砂帶碾米機；8200自動凱氏定氮儀；WFZ UV-2102紫外分光光度計。

1.2 方法

1.2.1 青稞粉制備

將風選后的青稞原糧(加25～45 ℃水潤麥30～120 min)入砂帶碾米機，同一批原料采用循環(huán)往復進料方式，利用砂帶打磨將籽粒從麩皮到內胚乳層逐層碾磨，每循環(huán)進料一次，均需調整砂帶打磨參數(shù)縮小砂輥間隙(砂帶目數(shù)均為60目，第一次進料開度為44%，每進料一次，開度降低0.5%)，從碾米機的吸糠裝置出口收集每批打磨下來的粉，循環(huán)往復進料6次，每次(170±10)s，得第1-6部位粉(得率分別約為5%、5%、3%、5%、5%、7%)，剩余籽粒進行磨粉獲得第7部位粉(得率約為50%)。青稞各層次粉均過180目篩，并對各品種不同部位粉開展理化分析及營養(yǎng)價值評價。其中，這7部位粉分別由B1～B7來表示。昆侖15號的7部位粉分別由KB1～KB7表示，瓦藍青稞的7部位分別由LB1～LB 7表示，黑青稞7層次粉分別由HB1～HB7表示。

1.2.2 營養(yǎng)成分測定

灰分：GB 5009.4—2016中第一法檢測；蛋白質：GB 5009.5—2016 中的凱氏定氮法檢測；脂肪：GB 5009.6—2016中第二法檢測；淀粉：GB 5009.9—2016中的酸水解法檢測；β-葡聚糖：NY/T 2006—2011試劑盒法檢測；礦物元素：GB 5009.268—2016 中第一法檢測；原花青素：DB12/T 885—2019 方法檢測；多酚：福林酚法檢測[10]。

1.2.3 綜合評價方法

隸屬函數(shù)分析法可將不同指標系數(shù)轉換成[0，1]度量值，在同一平臺度量評價、綜合比較，較之加權評分法更具有合理性[11]。主成分分析是將原始的多個變量指標通過線性組合，轉化為少數(shù)幾個綜合指標，簡化后的指標能反映原來指標的主要信息[12]。因此，利用隸屬函數(shù)法與主成分分析相結合的方法對不同部位青稞粉的營養(yǎng)價值進行綜合評價。在主成分分析前，用隸屬函數(shù)法對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，將其轉化為0～1間的標準化數(shù)據(jù)，再結合因子分析篩選出主成分分值、相應貢獻率和各成分因子載荷矩陣確定主成分，最后采用模糊隸屬函數(shù)法進行綜合評價[12]。原始數(shù)據(jù)標準化處理公式：

U(X)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：U(X)指每個指標原始數(shù)據(jù)經轉化后的隸屬函數(shù)值；X指每個指標的原始測定數(shù)據(jù)；Xmax、Xmin分別為所有樣品中每個指標的最大值和最小值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗均重復3次，結果以(平均值±標準差)表示。利用Excel 2013處理數(shù)據(jù)，應用SPSS軟件進行方差分析，顯著性分析采用Ducan′s多重檢驗，P<0.05表示差異顯著；用Origin 8.5進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同品種青稞不同層次粉營養(yǎng)成分分析

2.1.1 灰分分布

由圖1可知，除黑青稞的HB1外，其他部位粉的灰分均呈現(xiàn)由外向內逐漸降低趨勢。在不同青稞品種的相同部位粉中，除HB7及原糧外，HB1～HB6中灰分含量均分別顯著低于瓦藍青稞的LB1～LB6(P<0.05)。 研究表明[13]，灰分在小麥各組織中分布極不均勻，在皮層中含量最高，其次是糊粉層，胚乳中含量最低，因此，由青稞中灰分的分布情況可推測B1層為青稞的果皮層，B2層為青稞籽粒的糊粉層，B5～B6可能為青稞籽粒的胚乳層。

注：不同大寫字母表示不同品種青稞相同部位粉含量差異顯著(P<0.05)；不同小寫字母表示相同品種青稞不同部位粉含量差異顯著(P<0.05)。余同。圖1 不同青稞品種不同部位粉中灰分含量變化

2.1.2 β-葡聚糖分布

由圖2可知，青稞中的β-葡聚糖含量分布均呈先上升后平緩下降的趨勢。在昆侖15號黃青稞KB中，KB4含量最高，KB1含量最低；在LB中，LB3達到最大值，LB1含量最低；在HB中，HB2含量最高，HB1含量最低；B6因籽粒腹溝的存在，β-葡聚糖含量出現(xiàn)一定程度的回升。不同品種青稞相同層次粉(B2～B7)中，β-葡聚糖含量存在顯著差異(P<0.05)，KB3和KB4中β-葡聚糖含量明顯高于相同部位的LB3、LB4、HB3和HB4(P<0.05)；LB5-LB7中β-葡聚糖含量高于相同部位的其他兩個品種(HB6除外)(P<0.05)。研究表明，青稞中β-葡聚糖平均質量分數(shù)為5.35%[14]，主要分布于青稞籽粒胚乳細胞壁和糊粉層細胞壁，其質量分數(shù)分別約為75%和26%[15]。因此，根據(jù)青稞中β-葡聚糖的分布情況可推測B2層和B3層為青稞籽粒的糊粉層，B4為胚乳外層。

2.1.3 蛋白質分布

由圖3可知，青稞籽粒中蛋白質含量呈先上升后顯著下降趨勢(P<0.05)，在B2含量最高，B7中含量最低。KB2、LB2、HB2中蛋白質含量分別較其對應原糧高出78.7%、76.9%、53.5%，KB7、LB7、HB7蛋白質含量分別較其對應原糧低28.7%、27.0%、45.7%，表明青稞籽粒外層蛋白質含量高于內層(B1除外)。3個青稞品種B1、B3～B5中蛋白質含量存在明顯差異(P<0.05)，其中，KB3～KB6中蛋白質含量較高，LB3～LB6次之，HB3～HB6最低。KB2和KB7蛋白含量顯著低于同層級的其他兩個品種(P<0.05)，表明青稞蛋白含量受品種間差異影響較大。大麥籽粒中蛋白質主要分布在籽粒糊粉層及糊粉層與胚乳交接區(qū)域，細胞壁和胚乳中也有分布[16]。因此，根據(jù)青稞中蛋白質的分布情況可推測B2和B3層為糊粉層，B4為胚乳外層，B5～B6為胚乳層。此外，有研究報道，小麥胚乳中蛋白質的分布是由胚乳中心部分到外圍，蛋白質的數(shù)值逐步增加[13]，本研究結果與之一致。

圖3 不同青稞品種不同部位粉中蛋白質含量變化

2.1.4 脂肪分布

由圖4可知，青稞籽粒中脂肪含量呈先上升后下降趨勢，B2脂肪含量最高，B7含量最低，表明青稞籽粒中外部脂肪含量高于內部(B1除外)。相同部位粉中，除B1外，KB中脂肪含量顯著高于LB和HB的同部位次粉(P<0.05)，LB次之，HB最低。脂肪主要分布在胚和糊粉層，其中胚部最多，胚乳部分脂肪含量很少[13]，也有研究發(fā)現(xiàn)，青稞中脂肪含量比玉米和燕麥低但高于小麥和水稻；且在外皮層中脂肪含量高[16]。因此，根據(jù)青稞中脂肪的分布情況可推斷B4～B7為青稞籽粒的胚乳層。

圖4 不同青稞品種不同部位粉中脂肪含量變化

2.1.5 淀粉分布

由圖5可知，青稞籽粒中淀粉含量由外向內呈現(xiàn)先增加后降低趨勢。品種內比較，淀粉含量最大值分別出現(xiàn)在KB6、LB6和HB5。KB1～KB5、LB1～LB3、HB1～HB3中淀粉含量顯著低于其對應原糧(P<0.05)，表明青稞籽粒中淀粉在內部含量較高，B1層為皮層，B4～B5為青稞籽粒的胚乳層。不同品種間，B2～B5中，HB中淀粉含量顯著高于其他2個品種(P<0.05)，LB次之，KB最低。因此，根據(jù)青稞淀粉的分布情況可推測B4～B7為青稞籽粒的胚乳層[17]。

圖5 不同青稞品種不同部位粉中淀粉含量變化

2.1.6 多酚分布

由圖6可知，相同品種青稞中，多酚含量在青稞籽粒中由外向內呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢，B1含量最高，B7含量最低。相同部位不同品種青稞粉中，除LB1外，KB中多酚含量普遍顯著高于LB和HB(P<0.05)，其次是LB，HB最低。朱媛媛[10]對蕎麥(苦蕎和甜蕎)中多酚的組成、分布比較研究結果發(fā)現(xiàn)，苦蕎中麩皮多酚含量最高，粉的多酚含量最低，而甜蕎中，甜蕎殼中的多酚含量高于麩皮中，粉中含量最低，表明蕎麥外層的多酚含量高于內層的。因此，根據(jù)青稞中多酚的分布青稞可推測，B1層可能為青稞籽粒的皮層。

圖6 不同青稞品種不同部位粉中多酚含量變化

2.1.7 礦物元素分布

由圖7可知，礦物元素含量在青稞籽粒中的分布也存在差異。KB中(圖7a)，磷和鉀含量由外向內呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，其中在KB2中含量最高；

鈉和鋅含量呈現(xiàn)減少的趨勢；鐵和鎂均在KB3～KB7呈逐層下降的趨勢，鐵在KB3中含量最高，鎂在KB1含量最高；鈣在KB1中含量最高，在KB4含量最低。硒在青稞籽粒中含量較低，主要分布在胚乳中層(KB5)。LB中(圖7b)，磷、鉀等元素分布也不均勻。鉀、鐵、鈣和硒主要分布在LB1，磷、鎂和鋅主要分布在LB2。HB中(圖7c)，磷和鉀含量呈現(xiàn)逐層減少的趨勢；鈉含量呈現(xiàn)先降低再增加后降低的趨勢，最高含量出現(xiàn)在HB6；鎂和鋅最高含量均在HB1；鐵和硒最高含量均在HB3。就3種青稞品種而言，鉀、磷、鎂、鐵、鋅和硒最高含量均出現(xiàn)在LB1；鈣最高含量出現(xiàn)在HB2，表明微量元素主要在青稞籽粒的外層。

2.1.8 原花青素分布

由表1可知，原花青素主要分布在B1和B2層，在B1層含量最高。原花青素在黑老鴉青稞果皮層含量最高，為1.47 g/100g，在KB中分布最廣，KB1～KB4均有分布，且呈顯著性降低趨勢(P<0.05)。結果表明，青稞中原花青素主要分布在籽粒外層。

表1 不同青稞品種不同部位粉中原花青素含量變化(g/100 g)

2.2 不同青稞品種各部位粉營養(yǎng)價值綜合評價

2.2.1 主成分分析2.2.1.1 KMO和Bartlett球形度檢驗

由表2可知，KMO值為0.674>0.6，說明變量間的相關性顯著，適合作因子分析；Bartlett球形度檢驗的Sig值為 0.000<0.05，說明變量之間存在相關關系，適宜用因子分析研究變量之間的關系。

表2 KMO和Bartlett的球形度檢驗

2.2.1.2 主成分確定

以特征值大于1，且累積貢獻率大于60%為原則提取主成分個數(shù)。由表3可知，前3個主成分方差貢獻率分別為63.316%、 21.838%和8.246%，相關矩陣特征值分別為9.479、3.276和1.237，累計貢獻率93.400%，信息損失量僅為6.600%，可解釋絕大部分原始信息。因此，本研究將15個變量壓縮成3個主成分。

表3 主成分提取分析

由表4可知，主成分1中灰分、蛋白質、脂肪、磷、鉀、鈉、鐵、鎂、鋅、多酚和原花青素均具有較大的載荷值，其中，多酚的載荷值最大，因此主成分1可定義為多酚含量因子。在主成分2中β-葡聚糖具有最大載荷值，因此主成分2可定義為β-葡聚糖含量因子。主成分3中鈉的載荷值較大，故主成分3可稱為鈉含量因子。

表4 各因子載荷矩陣和公因子方差

2.2.2 隸屬函數(shù)分析

主成分分析中，各特征值的大小反映了各指標相對應于該部位理想青稞粉營養(yǎng)方差貢獻的大小，各指標即特征向量表示各指標貢獻的大小。3個主成分累積方差貢獻率為93.4%，表明這3個指標在一定程度上能夠代表所測的指標。因此，本研究以多酚、β-葡聚糖和鈉含量3個指標采用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法評價不同青稞品種各部位粉營養(yǎng)價值。由表 5可知，3個青稞品種7層次粉營養(yǎng)價值存在差異，營養(yǎng)價值較高的青稞粉分別是為HB2、KB2和LB2；營養(yǎng)價值較低青稞粉分別為HB7、KB7和LB7。由此可知，3個青稞品種B2粉綜合營養(yǎng)價值相對較好，B7粉綜合營養(yǎng)價值相對較差。

表5 青稞各部位粉營養(yǎng)品質的隸屬函數(shù)值

3 結論

對3種青稞品種不同部位粉的營養(yǎng)價值進行了綜合評價，結果表明，灰分、脂肪、蛋白、淀粉、β-葡聚糖、微量元素、多酚和原花青素含量在不同青稞品種不同層次粉中存在差異，在相同品種青稞籽粒不同層次粉中分布也不均勻。主成分分析的三個主成分多酚、β-葡聚糖和鈉含量因子，累積方差貢獻率為93.4%。隸屬函數(shù)分析結果表明，營養(yǎng)價值較好的部位為第二部位。理化分析結果、隸屬函數(shù)和主成分分析結果均表明，青稞籽粒外層是營養(yǎng)物質豐富層，青稞籽粒內層是加工品質優(yōu)良層。在青稞加工過程中，可通過對磨粉設備的改進，富集具有不同營養(yǎng)價值和加工特性的青稞粉，進而提高青稞的利用度和附加值。