不同品种谷子营养成分及功能活性成分差异化分析

郑楠楠1,2,綦文涛2,王春玲1,贠婷婷2,幺 杨3,任贵兴3

(1.天津科技大学 食品工程与生物技术学院,天津 300222;2.国家粮食局科学研究院,北京 100037;3.中国农业科学院 作物科学研究所,北京 100081)

摘 要:对比研究了10个品种谷子营养及功能活性成分。以10个代表性谷子品种籽粒为原料,检测分析了淀粉、蛋白质、脂肪等营养组分,及多酚、黄酮、低聚糖等功能活性成分的含量。结果表明:不同品种谷子,营养成分及功能活性成分的含量差异不同,且功能性成分含量品种间差异较大。不同品种间谷子粗淀粉变异系数为 5%,含量较为稳定;粗脂肪的变异系数为17.55%,品种之间差异显著(P<0.05);粗蛋白的变异系数为7%,品种之间差异显著(P<0.05);总黄酮变异系数最大,为51%,含量范围为0.55~2.01 mg/g;总多酚含量变异系数为25%,含量范围为0.65~1.41 mg/g;低聚糖含量品种间差异也较大。对选育优良品种谷子,及开发谷子相关食品和保健品具有指导意义。

关键词:谷子;营养成分;功能活性成分;对比分析

谷子,又名粟,脱壳后称为小米,是我国传统的特色农作物之一[1]。谷子品种繁多,有糯性和粳性之分,因其耐旱、耐贫瘠的特性,适合生长在干旱而缺乏灌溉的地区。谷子起源于我国黄河流域,在北方的干旱和半干旱地区栽培较多,内蒙古、吉林、黑龙江、辽宁、河北、河南、山东、山西和陕西9个省区[2]的种植面积较大。小米不仅各种营养成分易吸收,且各营养成分间配比较合理[3],具有很高的营养价值。小米中不饱和脂肪酸、胡萝卜素、维生素和矿物质含量均高于其他谷类。研究表明谷子不但含有比较全面均衡的氨基酸,尤其是色氨酸、蛋氨酸含量很高[4],不饱和脂肪酸(如亚油酸、亚麻酸)含量丰富等[5],而且谷子中还含有丰富的生物类黄酮、多酚[6]、肌醇、甾醇[7]、硒元素、黄色素、胡萝卜素等生物活性成分。

谷子的营养成分齐全,消化吸收率较高,且具有一定的医疗保健作用,经常食用谷子不仅有益于身体健康,还有助于预防糖尿病[8]。谷子的营养与品种、产地等密切相关,但目前针对不同品种谷子间营养与功能活性物质差异方面的研究鲜有报道。因此,本研究选取10种具有代表性的谷子品种作为研究对象,对其营养组分含量、功能活性成分含量等进行对比分析,为谷子食品和保健品的合理加工、科学消费提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

样品制备:分别选取全国主要产区2016年产10个代表性谷子品种(详见表1),经清洗、除杂、干燥、脱壳、粉碎(过60目筛)后得到谷子粉末,备用。

1谷子品种及来源

品种名称样品产地豫谷18号河南安阳张杂谷5号河北张家口长农35号山西长治沁县安塞小米陕西延安安塞县冀谷18号河北石家庄济谷16号山西济南龙谷25号黑龙江哈尔滨冀谷19号宁夏固原金谷2号吉林白城晋谷21号山西长治沁县

1.2 实验试剂

硼酸、五水合硫酸铜、硫酸钾、三氯乙酸、氢氧化锂、氢溴酸、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠(分析纯):北京化工厂;三氟化硼乙醚液(化学纯):国药集团化学试剂有限公司;氨基酸标准品、邻苯二甲醛(OPA)、氯甲酸芴甲酯(FMOC)、戊氨酸、肌氨酸(纯度≥99%):阿拉丁试剂公司;磺基丙氨酸--蛋氨酸砜标准品(纯度≥99%):SIGMA公司;没食子酸、芦丁标准品:SIGMA公司;乙腈和甲醇(色谱纯):Merck公司;抗消化淀粉测定试剂盒:爱尔兰Megazyme公司。

1.3 实验仪器

紫外检器(UV6000):SpectrasystemthermoFinnigan,SanJose,CA,美国;色谱柱为YMC-ODS柱(5 μm,250 mm×4.6 mm):YMC,日本;气相色谱仪(Agilent4890D型):美国安捷伦公司;SpectraMaxPlus384酶标仪:美国MolecularDevices(MD)公司;751型分光光度计:上海天普; LC-20A高效液相色谱仪:日本岛津公司;FOSS2012型消化炉及排废装置:FOSS公司瑞典;FOSS2300型自动定氮仪:FOSS公司瑞典;L-8800氨基酸自动分析仪:日立公司日本;电子分析天平(ME235S型):德国Sartorius公司。

1.4 实验方法

1.4.1 水分测定

水分含量的测定:GB/5009.3--2010。

1.4.2 营养组分测定

粗脂肪含量的测定:GB/T 5512--2010(索氏抽提法);粗蛋白质含量的测定:GB/T 5511--2010;粗淀粉含量的测定:GB/T 16287--2010;氨基酸组成的测定:采用L-8800氨基酸自动分析仪测定氨基酸的种类和含量;脂肪酸的测定:参照GB/T 17377--2010;快速消化淀粉、慢消化淀粉的测定:采用Englyst法[9];抗性淀粉(RS)的测定:采用爱尔兰Megazyme抗消化淀粉测试试剂盒。

1.4.3 功能活性成分的测定

多酚含量测定:采用Folin-Ciocalteu法[10];黄酮含量的测定:参照NY/T1295--2007法;低聚糖的测定:采用HPLC法测定,检测器为示差折光检测器,色谱柱为Inertsil NH2柱(4.6×250 mm,5 μm),流动相为V(乙腈)∶V(水)=65∶35,流速1.0 mL/min,柱温35 ℃,检测器温度为40 ℃。

1.5 数据处理与分析

每个谷子样品中的营养组分及功能活性成分分别测定三次,取平均值。采用Excel 2007对数据进行统计,利用SPSS 17.0软件进行显著性方差分析,数据以mean±SD表示。

2 结果与分析

2.1 粗淀粉、粗蛋白和粗脂肪的含量分析

图1为不同品种谷子的粗淀粉、粗脂肪、粗蛋白含量。由图1可知,不同品种谷子间的粗淀粉含量存在显著性差异(P<0.05)。其中安塞小米粗淀粉含量最低,为63.55%,豫谷18号含量最高,为72.76%,谷子粗淀粉含量的变异系数为5%。因此,所选10个谷子品种中所含粗淀粉含量较为稳定。不同品种间粗蛋白含量存在显著性差异(P<0.05),范围在10.16%~12.68%之间,与文献报道一致。其中济谷16号中粗蛋白含量最高,为12.68%,豫谷18号粗蛋白含量最低,为10.16%,谷子粗蛋白含量的变异系数为7%。粗脂肪含量以晋谷21含量最高,为4.21%,显著高于其他谷子品种中的含量(P<0.05),品种间变异系数为17.55%。

图1 不同品种谷子的粗淀粉、粗脂肪和粗蛋白含量
注:同一指标不含相同字母表示差异显著(P<0.05)。

结果表明,不同品种的谷子中营养组分的含量存在显著性差异。评价谷物籽粒营养价值的高低,既要看其营养成分含量的高低,也要看其营养成分的种类是否齐全,比例是否接近人体所需[11]。基于此,本研究进一步对谷子淀粉、脂肪和蛋白的组成、特性进行了对比分析,并对其品质进行了综合评价。

2.2 氨基酸含量分析

谷子中主要的15种氨基酸(8种必需氨基酸,4种半必需氨基酸,3种非必需氨基酸)含量如表2所示。由表2可知,冀谷19号中氨基酸总量最高,为206.13 mg/g,其中必需氨基酸含量占总氨基酸含量的43.46%。张杂谷5号中氨基酸总量最低,为92.63 mg/g,其中必需氨基酸的含量占总氨基酸含量的41.46%。总氨基酸含量的变异系数为28%,因此,谷子总氨基酸含量的品种差异还是比较大的。

由表中数据计算可得,在这8种谷子品种中,必需氨基酸/总氨基酸范围为41%~43%,必需氨基酸/非必需氨基酸范围为0.93~1.06(E/N),高于FAO/WHO标准规定的40%和0.6[12]。有报道表明谷子籽粒中蛋氨酸和色氨酸的含量在粮食作物中是最高的[13],因此深入研究谷子蛋白在食品营养和保健食品中的作用具有重要意义。

2不同品种谷子的氨基酸含量mg/g

氨基酸冀谷19号张杂谷5号长农35豫谷18号冀谷18号安塞小米济谷16号晋谷21龙谷25金谷2号甲硫氨酸15.21±0.147.05±0.228.01±0.136.72±0.117.97±0.127.19±0.078.52±0.117.8±0.218.01±0.077.45±0.09苏氨酸8.65±0.243.93±0.084.62±0.173.86±0.084.48±0.014.1±0.084.65±0.114.68±0.184.45±0.124.21±0.09缬氨酸13.61±0.335.27±0.16.75±0.165.69±0.146.46±0.226.14±0.086.48±0.175.68±0.165.74±0.196.2±0.11必需氨基酸异亮氨酸8.69±0.133.63±0.074.35±0.153.68±0.14.03±0.063.8±0.074.51±0.14.23±0.094.1±0.073.75±0.06亮氨酸30.63±0.613.57±0.5716.69±0.1713.93±0.3314.99±0.313.84±0.4416.83±0.3616.95±0.6315.23±0.4113.42±0.04赖氨酸4.55±0.171.97±0.031.71±0.021.49±0.012.34±0.072.14±0.062.37±0.011.83±0.032.23±0.052.27±0.03苯丙氨酸12.07±0.465.46±0.146.57±0.145.64±0.116.2±0.195.62±0.16.9±0.176.74±0.176.29±0.085.44±0.12组氨酸4.31±0.11.91±0.032.22±0.031.82±0.072.25±0.042.05±0.022.28±0.042.26±0.052.25±0.081.99±0.05总和89.5938.4046.3438.7943.9740.3747.4345.7143.3740.30甘氨酸6.29±0.082.34±0.042.47±0.032.15±0.062.82±0.12.52±0.062.98±0.062.51±0.012.79±0.072.66±0.04半必需氨基酸丝氨酸10.08±0.194.59±0.175.65±0.244.66±0.125.24±0.133.54±0.15.72±0.035.85±0.085.53±0.14.92±0.06酪氨酸8.25±0.14.2±0.094.52±0.064.2±0.114.56±0.14.37±0.054.72±0.174.81±0.114.49±0.144.4±0.08精氨酸7.93±0.183.29±0.093.28±0.012.67±0.093.93±0.153.61±0.133.92±0.153.47±0.083.7±0.083.64±0.13总和32.5514.4215.9213.6816.5514.0417.3416.6416.5115.62天冬氨酸15.21±0.147.05±0.228.01±0.136.72±0.117.97±0.127.19±0.078.52±0.117.8±0.218.01±0.077.45±0.09非必需氨基酸丙氨酸26.5±0.6113.18±0.515.21±0.613.7±0.314.4±0.3413.6±0.3415.67±0.2115.33±0.5214.77±0.4913.3±0.35谷氨酸42.28±0.9419.58±0.6324.48±0.5620.95±0.1821.08±0.8319.93±0.4223.88±0.7723.3±0.5722.84±0.5419.58±0.53总和83.9939.8147.7041.3743.4540.7248.0746.4345.6240.33总氨基酸206.1392.63109.9693.84103.9795.13112.84108.78105.5096.25

2.3 不同类型淀粉含量分析

表3为不同品种谷子慢消化淀粉(SDS)、快消化淀粉(RDS)以及抗性淀粉(RS)的含量。由表3可以看出,济谷16号中慢消化淀粉含量最低;除了冀谷18号和安塞小米,其他谷子品种中快消化淀粉含量偏低;抗性淀粉以豫谷18号含量最高;张杂谷5号和济谷16号所含慢消化淀粉和抗性淀粉含量占总淀粉含量的比例相对较高,分别达到80%和79%。

3不同品种谷子不同类型淀粉含量%

品种名称慢消化淀粉快消化淀粉抗性淀粉冀谷19号7.52±0.23c19.29±0.38c38.13±0.22e张杂谷5号5±0.04d14±0.16e50.39±0.12b长农351.85±0.46f20.31±0.23c49.1±0.64c豫谷18号3.03±0.13ef17.31±0.42d52.41±0.42a冀谷18号3.61±0.92de27.44±0.76a37.2±1.05e安塞小米13.5±0.51a21.73±0.75b28.32±0.24g济谷16号1.83±1.07f14.1±0.26e50.46±0.83b晋谷214.05±0.84de19.65±0.44c45.56±0.4d龙谷2510.18±1.67b20.21±1.18c33.68±0.53f金谷2号6.69±0.1c14.25±0.44e45.86±0.49d

注:淀粉含量以干基计;采用Duncan法进行多重比较,同列不含相同字母表示差异显著(P<0.05)。

谷子的淀粉含量和种类都很丰富,但目前对谷子淀粉的研究相对较少。谷子因其中淀粉含量低于稻米、小麦粉和玉米,是糖尿病人最佳的食物选择。慢消化淀粉具有重要的生理功能,它在人体内消化吸收较为缓慢,能够持续释放能量[14],有效维持餐后血糖的稳定,起到降血糖、降血脂的作用[15-16],有助于预防糖尿病、肥胖症、高血压、高血脂等慢性疾病[17-18]。安塞小米中慢性淀粉含量为13.5%,在这方面具有明显的优势。由于抗性淀粉不容易被消化吸收,食用后人体的血糖含量升高缓慢[19],因此非常适合高血压、高血糖和肥胖症患者食用。此外抗性淀粉还能够改善大肠肠道健康,预防结肠癌[20-21],促进有益矿物质的吸收利用[22-23]

2.4 不同脂肪酸含量分析

检测了不同品种谷子中饱和脂肪酸(棕榈酸和硬脂酸)以及不饱和脂肪酸(油酸、亚油酸和亚麻酸)的含量,分析其中差异。由表4可知,不同谷子品种间各类脂肪酸含量差别明显。其中长农35、晋谷21脂肪酸含量均明显偏低;10个品种谷子不饱和脂肪酸含量丰富。龙谷25不饱和脂肪酸含量占总脂肪酸比例最高,为90%;冀谷18号不饱和脂肪酸占总脂肪酸比例最低,为78%。冀谷19号、张杂谷5号、长农35、豫谷18号、安塞小米、济谷16号、晋谷21、金谷2号的不饱和脂肪酸含量在总脂肪酸中所占比例分别为83%、88%、84%、87%、83%、83%、88%、85%。变异系数为3.5%,品种间差异不大。

结果表明,10个品种谷子亚油酸含量显著高于其他脂肪酸含量,不饱和脂肪酸含量在总脂肪酸中所占比例在78%~90%之间,这与文献报道[4]一致。作为一种必需脂肪酸,亚油酸不能由人体合成,必须从食物中获取[24]。亚油酸具有降低血液胆固醇,预防动脉粥样硬化[25]的生理功效。因此,常食用谷子有利于预防心脑血管疾病,降低其发病率。此外谷子中含量丰富的不饱和脂肪酸能够调控脂肪的生化合成和氧化,调节癌诱变和胆固醇[26]

4不同品种谷子的脂肪酸组成%

谷子品种饱和脂肪酸不饱和脂肪酸棕榈酸硬脂酸油酸亚油酸亚麻酸冀谷19号0.33±0.01a0.39±0.00a0.39±0.00a2.88±0.00b0.10±0.00c张杂谷5号0.31±0.02c0.18±0.00g0.18±0.00g2.74±0.00c0.10±0.00d长农350.17±0.00i0.21±0.00f0.21±0.00f1.57±0.00i0.06±0.00h豫谷18号0.17±0.002j0.23±0.00e0.23±0.00e2.05±0.00g0.07±0.00i冀谷18号0.25±0.00g0.11±0.00h0.11±0.00h0.83±0.00j0.02±0.00g安塞小米0.29±0.001f0.37±0.00b0.37±0.00b2.66±0.00d0.11±0.00a济谷16号0.30±0.005d0.31±0.00c0.31±0.00c2.37±0.00f0.08±0.00f晋谷210.23±0.00h0.10±0.00i0.10±0.00i1.85±0.00h0.06±0.00h龙谷250.32±0.003b0.09±0.00j0.09±0.00j2.96±0.00a0.09±0.00e金谷2号0.29±0.001e0.27±0.00d0.27±0.00d2.54±0.00e0.10±0.00b

注:采用Duncan法进行多重比较,同列不含相同字母表示差异显著(P<0.05)。

2.5 黄酮和多酚

图2显示为不同品种谷子的总黄酮和总多酚含量。金谷2号多酚含量显著高于其他谷子品种(P<0.05),为1.41 mg/g,是含量最低的豫谷18号(0.65 mg/g)的2倍多。总多酚含量变异系数为25%,含量范围为0.65~1.41 mg/g。总黄酮变异系数较大,为51%,含量范围为0.55~2.01 mg/g。可以看出相对于其他营养物质,不同品种谷子间多酚、黄酮含量差异较大,尤其是黄酮含量的种间差异。由图2可知,多酚含量高的谷子品种,其黄酮含量相对较低,而多酚含量低的谷子品种,其黄酮含量相对较高,即两者存在某种程度的负相关。如金谷2号在总多酚的分离方面具有明显优势,但其黄酮含量较低;张杂谷5号中黄酮含量虽显著高于其他品种,但多酚含量不是最高 。这其中的机理有待于进一步研究。

本研究表明谷子中黄酮和多酚含量的品种间差异较大,因此,选择合适的品种进行黄酮和多酚的提取就显得尤为重要。通常燕麦中多酚含量在1.21~35.15 mg/g之间,黄酮含量在4.74~38.41 mg/g之间。荞麦中多酚含量在4.38~35.15 mg/g之间,黄酮含量在8.43~147.46 mg/g之间。谷子中多酚、黄酮含量与燕麦、荞麦相比,相对较少。因此,下一步研究重点应当放在高含量多酚或黄酮品种谷子的选育上。

图2 不同品种谷子的总多酚和总黄酮含量
注:不含相同字母表示差异显著(P<0.05)。

2.6 蔗糖、棉籽糖和水苏糖的含量分析

不同品种谷子中蔗糖、棉籽糖、水苏糖3种低分子糖含量如表5所示。由表5可知,本研究所采取的10个品种谷子中低分子糖的总量以冀谷19号中含量最高,金谷2号含量最低,两者相差近2倍。冀谷19号的蔗糖含量最高,且品种间差异显著(P<0.05),变异系数为34%;冀谷19号中棉籽糖含量最高,晋谷21中棉籽糖含量最低,变异系数为45%;水苏糖只在冀谷19号中检出。

冀谷19号和冀谷18号源于同一生产地区,但两者仍存在显著性差异,可见同一地区的不同品种,其营养及功能组分的组成和含量存在一定差异。不同地区不同品种之间的差异更为显著。但该实验并没有采集到同一品种在不同地区种植的样本,因此对于造成谷子营养和功能活性物质种类、含量不同的主导因素是产地还是遗传因素,还需要深入研究。

5不同品种谷子低聚糖含量mg/g

品种名称蔗糖棉籽糖水苏糖总和冀谷19号8.78±0.25a0.76±0.02a0.52±0.0210.060a张杂谷5号3.39±0.06h0.31±0.01dND3.700e长农354.00±0.08f0.52±0.01bND4.520cd豫谷18号5.08±0.13c0.31±0.01dND5.390b冀谷18号4.47±0.06d0.3±0.01dND4.770c安塞小米3.72±0.1g0.38±0.01cND4.100d济谷16号4.46±0.1d0.28±0eND4.740c晋谷214.27±0.1e0.2±0.01fND4.470cd龙谷255.35±0.14b0.32±0.01dND5.670b金谷2号3.37±0.01h0.25±0.01gND3.620e

注:低聚糖含量以干基计;ND表示未检出;采用Duncan法进行多重比较,同列不含相同字母表示差异显著(P<0.05)。

3 结论

10种不同品种谷子样品中,营养成分及功能活性成分的含量差异不同,且功能性成分含量品种间差异较大,其中,总黄酮变异系数最大,为51%,含量范围为0.55~2.01 mg/g;总多酚含量变异系数为25%,含量范围为0.65~1.41 mg/g;低聚糖含量品种间的差异也较为明显。基本营养组分以粗脂肪变异系数最大为17.55%,变幅为2.37%~4.21%;粗蛋白的变异系数为7%,变幅为10.16%~12.68%;总淀粉变异系数为5%,变幅为63.55%~72.76%。

谷子富含功能活性成分,符合现代人追求健康饮食的要求,因此具有很好的开发价值。同一地区不同品种谷子的营养及功能活性成分含量存在较大差异,不同地区同一品种谷子的营养及功能活性成分的含量差异可能也较大。因此,通过研究谷子中营养成分组成选育优异品种时,不仅要考虑谷子产地,还要重点考虑其品种或遗传性状造成的差异。

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Comparative analysis of nutritional and functional components in different kinds of millet

ZHENG Nan-nan1,2,QI Wen-tao2, WANG Chun-ling1,YUN Ting-ting2, YAO Yang3,REN Gui-xing3

(1. College of Food Enginnering and Biotechonology,Tianjin University of Science & Technology,Tianjin 300222;2.Academy of State Administration of Grain, Beijing 100037;3. Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081)

Abstract:The nutritional and functional ingredients of ten varieties of representative millet were researched. The contents of starch, protein, fat, and the functional active, such as polyphenols, flavonoids and oligosaccharide, were detected. The results showed that the differences of the contents of nutritional and functional ingredients were not the same among the varieties, and the differences of functional ingredients were bigger than those of nutritional ingredients. The variation coefficient of total starch was 5% which meant the contents of total starch was relatively stable. The variation coefficient of crude fat was 17.55%,and the differences among varieties were significant(P<0.05). The variation coefficient of crude protein was 7%, and the differences among varieties were also significant (P<0.05). The total flavonoids had the highest variation coefficient of 51%,and the amplitude of variation ranged from 0.55 to 2.01mg/g. The variation coefficient of total polyphenol was 25%, and the amplitude of variation ranged from 0.65 to 1.41 mg/g. The differences of oligosaccharide were also relatively large.The data would be important references for the research and development of millet food and health care products as well as selection and breeding of fine varieties of millet.

Key words:millet; nutritional compositions; functional active ingredients; comparative analysis

收稿日期:2017-08-21

基金项目:粮食公益性行业科研专项课题(201313006-1)

作者简介:郑楠楠,1991年出生,女,在读硕士.

通讯作者:綦文涛,1977年出生,男,副研究员.

中图分类号:S 515

文献标识码:A

文章编号:1007-7561(2018)02-0034-06