杜 艳 李 娟 陈正行 周文菊 杨艳红 刘 煜 郝 静 马 萍

(江南大学，粮食发酵工艺与技术国家工程实验室1，无锡 214122) (青海省青稞资源综合利用工程技术研究中心2，西宁 810016)

青稞，为禾本科小麦族大麦属的一种禾谷类作物，其营养丰富，具有“三高两低”的特点，即高蛋白、高纤维素、高维生素、低脂肪、低糖，符合现代饮食结构需求[1,2]。此外，青稞富含β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、酚类物质、植物甾醇等多种有效成分及多种有益人体健康的矿物质元素[3,4]。因此，青稞是一种极具营养和食疗价值的谷物。

由于青稞种植分散，规模不一，使得青稞原粮的品质无法满足市场的需求，进而导致青稞产品质量良莠不齐；此外，青稞加工还存在综合利用率低等问题[5]。青稞粉因加工工艺参差不齐[6]，导致其品质也参差不齐。此外，青稞粉的研究主要集中在质构特性[7]、加工特性[8]及青稞粉在面条制作应用[9]上。目前，鲜有关于青稞籽粒中不同部位粉的营养品质的报道。因此，本研究拟选取昆仑15号、黑老鸦青稞、瓦蓝青稞3个青海省主栽品种为研究对象，利用碾磨机逐层碾磨，由外到内收集7个层次青稞粉，以蛋白质、β-葡聚糖、原花青素等成分为指标，运用主成分分析和隶属函数法相结合的方法对其进行营养价值综合评价，以期为青稞粉精深加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

昆仑15号黄青稞(黄色籽粒，长5～8 mm，宽2～3 mm，呈纺锤形，含水量11.86%)、黑老鸦青稞(黑色籽粒，长5～9 mm，宽2～3 mm，呈纺锤形，含水量11.14%)、瓦蓝青稞(蓝色籽粒，长5～7 mm，呈纺锤形，含水量11.15%)，均为2019年10月采收；原粮：青稞全籽粒；β-葡聚糖试剂盒；乙醇等化学试剂：分析纯。

KMSN-MNMD65-B高性能砂带碾米机；8200自动凯氏定氮仪；WFZ UV-2102紫外分光光度计。

1.2 方法

1.2.1 青稞粉制备

将风选后的青稞原粮(加25～45 ℃水润麦30～120 min)入砂带碾米机，同一批原料采用循环往复进料方式，利用砂带打磨将籽粒从麸皮到内胚乳层逐层碾磨，每循环进料一次，均需调整砂带打磨参数缩小砂辊间隙(砂带目数均为60目，第一次进料开度为44%，每进料一次，开度降低0.5%)，从碾米机的吸糠装置出口收集每批打磨下来的粉，循环往复进料6次，每次(170±10)s，得第1-6部位粉(得率分别约为5%、5%、3%、5%、5%、7%)，剩余籽粒进行磨粉获得第7部位粉(得率约为50%)。青稞各层次粉均过180目筛，并对各品种不同部位粉开展理化分析及营养价值评价。其中，这7部位粉分别由B1～B7来表示。昆仑15号的7部位粉分别由KB1～KB7表示，瓦蓝青稞的7部位分别由LB1～LB 7表示，黑青稞7层次粉分别由HB1～HB7表示。

1.2.2 营养成分测定

灰分：GB 5009.4—2016中第一法检测；蛋白质：GB 5009.5—2016 中的凯氏定氮法检测；脂肪：GB 5009.6—2016中第二法检测；淀粉：GB 5009.9—2016中的酸水解法检测；β-葡聚糖：NY/T 2006—2011试剂盒法检测；矿物元素：GB 5009.268—2016 中第一法检测；原花青素：DB12/T 885—2019 方法检测；多酚：福林酚法检测[10]。

1.2.3 综合评价方法

隶属函数分析法可将不同指标系数转换成[0，1]度量值，在同一平台度量评价、综合比较，较之加权评分法更具有合理性[11]。主成分分析是将原始的多个变量指标通过线性组合，转化为少数几个综合指标，简化后的指标能反映原来指标的主要信息[12]。因此，利用隶属函数法与主成分分析相结合的方法对不同部位青稞粉的营养价值进行综合评价。在主成分分析前，用隶属函数法对原始数据进行标准化处理，将其转化为0～1间的标准化数据，再结合因子分析筛选出主成分分值、相应贡献率和各成分因子载荷矩阵确定主成分，最后采用模糊隶属函数法进行综合评价[12]。原始数据标准化处理公式：

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

式中：U(X)指每个指标原始数据经转化后的隶属函数值；X指每个指标的原始测定数据；Xmax、Xmin分别为所有样品中每个指标的最大值和最小值。

1.3 数据处理

所有实验均重复3次，结果以(平均值±标准差)表示。利用Excel 2013处理数据，应用SPSS软件进行方差分析，显著性分析采用Ducan′s多重检验，P<0.05表示差异显著；用Origin 8.5进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同品种青稞不同层次粉营养成分分析

2.1.1 灰分分布

由图1可知，除黑青稞的HB1外，其他部位粉的灰分均呈现由外向内逐渐降低趋势。在不同青稞品种的相同部位粉中，除HB7及原粮外，HB1～HB6中灰分含量均分别显著低于瓦蓝青稞的LB1～LB6(P<0.05)。 研究表明[13]，灰分在小麦各组织中分布极不均匀，在皮层中含量最高，其次是糊粉层，胚乳中含量最低，因此，由青稞中灰分的分布情况可推测B1层为青稞的果皮层，B2层为青稞籽粒的糊粉层，B5～B6可能为青稞籽粒的胚乳层。

注：不同大写字母表示不同品种青稞相同部位粉含量差异显著(P<0.05)；不同小写字母表示相同品种青稞不同部位粉含量差异显著(P<0.05)。余同。图1 不同青稞品种不同部位粉中灰分含量变化

2.1.2 β-葡聚糖分布

由图2可知，青稞中的β-葡聚糖含量分布均呈先上升后平缓下降的趋势。在昆仑15号黄青稞KB中，KB4含量最高，KB1含量最低；在LB中，LB3达到最大值，LB1含量最低；在HB中，HB2含量最高，HB1含量最低；B6因籽粒腹沟的存在，β-葡聚糖含量出现一定程度的回升。不同品种青稞相同层次粉(B2～B7)中，β-葡聚糖含量存在显著差异(P<0.05)，KB3和KB4中β-葡聚糖含量明显高于相同部位的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两个品种(HB6除外)(P<0.05)。研究表明，青稞中β-葡聚糖平均质量分数为5.35%[14]，主要分布于青稞籽粒胚乳细胞壁和糊粉层细胞壁，其质量分数分别约为75%和26%[15]。因此，根据青稞中β-葡聚糖的分布情况可推测B2层和B3层为青稞籽粒的糊粉层，B4为胚乳外层。

2.1.3 蛋白质分布

由图3可知，青稞籽粒中蛋白质含量呈先上升后显著下降趋势(P<0.05)，在B2含量最高，B7中含量最低。KB2、LB2、HB2中蛋白质含量分别较其对应原粮高出78.7%、76.9%、53.5%，KB7、LB7、HB7蛋白质含量分别较其对应原粮低28.7%、27.0%、45.7%，表明青稞籽粒外层蛋白质含量高于内层(B1除外)。3个青稞品种B1、B3～B5中蛋白质含量存在明显差异(P<0.05)，其中，KB3～KB6中蛋白质含量较高，LB3～LB6次之，HB3～HB6最低。KB2和KB7蛋白含量显著低于同层级的其他两个品种(P<0.05)，表明青稞蛋白含量受品种间差异影响较大。大麦籽粒中蛋白质主要分布在籽粒糊粉层及糊粉层与胚乳交接区域，细胞壁和胚乳中也有分布[16]。因此，根据青稞中蛋白质的分布情况可推测B2和B3层为糊粉层，B4为胚乳外层，B5～B6为胚乳层。此外，有研究报道，小麦胚乳中蛋白质的分布是由胚乳中心部分到外围，蛋白质的数值逐步增加[13]，本研究结果与之一致。

图3 不同青稞品种不同部位粉中蛋白质含量变化

2.1.4 脂肪分布

由图4可知，青稞籽粒中脂肪含量呈先上升后下降趋势，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内部(B1除外)。相同部位粉中，除B1外，KB中脂肪含量显著高于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层，其中胚部最多，胚乳部分脂肪含量很少[13]，也有研究发现，青稞中脂肪含量比玉米和燕麦低但高于小麦和水稻；且在外皮层中脂肪含量高[16]。因此，根据青稞中脂肪的分布情况可推断B4～B7为青稞籽粒的胚乳层。

图4 不同青稞品种不同部位粉中脂肪含量变化

2.1.5 淀粉分布

由图5可知，青稞籽粒中淀粉含量由外向内呈现先增加后降低趋势。品种内比较，淀粉含量最大值分别出现在KB6、LB6和HB5。KB1～KB5、LB1～LB3、HB1～HB3中淀粉含量显著低于其对应原粮(P<0.05)，表明青稞籽粒中淀粉在内部含量较高，B1层为皮层，B4～B5为青稞籽粒的胚乳层。不同品种间，B2～B5中，HB中淀粉含量显著高于其他2个品种(P<0.05)，LB次之，KB最低。因此，根据青稞淀粉的分布情况可推测B4～B7为青稞籽粒的胚乳层[17]。

图5 不同青稞品种不同部位粉中淀粉含量变化

2.1.6 多酚分布

由图6可知，相同品种青稞中，多酚含量在青稞籽粒中由外向内呈现逐渐递减的趋势，B1含量最高，B7含量最低。相同部位不同品种青稞粉中，除LB1外，KB中多酚含量普遍显著高于LB和HB(P<0.05)，其次是LB，HB最低。朱媛媛[10]对荞麦(苦荞和甜荞)中多酚的组成、分布比较研究结果发现，苦荞中麸皮多酚含量最高，粉的多酚含量最低，而甜荞中，甜荞壳中的多酚含量高于麸皮中，粉中含量最低，表明荞麦外层的多酚含量高于内层的。因此，根据青稞中多酚的分布青稞可推测，B1层可能为青稞籽粒的皮层。

图6 不同青稞品种不同部位粉中多酚含量变化

2.1.7 矿物元素分布

由图7可知，矿物元素含量在青稞籽粒中的分布也存在差异。KB中(图7a)，磷和钾含量由外向内呈现先增加后减少的趋势，其中在KB2中含量最高；

钠和锌含量呈现减少的趋势；铁和镁均在KB3～KB7呈逐层下降的趋势，铁在KB3中含量最高，镁在KB1含量最高；钙在KB1中含量最高，在KB4含量最低。硒在青稞籽粒中含量较低，主要分布在胚乳中层(KB5)。LB中(图7b)，磷、钾等元素分布也不均匀。钾、铁、钙和硒主要分布在LB1，磷、镁和锌主要分布在LB2。HB中(图7c)，磷和钾含量呈现逐层减少的趋势；钠含量呈现先降低再增加后降低的趋势，最高含量出现在HB6；镁和锌最高含量均在HB1；铁和硒最高含量均在HB3。就3种青稞品种而言，钾、磷、镁、铁、锌和硒最高含量均出现在LB1；钙最高含量出现在HB2，表明微量元素主要在青稞籽粒的外层。

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层，在B1层含量最高。原花青素在黑老鸦青稞果皮层含量最高，为1.47 g/100g，在KB中分布最广，KB1～KB4均有分布，且呈显著性降低趋势(P<0.05)。结果表明，青稞中原花青素主要分布在籽粒外层。

表1 不同青稞品种不同部位粉中原花青素含量变化(g/100 g)

2.2 不同青稞品种各部位粉营养价值综合评价

2.2.1 主成分分析2.2.1.1 KMO和Bartlett球形度检验

由表2可知，KMO值为0.674>0.6，说明变量间的相关性显著，适合作因子分析；Bartlett球形度检验的Sig值为 0.000<0.05，说明变量之间存在相关关系，适宜用因子分析研究变量之间的关系。

表2 KMO和Bartlett的球形度检验

2.2.1.2 主成分确定

以特征值大于1，且累积贡献率大于60%为原则提取主成分个数。由表3可知，前3个主成分方差贡献率分别为63.316%、 21.838%和8.246%，相关矩阵特征值分别为9.479、3.276和1.237，累计贡献率93.400%，信息损失量仅为6.600%，可解释绝大部分原始信息。因此，本研究将15个变量压缩成3个主成分。

表3 主成分提取分析

由表4可知，主成分1中灰分、蛋白质、脂肪、磷、钾、钠、铁、镁、锌、多酚和原花青素均具有较大的载荷值，其中，多酚的载荷值最大，因此主成分1可定义为多酚含量因子。在主成分2中β-葡聚糖具有最大载荷值，因此主成分2可定义为β-葡聚糖含量因子。主成分3中钠的载荷值较大，故主成分3可称为钠含量因子。

表4 各因子载荷矩阵和公因子方差

2.2.2 隶属函数分析

主成分分析中，各特征值的大小反映了各指标相对应于该部位理想青稞粉营养方差贡献的大小，各指标即特征向量表示各指标贡献的大小。3个主成分累积方差贡献率为93.4%，表明这3个指标在一定程度上能够代表所测的指标。因此，本研究以多酚、β-葡聚糖和钠含量3个指标采用模糊数学隶属函数法评价不同青稞品种各部位粉营养价值。由表 5可知，3个青稞品种7层次粉营养价值存在差异，营养价值较高的青稞粉分别是为HB2、KB2和LB2；营养价值较低青稞粉分别为HB7、KB7和LB7。由此可知，3个青稞品种B2粉综合营养价值相对较好，B7粉综合营养价值相对较差。

表5 青稞各部位粉营养品质的隶属函数值

3 结论

对3种青稞品种不同部位粉的营养价值进行了综合评价，结果表明，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种不同层次粉中存在差异，在相同品种青稞籽粒不同层次粉中分布也不均匀。主成分分析的三个主成分多酚、β-葡聚糖和钠含量因子，累积方差贡献率为93.4%。隶属函数分析结果表明，营养价值较好的部位为第二部位。理化分析结果、隶属函数和主成分分析结果均表明，青稞籽粒外层是营养物质丰富层，青稞籽粒内层是加工品质优良层。在青稞加工过程中，可通过对磨粉设备的改进，富集具有不同营养价值和加工特性的青稞粉，进而提高青稞的利用度和附加值。