不同青稞品種風味物質分析

朱明霞，白 婷，靳玉龍，王姍姍，劉小嬌，張玉紅

（西藏自治區農牧科學院農產品開發與食品科學研究所，拉薩 850000）

0 引言

青稞(Hordeum vulgare L.var.nudum)屬禾本科大麥屬作物[1]，是西藏種植面積最大、分布最廣的農作物，始終占全區糧食作物種植面積和產量的70%以上[2]。青稞在西藏的生產中有著舉足輕重的地位，是藏區農牧民不可替代的主糧，也是維護和保證藏民在高原地區生活健康的保健作物[3-4]。青稞的產量對藏區糧食安全、維護藏區社會穩定具有重大意義。青稞種植范圍分布在整個青藏高原地區的西藏自治區和青海、四川、甘肅、云南四省藏區，共20個地、州、市，海拔高度1400～4700 m。青稞種質資源豐富，根據青稞顏色、形狀等性狀區分的品種多達上千種，籽粒顏色主要有黃色、黑色、紫色和藍色，穗形主要有二棱、四棱和六棱，其中西藏地區種植的青稞顏色多樣，穗形以六棱為主[5]。青稞具有豐富的營養，具備獨特的“三高兩低”優勢，并含有18種氨基酸[6-8]，且富含酚類、β-葡聚糖、膳食纖維等活性成分，更能迎合人們對“健康飲食”的需求[9-11]，具有廣闊的開發應用前景，目前，市場上已有許多青稞食品，包括青稞面條、青稞餅干和青稞谷物飲料等[12-14]。青稞原料的基本營養組分是青稞具有獨特香味的物質基礎，青稞風味物質組分是一類復雜、數目龐大的物質，其化學性質、結構各不相同。常用的風味分析技術主要有氣相色譜、氣相色譜-質譜聯用(GCMS)、電子鼻等，其中GC-MS法速度快、準確度高，可對幾百種揮發性化合物同時進行定性定量檢測，是風味化合物分析的理想選擇[15-18]。關于谷物風味物質的研究已有報道，對青稞的風味成分研究較少[19]。張敏等[20]采用固相微萃取結合氣相色譜-嗅聞-質譜技術對7種秈米、4種粳米風味物質分析，發現粳米中風味化合物種類略高于秈米。褚能明等[21]分析了不同品種鮮食甜糯玉米的主要揮發性風味物質之間的差異，結果表明，不同品種的鮮食甜糯玉米均含有獨特的揮發性風味物質組合。姜曉青等[22]采用頂空固相微萃取(HSSPME)和氣相色譜-質譜(GC-MS)聯用技術鑒定了6種毛豆脆粒揮發性物質組成，共檢測出65種揮發性成分，主要包括醛類、醇類、酮類和烴類，且各品種間揮發性組分差異較大。賈福晨等[23]研究了7個青稞品種原料的風味物質，共鑒定出7大類、50種主要風味物質，主要包括了醇類、醛類、酸類、酯類、烷烴類、烯烴類、其他類，含量最高的是醛類，其相對含量在35%～65%。

本研究選用8份不同的青稞品種，采用氣相色譜-質譜聯用方法，分析不同青稞品種原料的主要揮發性風味物質，結合主成分分析(PCA)、聚類分析(HCA)明確不同青稞品種揮發性成分及不同品種的風味物質變化與差異，為不同品質青稞加工及綜合開發利用提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的8個青稞品種材料，分別為‘山青9號’、‘1127’、‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘藏青 320’、‘藏青2000’、‘藏青25’、‘喜拉22’。

1.2 設備

小型萬能粉碎機；TSQ8000evo氣相色譜；固相微萃取器手柄；SPME裝置；65 μmDVB/CAR-PDMS萃取頭；TSQ8000evo質譜系統。

1.3 方法

1.3.1 青稞基本成分測定 灰分測定：參照GB 5009.4—2010《食品中灰分的測定》；水分測定：參照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》；蛋白質測定：參照GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》；脂肪測定：參照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》；纖維測定：參照GB/T 5009.88—2003《食品中不溶性膳食纖維的測定》；氨基酸測定：參照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測定》；總淀粉測定：參照總淀粉測定試劑盒說明書。脂肪酸測定：參照GB/T 5009.168—2016《食品中脂肪酸的測定》；β-葡聚糖測定：參照NY/T 2006—2011《谷物及其制品中β-葡聚糖含量的測定》。

1.3.2 不同品種青稞處理 青稞原料清理并清洗干凈后晾干，用萬能粉碎機粉碎，過80目篩的青稞粉備用。

1.3.3 青稞風味化合物GC-MS檢測 準確稱取青稞粉1.5 g樣品量，超純水5 mL，氯化鈉1.8 g于10 mL樣品瓶內；55℃下平衡10 min，萃取50 min，在250℃下解析1 min。

氣相色譜條件：DB-WAX毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)；載氣為氦氣，流速1 mL/min。無分流模式，進樣口溫度250℃。初始柱溫45℃，保持2 min，以6℃/min上升至240℃并保持5 min。

質譜條件：接口溫度為280℃，離子源為EI，離子源溫度230℃，電子能量70 e V，四極桿溫度150℃，掃描范圍(m/z)35～500 amu，采用全掃描采集模式。試驗于2019年12月在中國農業大學食品科學與營養工程學院植物蛋白與谷物加工實驗室完成。

1.3.4 定性與定量分析 定性：實驗數據通過GC-MS化學工作站處理，未知化合物與NIST 2014譜庫進行匹配定性，并與文獻中對照定性，對匹配度大于80（最大值為100）的鑒定結果予以報道。

定量：通過GC-MS化學工作站處理系統，并用氣相色譜峰面積歸一化，定量計算出各化合物在青稞粉中的峰面積的相對含量，每個樣品重復3次，取其平均值。

1.4 數據處理

采用Excel對數據進行整理；采用SPSS 22.0對整理后的數據進行聚類分析(HCA)和主成分分析(PCA)。

2 結果與分析

2.1 不同青稞品種的基本營養組分

由表1可以看出，8個青稞品種的蛋白質含量為9.16%～14.80%，‘1127’的蛋白質含量最高為14.80%，‘隆子黑青稞’次之為11.20%，‘喜拉22’的含量最低9.18%；脂肪含量為1.06%～2.40%，‘喜拉22’的脂肪含量最高為2.40%，‘山青9號’的含量最低為1.06%，兩品種間有顯著性差異，其余品種間無顯著性差異；淀粉含量為55.90%～63.35%，‘勾芒紫青稞’的淀粉含量最高為63.35%，‘山青9號’次之為61.39%，其他品種含量間無顯著性差異；‘1127’的β-葡聚糖含量最高7.16%，‘藏青25’次之為5.13%，且兩品種間有顯著性差異，與其他品種間也有顯著性差異；膳食纖維含量為12.89%～21.45%，‘勾芒紫青稞’的纖維含量最高為21.45%，與其他品種間有顯著性差異，‘藏青2000’次之為19.20%，與‘山青9號’、‘藏青320’和‘藏青25’間無顯著性差異，‘隆子黑青稞’最低12.89%；‘1127’的脂肪酸含量最高為2.81%，與其他品種有顯著性差異，‘勾芒紫青稞’次之為2.41%，與‘喜拉22’、‘隆子黑青稞’和‘藏青320’無顯著性差異，‘藏青25’的脂肪酸含量最低為2.07%，與‘山青9號’、‘隆子黑青稞’、‘藏青320’和‘藏青2000’無顯著性差異；總氨基酸含量在7.54%～12.30%，‘1127’的總氨基酸含量最高12.30%，與其他品種均有顯著性差異，‘隆子黑青稞’次之9.89%，與其他品種均有顯著性差異，‘勾芒紫青稞’8.38%，與‘山青 9號’、‘藏青320’、‘藏青 2000’和‘喜拉22’無顯著性差異，‘藏青25’最低7.54%，與其他品種均有顯著性差異；灰分在1.60%～2.00%，‘1127’和‘藏青2000’的灰分含量最高2.00%，‘藏青25’最低1.60%；水分含量在7.56%～12.30%，‘藏青 25’最高12.30%，‘喜拉22’最低7.56%。

2.2 不同青稞品種風味化合物分析結果

由表2可知，8個青稞品種的風味物質共檢測出40種化合物，包括醛類10種、醇類8種、酯類2種、酮類5種、酸類3種、芳香類4種、烴類4種、呋喃類1種、酚類1種和其他類2種。不同種類化合物在不同青稞品種中表現各不相同。其中，醛類化合物在‘山青9號’、‘1127’‘、隆子黑青稞’和‘藏青320’這4個品種中的相對含量最高，分別為58.09%、32.50%、28.92%和19.31%，主要是己醛、壬醛、(E)2-辛烯醛、(E)2-壬烯醛、(E,E)2，4-癸二烯醛。烴類化合物在‘勾芒紫青稞中’最高為28.22%，主要是4-異硫氰酸酯-1-丁烯。酸類化合物在‘藏青2000’‘、藏青25’和‘喜拉22’中的相對含量最高，分別為33.90%、33.01%和27.99%，主要是己酸和辛酸，其中，己酸在3個品種中的含量最高，均達到22%以上。醇類化合物在‘隆子黑青稞’、‘藏青320’、‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’中相對含量較高，分別為10.00%、16.36%、10.94%、14.29%和11.93%，主要是1-戊醇、1-己醇和1-辛烯-3-醇。酮類化合物在‘勾芒紫青稞’和‘隆子黑青稞’中相對含量較高，分別為12.40%和12.78%，主要是3-辛烯-2-酮、3,5-辛二烯-2-酮和(E,E)3,5-辛二烯-2-酮。酯類化合物在‘隆子黑青稞’和‘藏青320’中相對含量較高，分別為2.57%和2.84%，主要是己酸乙酯和鄰苯二甲酸二丁酯。芳香類化合物在‘隆子黑青稞’和‘藏青320’中相對含量較高，分別為3.48%和2.92%，主要是萘和2-甲基萘。呋喃類化合物除‘藏青2000’外的品種都含有，并只含有2-戊基呋喃。酚類化合物除‘山青9號’外的品種都含有，并只含量2,4-二叔丁基苯酚。其他類化合物主要是甲氧基苯基肟，存在‘山青9號’、‘隆子黑青稞’、‘藏青320’和‘藏青25’中。

2.3 不同青稞品種風味化合物類別

由表3可知，不同青稞品種均含有7～10類化合物，但每一類的種類數和風味化合物在相對含量上不盡相同。這就是不同青稞品種基本營養成分不同造成風味物質存在差異。不同品種的風味物質相對總含量表現為，‘山青9號’(88.47%)＞‘隆子黑青稞’(88.2%)＞‘藏青2000’(80.16%)＞‘藏青320’(80%)＞‘勾芒紫青稞’(77.6%)＞‘藏青25’(73.6%)＞‘喜拉22’(72.31%)＞‘1127’(70.70%)；種類數表現為，‘藏青320’（30種）＞‘隆子黑青稞’（28種）＞‘1127’（26種）＞‘山青9號’（25種）＞‘喜拉 22’（23種）＞‘藏青2000’（21種）＞‘勾芒紫青稞’（20種）＞‘藏青25’（17種）。醛類化合物的相對含量在12.98%～58.09%，‘山青9號’的相對含量最高，種類為10種，‘藏青25’的相對含量最低，種類為3種。酸類化合物的相對含量在3.99%～33.90%，‘藏青2000’的相對含量最高，種類為3種，‘山青9號’的相對含量最低，種類為2種。醇類的相對含量在6.88%～16.36%，‘藏青320’的相對含量最高，種類為8種，勾芒紫的相對含量最低，種類為2種。酮類化合物相對含量在4.47%～12.78%，‘隆子黑青稞’的相對含量最高，種類為4種，‘藏青25’的相對含量最低，種類為2種。這4類化合物占整體風味物質含量的52.98%～93.46%，其他種類風味化合物相對含量占剩余的6.54%～47.02%。

表3 不同青稞品種風味物質類別

2.4 不同青稞品種聚類分析

通過圖1的聚類分析樹狀圖可以看出，不同青稞品種原料的相似程度，其差異大小可以由上方坐標(0～25)表示。由圖1可以把不同青稞品種分為兩大類，第一大類5個品種的最大歐式距離差為2，其中‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘1127’和‘山青9號’在最小距離形成聚類，說明這4個品種相似度極高；當歐式距離為2時，‘1127’和‘藏青320’聚為一小類。第二大類3個品種，‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’也在最小距離形成聚類，說明3個品種相似度極高，當歐式距離為25時，2大類品種才能歸為一類，說明2大類品種的差異性較大，原料的基本營養組分差異也較大。

圖1 不同青稞品種聚類樹狀分析圖

2.5 不同青稞品種主成分分析

由圖2可知，其中PC1貢獻率為71.57%，PC2貢獻率為22.16%，2個主成分累計貢獻率為93.73%，可較好地代表樣品信息。根據PCA原理，樣品在得分圖上距離越接近則表示它們的風味組成和含量相似度越高。8個青稞品種均分布在PCA圖的右半部，其中，‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘1127’和‘山青9號’最接近，說明這4個品種的相似度較高，‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’距離最近，說明這3個品種的特征性風味物質種類與含量相近，因此可分為2組。該結果與聚類分析（圖1）結果具有良好的一致性。

圖2 不同青稞品種PCA分析結果

3 討論

氣相色譜-質譜聯用技術是分離、分析揮發性組分最強有力的技術之一，氣相色譜的高效、快速、進樣量少和質譜的高靈敏度、可對未知化合物進行定性鑒定的功能，適用于青稞中復雜揮發性化合物的剖析。李春揚等[24]研究了采用2種處理方法，分析4個青稞品種的揮發性風味物質，結果表明，不同品種青稞的揮發性組分總體接近又各具明顯特征。同時通過聚類分析的結果可以探究4種不同青稞之間的種屬相似性。胡敏等[25]研究表明，青稞中共檢測出72種揮發性成分，主要包括烴類(44.37%)、醇類(18.06%)和醛類(14.03%)。車富紅等[26]研究發現，不同青稞品種中至少含有300多種風味物質且總含量差異也比較大。張文會等[27]研究認為，不同品種青稞所含的主要風味化合物種類基本相同，但各類化合物的含量各不相同，且在各類化合物中，具體的風味物質及含量也存在差別。本試驗采用氣相色譜-質譜聯用技術分析了8種青稞品種原料的風味物質，不同青稞品種風味物質種類和含量有較差異，可能是青稞品種及其基本營養品質差異引起的，通過聚類分析和PCA分析結果能夠辨別不同青稞品種中屬的相似性。

4 結論

8個青稞品種的風味物質共檢測出40種化合物，種類為10種。醛類化合物相對含量‘山青9號’最高(58.09%)，酸類化合物相對含量‘藏青2000’最高(33.90%)，醇類化合物相對含量‘藏青320’最高(16.36%)，酮類化合物相對含量‘隆子黑青稞’最高(12.78%)，這4類化合物貢獻了青稞的主要風味物質。聚類分析和PCA分析表明‘勾芒紫青稞’、‘隆子黑青稞’、‘1127’和‘山青 9 號’相似度極高，‘藏青2000’、‘藏青25’和‘喜拉22’相似度極高，說明它們的風味物質組成和含量相似度高，當歐式距離為25時，8個青稞品種可歸為一類。