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(1.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與食品科學(xué)研究所,西藏拉薩 850000; 2.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)研究所,西藏拉薩 850000)

青稞(HordeumvulgareLinn.)是禾本科大麥屬的一種禾谷類(lèi)作物,是大麥的一種變種,俗稱(chēng)裸大麥,是藏族人民主要糧食作物。青稞富含β-葡聚糖、黃酮、生育酚、膳食纖維等,營(yíng)養(yǎng)全面獨(dú)特,具有極高的營(yíng)養(yǎng)及食療價(jià)值,經(jīng)常食用可解決人體營(yíng)養(yǎng)缺乏癥[1-2]。青稞籽粒總淀粉含量平均為59.25%[3]。蛋白質(zhì)含量平均為11.31%,高于小麥、水稻、玉米等[4]。青稞富含膳食纖維,總纖維含量均高于其他谷類(lèi)作物,青稞籽粒中粗脂肪含量平均為2.13%,比玉米脂肪含量(4.3%)和燕麥(6.7%)低[5]。王顯萍[6]對(duì)我國(guó)195份青稞測(cè)定發(fā)現(xiàn),其平均β-葡聚糖含量為5.1%,顯著高于Tato等[7]對(duì)268份日本皮大麥的測(cè)定結(jié)果(4.26%),也高于我國(guó)皮大麥的平均含量(4.84%)[8]。近年來(lái),隨著人們對(duì)青稞保健功效[9-11]的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深,加之政府加大對(duì)青稞產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)力度的支持,青稞生產(chǎn)越來(lái)越受到重視;但是對(duì)青藏高原區(qū)域青稞品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。

因子分析是多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中常用的一種統(tǒng)計(jì)方法[12-14]。一般是通過(guò)降維,將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)相互獨(dú)立的新因子,這些綜合因子保留了原有指標(biāo)的大部分信息,再根據(jù)得分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)客觀、合理[15-16]。青稞品質(zhì)的分析研究多數(shù)都集中在單一的指標(biāo)分析上[17-18],單指標(biāo)評(píng)價(jià)關(guān)注某個(gè)指標(biāo)含量的高低,不能作出一個(gè)整體評(píng)價(jià)。因此本研究以來(lái)自青藏高原區(qū)域5個(gè)主要青稞產(chǎn)區(qū)56個(gè)青稞品種籽粒為材料,對(duì)其淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、纖維、β-葡聚糖、黃酮等11個(gè)指標(biāo)成分含量進(jìn)行測(cè)定,運(yùn)用相關(guān)分析、因子分析進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),以期評(píng)價(jià)青藏高原地區(qū)青稞品質(zhì),為今后青稞深加工及青稞專(zhuān)用型品種選育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

選取青藏地區(qū)5個(gè)主要青稞種植區(qū)域56個(gè)青稞品種為材料,具體品種(系)名稱(chēng)及種植區(qū)域見(jiàn)表1；氫氧化鈉、碘化鉀、乙醇、甲醇、乙酸鉀、丙酮 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;MIXED-LINKGAE BETA-GLUCAN試劑盒 美國(guó)Megazyme公司;其他試劑 均為分析純。

表1 青稞品種信息Table 1 Information of Hordeum vulgare Linn. varieties

DHG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司;UV-2100型紫外可見(jiàn)風(fēng)光光度計(jì) 尤尼柯(上海)儀器有限公司;Kjeltec8400全自動(dòng)凱氏定氮儀 瑞典FOSS公司;HWS-28電熱恒溫水浴鍋 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司;BS224S電子分析天平 Sartorius。

1.2 指標(biāo)測(cè)定方法

1.2.1 灰分含量的測(cè)定 采用灼燒質(zhì)量法,參照GB 5009.4-2016[19]。

1.2.2 淀粉含量的測(cè)定 用雙波長(zhǎng)法測(cè)定直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量,總淀粉含量為直鏈淀粉和支鏈淀粉之和。

1.2.3 脂肪含量的測(cè)定 采用索氏抽提法,參照GB/T 5512-2008[20]。

1.2.4 粗蛋白質(zhì)含量的測(cè)定 采用依據(jù)GB/T 55ll-2008[21]。

1.2.5 不溶性膳食纖維含量的測(cè)定 采用依據(jù)GB/T 9822-2008[22]。

1.2.6 可溶性膳食纖維含量的測(cè)定 采用依據(jù)GB/T 5009.88-2014[23]。

1.2.7β-葡聚糖含量的測(cè)定 采用MIXED-LINKGAE BETA-GLUCAN試劑盒測(cè)定。

1.3 綜合評(píng)價(jià)方法

利用隸屬函數(shù)法與因子分析相結(jié)合進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在因子分析前,用隸屬函數(shù)法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,按公式(1)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,將其轉(zhuǎn)化為0～1間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù),之后利用因子分析,篩選出影響籽實(shí)品質(zhì)的若干公因子,同時(shí)得到各個(gè)指標(biāo)的公因子分值Fm,以每個(gè)公因子分值Fm乘以因子分析中相對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率Em,最后相加得到綜合得分D[24]。

相關(guān)公式如下:

S(in)=(Xin-Ximin)/(Ximax-Ximin)

式(1)

D=∑[Fm×Em](m=1,2,3,4,…)

式(2)

注:S(in)指第n個(gè)樣品第i指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)化后的隸屬函數(shù)值;Xin指n個(gè)樣品第i指標(biāo)的原始測(cè)定值,Ximax、Ximin分別為所有樣品中第i個(gè)指標(biāo)的最大值和最小值。D為綜合得分,Fm為第m個(gè)公因子分值,Em為第m個(gè)公因子的方差貢獻(xiàn)率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel、Design Expert 7.0和SPSS 19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析、因子分析;其中變異系數(shù)的計(jì)算公式為:變異系數(shù)(%)=(標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值)×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 青稞品種基本營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的一般性分析

如表2所示,青稞籽粒中總淀粉含量分布于45.40%～71.10%之間,平均含量為62.22%,變異系數(shù)為9.35%;與陳文若等[25]測(cè)定大麥的總淀粉(51%～53%)含量有一定差別,這可能與品種有關(guān)。青稞中直鏈淀粉含量在15.45%～24.69%之間,平均含量為22.17%,變異系數(shù)為7.86%;青稞中支鏈淀粉含量分布在28.62%～46.41%之間,平均含量為40.06%,變異系數(shù)為14.70%,品種間差異較大。青稞中蛋白質(zhì)含量分布在9.65%～16.27%之間,平均含量為12.18%,蛋白質(zhì)變異系數(shù)為14.08%,與前人測(cè)定結(jié)果基本一致(7.68%～17.52%,平均含量為11.37%)[26]。這可能與青稞品種、種植地的土壤肥力及種植氣候有關(guān)。相關(guān)研究表明,北方旱區(qū)大麥品種粗蛋白含量相對(duì)較高,而青藏高原地區(qū)相對(duì)較低,不同區(qū)域大麥品種的粗蛋白含量與本地區(qū)的干旱程度有關(guān),高溫干旱有利于蛋白質(zhì)形成[27]。青稞中脂肪含量在1.15%～3.89%之間,平均含量為2.10%。

表2 青稞籽粒基本營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)Table 2 Primary nutritional qualities of Hordeum vulgare Linn.

青稞中β-葡聚糖含量分布在4.71%～7.98%之間,平均含量為6.31%;總黃酮含量分布在0.11%～0.40%之間,平均含量為0.20%,變異系數(shù)為30.05%;青稞中β-葡聚糖、黃酮含量含量除與品種有關(guān)外,可能跟土壤因子有關(guān)。魏娜等[28]研究表明,土壤水解氮含量與pH是影響青稞β-葡聚糖含量和黃酮含量的主要因子,在酸性、強(qiáng)堿性土壤逆境環(huán)境下,青稞黃酮含量較高。

青稞中粗纖維含量分布在1.28%～2.77%之間,平均含量為1.89%,品種間差異較大,變異系數(shù)為16.61%;膳食纖維是以糖苷鍵鏈接的聚合物,具有獨(dú)特的理化特性,按水溶性來(lái)劃分,可以分為水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維[29]。青稞中不溶性膳食纖維含量分布于9.99%～15.28%,平均含量為13.00%,可溶性膳食纖維含量分布在1.23%～4.91%之間,平均含量為2.63%,與劉新紅[30]研究結(jié)果相比,總膳食纖維含量一致,但是可溶性膳食纖維與不可溶性膳食纖維比例不一致,這可能與青稞品種及檢測(cè)方法有關(guān)。

2.2 不同青稞品種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析

對(duì)青稞品種主要營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,目的是為了揭示各個(gè)品質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度;從而為青稞營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的合理選擇提供一定依據(jù)。進(jìn)行相關(guān)性分析,意味著通過(guò)測(cè)定部分指標(biāo)就可以預(yù)測(cè)到與之相關(guān)指標(biāo)的增減趨勢(shì),相關(guān)性越強(qiáng),趨勢(shì)越明顯。

從表3可知,56個(gè)青稞品種11項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)之間均表現(xiàn)出不同的相關(guān)性。總淀粉與直鏈淀粉、支鏈淀粉脂肪、灰分、粗纖維、β-葡聚糖、不溶性膳食纖維、可溶性膳食纖維均有正相關(guān)性,其中與支鏈淀粉間的相關(guān)性達(dá)極顯著水平(p<0.01);總淀粉與蛋白質(zhì)、總黃酮含量均有負(fù)相關(guān)性,與總黃酮間的負(fù)相關(guān)性達(dá)顯著水平(p<0.05),表明支鏈淀粉和總黃酮的改變影響青稞總淀粉的含量。直鏈淀粉與支鏈淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、粗纖維含量間均有負(fù)相關(guān)性,其中直鏈淀粉與蛋白質(zhì)間的相關(guān)性達(dá)顯著水平(p<0.05)。

表3 青稞品種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)特征指標(biāo)相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between various nutritional quality parameters of Hordeum vulgare Linn.

支鏈淀粉與蛋白質(zhì)、總黃酮含量之間均有負(fù)相關(guān)性,其中與總黃酮含量間相關(guān)性達(dá)極顯著水平(p<0.01),說(shuō)明總黃酮含量的改變能夠影響支鏈淀粉的含量?；曳峙c粗纖維、可溶性膳食纖維極顯著正相關(guān)(p<0.01);粗纖維與β-葡聚糖顯著正相關(guān)(p<0.05);不溶性膳食纖維與可溶性膳食纖維顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)。以上測(cè)定的11項(xiàng)指標(biāo)間均存在不同程度的相關(guān)性,說(shuō)明指標(biāo)間存在信息重疊,不能直接作為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的主要影響因素。

2.3 不同青稞品種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)主成分分析

若評(píng)價(jià)指標(biāo)間存在相關(guān)性,容易造成提供的信息出現(xiàn)重疊,導(dǎo)致得不出一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)易的規(guī)律。主成分分析能將有相關(guān)性的指標(biāo)降維成幾個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo),但又能反映原來(lái)絕大多數(shù)的因素信息。

結(jié)合由隸屬函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化后因子載荷矩陣,對(duì)56份青稞品種的11個(gè)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,結(jié)果顯示(表4),前6個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到81.156%,解釋了絕大部分原始信息。主成分1的方差貢獻(xiàn)率為21.352%,其中總淀粉含量和支鏈淀粉具有較大的載荷值,因此第1組成分可以作為青稞的儲(chǔ)能因子。第2主成分的貢獻(xiàn)率為18.832%,在蛋白質(zhì)、β-葡聚糖、總黃酮上具有較大的載荷值,可作為功能因子指標(biāo)的綜合體現(xiàn),定性為功能活性因子。第3主成分、第4主成分、第5主成分的貢獻(xiàn)率分別為13.092%、11.727%和8.530%,主要代表了灰分、粗纖維、不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維含量,可定義為功能輔助因子。第六主成分在脂肪含量上有較大載荷值。

表4 主成分在各品質(zhì)指標(biāo)上的因子載荷矩陣Table 4 Rotated component matrix of the principle component analysis

2.4 不同青稞品種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

依據(jù)因子載荷矩陣?yán)塾?jì)貢獻(xiàn)率提取的6個(gè)主成分分值及相應(yīng)的貢獻(xiàn)率,可以建立青稞營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型F綜合=(21.352F1+18.832F2+13.092F3+11.727F4+8.53F5+7.622F6)/100,得到青稞品種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的綜合得分(表5)。由表5可看出,56份青稞種質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)存在明顯差異,其中得分前十的品種分別是:青永13、藏青148、藏青690、藏青28、青永1476、藏青27、迪慶1號(hào)、藏青320、藏青16、藏青85。

表5 不同青稞品種的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Evaluation results of prediction for different varieties of Hordeum vulgare Linn.

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明,56個(gè)青稞品種11項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)表現(xiàn)出一段的差異,其中變異系數(shù)最小的為直鏈淀粉含量(7.86%),而總黃酮含量變異系數(shù)最高(30.05%),說(shuō)明56個(gè)青稞品種在11個(gè)品質(zhì)性狀上存在較大的遺傳差異。相關(guān)性分析結(jié)果表明,青稞11項(xiàng)品種指標(biāo)間均存在不同程度的相關(guān)性,說(shuō)明指標(biāo)間存在信息重疊,不能直接作為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的主要影響因素。

本研究利用隸屬函數(shù)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,然后進(jìn)行公因子分析,并根據(jù)綜合品質(zhì)得分進(jìn)行優(yōu)良度排序。因子分析結(jié)果表明,從11項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)中提取出6個(gè)公因子,方差貢獻(xiàn)率達(dá)到81.156%,解釋了絕大部分原始信息。經(jīng)綜合評(píng)價(jià),得分前十的品種分別是:青永13、藏青148、藏青690、藏青28、青永1476、藏青27、迪慶1號(hào)、藏青320、藏青16、藏青85。由此可知,因子分析法可以客觀地篩選出綜合性狀優(yōu)良的青稞品種,為青稞加工利用提供科學(xué)依據(jù)。