秦 琳,李 曦,趙 珊,黃世群,劉龍龍,仲伶俐

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所,四川成都 610066;2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)基因資源研究中心,山西太原 030031)

膳食纖維是人類膳食平衡的重要內(nèi)容,根據(jù)其組分溶于水的能力可分為可溶性膳食纖維(SDF)和不溶性膳食纖維(IDF)[1-2]。相比較而言,SDF的生理活性更強[3],在人體內(nèi)可通過體系粘度效應(yīng)抑制腸道對葡萄糖吸收或物理屏障抑制淀粉酶消化力,降低淀粉消化速率,達到降低血糖和血脂的作用[4-7],但不同膳食纖維單體成分對淀粉消化速率的影響程度不同[8-11]。

燕麥(AvenasativaL.)可分為裸燕麥和皮燕麥[12]。我國主要種植裸燕麥,其栽培歷史已有3 000多年,已育成白燕、壩莜、晉燕、迪燕和定莜等系列品種。裸燕麥籽粒膳食纖維含量達30.2%[13],遠高于稻米、小麥等谷物[14],可作為人們?nèi)粘Ｑa充膳食纖維的首選谷物;且富含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、不飽和脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)以及多酚類等活性成分,具有抗氧化、改善腸道菌群、增加免疫力等功效[2,8,14]。裸燕麥中膳食纖維的主要成分為非淀粉多糖(non-starch polysaccharide,NSP),主要分布在胚乳和糊粉層細胞壁;此外還有抗性淀粉(resistant starch,RS)和少量的木質(zhì)素等;胚乳細胞壁中的NSP是由糖苷鍵連接大量單糖形成的多聚糖[15],主要包括果膠、半纖維素、纖維素、低聚糖及少量β-葡聚糖等[16-17];糊粉層細胞壁中的NSP由β-葡聚糖和部分半纖維素(阿拉伯木聚糖)組成[18-19]。

目前,已有對裸燕麥籽粒中膳食纖維和β-葡聚糖含量的報道[20-22],也有大量對燕麥籽粒營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價的研究[23-27],測定指標多為粗纖維、粗蛋白、淀粉、脂肪和β-葡聚糖等,但有關(guān)裸燕麥不同品種間膳食纖維組成、含量與營養(yǎng)品質(zhì)關(guān)系的研究比較缺乏。由于不同膳食纖維單體成分的生理功能存在差異,研究裸燕麥籽粒中膳食纖維組成分及其含量對完善其營養(yǎng)品質(zhì)評價具有重要的意義。主成分分析法已被廣泛用于對作物[28]、果蔬[29-30]和煙葉[31]等品質(zhì)的綜合評價;主成分分析和聚類分析相結(jié)合可簡化評價指標,結(jié)果簡明直觀[30]。為此,本研究選取全國24個主栽裸燕麥品種,對其膳食纖維組成(β-葡聚糖、半纖維素、果膠、纖維素、低聚糖和抗性淀粉)和營養(yǎng)品質(zhì)指標(蛋白質(zhì)、淀粉、灰分和脂肪)含量進行測定,運用主成分分析結(jié)合聚類分析方法對其營養(yǎng)品質(zhì)進行綜合評價,以篩選品質(zhì)優(yōu)異的裸燕麥品種,為燕麥育種及其深加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

24個裸燕麥品種分別為白燕2號、白燕16號、白燕18號、白燕20號、迪燕1號、晉燕8號、晉燕17號、晉燕18號、呂燕2號、呂燕4號、魏都莜5號、張莜8號、張莜9號、壩莜3號、壩莜8號、壩莜13號、壩莜16號、壩莜18號、壩莜19號、0905-12-14、Yy11-18、ND090440、2008-6-1-4-6、M38,編號依次為1～24,由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)基因資源研究中心提供,均收獲于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)基因資源研究中心燕麥蕎麥創(chuàng)新基地(山西省忻州市岢嵐縣高家會鄉(xiāng))。

1.2 試驗方法

1.2.1 膳食纖維(DF)含量的測定

按照GB 5009.88-2014方法,用膳食纖維試劑盒測定燕麥粉中DF和不溶性膳食纖維(IDF)含量,可溶性膳食纖維(SDF)=DF-IDF。

1.2.2 抗性淀粉(RS)和β-葡聚糖含量的測定

分別按照NY/T 2638-2014和NY/T 2006-2011標準方法,用RS和β-葡聚糖試劑盒測定燕麥粉中RS和β-葡聚糖含量;按NY/T 2638-2014標準方法測燕麥粉殘渣含量。將殘渣50 ℃烘干,磨成粉后4 ℃密封保存?zhèn)溆?。殘渣含?殘渣重/燕麥粉干重×100%。

總膳食纖維TDF=DF+RS+β-葡聚糖。

1.2.3 總淀粉、水分、灰分、蛋白質(zhì)和脂肪含量的測定

總淀粉含量測定參考García-Alonso等[32]的方法。取30 mg樣品分散于6 mL的KOH(2 mol·L-1)溶液中,室溫震蕩30 min;待淀粉溶解后加入24 mL含1 000 U淀粉葡萄糖苷酶的醋酸鈉緩沖液(1.2 mol·L-1,pH=3.8),于60 ℃水浴45 min;4 000 r·min-1離心10 min,上清液用葡萄糖測定試劑盒GOPOD檢測葡萄糖含量。淀粉含量=葡萄糖含量×0.9×100%。

分別按照GB 5009.3-2016、GB 5009.4-2016、GB 5009.5-2016和GB 5009.6-2016方法測定燕麥粉中水分、灰分、蛋白質(zhì)和脂肪含量。

1.2.4 果膠、半纖維素和纖維素含量的測定

參考孫 健[33]的方法測定果膠、半纖維素和纖維素含量。稱取10 mg消化殘渣,加入1 mL草酸緩沖液(0.25%,pH=4.6),85 ℃水浴1 h,10 000 r·min-1離心5 min;取出0.4 mL上清液,加入2.4 mL濃硫酸,再加入100 μL 0.1%的咔唑甲醇溶液,沸水浴20 min;于525 nm處比色,以半乳糖醛酸含量計算果膠含量。

用草酸緩沖溶液(0.25%,pH=4.6)和乙醇將提取果膠后的沉淀洗凈后低溫烘干。加入4 mL KOH(含1% NaBH4,4 mol·L-1)溶液,室溫下避光反應(yīng)18 h;8 000 r·min-1離心10 min;取0.4 mL上清液,加入2.4 mL濃硫酸,加入50 μL 90%的苯酚,反應(yīng)30 min。于480 nm處比色,以葡萄糖醛酸含量計算半纖維素含量。將測過半纖維素的沉淀洗凈干燥,用硫酸酚法測定纖維素含量。

1.2.5 低聚糖含量的測定

采用HPLC法,檢測器為蒸發(fā)光散射檢測器,色譜柱為Inertsil NH2柱(4.6 mm×250 mm);流動相為乙腈∶水=75∶25(v/v);流速1.0 mL·min-1;進樣量20 μL。ELSD的漂移管溫度為80 ℃;霧化氣為氮氣,流速為2.0 mL·min-1。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個指標重復(fù)3次。數(shù)據(jù)采用SPSS 22進行統(tǒng)計分析、主成分分析和聚類分析,用Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 裸燕麥營養(yǎng)成分分析

由圖1可知,品種對蛋白質(zhì)、淀粉、灰分和脂肪含量存在顯著效應(yīng)。蛋白質(zhì)含量為15.5%～18.3%,平均為17.0%,壩莜13號最高,呂燕4號最低;淀粉含量為56.8%～64.8%,平均60.2%,呂燕4號最高,壩莜13號最低;粗脂肪含量為4.25%～8.32%,平均5.43%,壩莜13號最高,2008-6-1-4-6最低;灰分含量為1.71%～2.14%,平均1.94%,白燕2號最高,壩莜19號最低。

圖柱上不同小寫字母表示不同品種間差異顯著(P<0.05)。Different letters above columns indicate significant difference among different varieties (P<0.05).圖1 裸燕麥籽粒營養(yǎng)品質(zhì)Fig.1 Nutritional quality of naked oat

2.2 裸燕麥膳食纖維成分分析

裸燕麥SDF和TDF含量分別為6.29%～10.7%(平均8.33%)和9.60%～14.1%(平均12.3%),均以壩莜8號最高,呂燕4號最低;β-葡聚糖含量為3.43%～5.78%(平均5.01%),壩莜13號最高,呂燕4號最低;果膠含量為0.578%～0.938%(平均0.78%),魏都莜5號最高,壩莜19號最低;半纖維素含量為 2.89%～6.47%(平均4.72%),壩莜8號最高,晉燕18號最低;纖維素含量為0.133%～ 0.425%(平均0.276%),0905-12-14最高,張莜8號最低;RS含量為0.051%～0.274%(平均0.100%),呂燕2號最高,Yy11-18最低;棉籽糖含量為0.237%～0.532%(平均0.301%),M38最高,迪燕1號最低;水蘇糖含量為0.399%～0.777%(平均0.572%),壩莜13號最高,白燕20號最低。

2.3 裸燕麥營養(yǎng)成分的主成分分析

對24個裸燕麥品種的營養(yǎng)品質(zhì)指標(脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉、灰分、β-葡聚糖、果膠、半纖維素、纖維素和低聚糖)進行主成分分析,得到9個主成分特征值及累計貢獻率(表1)。前4個主成分的特征值均大于1或接近1,累計貢獻率為78.03%,能有效反映裸燕麥籽粒營養(yǎng)品質(zhì)特征。對前4個主成分因子的載荷矩陣(圖2)進行分析,蛋白質(zhì)、半纖維素、β-葡聚糖和果膠分別為第一、二、三和四主成分的代表性評價指標,可將這四個指標作為裸燕麥營養(yǎng)品質(zhì)評價指標。

表1 主成分的特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率Table 1 Eigen value, variance contribution rate, and cumulative variance contribution rate of principal component

表2 不同裸燕麥品種的主成分得分和綜合評價指數(shù)Table 2 Values of principal component and synthetic analysis indices of different naked oat variaties

圖2 主成分分析載荷矩陣Fig.2 Load matrix of principal component analysis

2.4 裸燕麥營養(yǎng)品質(zhì)評價分析

采用成分綜合得分法對供試裸燕麥營養(yǎng)品質(zhì)進行評價,綜合排名前10位的依次為張莜8號、迪燕1號、白燕16號、壩莜13號、魏都莜5號、白燕2號、晉燕17號、壩莜16號、壩莜18號和白燕18號。其中,Z1、Z2、Z3、Z4分別為前4個主成分綜合評價得分值,Z綜為各得分值與相應(yīng)特征值貢獻率的乘積累加值;Y1～Y9分別代表β-葡聚糖、果膠、半纖維素、纖維素、低聚糖、蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪和灰分標準化后數(shù)據(jù)[34]。

Z1= 0.140Y1+0.182Y2+0.035Y3- 0.096Y4-0.154Y5+0.287Y6-0.260Y7+ 0.169Y8+0.229Y9

(1)

Z2= 0.196Y1+0.103Y2+0.409Y3+ 0.355Y4+0.219Y5+0.122Y6-0.230Y7- 0.321Y80.145Y9

(2)

Z3=-0.506Y1-0.203Y2-0.374Y3+ 0.062Y4+0.472Y5-0.076Y6-0.197Y7+ 0.319Y8-0.110Y9

(3)

Z4= 0.466Y1+0.635Y2-0.250Y3- 0.209Y4-0.204Y5-0.077Y6+0.278Y7-0.260Y8-0.373Y9

(4)

Z綜=0.349Z1+0.191Z2+0.135Z3+0.105Z4

(5)

2.5 裸燕麥營養(yǎng)品質(zhì)聚類分析

以蛋白質(zhì)、半纖維素、β-葡聚糖和果膠含量4個指標將24個品種在距離8處劃分為5個類群(圖3)。類群Ⅰ包括白燕16號、0905-12-14等12個品種,其大多數(shù)品種果膠和脂肪含量較高;類群Ⅱ包括晉燕18號、ND090440等4個品種,其β-葡聚糖和淀粉含量較高;類群Ⅲ僅壩莜13號1個品種,表現(xiàn)為高蛋白質(zhì)、高β-葡聚糖和低淀粉含量;類群Ⅳ包括晉燕8號、壩莜8號等6個品種,具有高半纖維素含量;類群Ⅴ僅有呂燕4號1個品種,為低蛋白質(zhì)、低β-葡聚糖和高淀粉含量品種。

3 討 論

遺傳、栽培措施和環(huán)境是影響燕麥營養(yǎng)品質(zhì)的重要因素[35]。本研究在相同條件下對24個裸燕麥品種的品質(zhì)進行了分析,發(fā)現(xiàn)品種間蛋白質(zhì)、淀粉、灰分和脂肪含量存在顯著性差異,這與前人研究結(jié)果不盡相同,如蛋白質(zhì)含量與苗玉紅等[23]的研究結(jié)果(15.0%～20.0%)接近,但高于劉文婷等[24]的研究結(jié)果(11.0%～16.7%);脂肪含量略高于劉文婷等[24]的研究結(jié)果(3.80%～ 8.20%)和鄭敏娜等[25]的研究結(jié)果(3.80%～ 6.10%)?？赡芘c品種和環(huán)境有關(guān)。

羅艷平等[36]測得燕麥粉中SDF含量占TDF含量的43.0%;Pérez等[37]測得燕麥麩皮中SDF占TDF的比例僅為9.50%;張之鑫等[38]測得燕麥中IDF含量為7.76%。本研究中,供試裸燕麥的IDF和DF含量分別為2.39%～5.22%和8.55%～13.1%,SDF占TDF的為56.4%～78.3%,高于以往研究結(jié)果。原因可能為燕麥麩皮和全粉中SDF含量差異較大;不同品種燕麥間SDF含量本身存在差異,不同分析方法所得SDF和IDF值有差異[39]。裸燕麥籽粒中β-葡聚糖和半纖維素含量占TDF含量的比例分別為31.2%～49.0%和25.8%～48.7%,是其膳食纖維的主要構(gòu)成成分。

本研究測定了24個裸燕麥品種的β-葡聚糖、半纖維素、果膠、纖維素、低聚糖和抗性淀粉等主要膳食纖維組分含量,方法大多采用比色法定量,對于其準確區(qū)分和定量還需深入研究。

對農(nóng)作物的營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價目前無統(tǒng)一方法。理化指標檢測分析結(jié)合主成分分析、聚類分析、相關(guān)分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析和隸屬函數(shù)分析方法等是目前應(yīng)用較多的品質(zhì)評價手段。本研究采用主成分分析結(jié)合聚類分析的方法,從24個裸燕麥品種的9個營養(yǎng)品質(zhì)特性指標中提取了4個指標,分別為蛋白質(zhì)、半纖維素、β-葡聚糖和果膠含量,可簡化裸燕麥品質(zhì)評價指標。以往對燕麥籽粒營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價的研究,多以常規(guī)營養(yǎng)指標,如粗纖維、粗蛋白、淀粉、脂肪和β-葡聚糖等作為評價指標[23-27]。本研究對裸燕麥膳食纖維組成和含量進行了分析,發(fā)現(xiàn)不同品種間膳食纖維組分含量存在顯著性差異,對燕麥功能性營養(yǎng)評價具有參考價值。本研究以β-葡聚糖、果膠、半纖維素、纖維素、低聚糖、蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪和灰分含量共9個營養(yǎng)品質(zhì)指標對24個裸燕麥品種進行品質(zhì)綜合評價,得分前10名的品種分別為張莜8號、迪燕1號、白燕16號、壩莜13號、魏都莜5號、白燕2號、晉燕17號、壩莜16號、壩莜18號和白燕18號,可作為改良燕麥品質(zhì)性狀的種質(zhì)。