裸燕麥膳食纖維組成含量研究及優(yōu)異資源篩選

秦 琳,李 曦,趙 珊,黃世群,劉龍龍,仲伶俐

(1.四川省農業(yè)科學院農業(yè)質量標準與檢測技術研究所,四川成都 610066;2.山西農業(yè)大學農業(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],在人體內可通過體系粘度效應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],可作為人們日常補充膳食纖維的首選谷物;且富含優(yōu)質蛋白質、維生素、礦物質、不飽和脂肪酸等營養(yǎng)物質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,但有關裸燕麥不同品種間膳食纖維組成、含量與營養(yǎng)品質關系的研究比較缺乏。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]等品質的綜合評價;主成分分析和聚類分析相結合可簡化評價指標,結果簡明直觀[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)品質指標(蛋白質、淀粉、灰分和脂肪)含量進行測定,運用主成分分析結合聚類分析方法對其營養(yǎng)品質進行綜合評價,以篩選品質優(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,由山西農業(yè)大學農業(yè)基因資源研究中心提供,均收獲于山西農業(yè)大學農業(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、淀粉、灰分和脂肪含量存在顯著效應。蛋白質含量為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)品質指標(脂肪、蛋白質、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、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)品質評價分析

采用成分綜合得分法對供試裸燕麥營養(yǎng)品質進行評價,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、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)品質聚類分析

以蛋白質、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、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、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進行了分析,發(fā)現(xiàn)品種間蛋白質、淀粉、灰分和脂肪含量存在顯著性差異,這與前人研究結果不盡相同,如蛋白質含量與苗玉紅等[23]的研究結果(15.0%～20.0%)接近,但高于劉文婷等[24]的研究結果(11.0%～16.7%);脂肪含量略高于劉文婷等[24]的研究結果(3.80%～ 8.20%)和鄭敏娜等[25]的研究結果(3.80%～ 6.10%)?？赡芘c品種和環(huán)境有關。

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。

對農作物的營養(yǎng)品質綜合評價目前無統(tǒng)一方法。理化指標檢測分析結合主成分分析、聚類分析、相關分析、灰色關聯(lián)度分析和隸屬函數(shù)分析方法等是目前應用較多的品質評價手段。本研究采用主成分分析結合聚類分析的方法,從24個裸燕麥品種的9個營養(yǎng)品質特性指標中提取了4個指標,分別為蛋白質、半纖維素、β-葡聚糖和果膠含量,可簡化裸燕麥品質評價指標。以往對燕麥籽粒營養(yǎng)品質綜合評價的研究,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、淀粉、脂肪和灰分含量共9個營養(yǎng)品質指標對24個裸燕麥品種進行品質綜合評價,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性狀的種質。