“张杂谷”系列谷子品种营养成分的测定与评价

曲丽洁，刘 镇，陈 一，孙丰梅

(1.河北北方学院 农林科技学院，河北 张家口 075000；2.河北省农产品食品质量安全分析检测重点实验室，河北 张家口 075000；3.张家口市疾病预防控制中心，河北 张家口 075000)

谷子具有极强的适应能力，是中国干旱地区及推广农业节水的理想作物[1]。谷子去皮后为小米，其营养丰富、营养成分比例均衡适宜并且消化率高。小米中包含了碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素和矿物质等，是一种良好的营养来源[2]。

张家口农科院选育的“张杂谷”系列谷子品种具有优于其他品种的高产、节水、耐瘠、耐旱等诸多优点[3]，目前“张杂谷3号”、“张杂谷5号”、“张杂谷6号”、“张杂谷8号”、“张杂谷9号”、“张杂谷10号”系列品种获得了广泛的推广[4]。

王力立[5]对全国范围内不包括“张杂谷”的59种小米的主要营养成分进行了分析，不同品种小米的主要营养成分有一定的差异。而“张杂谷”系列谷子不同品种营养品质的差异尚未见报道。本文对“张杂谷”系列谷子品种小米主要营养成分进行测定，并与本地优质品种谷子冀张谷5号进行比较，对“张杂谷”系列谷子品种的营养成分和食用品质做出综合评价，为谷子品种育种和后续产品开发提供依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料

张杂谷3号，张杂谷5号，张杂谷8号，张杂谷9号，张杂谷10号，张杂谷12号，冀张谷5号，由张家口农科院谷子所提供，种植地为张家口市宣化区，收获后自然晾晒至水分含量达到13%以下，脱壳。

1.2 主要试剂与仪器

硫酸铜、硫酸钾、浓盐酸、浓硫酸、硼酸、氢氧化钠、碘试剂、氢氧化钾、石油醚、百里香酚蓝、乙醇、抗坏血酸、氯化钠、无水硫酸钠、乙醚均为分析纯。浓硝酸、高氯酸为优级纯。甲醇、正己烷、乙酸乙酯均为色谱纯。

标准直链淀粉，标准支链淀粉：上海源叶生物科技有限公司。

α-VE标准品：美国Sigma公司。

多元素(Mg、Al、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Se、Sr、Ba)混合标准溶液：中国标准物质中心，浓度100 μg·mL-1。

电热恒温鼓风干燥箱(宁波江南仪器厂DHG-9040AS)、电子天平(上海精密科学仪器有限公司JA1003N)、高速多功能粉碎机(顶帅DS-T300)、紫外-可见分光光度计(上海仪电分析仪器有限公司UV765)、索氏抽提器(天津市光明玻璃仪器厂)、水浴恒温振荡器(金坛市国旺实验仪器厂SHA-B)、超声波清洗器(北京市六一仪器厂WD-9415E)、智能数显恒温水浴锅(巩义市予华仪器有限责任公司HH—S2)、Waters ACQUZTY UPLC H-Class超高效液相色谱(美国Waters公司，检测器为PDA检测器)；BEHC18色谱柱(1.7 μm,2.1 mm×50 mm)、氮吹仪(美国Qrganomation公司N-EVAP)、ICP-MS(美国Agilent 7700e)。

试验用水均为Milli-Q处理的超纯水。

1.3 试验方法

1.3.1 水分含量的测定

采用105 ℃干燥恒重法，按照GB/T 21305-2007测定[6]。

1.3.2 淀粉含量的测定

直链淀粉和支链淀粉的含量测定，采用双波长法进行[7]。

1.3.3 胶稠度和碱消值的测定

按照NY/T 83测定[8]。

1.3.4 粗蛋白的测定

采用凯氏定氮法，按照GB/T 5009.5-2016测定[9]。

1.3.5 粗脂肪的测定

采用索氏抽提法，按照GB/T 5512-2008测定[10]。

1.3.6 矿质元素的测定

采用微波消解ICP-MS进行测定[11]。

1)质谱条件峰数：3个峰，积分时间Se:1 s，其他元素0.3 s，重复次数3，信号/模拟模式。

2)矿质元素的测定的前处理0.5 g谷子粉，加入10～15 mL浓HNO3+1 mL高氯酸，置于耐高温的玻璃器皿中，浸泡过夜，程序升温，0～30 min 100 ℃，30～50 min 150 ℃，消化至澄清透亮后打开消化管置于150 ℃赶酸至1～2 mL，蒸馏水定容至25 mL，(此为待测液M)。取待测液M 1 mL定容至100 mL，此为待测液N。待测液N用于测定Ca、Mg浓度，待测液M用于测定其他元素浓度。

1.3.7 α-维生素E的测定

采用高效液相色谱法进行测定[12]。

1)色谱条件流动相A甲醇、B水，0.01 min B 95%，0.5 min B 10%，1.5 min B 95%，2 min STOP；流速：0.3 mL·min-1；温度：30 ℃；检测波长：280 nm；进样量：5 μL；保留时间：40 s。

2)α-VE测定的前处理：取1 g谷子粉于试管中，加入10 mL 1 mg/mL的BHT乙醇溶液，加入1 mL 10%的抗坏血酸混匀。超声10 min后加入2 mL 50%KOH混匀，充氮封口。置于恒温振荡器，70 ℃，200 r/min，水浴皂化30 min。取出后冰浴冷却，倒入分液漏斗，加入20 mL 2%NaCl，10 mL正己烷：乙酸乙酯85∶15的混合溶液萃取α-VE，取上层溶液，萃取2次。然后加入少量无水硫酸钠，吸取5 mL上层溶液氮气吹干，复溶于1 mL甲醇，过0.45 μm滤膜。

1.3.8 统计处理

所有数据应用Origin作图、SPSS进行处理和分析。其中，显著性分析采用Duncan检验，P≥0.05判定为不显著，P<0.05判定为显著。

2 结果与分析

2.1 水分含量

水分含量不仅影响谷物籽粒的物理性质，而且对其化学和生物化学过程也有很大影响。因此，在谷物质量标准中，水分是重要的限制项目，也是商业贸易的重要指标之一。GB/T 8232中规定谷子中水分为≤13.5%[13]。

试验研究了不同品种的水分含量见表1，方差分析结果的差异显著水平P=0.967>0.05，说明各个品种的谷子的水分含量无显著性差异，均在安全储存水分含量之下，这也保证了后续试验各品种之间其他营养成分试验结果的可比性。

表1 不同品种谷子水分含量 %

2.2 淀粉含量

2.2.1 标准曲线

根据双波长法的测定原理和扫描图谱，确定直链淀粉的测定双波长λ1为533.6 nm，λ2为643.2 nm；支链淀粉的测定双波长λ3为582 nm，λ4为697.1 nm。在上述确定的双波长下，以吸光度差y为纵坐标，淀粉浓度为横坐标，分别绘制直链淀粉和支链淀粉的标准曲线，如图1所示。直链淀粉的回归方程为y=0.0971x+0.0179，R2=0.9958，标准曲线线性良好；支链淀粉的回归方程为y=0.0232x+0.0318，R2=0.9986，标准曲线线性良好。

图1 直链淀粉、支链淀粉标准曲线

2.2.2 淀粉含量的测定结果

淀粉是谷子可食部分干物质的主要成分，是谷子的主要营养成分之一，分为直链淀粉和支链淀粉，约占谷子的63%～78%，平均含量71%。淀粉的含量和结构，直接影响谷子的食用品质和加工品质。直链淀粉的含量是谷子食用品质的定量研究指标[14]。直链淀粉含量偏高的谷子，食用品质较差，蒸煮后小米饭干燥蓬松，放凉后变硬；直链淀粉含量偏低的谷子蒸煮品质较好，米饭湿润有光泽，放凉后仍保持柔软。林汝法等[15]认为优质粳性谷子直链淀粉含量通常为14%～17%。地理标志产品蔚州贡米(蔚州小米)中规定优级和一级米直链淀粉含量≤20%。

试验研究了不同品种的淀粉含量(表2)。

表2 不同品种谷子淀粉含量 %

张杂谷3号的直链淀粉含量最高在20.2%，接近20%；其他品种谷子淀粉含量均在20%以下，地理标志产品冀张谷5号直链淀粉含量在19.1%，与张杂谷8号19.7%、张杂谷9号19.7%直链淀粉含量无显著性差异；张杂谷10号直链淀粉含量18.5%，张杂谷12号直链淀粉含量17.2%，张杂谷5号直链淀粉含量16.4%，显著低于冀张谷5号直链淀粉含量。5号、10号、12号直链淀粉含量具有比较优势。

支链淀粉含量，冀张谷5号为48.7%，张杂谷12号53.5%、张杂谷8号51.4%、张杂谷10号49.6%、张杂谷9号49.5%支链淀粉含量显著高于冀张谷5号；而张杂谷5号49.3%、张杂谷3号48.7%与冀张谷5号支链淀粉含量无显著差异。

总淀粉含量，冀张谷5号为67.8%，张杂8号72.1%、张杂谷12号70.8%总淀粉含量显著高于冀张谷5号；而张杂谷9号69.1%、张杂谷10号68.1%、张杂谷3号67.8%与冀张谷5号支链淀粉含量无显著差异；张杂谷5号65.7%总淀粉含量显著低于冀张谷5号。

2.3 胶稠度和碱消值

胶稠度与小米饭的适口性的相关性显著，与蒸煮品质呈正相关。碱消值可以间接地反映谷子的糊化温度，较低糊化温度谷子的蒸煮品质较佳，对应的碱消值较高。胶稠度和碱消值同直链淀粉一样，是评价谷子蒸煮品质的定量指标[15]。如地理标志产品蔚州贡米(蔚州小米)规定了胶稠度≥60 mm，碱消值≥2级。

试验研究了不同品种的胶稠度和碱消值(表3)。胶稠度，冀张谷5号为118.3 mm，张杂谷3号为127.3 mm、张杂谷5号124.0 mm，这2个品种胶稠度显著高于冀张谷5号；张杂谷12号为118.7 mm、张杂谷10号为117.7 mm，与冀张谷5号胶稠度无显著差异；张杂谷9号为110.3 mm、张杂谷8号为97.3 mm，胶稠度显著低于冀张谷5号。各品种胶稠度均大于60 mm。由胶稠度可推测，张杂谷3号、张杂谷5号、张杂谷12号、张杂谷10号具有较好的蒸煮品质。

表3 不同品种谷子胶稠度与碱消值

碱消值，冀张谷5号为3.1，张杂谷10号为3.8、张杂谷12号为3.7，张杂谷10号和张杂谷12号碱消值显著高于冀张谷5号；而张杂谷3号3.4、张杂谷5号3.3、张杂谷8号2.8与冀张谷5号碱消值无显著差异；张杂谷8号2.8、张杂谷9号2.6碱消值显著低于冀张谷5号。各品种碱消值均大于2级。由碱消值可推断，张杂谷10号、张杂谷12号、张杂谷3号、张杂谷5号、张杂谷8号具有较好的蒸煮品质。

2.4 粗蛋白的含量

中国食物成分表[16]中每100 g谷子中蛋白质含量为9.0 g，谷子的蛋白质含量的测定是谷子作物营养含量评定的一项重要指标。谷子中粗蛋白的含量与谷子的品种、种植地域、栽培条件等多种因素有关，中外学者测定的谷子中粗蛋白的含量集中在10%～12%。古世禄[17]认为，谷子的适口性和粳糯性与蛋白质的含量无内在联系。

不同品种谷子的粗蛋白含量见表4。冀张谷5号为12.0%，张杂谷5号12.9%，张杂谷5号粗蛋白含量显著高于冀张谷5号；而张杂谷10号为12.3%、张杂谷3号为12.1%与冀张谷5号粗蛋白含量无显著差异；张杂谷9号为10.8%、张杂谷12号为10.6%、张杂谷8号为10.4%，粗蛋白含量显著低于冀张谷5号。

表4 不同品种谷子粗蛋白含量 %

因此，张杂谷系列谷子，蛋白质含量高于9%，营养价值较高。

2.5 粗脂肪的含量

谷子脂肪可为人体提供体内不能产生但机体所必需的脂肪酸，对保持人体健康、调节生理功能有重要作用。另外，脂肪也影响谷子食用品质，在一定区间内，谷子脂肪含量越高其食味品质越佳，小米饭的可口性和气味都较好。但脂肪在空气中易氧化，使谷子发生酸败变质，导致谷子食用品质下降。

试验研究了不同品种的粗脂肪含量见表5，冀张谷5号为3.6%，张杂谷3号4.0%、张杂谷9号为3.9%，粗脂肪含量显著高于冀张谷5号；张杂谷10号与张杂谷5号都为3.6%，与冀张谷5号粗脂肪含量无显著差异；张杂谷12号为3.0%、张杂谷8号为2.5%，粗脂肪含量显著低于冀张谷5号。

表5 不同品种谷子粗脂肪含量 %

张杂谷3号、张杂谷9号、张杂谷10号、张杂谷5号脂肪含量不低于冀张谷5号，且不明显低于王力立[5]测定的59种全国主栽品种谷子粗脂肪的平均含量3.66%，因此这几个品种在食用时可能更可口，气味较好，对维持人类健康、调节其生理功能也更有效，但这几个品种由于粗脂肪含量较高，比另外两个品种张杂谷8号、张杂谷12号在储藏时更易发生酸败，在储藏、加工时要提高警惕。

2.6 矿质元素的含量

2.6.1 标准曲线

如图2所示，以各元素的CPS值(y)分别对各元素浓度(x)做线性回归分析，得到的回归方程为y=263811.2x-55490.9，R2=0.9958。方法线性良好。

图2 矿质元素测定标准曲线

2.6.2 矿质元素的含量测定结果

矿质元素对维持人体的正常机能具有重要意义。谷子中矿质元素的含量受遗传、栽培技术、加工精度等多种因素的影响。不同地域、不同品种、不同栽培条件、不同加工精度的谷子，矿质元素的含量差距很大[11,18,19]。刘晓东等[19]测定了7个区域35份谷子的矿质元素，以冀谷19为例，Mg的含量为1 180.40 mg·kg-1，Fe的含量为27.64 mg·kg-1，Zn的含量为20.78 mg·kg-1，Se的含量为0.121 mg·kg-1。马占玲[11]用ICP-AES法测定谷子中Mg的含量为3.562 mg·kg-1，Ca的含量为0.940 mg·kg-1，Fe的含量为0.230 mg·kg-1，Zn的含量为1.393 mg·kg-1，Cu的含量为0.265 mg·kg-1。杜景娇等[18]用ICP-MS法测得谷子中Mg的含量为342.500 μg·g-1，Ca的含量为86.620 μg·g-1，Mn的含量为7.404 μg·g-1，Fe的含量为26.000 μg·g-1，Zn的含量为18.340 μg·g-1，Cu的含量为3.258 μg·g-1，Se的含量为0.007 μg·g-1。仅以元素Mg为例，1 180.40 mg·kg-1，3.562 mg·kg-1，342.500 μg·g-1相差两、三个数量级。

试验研究了不同品种的矿质元素含量(表6)。

表6 不同品种谷子矿质元素含量 μg·g-1

Mg的含量，冀张谷5号为491.095 μg·g-1，张杂谷8号、张杂谷5号Mg的含量显著高于冀张谷5号；而张杂谷3号、张杂谷9号、张杂谷12号Mg含量显著低于冀张谷5号。Ca的含量，冀张谷5号为81.570 μg·g-1，与张杂谷3号、张杂谷5号、张杂谷8号、张杂谷9号Ca的含量无显著差异，张杂谷10号、张杂谷12号Ca的含量与冀张谷5号相比较低；Mn的含量，冀张谷5号为4.0595 μg·g-1，张杂谷3号、张杂谷5号、张杂谷8号Mn的含量显著高于冀张谷5号；张杂谷9号，张杂谷10号Mn的含量与冀张谷5号无显著差异；而张杂谷12号Mn含量显著低于冀张谷5号。Fe的含量，冀张谷5号为10.043 μg·g-1，张杂谷10号、张杂谷12号Fe的含量显著高于冀张谷5号；张杂谷3号，张杂谷5号，张杂谷8号，张杂谷9号Fe含量显著低于冀张谷5号。Cu的含量，冀张谷5号为2.157 μg·g-1，张杂谷8号、张杂谷12号、Cu的含量显著高于冀张谷5号；张杂谷5号、张杂谷10号Cu的含量与冀张谷5号无显著差异；而张杂谷3号、张杂谷9号Cu含量显著低于冀张谷5号。Zn的含量，冀张谷5号为2.521 μg·g-1，张杂谷8号Zn的含量显著高于冀张谷5号；张杂谷3号、张杂谷5号、张杂谷10号Zn的含量与冀张谷5号无显著差异；而张杂谷9号、张杂谷12号Zn含量显著低于冀张谷5号。Se的含量，冀张谷5号为0.0096 μg·g-1，张杂谷3号、张杂谷5号、张杂谷8号、张杂谷9号、张杂谷10号、张杂谷12号Se含量均显著低于冀张谷5号。

总体而言，本研究采用ICP-MS法测定的矿质元素结果与杜景娇[18]的研究结果最为接近，同属于一个数量级。张杂谷系列谷子品种，与冀张谷5号相比，矿质元素含量各有高低，但差异不大，张杂谷8号矿质元素含量相对较高。

2.7 α-VE的含量

2.7.1 标准曲线

如图3所示，以色谱的峰面积(y)对α-VE浓度(x)做线性回归分析，得到的回归方程为y=263811.2x-55490.9，R2=0.9958。该方法线性良好。

图3 α-VE标准曲线

2.7.2 α-VE含量测定结果

维生素E，又称生育酚，在植物体内主要以α-VE、β-VE、γ-VE、δ-VE 4种形式存在，其中α-VE的生理活性最强，李国营等[20]对466份谷子种质资源维生素E的含量进行了测定，α-VE平均含量为14.56μg·g-1，最小值为3.12μg·g-1，最大值为42.45μg·g-1。

试验研究了不同品种的α-VE含量见表7。α-VE含量最高的是张杂谷3号20.5μg·g-1，其次是张杂谷8号19.7μg·g-1，下面依次是张杂谷10号17.9μg·g-1，张杂谷5号16.6μg·g-1，张杂谷12号14.6μg·g-1和张杂谷9号14.2μg·g-1，均高于冀张谷5号的8.0μg·g-1，也高于李国营等[20]测定的平均值。说明张杂谷系列谷子α-VE含量较高。

表7 不同品种谷子α-VE含量

3 结论与讨论

谷子蒸煮品质的定量评价指标包括直链淀粉含量、胶稠度和碱消值。粗脂肪的含量也会影响谷子的适口性。从本试验的测定结果综合分析这四个指标，张杂谷5号、张杂谷10号适口性最好，张杂谷12号、张杂谷3号次之，张杂谷8号、张杂谷9号适口性相对较差。张杂谷5号、张杂谷10号可作为优质杂粮在张家口地区推广种植。张杂谷12号、张杂谷3号、张杂谷8号、张杂谷9号虽然食用品质不及本地地理标志产品冀张谷5号，但适口性尚可，可满足不同层次居民的食用需求，也可进一步进行品种改良，优化食用品质，也可以将其作为原料开发其他用途。另外，从淀粉总含量、粗白蛋含量、矿质元素含量、α-VE含量测定结果可以看出，张杂谷系列谷子品种在实现高产的同时保证了其营养品质。

谷子中各营养成分的含量受品种、地域、气候、栽培条件等多种因素影响，含量的测定受试验条件、试验方法、实验者等多种因素影响。本试验仅测定了特定种植地区、特定种植条件下张杂谷系列各品种谷子的主要营养成分含量和食用品质指标。另外，还可进一步对蛋白质的氨基酸组成、维生素B、维生素E含量进行测定，这些需后续进一步研究完善。