燕麥籽粒硬度與品質特性關系研究

李夢黎 胡新中 任長忠 李再貴

(中國農業大學食品科學與營養工程學院1，北京 100083) (陜西師范大學食品工程與營養科學學院2，西安 710119) (吉林省白城市農科院3，白城 137000)

燕麥籽粒硬度與品質特性關系研究

李夢黎1胡新中2任長忠3李再貴1

(中國農業大學食品科學與營養工程學院1，北京 100083) (陜西師范大學食品工程與營養科學學院2，西安 710119) (吉林省白城市農科院3，白城 137000)

為考察燕麥籽粒硬度與品質特性之間的關系，收集國內5個燕麥主產區56份燕麥樣品，檢測了燕麥籽粒硬度與主要營養成分(蛋白質、脂肪、直鏈淀粉、β-葡聚糖等)含量及理化特性(白度、糊化特性)指標，并分析了這些參數間的相關關系。結果表明，燕麥籽粒硬度值在17.29～58.70 N范圍內，均值為38.32 N，燕麥類型(皮或裸)、品種、產地等因素均對其有重要影響。籽粒硬度與蛋白質、灰分、a*值、峰值黏度、最小黏度呈極顯著相關關系，與L*值、衰落值、糊化時間呈顯著相關關系。

燕麥 籽粒硬度 營養成分 理化特性 相關性

燕麥(AvenasativaL.)為禾本科燕麥屬(AvenaL.)1年生草本植物，可分為裸粒型和帶稃型兩類。我國燕麥主產區集中在華北、西北和西南等海拔較高的冷涼地帶[1]。燕麥富含蛋白質、不飽和脂肪酸、維生素、礦物質等營養成分，另有β-葡聚糖等成分對心血管疾病有積極作用[2-3]。

谷物的籽粒硬度是指破壞籽粒所需要的力[4]，是種子分類、市場分級和定價的重要指標之一，與谷物制粉、食品加工、小麥粉品質、種子儲運及加工處理、抵御蟲害等都有十分密切的關系[5]。籽粒硬度的測定以力學方法最為經典，主要基于壓縮、破碎、碾皮、研磨等原理進行[6]。谷類作物中，以小麥籽粒硬度的測定方法及相關研究最為深入，且已有小麥硬度指數測定儀等專用設備。測定小麥籽粒硬度的傳統方法包括角質率法、研磨時間法(GT)、顆粒指數法(PSI)、碾皮法等，近些年近紅外法(NIR)、單籽粒谷物特性測定儀法(SKCS)等快速測定方法也逐漸受到重視[7-8]，并與小麥籽粒硬度儀法等國標方法有很好的一致性[9]。其他谷物，如玉米、大麥、高粱等，大多采取顆粒度指數法進行測定，也有部分采用質構儀壓縮法或RVA法測定[10-11]。

籽粒硬度對谷物的品質特性也有著重要影響。Swanstona等[12]研究發現不同品種小麥的硬度與蛋白質含量間具有顯著相關性，并認為蛋白質基質的結構與完整性可能對硬度起決定性作用。牛娟科[13]研究發現小麥籽粒硬度與千粒重、旗葉寬、粒長等呈顯著負相關，與粒徑呈正相關。

燕麥籽粒結構、形狀與小麥極為相似，也因其獨特的營養與功能特性而具有發展成為主糧的潛質。因此，很容易想到采用成熟的小麥籽粒硬度測定方法來分析燕麥的籽粒硬度，本課題組也在這方面進行了大量的預試驗。但是，燕麥具有高脂肪的特點，其脂肪質量分數高達6%～8%[14]。這一特點導致研磨后的燕麥粉極易粘結成塊而無法順利通過篩網，因此研磨法、硬度指數儀法等需要進行碾磨的方法并不適用；另外，與小麥、玉米相比，燕麥籽粒體積與籽粒高度較小，在利用SKCS法測定時難以很好地固定，導致測定時的硬度誤差遠遠超過了可接受的范圍。而基于壓縮原理的質構儀法雖然也存在測試精度較低的問題，但與預試驗中的其他測試方法比較，更適用于燕麥籽粒硬度的評價。本研究選取56份來源不同的燕麥樣品，探究燕麥籽粒硬度及其與營養、理化品質特性間的關系，為燕麥品種選育、相關產品開發及理論研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

從全國5個燕麥主產區收集56份燕麥樣品，包括36份裸燕麥樣品和20份皮燕麥樣品(表1)。皮燕麥經機械去殼，所有燕麥樣品均進行篩選、除雜，得到清潔、完整籽粒。籽粒用于硬度測定，籽粒經粉碎過40目篩得燕麥粉，用于營養成分及理化性質指標測定(糊化特性使用過60目篩燕麥粉)。

表1 燕麥樣品品種及來源

1.2 燕麥籽粒硬度測定

使用TA-XY2i質構儀(英國Stable Micro System公司)進行測定。每種樣品選取形狀、長寬較一致的飽滿籽粒30粒進行測定，加載探頭直徑為10 mm，設置形變百分量為60%，測試前速度為2.0 mm/s，檢測速度為0.8 mm/s，測試后回程速度為2.0 mm/s，以籽粒第1次斷裂時的負荷力表征硬度。

1.3 營養成分及理化性質測定

蛋白質、脂肪、粗纖維、灰分分別參照 GB 5009.5—2010、GB/T 14772—2008、GB/T 5009.10—2003、GB 5009.4—2010進行測定；β-葡聚糖含量參照AACC32-22，利用β-葡聚糖測定試劑盒愛爾蘭Megazyme公司測定；總淀粉和直鏈淀粉含量利用總淀粉測定試劑盒和直鏈淀粉測定試劑盒愛爾蘭Megazyme公司測定。

測定白度時，使用Minolta CR300色彩色差計(日本TIRCAS公司)測定白度，三色協調系統L*，a*，b*(CIEL*a*b*)表示顏色；糊化特性參照AACC76-21，采用RVA-4快速黏度分析儀(澳大利亞Newport Scientific公司)進行測定。

1.4 統計分析

采用Microsoft Excel進行數據整理，SPSS軟件進行顯著性和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 燕麥籽粒硬度分布

燕麥樣品的籽粒硬度測定結果如表2所示。所有樣品的硬度值在17.29～58.70 N之間，主要集中在30～45 N之間，平均為38.32 N，樣品間標準差為6.95，變異系數為18.13%，總體上呈正態分布。同時，顯著性分析結果顯示，不同品種間硬度值存在顯著性差異(P<0.01)，說明不同來源的燕麥在籽粒硬度上存在差異。

不同類型的籽粒硬度間也存在明顯差異(表3)，裸燕麥籽粒硬度平均為36.01 N，而皮燕麥為42.48 N(P<0.01)，說明皮燕麥籽粒硬度極顯著高于裸燕麥。不同產地間樣品籽粒硬度也存在差異(表4)，河北張家口和青海西寧兩地樣品的硬度相對較高，均值分別為40.88 N和41.86 N，特別是青海西寧產皮燕麥林納硬度最高，達到58.70 N。而吉林白城樣品硬度相對較低，均值為31.68 N，其中又以白城產白燕8號硬度最低，硬度值僅為17.29 N。另外，有草莜1號等6個品種的樣品來自2個不同產地，對比可發現即使同一個品種，在不同產地種植，其籽粒硬度也存在很大差異。如裸燕麥壩莜8號，種植于河北張家口的樣品硬度值為40.82 N，而種植于內蒙古烏蘭察布的樣品硬度值僅為36.63 N。由此說明，光照、溫度、水分、土壤養分等自然環境和栽種條件對燕麥籽粒硬度也有著重要影響。

表2 燕麥籽粒硬度測定結果

注：樣品編號與表1相同。

表3 不同類型燕麥籽粒硬度

表4 不同產地燕麥籽粒硬度

2.2 燕麥營養品質與理化特性分析

56份燕麥樣品的主要營養成分含量分析結果如表5所示。在測定的7種營養成分中，總淀粉平均質量分數為60.67%，變異系數為9.92%，相對較小，說明淀粉作為燕麥中的宏量營養組分，較少受到品種、環境等其他因素的影響，此結果也與王燕[15]測定的結果一致。一般認為，變異系數在10%以上即說明具有較強變異，而脂肪和直鏈淀粉的變異系數已大于20%，說明兩者屬于變異較強組分。有研究結果表明，燕麥脂肪質量分數一般在3.4%～9.7%之間，平均為6.3%[14]，本試驗結果與之基本一致。

表5 燕麥營養成分測定結果/%

由表6可知，皮燕麥和裸燕麥相比，僅裸燕麥β-葡聚糖質量分數(平均4.35%)極顯著(P<0.01)高于皮燕麥(平均3.72%)；裸燕麥脂肪質量分數(平均6.85%)顯著(P<0.05)高于皮燕麥(平均6.00%)，而其他成分差異不顯著，說明整體上裸燕麥的營養品質稍優于皮燕麥。以產地進行劃分，結果發現不同產地燕麥樣品的營養成分含量間存在一定差異，其中尤以蛋白質和灰分兩者較為突出。內蒙古烏蘭察布燕麥的蛋白質含量較其他地區稍高，而吉林白城燕麥的灰分含量較高。

表6 皮、裸燕麥主要營養成分/%

56份燕麥樣品的白度、糊化特性分析結果如表7所示。顏色是食物及食物原料的一個重要特征，也是衡量很多食品等級的重要指標[16]，粉狀物的顏色通常以白度來衡量，是產品加工及成品評價中的重要參考指標。測定各樣品白度L*值變異較小而a*值變異較大，說明各樣品在黑白顏色方向差異不大而在紅綠方向差異較大。

糊化特性主要反映淀粉品質。由于燕麥中β-葡聚糖等多糖物質的存在，使得其黏度相比于小麥[17]等其他谷物明顯較高，且最終黏度明顯高于峰值黏度。由表4可知，各樣品的糊化時間和糊化溫度變異不大，與現有的研究結果一致，可能與燕麥淀粉鏈的長度、結晶度等淀粉結構因素有關[18]；而峰值黏度、最小黏度等主要特征值變異較大，可能是由于燕麥糊化特性不但受到直鏈淀粉含量的影響，還會受到β-葡聚糖含量的影響[19]。

表7 燕麥理化特性測定結果

2.3 燕麥籽粒硬度與品質特性關系分析

56份樣品籽粒硬度與營養品質和理化特性間的相關性分析結果如表8、表9所示?？傮w而言，籽粒硬度與蛋白質呈極顯著負相關關系。不同類型的燕麥樣品也有類似規律，皮燕麥籽粒硬度與蛋白呈顯著負相關關系(相關系數-0.505，P<0.05)，裸燕麥樣品中呈極顯著負相關關系(相關系數-0.518，P<0.01)。曾有研究發現小麥籽粒硬度與蛋白質間呈極顯著正相關關系[20]，說明燕麥籽粒的特殊組成與性質使得其與其他谷物籽粒間有明顯區別，進而對籽粒硬度產生很大影響。還可發現，總體上籽粒硬度與灰分、a*值、峰值黏度、最小黏度呈極顯著相關關系，與L*值、衰落值、糊化時間呈顯著相關關系，但在皮燕麥和裸燕麥之間表現不同，裸燕麥樣品相關性顯著而皮燕麥樣品則未表現出顯著相關性；值得注意的是，對于全部樣品，籽粒硬度與總淀粉間雖無顯著相關性，但在裸燕麥樣品中兩者呈極顯著正相關關系，而其他營養成分均與籽粒硬度呈負相關關系，說明上述指標與籽粒硬度間的相關關系受燕麥類型的影響。另外，脂肪、β-葡聚糖、粗纖維、直鏈淀粉、b*值、回生值、糊化溫度未與籽粒硬度間表現出顯著相關關系。

燕麥籽粒硬度可能與許多因素有關，包括品種、環境、結構及性質等。從試驗結果可知，營養成分及理化特性對硬度有一定程度影響，但仍有許多因素值得關注。比如小麥籽粒硬度的形成可能與蛋白質基質連續性以及蛋白質-淀粉相互作用密切相關[21]，Puroindolines蛋白等某些特定蛋白或多肽會對小麥硬度起決定性作用[22]。

表8 燕麥籽粒硬度與營養成分相關性關系

注：*和**分別表示在5%和1%水平上相關顯著，余同。

表9 燕麥籽粒硬度與理化特性相關性關系

3 結論

3.1 對比分析各測定方法并考慮燕麥自身特性，選用質構儀測定燕麥籽粒硬度。56份樣品的硬度值為17.29～58.70 N，平均值為38.32 N。進一步分析發現，不同類型、產地、品種樣品的籽粒硬度間存在顯著性差異，自然及栽種環境等因素對其影響較大。3.2 測定了56種燕麥樣品的蛋白質、脂肪、β-葡聚糖、總淀粉、粗纖維、灰分、直鏈淀粉含量及白度、糊化特性。發現總淀粉含量最高且變異較小，而脂肪和直鏈淀粉含量變異較大；不同樣品的峰值黏度、最小黏度等糊化特性差異顯著而糊化時間、糊化溫度等變異較小。

3.3 56份燕麥樣品的籽粒硬度與蛋白質含量呈極顯著負相關關系，與灰分、a*值、峰值黏度、最小黏度呈極顯著相關關系，與L*值、衰落值、糊化時間呈顯著相關關系，而與脂肪、β-葡聚糖、粗纖維、b*值、最終黏度、糊化溫度等相關性不顯著。

[1]周素梅，申瑞玲.燕麥的營養及其加工利用[M].北京：化學工業出版社，2009 Zhou Sumei，Shen Ruiling.Nutrition and processing utilization of oats[M].Beijing：Chemical Industry Press，2009

[2]Xu Chao，Lü Junli，Lo Y M.Effects of oat beta-glucan on endurance exercise and its anti-fatigue properties in trained rats[J].Carbohydrate Polymers，2013，92(2)：1159-1165

[3]Butt M S，Tahir-Nadeem M，Khan M K I，et al.Oat：unique among the cereals[J].European Journal of Nutrition，2008，47(2)：68-79

[4]Anjum F M，Walker C E.A review on the significance of starch and protein to wheat kernel hardness[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，1991，56(1)：1-13

[5]張鋒偉，趙春花，郭維俊，等.基于壓痕加載曲線的谷物籽粒硬度性能測定技術[J].農業機械學報，2010，41(4)：128-133 Zhang Fengwei，Zhao Chunhua，Guo Weijun，et al.Testing of grain hardness based on indentation loading curve[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2010，41(4)：128-133

[6]Tran T L，Deman J M，Rasper V F.Measurement of corn kernel hardness[J].Canadian Institute of Food Science and Technology Journal，1981，14(1)：42-48

[7]Miller B S，Afework S，Pomeram Z Y，et al.Measuring the hardness of wheat[J].Cereal Foods World，1982，27(2)：61-64

[8]胡新中，魏益民，張國權，等.陜西關中小麥品種籽粒硬度及測定方法研究[J].麥類作物學報，2001，21(4)：22-25 Hu Xinzhong，Wei Yimin，Zhang Guoquan，et al.Study on the hardness testing methods and hardness of wheat kernel cultivated in guanzhong Shaanxi Province[J].Journal of Triticeae Crops，2001，21(4)：22-25

[9]孫輝，吳存榮，楊中建，等.我國小麥硬度質量狀況和硬度分類的研究[J].中國糧油學報，2008，23(3)：38-42 Sun Hui，Wu Cunrong，Yang Zhongjian，et al.Cuwent hardness situation and classification of Chinese wheat[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，2008，23(3)：38-42[10]Fox G P，Osborne B，Bowman J，et al.Measurement of genetic and environmental variation in barley(Hordeumvulgare)grain hardness[J].Journal of Cereal Science，2007，46(1)：82-92

[11]Fox N，Manley M.Hardness methods for testing maize kernels[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2009，57(13)：5647-5657

[12]Swanston J S，Smith P L，Agu R C，et al.Variation，across environments within the UK，in grain protein and grain hardness，in wheat varieties of differing distilling quality[J].Field Crops Research，2012，127(1)：146-152

[13]牛娟科.普通小麥硬度與主要性狀的相關性[J].河南農業，2014，4：46 Niu Juanke.Correlation of hardness and main characters on common wheat[J].Agriculture of Henan，2014，4：46

[14]任長忠，胡躍高.中國燕麥學[M].北京：中國農業出版社，2013 Ren Changzhong，Hu Yuegao.Chinese oats[M].Beijing：China Agriculture Press，2013

[15]王燕.燕麥品種品質分析及油脂、多酚性質研究[D].北京：中國農業科學院，2012 Wang Yan.Study on the grain qualities and oil，polyphenols properties among oat varieties[D].Beijing：Chinese Academy of Agricultural Sciences，2012

[16]Zhu Kerui. A method for evaluating hunter whiteness of mixedpowders[J].Advanced Powder Technology，2009，20：123-126

[17]譚彩霞，封超年，郭文善，等.不同品種小麥粉黏度特性及破損淀粉含量的差異[J].中國糧油學報，2011，26(6)：4-7，12 Tan Caixia，Feng Chaonian，Guo Wenshan，et al.Difference of starch viscosity characteristic and damaged starch content among different wheat cultivars[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，2011，26(6)：4-7，12

[18]Hoover R，Smith C，Zhou Y，et al.Physicochemical properties of Canadian oat starches[J].Carbohydrate Polymers，2003，52：253-261

[19]鄭建梅，曹瑩莉，胡新中，等.不同地區不同裸燕麥品種淀粉品質分析[J].麥類作物學報，2012，32(1)：74-78 Zheng Jianmei，Cao Yingli，Hu Xinzhong，et al.Starch quality analysis of different naked oat cultivars from different regions[J].Journal of Triticeae Crops，2012，32(1)：74-78

[20]趙新，王步軍.不同硬度小麥品質差異的分析[J].麥類作物學報，2009，29(2)：246-251 Zhao Xin，Wang Bujun.Wheat quality trait discrepancy among wheats of different hardness[J].Journal of Triticeae Crops，2009，29(2)：246-251

[21]Stenvert N L，Kingswood D K.The influence of the physical structure of the protein matrix on wheat hardness[J].Journal of Science Food Agriculture，1997，28：11-19

[22]Morris C F，Geng H，Beecher B S，et al.A review of the occurrence of Grain softness protein-1 genes in wheat(TriticumaestivumL.)[J].Plant Molecular Biology，2013，83(6)：507-521.

Relationship Research Between Oat Grain Hardness and Quality Characteristics

Li Mengli1Hu Xinzhong2Ren Changzhong3Li Zaigui1(College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University1，Beijing 100083)

(College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University2，Xi′an 710119) (Baicheng Academy of Agricultural Science3，Baicheng 137000)

To find the relationship between grain hardness and quality characteristics，main nutrients(protein，fat，amylose，β-glucan，etc.)and physicochemical properties(whiteness and pasting properties)were investigated from totally 56 oat samples from 5 main producing areas in China.Results showed that grain hardness ranged from 17.29 N to 58.70 N(mean value of 38.32 N)，and was affected by types(hulled or naked)，varieties，producing areas.The results also indicated that grain hardness had a very significant correlation with protein，ash content，color valuea*，peak viscosity，min viscosity while had a significant correlation with color valueL*，decline value and gelatinization time.

oat，grain hardness，nutrients，physicochemical property，correlation

現代農業產業技術體系資助項目(CARS-08-D-3)

2015-11-24

李夢黎，女，1993年出生，碩士，食品工程

李再貴，男，1964年出生，博士，教授，谷物科學與利用

01.3 文獻識別碼：A

1003-0174(2017)06-0041-06