冬播對谷子品種晉汾107營養及風味的影響

摘 要：【目的】研究播期對谷子品種晉汾107營養及風味的影響，為谷子播種農藝與種質研究及農產品加工提供一定的參考。

【方法】對晉汾107春播谷子和冬播谷子的基礎營養物質的檢測及脂肪酸的營養分析評價，并采用氣相色譜-離子遷移色譜（GC-IMS）技術分別測定與分析春播、冬播谷子揮發性成分，根據揮發性成分的指紋圖譜分析不同樣品間的差異。

【結果】春播谷子在蛋白質等基礎營養物質含量均高于冬播谷子，冬播谷子則在部分維生素及類胡蘿卜素含量上高于春播谷子，同時含有的脂肪酸更營養健康。共檢出晉汾107春播與冬播中揮發性差異物質共有68種，其中冬播中的風味物質種類更為豐富，而醛類物質含量最為豐富，還含有多種醇、酮、酯及雜環類化合物等。

【結論】播種時間的不同對谷子的營養及風味產生將相應的影響。

關鍵詞：谷子；冬播；脂肪酸；風味分析；GC-IMS

中圖分類號：S515"" 文獻標志碼：A"" 文章編號：1001-4330（2024）12-2913-08

0 引 言

【研究意義】谷子屬禾本科植物，抗旱、耐貧瘠，營養物質種類齊全且豐富，是我國主要雜糧作物之一^［1］。隨著經濟的發展，對優質小米的需求量更是逐年遞增。我國的谷子種植區域，主要在長城沿線冷涼半干旱區，但是由于該區域無霜期短和春季干旱少雨等氣候原因，優質谷子的按時播種與收獲存在困難，地膜覆蓋穴播技術為谷子的冬播提供了可能性^［2］。【前人研究進展】通過近年來的技術推廣與示范種植，谷子產業穩定發展，保證春播谷子正常收獲的同時，冬播谷子可以提早成熟并增加產量。且晉汾107是優質新品種谷子，親本為晉谷21號和衡谷9號，遺傳了營養豐富、口感好和矮稈早熟的特性^［3］。【本研究切入點】

相較于傳統優質品種晉谷21號，晉汾107更具抗病蟲害的特性，目前對于該新品種谷子的研究還相對較少。尤其是對冬播谷子的農藝方面研究頗多，但對其成熟后的營養及風味方面研究較少，需研究谷子品種晉汾107春播和冬播對其營養及風味的影響。

【擬解決的關鍵問題】

以優質新品種晉汾107谷子為例，研究冬播對谷子營養、脂肪酸營養及風味方面的影響，對比分析春播谷子在基礎營養物質、脂肪酸含量及營養評價和風味分析方面的差異，為谷子產業在之后育種、播種、收獲加工及消費全產業鏈的應用推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

冬播、春播谷子品種晉汾107，均由山西農業大學經濟作物研究所提供（收獲于2022年來自山陰縣的同一塊試驗田） ; 無水乙醇、NaNO2、NaOH、（NH4）2 SO4、丙酮等，均為國產分析純。

SB-30碾米機（山東三高機械有限公司）；DFY500高速多功能磨粉機（溫州頂歷醫療器械有限公司）；WB-6S數顯恒溫水浴鍋（浙江群安實驗儀器有限公司）；VELP UDK 159 自動凱氏定氮儀、VELP SER 148 索式提取器（意大利維爾普公司）；QP2010UItra氣相色譜-質譜聯用儀、LC-20A 高效液相色譜儀（日本島津公司）；SP756 紫外分光光度計（上海光譜儀器有限公司）；FlavourSpec氣相離子遷移譜（德國G.A.S.公司）；CTC-PAL 3 靜態頂空自動進樣裝置（瑞士CTC Analytics AG 公司）；VOCal 數據處理軟件（0.4.03）（德國G.A.S.公司）。

1.2 方 法

1.2.1 營養物質測定

谷子中基礎營養物質含量的測定參照《食品安全國家標準》GB 5009.5-2016、GB 5009.6-2016、GB 5009.3-2016等測定蛋白質、脂肪、碳水化合物等營養成分，重復5次取平均值。

1.2.2 脂肪酸測定

谷子中脂肪酸含量的測定參照GB 5009.168-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪酸的測定》，采用第一法進行脂肪酸的測定，重復5次取平均值。

1.2.3 脂肪酸營養評價

計算谷子脂肪酸中多不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸比值（Polyunsaturated fatty acid/Saturated fatty acid ratio，PUFA/SFA）、單不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸比值（Monounsated fatty acid /Saturated fatty acid ratio，MUFA/SFA）、致動脈粥樣硬化指數（Index of atherogenicity，IA）以及血栓形成指數（Index of thrombogenicity，IT），通過這些指標來評估谷子脂肪酸的作用^［4］。

PUFASFA=PUFASFA.（1）

MUFASFA=MUFASFA.（2）

IA=［C12：0+（4×C14：0）+C16：0］UFA.（3）

（C14：0+C16：0+C18：0）［（0.5×MUFA）+（0.5×n-6PUFA）+（3×n-3PUFA）+（n-3n-6）］·（4）

1.2.4 風味物質測定

樣品處理：準確稱取樣品5 g置于20 mL頂空瓶中，80℃孵育20 min后進樣，每個樣品測定3組平行。頂空進樣條件：孵化溫度：80℃；孵化時間：20 min；進樣體積：500 μL；不分流進樣；孵化轉速：500 r/min；進樣針溫度：85℃。GC條件：色譜柱溫度：60℃；載氣：高純氮氣（純度≥ 99.999%）；程序升壓：初始流量 2.0 mL/min保持 2 min，在 8 min 內線性增至 10.0 mL/min，在 10 min 內線性增至 100.0 mL/min，保持20 min。色譜運行時間：40 min；進樣口溫度：80℃。IMS條件：電離源：氚源（3H）；遷移管長度：53 mm；電場強度：500 V/cm；遷移管溫度：45℃；漂移氣：高純氮氣（純度≥ 99.999%）；流速：150 mL/min；正離子模式。

1.3 數據處理

IBM SPSS Statitics 26、Excel2016、VOCal軟件內置的GC保留指數 （NIST 2020）數據庫和IMS遷移時間數據庫檢索和比對，對目標物進行定性分析。LAV（Laboratory Analytical Viewer）和插件 Reporter、Gallery Plot 進行圖譜分析。

2 結果與分析

2.1 營養物質含量比較

研究表明，晉汾107春播與冬播谷子在必需營養素水、蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素、礦物質和膳食纖維的含量方面存在著一定差異，晉汾107春播谷子中的粗蛋白質、粗脂肪、碳水化合物、淀粉含量均高于冬播谷子，從數值上看含量較多但其兩者差異并不明顯。

而晉汾107冬播谷子在一些維生素含量上高于春播谷子，晉汾107春播谷子與冬播谷子葉酸含量差異較大，冬播谷子中葉酸含量可達76.94 μg/100g，而春播谷子只有61.94 μg/100g。谷子中類胡蘿卜素含量豐富，晉汾107春播谷子中的β-胡蘿卜素含量為71.78 μg/100g，冬播谷子中含量則為78.33 μg/100g，晉汾107春播谷子中的葉黃素含量為1.82 mg/100g，冬播谷子中含量則為1.88 mg/100g。谷物類胡蘿卜素含量與谷物蒸煮食用品質存在一定的相關性，晉汾107冬播谷子的食用品質及口感要稍高于春播谷子。表1

2.2 脂肪酸含量比較

研究表明，在晉汾107春播谷子中檢出的脂肪酸有12種，共464.90 mg/100g，其中SFA有8種，MUFA有2種，PUFA有2種，亞油酸含量最高，為304.11 mg/100g；而在冬播谷子中檢出的脂肪酸有11種，共450.37 mg/100g，其中SFA有7種，MUFA有2種，PUFA有2種，也是亞油酸含量最高為295.23 mg/100g。肉豆蔻酸（C14：0）是在春播谷子中檢出而冬播谷子中未檢出。表2

2.3 脂肪酸營養評價

研究表明，晉汾107冬播谷子的PUFA/SFA值及MUFA/SFA值更高，分別為4.642和1.09。晉汾107冬播谷子的IA值和IT值更低分別為0.142和0.157，脂肪酸更健康。表3

2.4 風味物質的測定比較

2.4.1 揮發性成分譜圖對比

研究表明，不同樣品中的揮發性有機物存在一定差異。選取1JF107-SM樣品的譜圖作為參比，其它樣品的譜圖扣減參比，然后得到不同樣品的差異對比圖，如果目標樣品和參比中的揮發性有機物含量一樣，則扣減后的背景為白色，紅色代表該物質的濃度在目標樣品中高于參比，而藍色代表該物質的濃度在目標樣品中低于參比。有明顯的紅色區域與藍色區域，還有黃色與變透明部分，2種樣品中存在相同的揮發性物質在扣減參比后不見，也有非常明顯的差異物質存在，通過這些圖片不能對揮發性物質定性（顏色差異和突起面積表示不同樣品中揮發性有機物的差異，橫坐標表示相對遷移時間，縱坐標表示氣相色譜的保留時間，橫坐標1.0處紅色豎線為RIP峰（反應離子峰），RIP峰兩側的每一個點代表一種揮發性有機物。不同顏色表示不同物質的峰強度，從藍色到紅色，顏色越深則峰強度越大）。圖1～3

2.4.2 揮發性成分的GC-IMS定性

研究表明，晉汾107春播與冬播谷子揮發性成分共檢出差異物質單體及其二聚體共68種。行表示一個樣品中選取的全部信號峰，列表示同一揮發性物質在春播谷子與冬播谷子樣品中的信號峰，含量較少用藍色表示，含量較多用紅色表示，每種樣品的完整揮發性有機物信息以及樣品之間揮發性有機物的差異。表4

晉汾107春播谷子中2-丙醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、環戊酮、1-羥基-2-丙酮、4-甲基-2-戊酮、3-甲基-2-丁烯醛、2-丁酮、3-甲基丁酸甲酯、乙酸甲酯、鄰二甲苯等物質的含量較高；而晉汾107冬播谷子中E-2-壬烯醛、E-2-辛烯醛、E-2-庚烯醛、E-2-己烯醛、E-2-丁烯醛、2-丙烯醛、3-甲基丁醛、丁醛、2-甲基丙醛、丙醛、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丙醇、2-庚酮、1-戊烯-3-酮、乙偶姻、戊酸乙酯、2-戊基呋喃、對二甲苯等物質的含量較高；其余物質在兩個樣品中的含量相近。圖4

3 討 論

類胡蘿卜素在調節細胞分化、細胞周期和凋亡、抗腫瘤、調節免疫系統等方面發揮作用^［5］，有研究發現，類胡蘿卜素含量與全麥粉黃度，呈極顯著型正相關^［6］。楊成元等^［7］的研究表明，小米色度越黃其適口性、滋氣味越好。脂肪酸分布在細胞中，在人體代謝、健康和疾病中發揮著至關重要的作用，已有大量研究表明，脂肪酸與心血管疾病、神經系統疾病、非酒精性脂肪肝、過敏性疾病等有關，參與了代謝途徑^［8-9］。研究表示C12：0、C14：0和C16：0是有利于脂質粘附到循環和免疫系統的細胞上，一般被認為是會產生促動脈粥樣硬化等不利影響的^［10］。PUFA/SFA值是一個通常用于評估飲食對心血管健康影響的指數，是衡量食物營養價值的重要指標，計算原理是假設飲食中的所有PUFA均可以降低低密度脂蛋白膽固醇和血清膽固醇水平，而所有SFA均有助于血清膽固醇水平的升高^［11］。因此，該比值越高，效果就越積極，同樣有研究表明，較高的MUFA/SFA值，說明脂肪酸營養更健康均衡^［12］。動脈粥樣硬化指數（IA）和血栓形成指數（IT）是由Ulbritcht和Southgate于1991年開發，用于表示脂肪酸的動脈粥樣硬化和血栓形成潛能，目前已被廣泛用于評估魚類、藻類、谷物、肉類、乳制品等，其數值越低越健康，說明食物的營養價值越高^［4］。

研究表明，醛類物質對谷物類整體揮發性物質貢獻率最高^［13］，醛類物質通常是由不飽和脂肪酸氧化產生，閾值低且具有水果、堅果及植物香氣，對稻米及谷物的風味有重要影響，冬播谷子中含有10種不同的醛類物質，香氣豐富，如E-2-辛烯醛具有青草香、堅果香及脂香，E-2-庚烯醛具有脂肪香、果香，E-2-己烯醛具有草木香、蘋果香，3-甲基丁醛具有堅果及麥芽風味等^{［14，15］}。酮類物質通常是由脂肪氧化及美拉德反應而形成，具有一定的香味，春播谷子中1-羥基-2-丙酮、環戊酮、4-甲基-2-戊酮、2-丁酮這四種酮類物質含量較高，1-羥基-2-丙酮具有堅果香及苦味，環戊酮具有薄荷香氣，2-丁酮具有果香、黃油香氣及青草香^［16］；冬播谷子中2-庚酮和1-戊烯-3-酮含量較高，2-庚酮具有梨子香氣，而1-戊烯-3-酮則具有一定的刺激性。醇類主要是由脂肪酸的二級過氧化氫物分解產生，賦予了稻谷花香、草本以及甜味^［17］，春播谷子中3-甲基-3-丁烯-1-醇及2-丙醇含量較高，其中3-甲基-3-丁烯-1-醇具有果香，2-丙醇具有花卉香；冬播谷子中含有3-甲基-1-丁醇具有甜味、杏仁香和果香、2-甲基-2-丙醇具有酒香氣及花卉香。酯類的形成主要是通過有機酸和醇的酯化反應，通常具有水果香氣，對小米粥的呈味也有重要作用，春播谷子中3-甲基丁酸甲酯、乙酸甲酯含量較高，3-甲基丁酸甲酯和乙酸甲酯都具果香味^{［18，19］}；冬播谷子中戊酸乙酯含量較高，乙酸乙酯也具有果香，還可能與醛類物質產生及脂肪酸代謝有一定關聯。冬播谷子中2-戊基呋喃及對二甲苯含量較高，2-戊基呋喃是亞油酸氧化產物，在低濃度下具有堅果香氣且有青草香及果香，是大米中的重要氣味物質^{［20，21］}。播種時間的差異會對谷子風味產生一定的差異，冬播谷子在食用時以小米粥為例，風味較春播谷子更豐富。

4 結 論

播種時間不同，谷子營養物質含量、脂肪酸營養組成以及風味存在差別。首先是營養物質，對于蛋白質、脂肪、碳水化合物、水分、淀粉等基礎營養物質，均是晉汾107春播谷子中的含量更高，但其相差并不大，而對于部分維生素及類胡蘿卜素則是晉汾107冬播谷子中的含量更高，谷子色澤和口感更好，且通過分析冬播谷子脂肪酸具有較高的PUFA/SFA值和MUFA/SFA值，及較低的IA和IT值，脂肪酸的組成與營養價值更優。其次，檢出的晉汾107春播谷子與冬播谷子具揮發性的差異物質有68種，醛類物質在谷物糧食類的風味起到至關重要的作用，晉汾107冬播谷子中含量豐富的醛類物質有10種之多，同時冬播谷子與春播谷子中均含有豐富多樣的的揮發性物質，包括醇類、酮類、酯類及雜環物質等，進而影響谷子的食用品質。播種時間在谷子的營養和風味上均會產生一定影響，冬播谷子通過提前播種加覆膜技術，從而提高產量、及早上市，獲得更好的效益，其脂肪酸組成更營養健康，風味物質含量及種類更加豐富，商品性、適口性和綜合性狀更好。

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Effects of winter sowing on the nutrition and flavor of Jinfen 107 millet

YU Xinyu^1，2， YU Jing^1，2， FENG Naihong^1，2， YUE Zhongxiao2， HOU Donghui2， YANG Chengyuan^2，3

（1." College of Food Science and Engineering， Shanxi Agricultural University， Taigu Shanxi 030801， China;2. Institute of Economic Crops， Shanxi Agricultural University， Fenyang Shanxi 032200， China;3. Shanxi Weitong Permeable Membrane Biotechnology Co.， Ltd.， Fenyang Shanxi 032200， China）

Abstract：【Objective】 To study and clarify the effect of sowing time on the nutrition and flavor of Jinfen 107 millet.The finding of which might provide a certain reference for future sowing agronomy and germplasm work， agricultural product processing and consumption selection.

【Methods】 The basic nutrients of spring sown foxtail millet and winter sown foxtail millet were detected and the nutritional analysis and evaluation of fatty acids were carried out.Gas chromatography-ion migration chromatography （GC-IMS） technology was used to determine and analyze the volatile components of spring sown and winter sown foxtailmillet， and the differences between different products were explored based on the fingerprint of volatile components.

【Results】 Spring sown foxtail millet had a higher content of basic nutrients such as protein than winter sown foxtail millet， while winter sown foxtail millet had a higher content of some vitamins and carotenoids than spring sown foxtail millet， and it also contained more nutritious and healthy fatty acids.Through GC-IMS technology， a total of 68 volatile differential substances were detected in spring and winter sown foxtail millet from Jinfen 107.Among them， winter sown foxtail millet had a richer variety of flavor substances， with the highest content of aldehydes， as well as various alcohols， ketones， esters， and heterocyclic compounds.

【Conclusion】 Different sowing times can indeed have a corresponding impact on the nutrition and flavor of foxtail millet.

Key words：millet; winter sowing; fatty acids; flavor analysis; GC-IMS

Fund projects：Project of China Agriculture Research System of MOF and MARA（CARS-06-14.5-B9）；National Key R amp; D Program Project （2023YFD1600703）；Project of Agricultural Industrial Technology System of Shanxi Province（GZTX202220）；Key R amp; D Program Project of Shanxi Province（202102140601011-3）；Shanxi Provincial Key Laboratory of Mixed Grain Germplasm Innovation and Molecular Breeding， Shanxi Agricultural University（202105D121010）；Biological Breeding Project of Shanxi Agricultural University（YZGC053）

Correspondence author：FENG Nainong（1973-），female，from Fenyang，Shanxi，researcher，research direction：processing of agricultural products，（E-mail）fnaihong@126.com

基金項目：財政部和農業農村部國家現代農業產業技術體系（CARS-06-14.5-B9）；國家重點研發計劃項目（2023YFD1600703）；山西省現代農業產業技術體系（GZTX202220）；山西省重點研發計劃項目（202102140601011-3）；山西農業大學雜糧種質創新與分子育種山西省重點實驗室（202105D121010）；山西農業大學生物育種工程項目（YZGC053）

作者簡介：于欣宇（1999- ），女，山東煙臺人，碩士研究生，研究方向為食品加工與安全，（E-mail）yuxinyu0909@163.com通訊作者：

馮耐紅（1973- ），女，山西汾陽人，研究員，碩士，研究方向為農產品加工，（E-mail）fnaihong@126.com