《Journal of Cereal Science》：Protein, polyamine, phenolic composition and their correlations in Canadian barley grains for different end-use purposes
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本研究针对加拿大不同终端用途（食品、麦芽、通用）大麦基因型在蛋白质、多胺、酚类物质组成上的差异及其内在关联机制不明确的问题，系统分析了25个大麦基因型的上述成分。研究发现，食品大麦的蛋白质、腐胺、亚精胺、精胺及总多胺含量最高，而麦芽和通用大麦则含有更高的结合酚类、阿魏酸(FA)和对香豆酸(CA)。相关性分析揭示了蛋白质、多胺组分与结合酚类、FA及CA之间存在负相关。该研究为大麦按用途选育及功能食品开发提供了重要的组学基础与科学依据。
在追求健康饮食的浪潮中，大麦（Hordeum vulgareL.）正从传统的饲料和酿造原料，转变为备受瞩目的功能性谷物。加拿大作为全球重要的大麦生产国，其大麦主要分为食品、麦芽和通用（主要用作饲料）三大类。每类大麦因其不同的终端用途，育种目标也各有侧重：食品大麦追求高营养价值，麦芽大麦需控制蛋白质以优化酿造性能，而通用大麦则更注重产量和淀粉消化率。尽管蛋白质、多胺和酚类化合物都是影响大麦营养价值和加工性能的关键生物活性成分，但它们在不同用途大麦中的具体组成模式，以及这些成分之间是否存在内在的此消彼长或协同关系，此前缺乏系统的认知。这项发表在《Journal of Cereal Science》上的研究，正是为了破解这一“成分密码”，系统解析了25种加拿大不同用途大麦基因型中这些关键成分的“家底”，并揭示了它们之间错综复杂的关联，为精准育种和高效利用铺平了道路。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了几项关键技术方法。他们从加拿大农业及农业食品部布兰登研发中心获取了2024年收获的、涵盖三种终端用途的25个二棱大麦基因型（包括3个注册品种和22个育种系）样本。在化学成分分析上，他们采用了凯氏定氮法测定粗蛋白含量，利用高效液相色谱法分析游离多胺（腐胺Put、亚精胺Spd、精胺Spm）的组成与含量，并通过碱水解结合高效液相色谱法定量了游离酚类物质及结合酚类物质（以没食子酸当量GAE计），特别关注了其中最丰富的酚酸——阿魏酸和对香豆酸。所有的化学成分含量均以干基表示。最后，研究运用了单因素方差分析、Tukey事后检验以及皮尔逊相关系数分析等统计方法，并结合主成分分析来探索各成分间的多维关系。
3.1. 粗蛋白含量
通过对25个加拿大大麦基因型的分析发现，食品大麦的粗蛋白含量中位数最高，显著高于麦芽和通用大麦。其中，食品大麦品系Line_20的蛋白质含量最高（15.47%），而麦芽大麦品系Line_8的含量最低（10.38%）。这一差异反映了大麦育种目标的导向：食品大麦倾向于选择更高的营养价值（如高蛋白），而麦芽大麦则需要将蛋白质水平控制在一个较窄的范围内以优化制麦性能。
3.2. 多胺组成与含量
分析显示，大麦中的多胺主要由腐胺、亚精胺和精胺构成，其中亚精胺和精胺的浓度显著高于腐胺。研究发现，食品大麦中所有被测多胺（Put、Spd、Spm）及总多胺的含量均显著高于麦芽和通用大麦。例如，食品大麦的腐胺中位含量是麦芽大麦的1.59倍，是通用大麦的1.55倍。这些多胺，尤其是亚精胺和精胺，被认为具有调节脂质代谢、延缓动脉老化等潜在健康益处，凸显了高多胺含量食品大麦作为功能性食品资源的潜力。
3.3. 酚类组成与含量
研究测定了游离酚类物质和结合酚类物质的含量。在大多数基因型中，游离酚类含量高于结合酚类。值得注意的是，结合酚类物质的含量在不同用途大麦中存在显著差异：食品大麦的结合酚类含量最低，仅相当于麦芽大麦的62.56%和通用大麦的62.00%。高效液相色谱分析进一步确认，阿魏酸是最丰富的酚酸，其次是对香豆酸，且它们主要存在于结合态形式中。与多胺结果相反，食品大麦的阿魏酸和对香豆酸含量最低，而麦芽和通用大麦则含有显著更高的水平。这种差异可能与籽粒结构有关：食品大麦通常为裸粒，而麦芽和通用大麦为带壳，酚酸（尤其是结合态）多富集于外壳等外层组织中。较低的细胞壁结合酚酸有助于改善食品大麦的口感和消化率，而较高的结合酚酸则可能对啤酒稳定性和动物饲料具有功能价值。
3.4. 蛋白质、多胺及酚类含量的主成分分析与皮尔逊相关系数
主成分分析显示，前两个主成分解释了总方差的88.3%。在载荷图上，腐胺、亚精胺、精胺、总多胺和蛋白质含量紧密聚集，并沿第一主成分正向分布，表明它们之间存在强正相关。相反，阿魏酸、对香豆酸和结合酚类物质则负向加载于第一主成分，表明它们与蛋白质和多胺呈负相关关系。游离酚类物质与多胺的关联性较弱。
相关性分析进一步量化了这些关系：蛋白质含量与腐胺、亚精胺和总多胺呈高度正相关，与精胺呈中度正相关。各多胺之间也显示出强烈的正相关性。然而，蛋白质含量与结合酚类物质呈显著负相关。多胺（腐胺、亚精胺、精胺、总多胺）与结合酚类物质也呈负相关，但与游离酚类无显著关联。结合酚类物质与阿魏酸、对香豆酸之间存在极高的正相关性，印证了后两者是结合酚类的主要组成部分。
本研究首次系统比较并关联分析了加拿大不同终端用途大麦基因型中蛋白质、多胺和酚类物质的组成特征。结论清晰地表明，食品大麦在蛋白质和多胺（尤其是具有健康益处的亚精胺和精胺）方面具有优势，而麦芽和通用大麦则在结合酚类物质（特别是阿魏酸和对香豆酸）上含量更高。这为按需选育提供了明确的生化指标：若目标为开发高营养价值的功能性食品，应优先选择高蛋白、高多胺的食品大麦基因型；若侧重于酿造或饲料的特定功能（如啤酒风味稳定性），则应关注高结合酚类的麦芽或通用大麦。
更重要的是，研究揭示了这些关键成分之间并非孤立存在，而是存在着显著的代谢权衡关系：蛋白质和多胺的积累呈正相关，但它们与结合酚类物质（及主要酚酸）的积累则呈负相关。这种负相关可能源于蛋白质-酚类相互作用、氮素资源分配的竞争，或者多胺分解代谢产生的过氧化氢对酚类生物合成的信号调控。这些发现深化了我们对大麦籽粒品质形成背后生化网络的理解，表明育种和栽培策略需要综合考虑这些内在的代谢平衡，而非单一追求某个成分的无限提高。最终，这项研究不仅为加拿大大麦的育种家、生产者和加工者提供了宝贵的成分数据库和选择依据，也为全球大麦的品质改良和多元化高值利用提供了重要的科学参考。
