黑、白芝麻营养成分及品质的差异分析

贾 斌，王 允，尹海燕，尚 兵，潘向磊，王会锋，李淑芳，刘冬梅，魏 红，冯书惠，刘继红

(1.河南省农业科学院 农业质量标准与检测技术研究所，河南 郑州 450002； 2.农业部农产品质量安全风险评估实验室(郑州)，河南 郑州 450002； 3.西华县农业农村局农产品质量安全检测站，河南 西华 466600)

芝麻(SesamumindicumL.)是重要的油料作物之一，在世界各地均有广泛种植。我国是芝麻生产大国，种质资源丰富。芝麻中平均含油量可达55%，位于食用油料作物之首[1]。芝麻富含多种营养物质，具有很高的营养和食用价值。作为一种营养、保健和功能性的食用油，芝麻油因品质高、具有特有的芳香气味和抗氧化剂而深受人们喜爱。

芝麻中主要的不饱和脂肪酸是油酸和亚油酸，占全部脂肪酸的80%[2]。其中，亚油酸可以降低血液胆固醇含量，预防动脉粥样硬化。芝麻木酚素是一种天然的植物活性成分，具有安全无毒、稳定的特性，其中芝麻素和芝麻林素是芝麻中主要的木酚素。这2种成分均有较高的营养和药用价值，如降低胆固醇水平[3]、降低血脂[4-5]、提高抗氧化性能[6]、抗高血压[7]、改善人体肝脏功能[8]等。

近年来，常见的芝麻品质指标报道多是基于含油量、蛋白质含量、木酚素含量等进行分析。梅鸿献等[9]对209份芝麻的含油量、蛋白质含量、芝麻素含量进行相关分析。汪学德等[10]对我国芝麻主产区46份芝麻样品的成分进行相关分析，并分析了芝麻成分与种皮颜色的关系。然而，对于不同种皮颜色芝麻各营养组分含量及其之间的相关性研究还较少，且人们一直以为黑芝麻比白芝麻有更高的营养价值。为研究黑、白种皮芝麻的品质特征，选取我国芝麻主产区317份芝麻种质材料(192份白芝麻，125份黑芝麻)，测定含油量、蛋白质含量、芝麻素含量、芝麻林素含量、脂肪酸组分及含量、氨基酸组分及含量，分析各指标的范围及变异系数，同时分析品质性状指标与种皮颜色的关系以及各组分之间的相关性，为挖掘芝麻种质资源提供理论依据，并为黑、白芝麻的推广和综合加工利用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试317份芝麻种质材料来源于河南、安徽和陕西等省，根据种皮颜色统计，192份为白芝麻，125份为黑芝麻。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 含油量和蛋白质含量 含油量测定参照NY/T 1285—2007，蛋白质含量测定参照GB 5009.5—2016，采用凯氏定氮法测定芝麻中氮的含量，用换算系数计算出蛋白质含量。

1.2.2 脂肪酸提取及组分分析 参照NY/T 3110—2017提取脂肪酸，用Agilent 6890N气相色谱仪进行色谱分析和测定，得到每个脂肪酸的色谱图和相对保留时间。每个脂肪酸的相对含量为其相对应的色谱峰面积与所有脂肪酸色谱峰面积之和的比值。脂肪酸组分相对含量=An/∑An×100%，其中An是第n种脂肪酸组分的峰面积。

1.2.3 芝麻素、芝麻林素提取及分析 芝麻素、芝麻林素提取及含量测定按照NY/T 1595—2008进行。

1.2.4 氨基酸提取及组分分析 参照GB 5009.124—2016进行提取和测定。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2007分析芝麻各个品质指标，采用SPSS 17.0软件进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同芝麻种质材料品质指标的描述性统计分析

由表1可知，317份芝麻种质材料的含油量为43.02%～63.46%，平均为53.21%，其中含油量最高的是河南省驻马店市平舆县栽培的驻芝19号，最低的是安徽省芜湖市南陵县种植的松芝1号。蛋白质含量最高为24.86%，平均为18.85%。芝麻素含量为0.62～6.72 mg/g，平均3.67 mg/g，变异系数为31.73%；芝麻林素含量为0.99～3.78 mg/g，平均为1.89 mg/g，变异系数为24.47%。芝麻素含量以河南省驻马店市平舆县栽培的驻芝19号最高，安徽省宣城市泾县种植的豫芝丰霸最低；芝麻林素含量以河南省驻马店市新蔡县种植的驻芝18号最高，安徽省宣城市泾县种植的豫芝丰霸最低。

表1 317份芝麻种质材料的含油量以及蛋白质、主要脂肪酸、芝麻素、芝麻林素含量的描述性统计Tab.1 Descriptive statistical analysis of oil,protein,main fatty acid,sesamin and sesamin contents in 317 sesame materials

芝麻中的脂肪酸主要由棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和花生酸组成，其中，油酸、亚油酸、棕榈酸含量的变异系数分别为5.72%、5.15%、5.48%，表明不同样品间油酸、亚油酸、棕榈酸含量差异不大；硬脂酸和花生酸含量的变异系数分别为11.27%和11.88%，说明不同种质材料间硬脂酸和花生酸含量存在一定差异。

2.2 黑芝麻和白芝麻的品质指标差异分析

根据种皮颜色，将采集的芝麻样品分为白芝麻和黑芝麻。由表2可知，白芝麻、黑芝麻平均含油量分别为53.48%、50.30%，且白芝麻与黑芝麻含油量存在显著差异。白芝麻和黑芝麻的蛋白质含量也存在显著差异。白芝麻的芝麻素和芝麻林素含量均显著高于黑芝麻，二者芝麻素含量的变异系数分别为27.83%、58.09%，芝麻林素含量的变异系数分别为22.99%、25.77%。黑芝麻中芝麻素和芝麻林素含量的变异系数均高于白芝麻，表明黑芝麻样品中芝麻素和芝麻林素含量变异较大。在不同种皮颜色芝麻中，白芝麻、黑芝麻中芝麻素与芝麻林素含量的比值分别为1.98、1.51。

白芝麻与黑芝麻中棕榈酸和花生酸含量均存在显著差异。白芝麻棕榈酸含量为7.11%～10.10%，平均为8.75%；黑芝麻棕榈酸含量为8.23%～10.30%，平均为8.97%。白芝麻花生酸含量为0.46%～1.02%，平均为0.60%；黑芝麻花生酸含量为0.53%～0.81%，平均为0.63%。黑芝麻与白芝麻中硬脂酸、油酸、亚油酸含量均无显著差异。在芝麻脂肪酸中除花生酸含量外，黑芝麻其他脂肪酸含量的变异系数均小于白芝麻。

表2 黑芝麻与白芝麻含油量以及蛋白质、脂肪酸、芝麻素、芝麻林素含量的差异分析Tab.2 The mean and CV of oil,protein,sesamin,sesamolin and fatty acid composition contents of black and white sesame seeds

注：同行不同小写字母表示黑、白芝麻差异显著(P<0.05)。

Note：Different lowercase letters in the same row indicate significant differences between black and white sesame seeds(P<0.05).

2.3 黑芝麻与白芝麻氨基酸组成的差异分析

黑芝麻与白芝麻中均含有17种常见的氨基酸(表3)，其中包含人体所需的7种必需氨基酸(苏氨酸、 缬氨酸、 蛋氨酸、 异亮氨酸、 亮氨酸、 苯丙氨酸、 赖氨酸)。17种氨基酸中，以精氨酸和谷氨酸含量较高。黑芝麻中异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸含量显著高于白芝麻，苏氨酸和丝氨酸含量显著低于白芝麻，其余11种氨基酸含量差异不显著。

表3 黑芝麻与白芝麻氨基酸含量的差异分析 Tab.3 The mean and CV of amino acid composition content of black and white sesame seeds

注：*表示黑芝麻与白芝麻差异显著(P<0.05)。

Note：* indicates significant difference between black sesame and white sesame(P<0.05).

2.4 芝麻各品质指标的相关性分析

为深入了解不同种皮颜色芝麻中含油量以及蛋白质、芝麻素、芝麻林素、主要脂肪酸及氨基酸含量之间的关系，对各品质指标进行了相关性分析，结果如表4所示，黑芝麻、白芝麻的含油量与芝麻素含量均呈极显著正相关，与花生酸含量均呈极显著负相关；蛋白质含量与棕榈酸、油酸含量呈极显著正相关。芝麻素与芝麻林素呈极显著正相关，表明芝麻素的积累并不与芝麻林素的合成存在竞争。

不同种皮颜色芝麻中芝麻素含量与硬脂酸、亚油酸含量呈显著正相关，与棕榈酸含量呈(极)显著负相关。作为初级饱和脂肪酸，棕榈酸含量与亚油酸含量呈极显著负相关，与油酸、花生酸含量呈显著正相关。硬脂酸含量与亚油酸含量呈(极)显著负相关，与花生酸含量呈(极)显著正相关。油酸含量与亚油酸含量呈极显著负相关。这些脂肪酸的相关性很可能是由于环境和遗传因素的差异，同时也受到生长过程中生物合成的影响。

表4 黑芝麻、白芝麻品质性状间的相关性分析Tab.4 Relationships among oil,protein,sesamin,sesamolin and fatty acid composition contents in black and white sesame seeds

注：上三角为黑芝麻品质性状间的相关系数，下三角为白芝麻品质性状间的相关系数。**、*分别表示相关性达 0.01极显著水平、0.05显著水平，下同。

Note：The upper- and lower-triangles are correlation coefficients among quality indexes of black and white sesame,respectively. **,*denote highly significant correlation at 0.01,0.05 level,respectively，the same below.

种皮颜色与芝麻各种氨基酸含量的相关系数见表 5。由表 5 可知，种皮颜色与芝麻中苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸含量均呈极显著相关，其相关系数分别为0.36、0.64、-0.43；与异亮氨酸、亮氨酸含量呈显著相关，其相关系数均为-0.29。除此之外，与其他氨基酸含量无显著相关性。

表5 芝麻种皮颜色与氨基酸含量的相关性分析Tab.5 Relationships between seed coat color and the content of amino acids

3 结论与讨论

本研究所取的芝麻种质材料主要来源于河南、安徽、陕西。研究发现，芝麻素、芝麻林素含量的变异系数比含油量、蛋白质含量及主要脂肪酸含量的变异系数大，遗传多样性也更丰富。白芝麻含油量显著高于黑芝麻，与前人研究[11]一致。前人对芝麻林素和芝麻素含量的研究已多有报道，唐传核等[12]在研究中发现，芝麻林素和芝麻素含量分别为0.1%～0.3%和0.2%～0.5%。梅鸿献等[9]对我国 209 份芝麻种质进行分析，结果发现，芝麻素含量为1.32～5.00 g/kg。汪学德等[10]对我国芝麻主产区46份样品进行分析发现，芝麻林素和芝麻素含量分别为0.08%～0.26%和0.08%～0.54%。本研究对我国芝麻主产区317份种质材料进行分析，其中芝麻林素和芝麻素含量分别为0.99～3.78 mg/g0.62～6.72 mg/g，且白芝麻的芝麻素和芝麻林素含量均显著高于黑芝麻，这与TASHIRO等[13]、WANG等[14]、金青哲等[15]的报道一致。不同种皮颜色芝麻的芝麻素和芝麻林素含量存在显著差异，表明不同种皮颜色芝麻种质材料在组成成分上有很大的差异。

对芝麻主产区317份芝麻种质材料的品质指标进行相关性分析，结果表明，蛋白质、脂肪酸、芝麻素、芝麻林素含量以及含油量间存在一定的相关性。不同种皮颜色芝麻中芝麻素含量与硬脂酸、亚油酸含量呈显著正相关，与棕榈酸含量呈(极)显著负相关。棕榈酸含量与亚油酸含量呈极显著负相关，与油酸、花生酸含量呈显著正相关。这与UZUN等[16]的报道一致，也与向日葵[17]、大豆[18]、花生[19]、冬油菜[20]等油料作物中的研究结果一致。

梅鸿献等[9]通过对我国芝麻种质资源的蛋白质、芝麻素含量以及含油量进行分析，发现芝麻素含量与含油量呈显著正相关，与蛋白质含量相关性不显著，芝麻素含量比含油量、蛋白质含量的变异范围更大。张秀荣等[21]分别对我国芝麻育成品种及核心种质资源的品质成分进行分析，发现芝麻素含量与芝麻林素含量呈显著正相关。本试验结果显示，芝麻中含油量与芝麻素含量呈极显著正相关，与蛋白质含量呈负相关，与花生酸含量呈极显著负相关。此结果表明，含油量可与芝麻素含量同步提高，蛋白质含量降低有利于含油量的提高。因此，可利用芝麻中含油量与芝麻素含量呈极显著正相关的关系，加大优异新种质的挖掘力度，推动高含油量、高芝麻素和芝麻林素含量芝麻新品种的培育。为进一步研究黑芝麻和白芝麻的营养功能，分析了其氨基酸组成及含量的差异，发现黑芝麻中异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸含量显著高于白芝麻，此分析结果与黄晓荣等[22]的研究结果基本一致，为综合利用黑、白芝麻提供科学依据。

综上所述，通过对317份国内芝麻种质材料的含油量以及蛋白质、脂肪酸、氨基酸、芝麻素、芝麻林素等主要品质成分含量进行分析，结果表明，不同芝麻品种脂肪酸及氨基酸组分含量有很大差异，黑、白芝麻中含油量以及蛋白质、芝麻素、芝麻林素含量均有显著差异，黑、白芝麻中含油量与芝麻素含量呈极显著正相关的关系，据此可实现芝麻高含油量和高芝麻素的同步改良，推动高含油量、高芝麻素含量芝麻新品种的培育。