黍稷籽粒含油量及脂肪酸组成分析

金 灿，李克虎，Harold Corke，李海权✉

（1.上海交通大学 农业与生物学院 食品科学与工程系，上海200240；2.河北省农林科学院 谷子研究所，河北 石家庄 050035；3.贵州大学 生命科学学院 生物技术系，贵州 贵阳 550025）

黍稷（Panicum miliaceum L.）属于禾本科植物，是一种广泛种植的谷类作物，被认为是人类历史上最早的种植谷物之一[1]。它是一种环境友好作物，在贫瘠、干旱和高温环境下仍然可以生长[2]。黍稷种植过程中不需要使用化肥和农药，种子的生长成熟周期很短。因此，黍稷能够在其他粮食作物可能欠收的地区生长生产[3]，所以它是重要的战略储备作物。

目前已发表有关黍稷的研究主要集中在其营养成分和抗氧化性方面。Yu Wen等研究了不同地理来源的黍稷所含淀粉特性的相关性，发现黍稷淀粉的理化性质受基因型和环境因素的影响[4]。Akharume等测定了籽粒蛋白质组分的物理化学和功能特性，并讨论了蛋白质结构与功能关系[5]。Shen等比较了9个来自中国的黍稷品种之间的化学成分、抗氧化和抗细菌增殖活性[6]。然而，目前国内外对以黍稷为主要原料的食品开发还不够充分，作为一种新的商业用油类别，谷物油由于其独特的健康效益而引起消费者的兴趣[7-9]。有研究表明，黍稷籽粒有生产食用油或生物柴油的开发前景[10]。由于目前国内外有关黍稷油的资料有限，还需要进行基础性和系统性的研究，以便更好地了解这种油的质量和潜在用途。类似研究已经在主要谷类作物（玉米和水稻）上开展，甚至许多小杂粮作物也有了一定研究。Mehmood等为了研究新型食用油来源，测定了10个高粱品种的油脂含量和脂肪酸组成[11]。在燕麦中，Banas研究了不同品种和不同种子发育阶段籽粒中的含油量和脂肪酸分布[12]。在谷子中，粗脂肪含量、脂肪酸组成及其相关性已经得到了很好的研究[13-14]。

谷物的含油量决定了其油脂产品开发的潜力，脂肪酸组成决定着油脂的理化性质、营养功能及开发前景。目前，脂肪酸组成在黍稷品种间的差异，各脂肪酸的相关性，均鲜有报道。因此，本研究以来自不同产地的 18个黍稷品种为研究对象，测定籽粒含油量及脂肪酸组成，分析油分性状的相关性及品种间的差异，旨在为黍稷油脂的开发利用以及定向育种提供一定的科学指导。

1 材料和方法

1.1 材料和仪器

实验材料：18个来自不同地区的黍稷原料，产地和品种名如表1所列。

实验仪器：JLG-ⅡA砻谷机：中储粮成都储藏研究院有限公司；HC-700Y高速粉碎机：永康市天祺盛世工贸有限公司；SZC-101脂肪测定仪：上海纤检仪器有限公司；DHG-9030A电热鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；LE204E/02电子天平：梅特勒-托利多仪器上海有限公司；7890B-5975B 气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）：美国安捷伦公司。

1.2 石油醚提取黍稷油工艺

将黍稷籽粒用砻谷机脱去外壳，烘干至恒重后，用高速粉碎机将其打碎成粉末状备用。然后用索氏提取法提取黍稷油：用滤纸准确称取 2 g（精确到0.001 g）黍稷粉，包裹后放入滤纸筒，放入索氏提取仪并打开循环冷凝水，每个样品杯中加入一定比例的石油醚，打开脂肪提取仪进行四个阶段的温度和时间设置：（1）浸泡：55 ℃，30 min；（2）淋洗：80 ℃，30 min；（3）回收：95 ℃，15 min；（4）蒸干：110 ℃，10 min。然后取出样品杯进行称重，计算黍稷油的得率。重复三次实验，选取得率的平均值。

式中：M1为提取后样品杯与油的质量（g）；M0为提取前空的样品杯的质量（g）；M为样品黍稷粉末的质量（g）。

1.3 样品检测脂肪酸前处理

在进行 GC-MS分析前要进行脂肪酸的甲酯化。精确称量50 mg经上述方法得到的黍稷油，并将其转移到10 mL反应管中，然后，添加2 mL正己烷和2 mL甲醇氢氧化钠溶液（0.4 mol/L）。盖紧管盖后，在旋涡混合器上将其振荡混合30 s。将盛有样品的管子放入70 ℃的水浴中10 min，然后取出并使其冷却至室温。加入饱和NaCl溶液至总体积达到10 mL，将混合物摇匀后分层，收集上清液，经微滤后转移至色谱瓶待用。

1.4 样品检测GC-MS条件

气相色谱条件：色谱柱：DB-wax（30 m×0.25 mm×0.25 µm）；升温程序：初始柱 GC-MS温为70 ℃，持续5 min，随后以4 ℃/min的速率升高至 200 ℃，以 2 ℃/min的速率升至240 ℃，温度保持在240 ℃下10 min；进样温度：260 ℃；进样量：1.00；分流比：不分流；载气：氦气（99.999%）；流速：1 mL/min。

质谱条件：电离方式：EI+，70 ev；扫描方式：全扫描；选择离子监测：74 m/z；质量扫描范围30～500 amu；离子源温度：230 ℃；四级杆温度：150 ℃。

1.5 脂肪酸含量分析

为了确保鉴定的准确性，将主要成分与Supelco 37个组分脂肪酸甲酯（FAME）混合物标准品（CRM47885，Sigma-Aldrich，St.Louis，MO）进行比较。将标准品用正己烷逐级稀释至原浓度的 1/2、1/4、1/8、1/16，得到一系列不同浓度的标准品。标准品在1.4条件下进行GC-MS分析后建立标准曲线。利用 NIST谱库，并对比标准品中的脂肪酸出峰时间鉴定脂肪酸，根据峰面积，利用标准曲线计算脂肪酸含量。

1.6 统计分析

所有样品分析重复两次，数据使用 SPSS Statistics 19.0（IBM，Armonk，NY）进行处理。方差分析和 Duncan多重极差检验差异显著性（P＜0.05）。采用Pearson相关性分析和主成分分析法对油脂性状相关性进行分析。采用 Ward方法对18份不同地区的黍稷种质进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 黍稷含油量

表1列出了18个黍稷种质的籽粒含油量。含油量在2.54%～4.00%之间，平均3.71%（表2）。其中红糜子（内蒙古）含油量最低，小黑黍（山西）含油量最高（表1）。Osman等对五个大麦品种、六个高粱品种进行含油量的研究，得出大麦籽粒的含油量在 1.90%～2.87%之间，高粱种子的含油量在 3.95%～5.63%[15]。Vázquez等对 6个不同基因型的玉米进行研究，得出玉米种子的油的含量在 4.2%～6.8%之间[16]，Zhang等在研究了 7个品种的小米含油量后得出其粗脂肪含量在3.38%～6.49%之间[14]。Kitta等对9个品种的粳稻进行研究，发现粳稻的含油量在 2.76%～3.91%之间[17]。在对4 000多份燕麦材料研究后统计发现燕麦的含油量从 3.1%到 11.6%不等，平均为7.0%[18]。总体来说，与其他谷类作物相比，黍稷的含油量通常高于大麦，低于玉米和燕麦，与水稻和谷子相似。

表1 本研究中使用的18个样品的品种名、产地和含油量Table 1 Common name,geographical origin and oil content of 18 samples used in this study

2.2 脂肪酸组成

表2列出了18个黍稷品种的脂肪酸组成。共检测到 10种主要脂肪酸：棕榈酸（16:0）、棕榈油酸（16:1n9）、硬脂酸（18:0）、油酸（18:1n9）、亚油酸（18:2n6）、亚麻酸（18:3n6）、花生烯酸（20:1n11）、二十二烷酸（22:0）和二十四烷酸（24:0），如图 1。其中亚油酸（18:2n6）、油酸（18:1n9）和棕榈酸（16:0）是黍稷油中含量最高的三种脂肪酸。这三种脂肪酸的范围分别为0.075～5.19、0.150～3.02 和 0.897～1.81（g/100 g），平均值分别为1.61、1.18和1.39（g/100 g）。

黍稷油的脂肪酸组成与其他谷类作物相似。研究发现燕麦中含量最丰富的脂肪酸是亚油酸、油酸和棕榈酸[19]，玉米油中的主要脂肪酸是油酸、亚油酸和棕榈酸，糙米中的主要脂肪酸是棕榈酸、亚油酸和油酸[20]。但是与其他谷类品种相比，黍稷油中不饱和脂肪酸（UFA）的比例更高。

在18个样品中，不饱和脂肪酸（UFA）的含量在 82.1%～94.7%之间。饱和脂肪酸，包括硬脂酸、花生烯酸、二十二烷酸和二十四烷酸含量相对较低。在不饱和脂肪酸中，单不饱和脂肪酸（MUFA）的含量在 42.1%～75.6%之间，多不饱和脂肪酸（PUFA）的含量在10.5%～52.4%之间。其中不饱和脂肪酸（UFA）的含量以密穗红（宁夏）最高，红糜子（内蒙古）最低。UFA是必需的脂肪酸，必须通过饮食摄入[21]。缺乏必需脂肪酸会导致一系列疾病，据报道，UFA对人体健康有许多益处。例如，亚油酸在细胞生理学、免疫和生殖方面发挥着重要作用[22]。多不饱和脂肪酸可以降低冠心病、老年痴呆症、精神分裂症和代谢综合征的风险[23]。从本研究的数据来看，黍稷油中含有丰富的不饱和脂肪酸，表明食用黍稷油对人体健康有益。

如表3所示，每种脂肪酸在不同品种间差异显著。亚油酸含量以青海白圪塔糜最高，白稷子（江苏）最低。油酸含量以白圪塔糜（青海）最高，青陇黄黍（河北）最低。棕榈酸含量以红糜（陕西）最高，白稷子（江苏）最低。本研究所揭示的黍稷脂肪酸浓度的广泛变化，表明后续可以利用分子生物学的方法来阐明黍稷脂肪酸生物合成途径。

表3 18个基因型黍稷的脂肪酸组成统计分析Table 3 Descriptive statistics of oil traits in 18 proso millet genotypes

2.3 脂肪酸相关性分析

如表4的相关分析表明，不同脂肪酸之间存在显著的相互关系。在三种主要脂肪酸中，油酸与亚油酸（r=0.886，P＜0.000 1）和二十二烷酸的含量（r=0.764，P＜0.001）呈显著相关。亚油酸与亚麻酸（r=0.771，P＜0.001）和二十二烷酸含量（r=0.904，P＜0.000 1）呈正相关。先前的研究也报道了燕麦、大米和谷子油中的亚油酸与亚麻酸含量显著相关[24]。

表4 18个基因型黍稷的脂肪酸组成的相关分析Table 4 Correlation analysis of oil traits in 18 proso millet genotypes

对于其他脂肪酸，棕榈油酸与亚麻酸（r=0.817，P＜0.000 1）和花生烯酸的含量（r=0.817，P＜0.000 1）呈正相关。硬脂酸与油酸（r=0.889，P＜0.000 1）、亚油酸（r=0.791，P＜0.000 1）和二十二烷酸的含量呈正相关（r=0.784，P＜0.001）。亚麻酸与二十二烷酸的含量呈正相关（r=0.908，P＜0.001），而与二十四烷酸的含量呈负相关（r=-0.861，P＜0.001）。二十二烷酸与二十四烷酸的含量呈显著负相关（r=-0.861，P＜0.000 1）。

此外，棕榈酸与硬脂酸、亚麻酸、花生酸和二十二烷酸之间的相关性较弱。本研究揭示脂肪酸之间的相互关系对以改善油质为目标的黍稷育种计划具有重要价值，因为根据脂肪酸之间的相关性，提高一种脂肪酸的浓度可能导致另一种脂肪酸浓度的增加或降低。然而，正如淀粉研究中发现的那样，相关性分析的结果可能因不同研究中使用的样本而异[25-26]，因此，本研究中的黍稷油中脂肪酸之间的相关性有待后续研究验证。

2.4 主成分分析（PCA）

本研究利用spss2.0对18个黍稷的10种脂肪酸进行主成分分析，以探讨油脂性状之间的关系。如表 5所示，前两个主成分的累积贡献率达到80.3%，基本包含了所有脂肪酸的信息。如表 6所示，第一主成分包含棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸和二十二碳酸，二十四碳酸。第二主成分包含棕榈油酸、花生酸和花生烯酸，硬脂酸和油酸。

表5 黍稷脂肪酸的主成分分析Table 5 The principal component analysis of the fatty acids in proso millet

表6 黍稷脂肪酸主成分的成分矩阵Table 6 Component matrix of the fatty acids in proso millet

2.5 聚类分析

对原始变量进行标准化处理后，对18个黍稷品种采用系统聚类分析法进行分析。以欧式平方距离作为度量标准，聚类结果如图2所示。

图2 18种黍稷的脂肪酸组成的聚类图Fig.2 Hierarchical clustering of 18 proso millet genotypes based on oil traits

如图2所示，当距离为5时，18个样本可分为四类。蚂蚱眼（辽宁）的棕榈烯酸含量最高，被单独分为一类。黍子（波兰）、红糜子（内蒙古）、青陇黄黍（河北）、白稷子（江苏）、小黑黍（山西）、红鹌鹑尾（黑龙江）、790051（印度）归为Ⅰ类。Ⅱ类包括白软黍（山西）、黄糜子（辽宁）、黄黍子（内蒙古）、红糜（山西）组成。其余5个品种属于Ⅲ类。当距离为10时，分为三类，蚂蚱眼（辽宁）仍然单独一类，每一类都有相似的脂肪酸组成。聚类分析结果表明，18份材料可以通过脂肪酸组成谱进行区分。

3 结论

本文研究了18个黍稷种质的含油量、脂肪酸组成及其相互关系。总体来说，黍稷籽粒含油量高，不饱和脂肪酸比例高，属于优质食用油。脂肪酸含量在品种间存在显著差异，这表明利用分子生物学方法在黍稷中鉴定脂肪酸生物合成相关基因型具有良好的研究前景。综上所述，对于后续研究，在探索黍稷在食用油开发中的潜在用途以及研究黍稷油脂性状的遗传基础，本研究将提供一定的数据支撑。