红花籽油中脂肪酸组成评价与分析

梁慧珍，许兰杰，余永亮，谭政委，杨红旗，董 薇，李 磊，李春明，刘新梅，张收良

（河南省农业科学院芝麻研究中心，河南 郑州 450002）

红花（Carthamus tinctoriusL.）是红花属中菊科植物中唯一的栽培植物[1]，栽培和药用的历史可以追溯到汉代[2]。红花既是药用植物，又是油用和工业用植物，全世界每年种植红花约110万 hm2。中国是红花种植大国，年种植面积3～4万 hm2，主要分布在新疆、云南、河南等地[3]。红花的主要药用成分是红花黄色素和红花苷，具有抗炎、镇痛、抗肿瘤等作用，能够增加冠状动脉血流量、抗心肌缺血、抑制血栓形成、降低血脂等，用于治疗高血压、冠心病、血管栓塞、糖尿病等并发症[4-7]。红花籽是红花的种子，红花籽油富含不饱和脂肪酸[8]，在所有已知作物中，亚油酸质量分数最高，达73%～85%，素有“亚油酸之王”的美誉[9-10]。脂肪酸是人类所需的重要营养物质，具有重要的生理功能，不同脂肪酸对人体的作用各异，合理的摄入有利于人体健康[11]。亚油酸是人体必需的脂肪酸[12]，是人体内合成二十碳四烯酸（C20:4）的前体物质，可以改善人体胆固醇的分布[13]，广泛应用于医疗保健等领域。同时，红花籽还具有消肿止痛、活血通经、美容祛斑等功效[14]。品质评价是品种选育的重要环节，是红花种质创新的基础。我国红花种质资源非常丰富，不同产区的红花籽品质差异较大。通过对我国不同产区红花种质籽粒的主要营养成分剖析，采用多成分指标、多重分析方法对红花籽品质特征与营养差异进行综合评价，对红花的综合利用、新品种选育和品质改良具有重要的现实意义。迄今为止，前人对红花籽油的研究多见于检测方法、功能和作用等方面。张丹丹等[15]利用高效液相色谱法和紫外法，建立一种快速检测红花籽中亚油酸和油酸成分含量的方法。马小宁等[16]建立了空气-乙炔火焰原子吸收光谱法测定红花籽及红花籽粕中金属元素的方法；杨晓君等[17]发现红花籽油中的亚油酸和α-亚麻酸对脂代谢紊乱有明显的改善作用；余德林等[18]发现将红花籽油和紫苏籽油按质量比1∶1混合，可以降低高脂血症小鼠的甘油三酯、胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇指标。有关农作物营养质量的综合评价分析主要集中在水稻[19]、党参[20]、金针菇[21]等方面，对于红花籽油主要营养组分特征与综合评价研究尚鲜见报道。本研究选择82 份不同产地的红花籽，运用气相色谱（gas chromatography，GC）法对红花籽油进行脂肪酸及其9 种组分棕榈酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1n9）、油酸（C18:1n12）、亚油酸（C18:2）、亚麻酸（C18:3）、二十碳烷酸（C20:0）、二十碳一烯酸（C20:1）、二十四烷酸（C24:0）进行营养成分含量测定，采用SPSS 20.0软件进行主成分分析（principal component analysis，PCA）和相关性分析，利用隶属函数与因子分析对主要营养组分特征进行综合评价，为红花的综合利用、优异红花种质的筛选、品质改良和新品种选育提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红花籽：82 份样品有河南省农业科学院芝麻研究中心药用植物研究室资源库提供，分别来自河南（29 份）、江苏（10 份）、安徽（9 份）、辽宁（7 份）、云南（5 份）、四川（5 份）、新疆（7 份）、陕西（5 份）、河北（5 份）等不同地区。

无水乙醚、浓硫酸、无水硫酸钠（均为分析纯）天津盛奥化学试剂厂；甲醇、正己烷（均为色谱纯）美国Fisher Scientific公司。

1.2 仪器与设备

6890型GC仪 美国Agilent公司；DHG-9146A电热恒温鼓风干燥箱、DK-S24电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司；AL204电子天平 瑞士Mettler-Toledo公司；GDS-1干燥器（带变色硅胶） 杭州钱江干燥设备有限公司；SOX 402 Micro索氏抽提器 德国Gerhardt公司；Rotavapor R-210旋转蒸发仪 瑞士Büchi公司；NHY6-108801万能粉碎机 北京中西远大科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品前处理

精选每个参试品种红花籽20 g，粉碎后用索氏抽提法制取红花籽油，旋转蒸发仪蒸出溶剂，收集得到红花籽油。

1.3.2 脂肪酸组成测定

参照GB/T 17376—2008《动植物油脂 脂肪酸甲酯制备》以及GB/T 17377—2008《动植物油脂 脂肪酸甲酯的气相色谱分析》分析红花籽油脂肪酸组成。SGE BPX-70色谱柱（30 m×250 μm，0.25 μm）；氮气流量1.0 mL/min；氢气流量30.0 mL/min；空气流量400 mL/min；尾吹气（氮气）流量25.0 mL/min；进样口温度210 ℃；柱温180 ℃；氢火焰离子检测器温度300 ℃。

1.4 数据处理

1.4.1 脂肪酸组分计算

红花籽油脂肪酸组分的绝对量和质量分数按式（1）、（2）计算，在此基础上计算脂肪酸总量（100 mg/g）。在每个取样的时间点上，计算3 次重复的平均值和标准误。

式中：Ai为第i个脂肪酸组分的峰面积；ms为内标的物质量/mg；As为内标的峰面积；m为样品干质量/g；∑A为各峰面积的总和。

1.4.2 统计分析

采用SPSS 20.0软件进行PCA和相关性分析。采用Excel 2018首先进行数据整理，然后进行隶属函数计算。利用隶属函数与因子分析对红花籽主要营养组分特征进行综合评价。隶属函数值按式（3）计算：

式中：Si n为第i指标、第n个样品的原始数据转化后的隶属函数值；Xi n为第i指标、第n个样品原始测定值；Ximin和Ximax分别为第i指标在所有参试材料中的最小值和最大值。

综合评价值按（4）计算：

式中：Pi为第i个公因子的分值；Wi为第i个公因子的方差贡献率；i=1，2，…，n；n为公因子的个数。

2 结果与分析

2.1 红花籽油中主要营养组分分析

表 1 红花籽油品质数据描述统计Table 1 Descriptive statistics of quality indices in safflower oil

续表1

续表1

如表1所示，脂肪酸及9 个组分的变异系数为0.98%～111.99%，变异范围较大，其中，亚油酸C18:2的变异系数最小（0.98%），二十碳烷酸C20:0变异系数最大（111.99%）。供试材料主要营养组分含量各不相同。脂肪酸含量变化区间为22.16～27.23 mg/100 g。其中：有46 份含量超过平均值24.16 mg/100 g，占比56.10%。新疆红花籽油（编号09）脂肪酸含量最高，达到27.23 mg/100 g。参照GB/T 22465—2008《红花籽油》，红花籽脂肪酸以C16:0、C18:0、C18:1、C18:2、C18:3、C20:0、C21:0和C24:0为指标成分，规定标准分别为质量分数5.3%～8.0%、1.9%～2.9%、8.4%～21.3%、67.8%～83.2%、未检出～0.1%、0.2%～0.4%、0.1%～0.3%和未检出～0.2%。所有产地红花籽样品测定结果如下：C18:3和C24:0含量均显著超过标准规定；C18:1和C18:2均达到标准规定；C20:0和C20:1基本满足标准规定；C16:0低于标准规定（新疆红花籽09除外）。在脂肪酸各组分含量中，呈现出亚油酸（C18:2）占比最大，油酸（C18:1n9）次之，其他组分含量占比逐渐降低直至C20:0最小的结果。C18:2组分含量变化区间为78.54%～82.45%。其中，有53 份含量超过平均值80.37%，占比64.63%，河北红花籽油（编号32）最高，达82.45%。该研究结果与吕凯波等[9]红花籽油中亚油酸质量分数高达73%～85%的结论相吻合。C18:1n9组分含量变化区间为9.24%～12.62%。其中，有42 份含量超过平均值11.03%，占比51.22%。综合表现表明，我国各主产区红花籽油在亚油酸、油酸含量均能达到标准规定，品质优良。

2.2 红花籽油中主要营养组分间的相关性分析

表 2 脂肪酸及其组分含量之间的相关性分析Table 2 Correlation analysis between total fatty acid contents and contents of nine fatty acids

表2表明，分析脂肪酸总量与其组分含量之间以及9 种脂肪酸组分含量之间的相关性，发现脂肪酸与C16:0、C18:2呈显著正相关（P＜0.05），与C18:1n12和C18:1n9分别呈极显著（P＜0.01）和显著（P＜0.05）负相关。脂肪酸各组分间大部分都具有显著和极显著相关，其中，C18:2与C18:0呈极显著正相关（P＜0.01），与C18:1n9和C24:0呈极显著负相关（P＜0.01）。由于红花油主要营养组分间存在着相互影响与相互制约的复杂关联关系，需要进一步建立科学的综合评价方法。

2.3 不同产地红花籽油主要营养品质的PCA

表 3 各主要性状主成分的因子载荷和贡献率Table 3 Factor loading matrix and contribution percentages to total variation of principal components

本研究检测了不同产地红花籽油中9 个脂肪酸组分含量，变量间关系比较复杂。通过PCA，排除原始变量众多信息中相互重叠的信息，通过线性组合产生一组新的变量，筛选具有主导作用的独立变量，即一组PC[23]。运用SPSS 20.0软件对所有样品测定结果进行PCA，根据信息损失量低于15%、累计贡献率超过85%的原则，得到各主要性状PC的因子载荷和贡献率，如表3所示。前3 个PC方差贡献率分别为42.721%、30.426%和16.435%，累计贡献率为89.582%，说明这3 个PC能够基本还原色谱信息，因此可以将前3 个定义为PC1、PC2、PC3。表3表明：C18:0和C18:2含量与PC1相关程度较高，荷载较大；C18:1n9和C24:0与PC1负相关程度较高，荷载绝对值较大。C18:3含量与PC2相关程度较高，荷载较大；C16:0与PC2负相关程度较高，荷载绝对值较大。C20:0和C20:1含量与PC3相关程度较高，荷载较大；C18:1n2与PC3负相关程度较高，荷载绝对值较大。鉴于此，将PC命名如下：PC1包括C18:0、C18:1n9、C18:2、C24:0；PC2包括C16:0、C18:3；PC3包括C18:1n12、C20:0、C20:1。

2.4 不同产地红花籽油主要营养品质的综合评价

采用Excel 2018进行数据整理后，计算隶属函数值和综合评价值，按照综合评价值的大小进行排序，对不同产地红花籽油营养品质进行综合评价，如表4所示。考虑到本实验材料有82 份，根据综合评价值大小，从高到低筛选出得分靠前的10 份，分别为09新疆红花、24云南红花、05四川红花、41辽宁红花、66封丘红花、55卫辉红花、32河北红花、71亳州红花、22延津红花、78江苏红花。本研究可以对育种工作者在对优异种质提纯复壮和遗传改良和红花新品种选育时提供参考。

表 4 红花籽油的综合得分及营养组分特征Table 4 Top ten safflower germplasms with the highest comprehensive quality evaluation scores and their fatty acid compositions

3 结 论

作物的产量和品质性状大多属于由多基因控制的数量性状，受环境影响较大[24]。因此，种质资源的有效评价，特别是采用多指标进行综合评判，对于种质筛选和品种改良影响很大[25]。本研究中，选取了来自全国各大主产区的82 种红花籽样品，分析其脂肪酸及9 种营养成分含量，脂肪酸组分齐全，变异类型丰富，亚油酸含量高，营养价值高，但是变量元素多，分析比较复杂，为此，采用PCA的方法进行降维，用尽可能少的、具有代表性的PC描述多种指标之间的联系。通过PCA将9 个营养成分指标简化为具有代表性的3 个PC因子，PC1包括C18:2、C18:1n9、C18:0和C24:0；PC2包括C16:0和C18:3；PC3包括C18:1n12、C20:0和C20:1。3 个PC贡献率分别为 42.721%、30.426%和16.435%，累计贡献率为89.852%。根据各因子隶属函数值和权重，分析红花籽油主要营养品质综合评价排名，筛选出综合品质评价得分较高的10 份种质：09新疆红花、24云南红花、05四川红花、41辽宁红花、66封丘红花、55卫辉红花、32河北红花、71亳州红花、22延津红花、78江苏红花。需要说明的是，C18:0、C18:1n12、C20:0、C18:3、C20:1、C24:0虽然含量较少，却是不同品种间的特征脂肪酸，某些特征性脂肪酸虽然含量较低，确对人体健康具有一定的保健功效，比如C18:3具有抗动脉粥样硬化、降血压、益智保健功效，能调血脂、预防糖尿病、抗乳腺癌等[26]，能显著提升I相代谢酶CYP7A1 mRNA和蛋白的表达水平[27]。富含不饱和脂肪酸的药食同源食品可预防心血管疾病、有效降低血脂[28]。这些特征性脂肪酸，对不同产地红花籽的品质及鉴定具有重要作用。

王美霞等[29]对我国棉花主栽品种的棉籽油进行了营养成分分析与功能评价，明确了种质资源的特征、特性和利用价值。本研究对我国红花主产区的红花籽油脂肪酸组成进行了评价与分析，明晰了具有代表性的3 个PC因子，筛选出综合品质评价得分较高的10 份种质资源，可以为专用型红花新品种选育和遗传改良、优异种质资源筛选和红花籽产品深加工应用提供理论依据。目前，运用综合排名前5的09新疆红花、24云南红花、05四川红花、41辽宁红花、66封丘红花做亲本材料，已经选育出一批脂肪酸含量高后代材料；利用PC1中亚油酸C18:2含量最高的32河北红花等和PC2中油酸C18:1n9含量最高的37河南红花等作亲本，已经选育出一批亚油酸C18:2含量高和油酸C18:1n9含量高的后代材料，该研究结果在生产上具有较强的利用价值。