不同小麦品种类胡萝卜素含量比较分析

孙 鑫，崔正勇，李新华，杨在东，刘 颖，孙明柱，张天雨，李 鹏，宋华东

（1山东省农业科学院作物研究所，济南 250100；2山东鲁研农业良种有限公司，济南 250100；3山东省种子管理总站，济南 250100)

0 引言

类胡萝卜素是指由8个异戊二烯单位组成的碳氢化合物（胡萝卜素）及其氧化衍生物（叶黄素）两大类色素的总称[1]，在人类生长发育过程中具有重要的营养功能[2]。天然存在的类萝卜素叶黄素是视网膜中黄斑色素的重要组成部分，可以过滤蓝光，防止视网膜受损，预防白内障等眼科疾病[3]。类胡萝卜素还具有抗氧化性，不仅能有效清除氧自由基延缓衰老、预防和治疗许多由于细胞或组织内过量的氧化自由基所导致疾病的发生，还能预防机体衰老引发的心血管硬化、冠心病和肿瘤疾病等[4-5]。因此，近年来类胡萝卜素特别是叶黄素作为功能性食品成分逐渐成为国际研究热点之一[6-7]。类胡萝卜素在人体自身无法合成，也很难通过化学方法合成，因此人体每天须靠摄入一定量外源类胡萝卜素补充消耗的类胡萝卜素[8-9]。

普通小麦是世界上分布最广、商品率最高的粮食作物，约占全球作物种植面积的17%，为人类提供了大量的碳水化合物和蛋白质，也是人类饮食中类胡萝卜素的重要来源[10]。随着经济发展、生活质量提高，面粉及面制品的营养和外观品质越来越受到重视，并已成为小麦品质改良的重要方向[11]。近些年来，全麦面粉和亮黄色面食产品愈发受到消费者喜爱，而小麦面粉的黄色主要来自籽粒中类胡萝卜素积累，因此类胡萝卜素含量正成为小麦品种的一个重要品质特征，也是小麦产品商业价值的重要因素[12]。国外有关小麦类胡萝卜素含量的研究已有一些报道，但主要集中在一粒小麦和硬粒小麦。一粒小麦中类胡萝卜素含量最高，为8 µg/g，是硬粒小麦的2～4 倍，普通小麦中含量较低，为0.1～4µg/g[13-15]。而中国对小麦类胡萝卜素的定量研究还未能深入，仅停留在黄色素含量的分析阶段。如果能通过常规育种的方法，选育出籽粒类胡萝卜素含量较高的品种，将显著提升小麦营养价值和商业价值。因此，开展高类胡萝卜素含量小麦品种资源筛选及亲本材料创新，对于选育高类胡萝卜素含量特色品种具有重要意义。本试验通过测定不同材料小麦面粉中类胡萝卜素的含量，分析类胡萝卜素的主要组分，为培育高类胡萝卜素含量的小麦品种提供技术方法。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料来源于章丘龙山农科院试验基地，2020—2021 年同期播种小麦：‘19Q1121’、‘济麦22’、‘鲁原502’、‘鲁原309’、‘鲁研128’。常规田间管理，严防混杂，统一收获，晒干库存。

1.2 方法

1.2.1 材料处理 用Brabender Quandrmat Junior(Brabender Inc.,Duisberg，Germany)磨，按AACC 26-50(1995)方法润麦和制粉。由于类胡萝卜素理化性质不稳定，将面粉样本储存于暗光低温环境。

1.2.2 样本前处理 取出低温保存的冻干样本，用球磨仪研磨(30 Hz，1 min)至粉末状；称取50 mg 研磨后的样本，加入适量内标，用含0.01% BHT(g/mL)的正己烷/丙酮/乙醇混合溶液(1:1:2，v/v/v)进行提取；室温下涡旋20 min，重复提取一次后离心合并上清液；将得到的提取液浓缩后用甲醇/甲基叔丁基醚混合溶液(3:1，v/v)复溶，过0.22 μm滤膜后，保存于棕色进样瓶中，用于LC-MS/MS分析。

1.2.3 色谱质谱采集条件 数据采集仪器系统主要包括超高效液相色谱(Ultra Performance Liquid Chromatography，UPLC)和串联质谱(Tandem Mass Spectrometry，MS/MS)。

1.2.4 定性定量分析原理 定量是利用三重四级杆质谱的多反应监测模式(Multiple Reaction Monitoring，MRM)分析完成。MRM模式中，四级杆首先筛选目标物质的前体离子（母离子），排除掉其他分子量物质对应的离子以初步排除干扰；前体离子经碰撞室诱导电离后断裂形成很多碎片离子，碎片离子再通过三重四级杆过滤选择出所需要的一个特征碎片离子，排除非目标离子干扰，使定量更为精确，重复性更好。获得不同样本的质谱分析数据后，对所有目标物的色谱峰进行积分，进而进行定量分析。

1.2.5 标准曲线制作 配制0.001、0.005、0.01、0.05、0.1、0.5、1、5、10、50、100、250、400 μg/mL浓度的类胡萝卜素标准品溶液，获取各个浓度标准品的对应定量信号的质谱峰强度数据；以外标与内标浓度比为横坐标，外标与内标峰面积比为纵坐标，绘制不同物质的标准曲线。

1.2.6 类胡萝卜素含量的测定 将检测到的所有样本的积分峰面积比值代入标准曲线线性方程进行计算，进一步带入计算公式计算后，最终得到实际样本中该物质的绝对含量数据。样本中类胡萝卜素含量的计算见公式(1)。

公式中各字母含义：c为样本中积分峰面积比值代入标准曲线得到的浓度值(μg/mL)；V为复溶时所用溶液的体积(μL)；m为称取的样本质量(g)。

2 结果与分析

2.1 定性定量结果

利用软件Analyst1.6.3 处理质谱数据。根据标准品的保留时间与峰型信息，测出不同材料小麦面粉中类胡萝卜素种类与含量（见表1），其中‘19Q1121’是法国引进材料NSA00-0061的早熟突变系，是‘鲁原309’的亲本材料。由表1 可知，小麦面粉中类胡萝卜素主要成分有叶黄素、玉米黄质类、角黄素、叶黄素棕榈酸酯、叶黄素二棕榈酸酯、叶黄素油酸酯等。总类胡萝卜素含量最高的是‘19Q1121’，其次是‘鲁原309’，而类胡萝卜素中含量最丰富的组分则是叶黄素，其次是叶黄素棕榈酸酯，玉米黄质和叶黄素油酸酯含量相对低。

表1 类胡萝卜素定性定量结果 μg/g

2.2 叶黄素定量分析

由测定结果可知，叶黄素是类胡萝卜素的主要组分。由图1 可以看出，‘鲁原309’中叶黄素的含量为7.45 μg/g，高‘济麦22’、‘鲁研128’、‘鲁原502’近一倍，作为‘鲁原309’亲本的法国早熟突变体‘19Q1121’叶黄素含量为10.9 μg/g。由此表明，‘鲁原309’叶黄素含量高这一特性来源于法国亲本。

图1 不同小麦材料中叶黄素含量

2.3 玉米黄质定量分析

由图2可以看出，玉米黄质在普通小麦‘济麦22’、‘鲁研128’、‘鲁原502’和‘鲁原309’中的含量差异不明显，均为0.2～0.3 μg/g。法国小麦早熟突变系‘19Q1121’玉米黄质含量则相对丰富，在0.6 μg/g以上，是其他材料的2～3倍。

图2 不同小麦材料中玉米黄质含量

3 讨论与结论

由本试验表1 结果可知，小麦面粉中类胡萝卜素种类繁多，不同种类含量差异明显。有研究表明[16]小麦中所有基因型的类胡萝卜素主要是叶黄素，其次是酯类、玉米黄质和β胡萝卜素，而花青素和α-胡萝卜素的含量几乎可以忽略不计。由测定结果可知类胡萝卜素组分中含量最多的是叶黄素，其次是叶黄素棕榈酸酯和玉米黄质，这与前人研究结果基本一致。本试验创新之处是首次测定不同小麦品种的类胡萝卜素含量，并通过分析发现新培育出的‘鲁原309’类胡萝卜素含量远远高于普通小麦品种，具有显著的营养利用价值。类胡萝卜素组分中叶黄素和玉米黄质含量最高，这两类组分在蒸煮和烘焙加工过程中具有更好的稳定性、营养损失少[12,17]，可以满足人们身体对叶黄素的需求，对以后小麦营养专用面粉开发具有指导意义。

通过图1、图2 分析，类胡萝卜素同种组分在不同小麦品种中的含量差异明显，推测这种差异有可能是品种自身基因型不同导致的。利用诱变育种方法对法国小麦种质进行遗传改良，创制早熟突变系，突变材料的品质表现在很大程度上决定了育种利用价值[18]。突变系‘19Q1121’是利用诱变育种方法改良法国种质‘NSA00-0061’育成的优异新材料，其类胡萝卜素总含量明显高于国内材料，主要功能成分是普通小麦2～3倍。‘鲁原309’作为‘19Q1121’后代，类胡萝卜素含量明显高于其他普通小麦。‘鲁研128’也具有法国小麦种质的遗传背景，其类胡萝卜素含量相对于‘济麦22’与‘鲁原502’略高，因此用诱变改良后的法国小麦培育高类胡萝卜素含量新品种的方法是可行的。

本试验测得‘鲁原309’是叶黄素含量最高的品种，相对于其他材料其面粉和面制品具有大众喜欢的亮黄色，具有良好的市场前景。法国小麦种质大多含有麦谷蛋白优质亚基[19]，突变系‘19Q1121’还为‘鲁原309’提供了麦谷蛋白优质亚基5+10，使其各项品质指标达到中强筋水平。由此，可以利用诱变育种与常规育种相结合的方法改良法国小麦种质，培育出更多优质营养新品种。