高油酸花生籽仁发育过程中脂肪酸动态变化分析

苏 俏，杨永庆，李玉荣，程增书，宋亚辉，金欣欣，王 瑾

（河北省农林科学院 粮油作物研究所/河北省作物遗传育种实验室，河北 石家庄 050035）

花生（Arachis hypogaeaL.）是我国重要的油料作物之一，花生油中包含8 种主要脂肪酸，分别为油酸(C18∶1)、亚油酸(C18∶2)、棕榈酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、花生烯酸(C20∶1)、花生酸(C20∶0)、二十四烷酸(C24∶0)、山嵛酸(C22∶0)。有研究显示甘油三酯(Triglyceride，TAG)合成的前体物质是脂肪酸，根据碳链上的不饱和双键的有无及不饱和双键的数量可以将脂肪酸分为3 大类，饱和脂肪酸(SAD)，单不饱和脂肪酸(MUFA)，多不饱和脂肪酸(PUFA)。不饱和双键不稳定，其越多，脂肪酸越容易氧化变质，最终影响植物油的货架寿命，但是饱和脂肪酸不易被人体消化吸收，导致其营养价值较低［1］，因此，脂肪酸的组成及其比例是决定油脂品质的主要因素。花生中最主要的不饱和脂肪酸油酸和亚油酸总占比80%，其他20%的脂肪酸属于饱和脂肪酸［2］，是饱和脂肪酸含量最高的大宗油料作物，高含量的饱和脂肪酸的花生油的营养品质较低［3］，而含有1 个不饱和键的单不饱和脂肪酸的饱和度介于饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸间，是平衡油脂氧化稳定性和营养价值矛盾的首选脂肪酸。花生油中的油酸(C18∶1)属于单不饱和脂肪酸，其氧化速率在自然条件下是多不饱和脂肪酸亚油酸的1/10［4］，理化性质更稳定。营养学研究还表明，油酸具有选择性降低有害低密度脂蛋白含量的作用［5］，因此，高油酸花生油不仅营养价值较高，且耐储存。

油酸含量高于75%，油亚比(O/L) 值大于10的花生定义为高油酸花生［6］。有研究显示高油酸花生平均单产在250 kg/667 m2以上，最高可达400 kg/667 m2，远高于普通油酸花生品种的100 ～150 kg/667 m2。高油酸花生作为油用花生，每提高花生含油率1 个百分点，就可以提高纯利润7%以上(www.agdata.cn)，因此，高油酸花生的种植收益远高于普通花生。目前已知调控高油酸形成的主要基因有2 个，分别是ahFAD2A和ahFAD2B［7-8］，然而对油酸形成过程的动态变化研究相对较少［9-13］。因此，深入了解不同脂肪酸的动态变化规律，有益于后期花生加工产业的进一步完善。

本研究拟以普通油酸花生品种为对照，对选用的4 个高油酸花生品种(系)在3 个发育阶段（包含14 个时间点）的含油量和脂肪酸动态变化进行分析，以期探明高油酸品种中脂肪酸的变化规律，解析高油酸花生脂肪形成的生理基础，为高油酸花生油的加工提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

高油酸花生品种‘冀花11 号’‘冀花18 号’‘冀花16 号’‘冀花13 号’和普通油酸花生品种‘冀花22 号’（所有材料均为河北省农林科学院粮油作物研究所培育），5 个品种的春播生育期125 d 左右，均属于早熟直立型花生品种（系）。

1.2 试验方法

1.1.1 取材 5 个花生品种试验材料均种植在河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站，5 月10日播种，在花生开花下针后分别于6 月30 日、7 月4 日、7 月9 日、7 月14 日、7 月19 日、7 月24 日、7 月29 日、8 月3 日、8 月8 日、8 月13 日、8 月18 日、8 月23 日、8 月28 日、9 月2 日取样，将取得的花生荚果自然条件下干燥保存，晒干后剥壳，每个取样时期籽仁干重取样至少1 000 mg，每个籽仁干重样品3 次重复，籽仁去皮后由人工用小刀刮，得到粉末状样品，每份样品置于单独的离心管中，每份待测样品粉末20 mg。

1.2.2 脂肪酸甲酯的制备 在上步得到的样品离心管中加入2 mL 石油醚，在40 ℃条件下超声萃取40 min，再向离心管中加入0.4 N KOH-甲醇溶液，充分混匀后再经过1 h 的40 ℃超声进行甲酯化反应，冷却至室温后，在离心管中加内标十七碳饱和脂肪酸甲酯，向其中再加入2 mL 蒸馏水，充分震荡混匀，再置于离心机中离心，取上清液1 mL 加入对应的样品瓶中，备做气象色谱分析。

1.2.3 气相色谱分析 检测依据：GB/T 5510—2011，用安捷伦Agilent 7890B 型气相色谱仪分析处理好的花生样品的脂肪酸甲酯，方法采用程序升温法，设置120 ℃为色谱柱的初始温度，保持2 min，然后以10 ℃/min 的速率升温，柱温稳定在210 ～230 ℃，进样口温度为260 ℃，接口温度为280 ℃，柱流量为1 mL/min，入口压强25 Pa，高纯氮气柱流量25 mL/min，高纯氢气柱流量40 mL/min，空气柱流量400 mL/min，针头使用色谱级正己烷清洁。

1.2.4 数据处理 分析结果用脂肪酸的相对含量(%)表示。各种脂肪酸的相对含量(%)以该脂肪酸代表的色谱峰面积占总的峰面积的比例表示(公式Ai%=Ai/∑Ai·100)。公式中第i种脂肪酸组分代表的峰面积用Ai表示［14］，每个取样时间点取3 次重复的平均数和标准误。应用软件SPSS 对数据进行处理；用软件R3.6.1 分析各种脂肪酸相对含量的相关性及显著性水平。

2 结果与分析

2.1 高油酸花生籽仁发育过程中含油量积累规律

对花生籽仁的不同发育阶段干物质中油分含量进行对比分析，结果显示（图1），在荚果充实期和成熟期，2 种类型花生的含油量积累变化无显著差异。在荚果形成期的第4 天和第9 天，‘冀花22 号’的含油量显著高于高油酸品种，但在其它时间点无显著差异。从整个趋势上分析，2 种类型的花生品种含油量积累规律基本一致，即在荚果形成期，干物质中含油量迅速上升，在荚果充实期缓慢增加，到荚果成熟期后，含油量基本上趋于稳定。

图1 花生籽仁不同发育阶段含油量积累规律Fig.1 Accumulation of oil content in peanut kernel at different development stages

2.2 高油酸和普通油酸花生主要脂肪酸成分占比分析

对收获后2 类品种的8 种主要脂肪酸成分进行分析，结果如图2 所示。

图2 高油酸花生品种与普通油酸花生品种中8 种脂肪酸差异分析Fig.2 Differences analysis of eight fatty acids between high and common oleic acid peanut

高油酸和普通品种中油酸（C18∶1）、亚油酸（C18∶2）和棕榈酸（C16∶0）为脂肪酸的主要组成成分，总占比均在90%（图2A），其中4 个高油酸品种中油酸含量占比均值为82.04%，为脂肪酸最主要的成分，而亚油酸和棕榈酸分别占比2.09%和6.10%。与普通花生品种相比，油酸占比显著提高（P值＜0.01）约50 个百分点，但亚油酸和棕榈酸占比分别显著降低（P值＜0.01）约32 和5.5 个百分点（图2A）。对另外5 种脂肪酸差异分析结果显示（图2B），在2 类花生中山嵛酸（22∶0）和二十四烷酸（24∶0）的占比差异不显著（P值＞0.05），普通品种中硬脂酸（C18∶0）和花生酸（C20∶0）占比显著高于高油酸品种（P值＜0.05），但花生烯酸含量显著低于高油酸品种（P值＜0.01）。

进一步对4 个高油酸品种的品质进行变异分析，结果显示（表1）8 种脂肪酸成分的变异系数在0.73%～11.9%之间，其中油酸和二十四烷酸占比变异系数分别最小和最大，表明在这4 个高油酸品种中，油酸含量占比相对稳定。

表1 高油酸花生主要脂肪酸成分变异分析Table 1 Variation analysis of main fatty acid composition in high oleic acid peanut

2.3 花生主要脂肪酸相关性分析

对8 种脂肪酸成分之间的相关性进行分析，结果显示（表2）。

表2 不同脂肪酸组分间相关性分析Table 2 Correlation analysis of different fatty acids

大多数脂肪酸成分之间呈现显著相关性，相关系数在0 ～0.99 之间。其中油酸含量与棕榈酸和亚油酸高度负相关（P＜0.001），相关系数分别为-0.98和-0.99，与花生酸、山嵛酸和二十四烷酸极显著（P＜0.001）或显著（P＜0.05）相关，而与硬脂酸和花生烯酸不相关。结果暗示，高油酸品种中油酸含量升高主要伴随棕榈酸和亚油酸降低，但对其它脂肪酸成分影响相对较小。

2.4 花生籽仁发育过程中脂肪酸动态变化

对花生籽仁不同发育阶段的脂肪酸成分进行对比分析，结果显示（图3）部分脂肪酸成分在高油酸和普通花生品种间存在显著差异。棕榈酸、油酸和亚油酸占比和变化趋势上在2 类花生品种间差异均显著不同。如图，油酸占比在高油酸品种中的荚果形成期呈现显著上升趋势，而在荚果充实期缓慢上升直至稳定（图3C），其趋势与含油量积累完全一致；而棕榈酸和亚油酸变化趋势与油酸含量变化趋势刚好相反（图3A、3D）。而普通品种中棕榈酸、油酸和亚油酸占比总体变化趋势不十分明显，各个时期占比基本一致。此外，其它5 种脂肪酸占比动态变化趋势在高油酸和普通花生品种中基本一致，其中硬脂酸含量占比在整个籽仁发育期缓慢上升（图3B）；花生酸含量占比变化不明显（图3E）；而花生烯酸、山嵛酸和二十四烷酸含量占比在整个籽仁发育期呈显著下降趋势（图3F、3G、3H）。以上结果表明高油酸花生中油酸含量的提高主要源于棕榈酸和亚油酸的降低，进一步暗示着，油酸、棕榈酸和亚油酸代谢关系紧密。

图3 高油酸花生与普通油酸花生几种主要脂肪酸含量变化趋势分析Fig.3 Analysis on the variation trend of several main fatty acid contents in high oleic acid peanut and ordinary oleic acid peanut.

3 讨论与结论

根据植物中所含脂肪酸的饱和程度的占比分为3 大类，分别为饱和脂肪酸类食用油，代表性食用油如：棕榈油；单不饱和脂肪酸类食用油，代表性食用油如：花生油、山茶油、橄榄油、菜籽油等；多不饱和脂肪酸亚麻酸类食用油，代表性食用油如：冷榨紫苏油。其中，棕榈油的饱和脂肪酸占比高达45%，人体不易消化吸收［15］，营养价值较低。多不饱和脂肪酸虽然营养价值较高，但是理化性质很不稳定，易氧化变质，拥有较短的货架期。而单不饱和脂肪酸的存在平衡了植物油脂氧化稳定性和营养价值的矛盾，因此，花生油、菜籽油、橄榄油更适合在市场上作为主要食用油。花生单位种植面积的产油量在我国大宗油料作物中位居首位，是油菜的2 倍，大豆的4 倍，花生油年产量占比国产植物油年总产量四分之一以上［16］，且研究表明不同的处理工艺，比如晾晒与否会影响油料作物出油率［17］。因此，经过正确的处理工艺，得到的高油酸花生油不仅营养价值高，耐储藏，提高其市场占比对于缓解我国油脂进口依赖度也具有重大意义。

脂肪酸合成的途径类似于氧化途径的逆转，脂肪酸的合成首先由乙酰CoA（Acetyl coenzyme A）开始，每一轮将两个碳原子添加到羧基端，产物是软脂酸，即棕榈酸(C16∶0)，是十六碳的饱和脂肪酸［18］。一般来讲，棕榈酸在植物油脂代谢途径中存在2 种去向，大部分被β- 酮脂酰ACP 合成酶(β-ketoacyl-ACP synthase II，KASII) 延 伸 为 硬 脂酸(C18∶0)，少部分脱氢生成棕榈油酸(C16∶1)。有研究表明在棉花发育的胚乳中酰基-ACP-Δ9脱氢酶（EC∶ 1.14.19.2，GhSAD）成员GhA-SAD5和GhA-SAD7 对18∶0-ACP 具有底物选择性，酰基-ACP-Δ9脱氢酶的作用是负责催化发育胚乳中油酸的合成［19-20］。脂肪酸经过Δ12-FAD 酶促反应在碳链上引入第2 个双键，催化油酸去饱和转化为亚油酸，是生成亚油酸的关键酶［21］。花生的主要3种脂肪酸：油酸、亚油酸、棕榈酸，其中棕榈酸是脂肪酸合成途径中的最初产物，当大量棕榈酸经过酶促反应生成油酸，而油酸通过去饱和酶转化成亚油酸的途径受阻，就会导致油酸含量大量积累［7］，这与本研究结果相同：油酸含量与亚油酸、棕榈酸呈现极显著的负相关性。有相关研究显示，在花生收获期遭受低温，油脂和油酸含量会降低，温度通过影响油脂和油酸合成过程中酶活性从而影响油脂和油酸的合成［22］，因此，临近花生收获要注意气温变化，合理安排收获时间。

花生中其他5 种脂肪酸包含硬脂酸(C18∶0)、花生烯酸(C20∶1)、花生酸(C20∶0)、二十四烷酸(C24∶0)、山嵛酸(C22∶0)，在高油酸花生中这5种脂肪酸总含量占脂肪酸总量的约10%，其中4 种为饱和脂肪酸，总含量是脂肪酸总量的约9%，占比这5 种脂肪酸的约90%，1 种为单不饱和脂肪酸，含量是脂肪酸总量的约1%。有研究表明硬脂酸是油酸、亚油酸合成途径中的中间脂肪酸，硬脂酸和棕榈酸一样属于饱和脂肪酸，人体摄入过多饱和脂肪酸，会引起血清中总胆固醇升高［5］，不利于心脑血管健康。高油酸花生的3 种饱和脂肪酸棕榈酸、硬脂酸和花生酸含量显著低于普通花生，是高油酸花生油比普通花生油健康的又一原因。油脂的熔点主要由脂肪酸碳链的长短、脂肪酸的饱和程度及占比决定，一般碳链越长，会造成较高的油脂熔点，但油脂熔点过高，人体摄入后不易乳化吸收，其营养价值变低［23］。因此，培育高油酸花生的同时，应尽可能降低饱和脂肪酸和长链脂肪酸的占比，获得高占比单不饱和非长碳链脂肪酸花生品种。

不考虑花生总干物质重，干物质中含油量在荚果形成期迅速上升，在荚果充实期缓慢增加，到荚果成熟期后，含油量基本上趋于稳定，高油酸和普通花生的含油量变化趋势基本一致（图1）。此外，两类花生品种脂肪酸中以油酸(C18∶1)、亚油酸(C18∶2) 和棕榈酸(C16∶0) 为主，总占比90%，但三者的变化趋势在两类花生品种间显著不同（图3C、3D、3A），是决定花生油品质的主要成分，其它5 种脂肪酸占比动态变化趋势在高油酸和普通花生品种中基本一致。