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    漬害脅迫對芝麻籽粒及制油品質(zhì)的影響

    2018-05-09 06:00:00袁青麗張海洋苗紅梅段迎輝魏其超汪學德
    華北農(nóng)學報 2018年2期
    關(guān)鍵詞:芝麻油芝麻籽粒

    袁青麗,張海洋,苗紅梅,段迎輝,魏其超,汪學德

    (1.河南工業(yè)大學 糧油食品學院,河南 鄭州 450001;2.河南省農(nóng)業(yè)科學院 芝麻研究中心,河南 鄭州 450002)

    芝麻(SesamumindicumL.)屬胡麻科芝麻屬,是世界上重要的特色優(yōu)質(zhì)油料作物。籽粒中油脂含量約為50%~60%,油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸占脂肪酸總量的80%以上,此外還含有豐富的芝麻酚、芝麻林酚等抗氧化物質(zhì),對人類健康十分有益。芝麻喜光怕濕,對漬害敏感[1]。我國芝麻主產(chǎn)區(qū)主要分布在河南、湖北和安徽等省,每年7-8月常有漬澇害發(fā)生,此時芝麻多處于花期或籽粒灌漿時期,嚴重影響產(chǎn)量和品質(zhì)。研究表明,初花期-盛花期是芝麻對漬害最為敏感的時期[2-3]。芝麻受漬水脅迫后,植株凈光合速率和葉綠素含量明顯降低[4],主要表現(xiàn)為新葉缺鐵性黃化,新生根產(chǎn)生,生物量及籽粒產(chǎn)量下降以及植株莖延伸生長[2]。漬害顯著影響芝麻株高、有效果軸長度、有效果節(jié)數(shù)、單株蒴果數(shù)和單株種子質(zhì)量等產(chǎn)量相關(guān)性狀[2,5-6]。持續(xù)淹水36 h后,產(chǎn)量可降低51.67%~58.24%[7],對芝麻生產(chǎn)造成嚴重影響。

    此外,研究表明,漬害對作物籽粒品質(zhì)有一定影響。漬害脅迫可造成油菜籽粒中芥酸、亞麻酸(C18∶3)含量升高,而亞油酸含量降低[8]。漬害脅迫下,大豆籽粒蛋白含量、含油量及棕櫚酸(C18∶0)變化不大,但油酸(C18∶1)、硬脂酸(C18∶0)含量上升,亞麻酸(C18∶3)含量降低[9]。 截至目前,尚未發(fā)現(xiàn)漬害脅迫對芝麻籽粒及其加工品質(zhì)影響的有關(guān)報道。為此,以豫芝11號等6個芝麻品種為材料,分析了漬害脅迫后芝麻籽粒營養(yǎng)物質(zhì)及芝麻油品質(zhì)的變化規(guī)律,以期為芝麻安全生產(chǎn)及優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品加工提供理論參考。

    1 材料和方法

    1.1 試驗材料及處理

    試驗分別為豫芝11號(M1,白粒)、鄭芝98N09(M2,白粒)、冀9014(M3,黑粒)、豫芝28號(M4,白粒)、新蔡選抗(M5,白粒)、榮縣黑芝麻(M6,黑粒)6個芝麻品種材料開展?jié)n害脅迫處理。上述品種均由河南省農(nóng)業(yè)科學院芝麻研究中心種質(zhì)庫提供。

    2016年6月將上述6個品種播種于河南省農(nóng)業(yè)科學院原陽芝麻試驗基地耐漬圃。試驗設(shè)淹水處理池和對照池。每個處理中,每個品種種植10行,行長5 m,行距40 cm,株距20 cm;每個處理設(shè)置3個重復(fù),每個品種隨機排列。于盛花期對處理組進行連續(xù)36 h淹水處理。淹水過程中,水面一直高于土表2 cm以上。對照組不做處理。其他管理按正常田間管理方法進行。成熟期,對各處理組及對照組植株適時收獲,用于品質(zhì)檢測分析。

    1.2 測定項目及方法

    1.2.1 籽粒外觀品質(zhì)分析 芝麻籽粒外觀品質(zhì)檢測指標主要包括:籽粒長度、籽粒寬度、種皮色。隨機選取100粒,使用萬深SC-G自動考種分析及千粒質(zhì)量系統(tǒng)測定芝麻籽粒長度、寬度及千粒質(zhì)量。并求平均值。選用 Colorflex EZ色粒儀測定L*、a*和b*值,并計算ΔE值,表示籽粒種皮色澤。計算公式如下:

    種皮色澤差異標準參照李里特[10]標準進行,如下表1。

    表1 作物種皮色澤差異判定標準Tab.1 The standard of difference evaluation of seed coat color in crops

    1.2.2 芝麻籽粒及制油品質(zhì)分析 冷榨芝麻油制備方法采用螺旋榨油機,參照冷榨芝麻油工藝進行[11]。稱取2 kg芝麻籽粒,經(jīng)壓榨、沉淀等步驟,獲得冷榨芝麻油樣品,室溫保存,用于后續(xù)品質(zhì)分析。

    粗脂肪含量測定參照國標GB/T5512-2008;粗蛋白含量測定參照國標GB/T4489.2-2008;總糖含量測定參照國標GB/T9695.31-2008;粗纖維含量測定參照國標GB/T 5009.10-2003;灰分含量測定參照國標GB 5009.4-2006;酸值測定參照國標GB/T 5530-2005;過氧化值測定參照國標GB/T 5538-2008。

    參照國標GB/T17376-2008及GB/T17377-2006測定芝麻油中脂肪酸組成。采用三氟化硼甲酯化法制備脂肪酸甲酯[12],然后使用7890B型氣相色譜儀測定脂肪酸組成含量[13],進樣量設(shè)定為2 μL 。

    1.2.3 礦物質(zhì)含量測定 在測定籽粒礦物質(zhì)含量前,分別制作K+、Ca2+、Na+、Mg2+含量標準曲線。分別移取100 ng/L K+、100 ng/L Ca2+和100 ng/L Na+、50 ng/L Mg2+混標母液,配置0,1,2,3,4,5 ng/L的K+、Ca2+、Na+梯度濃度溶液,以及0.0,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5 ng/L Mg2+梯度濃度溶液,制作標準曲線。

    準確稱取0.200 0 g籽粒樣品置于微波消解罐中,采用微波消解法對籽粒樣品進行消解[14];隨后使用ICP-OES儀器測定芝麻籽粒中的K+、Ca2+、Na+、Mg2+含量;試驗步驟參照儀器標準程序進行。Ca2+、K+、Mg2+、Na+的吸收波長分別設(shè)定為393.366,766.491,279.553,589.592 nm。

    1.2.4 芝麻油中芝麻素及芝麻林素含量測定 芝麻素及芝麻林素含量測定參照NY/T 1595-2008 方法進行[15]。準確稱取0.200 0 g芝麻籽粒,放于研缽中研磨至粉末,加入80%乙醇,轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶;25 ℃超聲10 min后冷卻定容。隨后,采用Waters2695高效液相色譜測定芝麻素及芝麻林素含量。進樣量為10 μL。

    1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

    使用Orgin 8.0 、Excel軟件對測定數(shù)據(jù)進行相關(guān)性及差異性分析。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 漬害脅迫對芝麻籽粒外觀品質(zhì)的影響

    表2結(jié)果顯示,漬害脅迫后,6個芝麻品種的籽粒長度及寬度變化分別為-0.47~-0.07 mm和-0.19~0.01 mm;比較分析發(fā)現(xiàn),除個別品種外,籽粒長、寬度的變化基本不存在顯著差異,平均值分別在3.00,1.80 mm左右。在粒色變化方面,6個品種的ΔE值變化為0.72~5.13,根據(jù)表1判斷原則,ΔE值為3.0~6.0時,差異顯著。因此,與對照相比,品種M2、M3和M4粒色的變化差異顯著。通過肉眼觀察,發(fā)現(xiàn)其籽粒種皮色澤加深,這與色差儀檢測結(jié)果相同。因此,漬害脅迫降低了芝麻的商品價值。

    表2 漬害脅迫處理下芝麻籽粒外觀品質(zhì)變化Tab.2 Variation of appearance quality of sesame seeds under waterlogging stress

    注:L*.明度指數(shù);a*、b*.彩度指數(shù)。字母(a、b)表示同一品種在不同漬害脅迫下的差異性(P<0.05)。圖1-3、表3,5同。

    Note:L*.Brightness index;a*and b*.Chroma index.The letters(a,b) referred to the significant level of the same variety under the different waterlogging stress(P<0.05).The same as Fig.1-3, Tab.3,5.

    2.2 漬害脅迫對芝麻籽粒營養(yǎng)品質(zhì)的影響

    由表3可知,正常條件下,M1~M6品種中,粗脂肪、粗蛋白、粗纖維、總糖含量(干基)變化分別是51.99%~58.61%,19.08%~22.05%,2.83%~12.43%,9.12%~13.68%。在上述6個品種中,其中黑芝麻品種(M3和M6)粗脂肪含量低于白芝麻品種(M1、M2、M4和M5)含量;粗纖維含量以榮縣黑芝麻最高。漬害脅迫處理后,與對照組相比,6個品種的粗脂肪含量變化幅度為-3.73%~ 2.03%,其中僅有新蔡選抗(M5)含量有所增加;粗蛋白含量變化幅度為-0.10%~-2.16%,均降低;總糖含量受品種的影響,變化幅度為-0.93%~5.80%,變化規(guī)律各不相同,有研究表明,總糖含量的增加不利于芝麻的生長,容易引起病害[16];但粗纖維含量升高,變化幅度分別是0.02%~ 1.11%。分析引起籽粒營養(yǎng)成分原因可能是漬害脅迫會抑制或促進與籽粒合成關(guān)鍵酶的活性,進而影響粗脂肪、粗蛋白和總糖等營養(yǎng)成分的含量。

    隨后對上述6個品種的各營養(yǎng)組成指標進行了方差分析。如表4所示,除總糖在不同環(huán)境下存在差異(P<0.05)外,其他基因型、環(huán)境以及基因型×環(huán)境條件等3類因素均對芝麻籽粒的粗脂肪、粗蛋白和粗纖維含量的變化均存在極顯著性差異(P<0.01)。因此,說明籽粒的營養(yǎng)品質(zhì)與基因和環(huán)境存在著密不可分的關(guān)系。

    2.3 漬害脅迫對芝麻籽粒礦物質(zhì)元素含量的影響

    如表5所示,漬害脅迫后部分芝麻品種籽粒中的灰分含量最高達7.18%。與對照相比,漬害脅迫使灰分含量增加,變化幅度在1.27%~11.97%。由表5可知,芝麻籽粒中Ca、K、Mg、Na的含量分別為8.36~16.10 mg/g,5.98~9.37 mg/g,2.63~5.35 mg/g和63.76~86.91 μg/g。其中,Ca、K元素在芝麻籽粒中的含量較為豐富。脅迫處理使Ca、K、Mg、Na元素含量存在不同程度的變化,其中Ca元素含量有升有降,變化幅度為-21.28%~26.91%。K、Mg、Na元素的含量均升高,變化幅度分別是3.80%~28.70%,9.52%~19.77%,1.13%~11.50%。分析原因可能是漬害脅迫處理促進了芝麻籽粒中金屬元素的積累,具體原因有待進一步研究。

    表3 漬害脅迫處理下芝麻籽粒主要組分含量變化(干基)Tab.3 Variation of the main components of sesame seeds under waterlogging stress (drought mass) %

    表4 漬害脅迫下芝麻粗脂肪等組分含量差異顯著性分析Tab.4 The significant difference analysis of the content of the main components in sesame seeds under water-logging stress

    注:*、**分別表示P=0.05和0.01時的顯著性水平。表6同。

    Note:*and**Significant (F-test) at 0.05 and 0.01 levels,respectively.The same as Tab.6.

    表5 漬害脅迫下芝麻籽粒礦物質(zhì)元素含量的變化Tab.5 Content variation of the minerals in sesame seeds under waterlogging stress

    2.4 漬害脅迫下芝麻制油品質(zhì)變化分析

    隨后,對漬害脅迫后的芝麻籽粒樣品進行制油,并對芝麻油脂肪酸組分進行分析(圖1、表6)。圖中可以看出,油酸(C18∶1)和亞油酸(C18∶2)是主要脂肪酸類型,分別占總脂肪酸含量的38.71%~42.20%和42.72%~46.38%;脅迫處理使芝麻油中油酸和亞油酸含量基本保持不變。6個芝麻品種的含量均無顯著性差異。進一步比較發(fā)現(xiàn),棕櫚油酸、亞麻酸、花生酸含量存在一定的變化。其中棕櫚酸含量以M1和M3變化顯著,亞麻酸含量以M1、M2和M6變化顯著,花生酸含量除M2外,其余品種均變化顯著,由此說明脅迫處理對脂肪酸中含量較低的成分影響較大。進一步對芝麻油在的脂肪酸組成進行方差分析,結(jié)果如表6所示,結(jié)果表明芝麻油中各脂肪酸組分均受基因型和基因型×環(huán)境交互作用影響極顯著(P<0.01)。

    各樣品油的酸值、過氧化值如圖2所示,與對照相比,各處理冷榨芝麻油的酸值升高,其中白芝麻品種(M1、M2、M4、M5)在脅迫處理后變化顯著,黑芝麻品種(M3和M6)無顯著變化。分析原因除了與品種有關(guān)外,與原料的質(zhì)量也存在密切的關(guān)系,籽粒中癟粒的增多,也會引起芝麻油酸值的變化[12]。其中品種M4樣品油的酸值變化最大,由2.03 mg/g 升高至3.51 mg/g。過氧化值除品種M6外,其余均變化顯著,但是變化規(guī)律不一致。脅迫處理使品種M5的過氧化值反而低于對照(0 h)芝麻油的過氧化值。分析原因可能是漬害脅迫處理影響芝麻籽粒的脂質(zhì)氧化過程,而脂質(zhì)氧化過程又是一個復(fù)雜的化學過程,具體原因有待進一步研究。

    2.5 漬害脅迫下芝麻制油中木脂素含量變化分析

    為進一步分析漬害脅迫下芝麻制油品質(zhì)的變化特征,對芝麻油中的芝麻素、芝麻林素含量進行了檢測。圖3結(jié)果顯示,脅迫處理使芝麻素和芝麻林素之和變化幅度在-4.26%~ 25.41%。其中新蔡選抗(M5)的芝麻素+芝麻林素含量變化幅度最大,為34.01%;而對其他品種影響較小。其中脅迫處理對品種M6芝麻油中的芝麻素和芝麻林素的含量均無顯著性差異。因此,漬害脅迫脅迫對芝麻油中木脂素含量影響需因品種而異。

    A~G 分別代表漬害脅迫下芝麻油中亞油酸、油酸、硬脂酸、棕櫚酸、花生酸、亞麻酸及棕櫚油酸的含量變化情況。A-G represent the content variation of linoleic acid,oleic acid,stearic acid,palmitic acid,arachic acid,linolenic acid and palmitoleic acid in sesame oil,respectively.

    品種Variationsource自由度df方差分析F亞油酸Linoleicacid油酸Oleicacid棕櫚酸Palmiticacid硬脂酸Stearicacid花生酸Arachicacid亞麻酸Linolenicacid棕櫚油酸Palmitoleicacid基因Genotype5526.69??3721.81??22687.97??12884.29??98.12??962.10??33.44??環(huán)境Environment10.6729.75??4.42?8.40??1.04294.46??38.63??基因型×環(huán)境交互作用5198.17??558.71??694.51??948.33??22.64??1575.88??16.94??Genotype×Environment誤差Error121.030.890.350.210.0010.0020.001

    圖2 漬害對不同品種芝麻油的酸值、過氧化值的影響Fig.2 Effect of waterlogging stress on the acid value and peroxide value of sesame oil under waterlogging stress

    圖3 漬害脅迫下芝麻素、芝麻林素含量變化情況Fig.3 The effect of waterlogging stress on the contents of sesamin and sesamolin

    3 結(jié)論與討論

    以往人們對芝麻漬害相關(guān)的研究主要集中在芝麻產(chǎn)量性狀影響及耐漬機制方面,常選用單株產(chǎn)量、千粒質(zhì)量、有效節(jié)數(shù)、每蒴粒數(shù)、有效蒴果數(shù)等指標,評價芝麻耐漬性與產(chǎn)量間的關(guān)系。通過對以上農(nóng)藝性狀的研究,結(jié)果表明漬害脅迫會降低芝麻產(chǎn)量[17];生理學上則把丙二醛(MDA)、過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)等指標作為芝麻耐漬性與產(chǎn)量間關(guān)系的依據(jù)[18]。近幾年來,本研究小組針對豫芝11號等6個品種開展了漬害脅迫下產(chǎn)量、品質(zhì)特性相關(guān)分析。結(jié)果顯示,盛花期淹水36 h后,6個品種中,豫芝11號和榮縣黑芝麻表現(xiàn)為高耐漬性,而冀9014和豫芝28號耐漬性最差,新蔡選抗和鄭98N09耐漬中等。在籽粒外觀品質(zhì)方面,漬害脅迫后,豫芝11號(M1)的粒色變化值最小,ΔE值為0.72;豫芝28號(M4)的ΔE值為5.13,其次是冀9014(M3,5.03)。粒色是評價芝麻商品外觀品質(zhì)的重要指標之一。屬于數(shù)量性狀,受多個基因位點控制[19],并與芝麻種質(zhì)進化、油脂含量水平有著一定關(guān)系[20]。研究結(jié)果顯示,具有不同耐漬水平的芝麻品種,漬害脅迫后其種皮色澤變化的程度有所不同。分析原因可能是漬害脅迫在一定程度上影響了芝麻籽粒種皮色素的積累,進而影響到了芝麻的外觀品質(zhì)。因此,可以認為粒色能夠在一定程度上反映芝麻受漬害的程度。研究對灰分、粗纖維等的分析結(jié)果顯示,漬害可造成芝麻籽粒的粗纖維含量和灰分含量升高,其中以黑芝麻品種榮縣黑芝麻和冀9014的粗纖維和灰分含量變化均較大。是否漬害脅迫導(dǎo)致粗纖維含量增加,增加了表皮的厚度,并進而影響到了種皮顏色,還需進一步研究。

    試驗對礦質(zhì)元素含量進行分析,不同品種中Ca、K、Mg、Na含量的變化分別為8.36~16.10 mg/g,5.98~9.37 mg/g,2.63~5.35 mg/g和63.7 ~86.9 μg/g。該結(jié)果表明,漬害脅迫引起K、Mg、Na元素含量升高,Ca元素含量變化不一。Ozkan等[21]在研究干旱對芝麻籽粒品質(zhì)影響過程中,也發(fā)現(xiàn)Ca、K、Mg含量受品種和水分虧缺處理影響。因此,推測漬害脅迫等環(huán)境對芝麻籽粒中礦物質(zhì)成分的生物利用和運輸造成影響,進而影響到了最終含量。

    芝麻油中富含油酸和亞油酸等不飽和脂肪酸,具有降低膽固醇、調(diào)節(jié)血脂、降血糖等生理功能,對人體健康有益[22]。油酸是亞油酸和亞麻酸的前體物質(zhì),主要通過ω-6和ω-3 2種去飽和酶的催化作用轉(zhuǎn)化而成。差異性分析結(jié)果顯示,芝麻脂肪酸組分同時受基因型和環(huán)境等2個因素的共同影響,與以往的結(jié)果一致。不同芝麻品種中花生酸、亞麻酸及棕櫚油酸含量存在不同程度的變化;而對芝麻油中的主要脂肪酸組分(油酸和亞油酸)含量影響較小。該結(jié)果與干旱脅迫下芝麻籽粒脂肪酸組分變化特征極為相似[23]。這可能與芝麻具有特異的油脂合成代謝機制有密切關(guān)系。

    酸值主要反映油脂中游離脂肪酸含量的多少,游離脂肪酸含量越多,其值越大;過氧化值主要評價油脂中氫過氧化物的含量,可以合理評價油脂的氧化情況,其值越大,說明油脂氧化越嚴重,不利于芝麻油的儲藏保存。研究結(jié)果顯示,與對照組相比,漬害脅迫可導(dǎo)致不同芝麻品種冷榨油的酸值、過氧化值升高品種M5的過氧化值除外。其中,豫芝28號樣品油的酸值變化最大,由2.03 mg/g 升高至3.51 mg/g;表明上述品種受漬害脅迫后,籽粒在飽和度、成熟度、水分含量等指標方面受到一定的影響,進而造成油中的甘一酯和甘二酯的含量減少,游離脂肪酸含量增大,并最終導(dǎo)致酸值升高。

    芝麻素、芝麻林素是芝麻油中特有的抗氧化類物質(zhì),具有消除體內(nèi)自由基、降血壓、降血脂、抗血栓、增強機體免疫力、抑制乳腺癌的作用[24]。研究結(jié)果顯示,與對照相比,漬害脅迫可造成芝麻油中芝麻素、芝麻林素的含量發(fā)生變化,變化幅度分別為-6.63% ~ 37.21%和-7.18%~ 4.01%;不同品種間變化趨勢不同。比較發(fā)現(xiàn),白芝麻(豫芝28號、新蔡選抗)中的芝麻素含量遠高于黑皮芝麻(冀9014、榮縣黑芝麻)芝麻素含量,該結(jié)果與高錦鴻等[25]研究結(jié)果一致。

    因此,漬害脅迫不僅降低芝麻產(chǎn)量,也影響了籽粒品質(zhì)。本研究首次明確了漬害脅迫下芝麻籽粒品質(zhì)、制油品質(zhì)、營養(yǎng)組成、微量元素及抗氧化物質(zhì)(芝麻素和芝麻林素)含量的變化規(guī)律,可為指導(dǎo)芝麻加工生產(chǎn)提供依據(jù)。

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