薏米籽粒各部位代謝輪廓分析

寶 宇 翔， 付 月， 程 琨 雅， 柴 多， 肖 琳， 王 繽 晨， 董 亮，3

(1.大連工業(yè)大學 食品學院，遼寧 大連 116034；2.沈陽市化工學校，遼寧 沈陽 110122；3.大連工業(yè)大學 國家海洋食品工程技術研究中心，遼寧 大連 116034)

0 引 言

薏米，禾本科植物薏苡的種仁，具有健脾、補肺、消炎抗敏等功效[1]。鑒于薏米良好的食療保健作用，Liu等[2]通過近紅外光譜技術(NIR)分析了41種白薏米的氨基酸組成，發(fā)現(xiàn)薏米中谷氨酰胺質量分數(shù)最為豐富；危晴等[3]在薏米萃取物中共檢測到23種物質，其中包括不飽和脂肪酸7種、飽和脂肪酸8種。同時，研究人員在薏米殼里發(fā)現(xiàn)對香豆酸、松柏醇、丁香酸、阿魏酸等酚酸和醇類物質[4]。我國對薏米資源開發(fā)較早，但發(fā)展較為緩慢，市場上相關的成熟產(chǎn)品很少，原因在于薏米作為一種雜糧其連食性和適口性較差，同時在加工過程中相關營養(yǎng)物質的損失也是目前行業(yè)待解決的問題之一。

本實驗以河北小黑殼薏米為研究對象，分別檢測殼、種皮、胚芽、紅薏米和白薏米五部分的氨基酸、脂肪酸、糖類及活性成分酚類。深入了解薏米籽粒各部位代謝輪廓和活性成分的質量分數(shù)及分布情況，以期為加工過程中更好地保持薏米的營養(yǎng)以及改善連食性性提供基礎理論指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

河北小黑殼薏米；甲醇、乙腈、正己烷、二氯甲烷、甲基叔丁基醚(MTBE)，均為色譜級，美國Spectrum化學試劑公司；L-4-氯苯丙氨酸、核糖醇、二十四烷、5α-膽甾烷-3β-醇，均為標準品，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；N-甲基-N-(三甲基硅基)三氟乙酰胺(MSTFA)、N-叔丁基二甲基甲硅烷基-N-甲基三氟乙酰胺(MTBSTFA)，純度大于97%，Sigma-Aldrich公司；三甲基硅咪唑(TSIM)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；綠原酸、蘆丁、槲皮素，生工生物工程(上海)股份有限公司；香草酸、阿魏酸、山奈酚、丁香酸，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；對香豆酸，Sigma-Aldrich公司。

1.2 儀器與設備

CR22N型高速離心機，日本日立公司；Agilent 7890A/5975C氣相色譜質譜聯(lián)用儀、Agilent1260高效液相色譜，安捷倫科技有限公司。

1.3 方 法

1.3.1 游離氨基酸的測定

分別取300 mg研磨成粉的殼、種皮、胚芽、帶麩皮的紅薏米和不帶麩皮的白薏米，各加入體積比4∶1的甲醇-水溶液5 mL，振蕩后超聲萃取20 min。4 000 r/min離心5 min得上清液，取1 mL 加入10 μL L-4-氯苯丙氨酸溶液(0.3 mg/mL)作為內標，氮吹儀吹干后于360 μL乙腈中復溶，加入40 μL MTBSTFA在70 ℃反應30 min。取1 μL溶液進行GC-MS分析。

色譜條件：色譜柱Agilent HP-5MS(30 m×0.25 mm i.d.，0.25 μm)；柱溫60 ℃，5 ℃/min速率程序升溫至300 ℃，保持 5 min；載氣為氦氣，體積流量1 mL/min，進樣口溫度260 ℃。質譜條件：EI電離源，電離能量70 eV；離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，采集方式選擇離子采集模式。

1.3.2 游離糖的測定

分別取100 mg研磨成粉的殼、種皮、胚芽、帶麩皮的紅薏米和不帶麩皮白薏米，各加入體積比為4∶1的甲醇水溶液5 mL，振蕩后超聲萃取20 min。4 000 r/min離心15 min得上清液，取50 μL上清液加入30 μL、10 μg/mL核糖醇作為內標，吹干后用250 μL乙腈復溶，加入50 μL三甲基硅咪唑進行硅烷化衍生，取1 μL進GC-MS分析。GC-MS參數(shù)同“1.3.1”。未知物的定性采用保留指數(shù)以及NIST譜庫檢索對比的方式。

1.3.3 脂類的測定

各取100 mg研磨成粉的殼、種皮、胚芽、紅薏米和白薏米，參考陳炎等[5]的方法，以二氯甲烷為萃取劑，將脂質萃取出來。取1 μL脂質溶液進行GC-MS分析。

1.3.4 游離活性成分測定

選取8種活性成分的標品確定保留時間，參考Zhao等[6]的方法，分別取100 mg研磨成粉的5種原料，加入95%酸化甲醇2 mL混合，搖床振蕩提取1 h，4 000 r/min離心15 min，收集上清液，按此步驟重復提取上清液3次，合并上清液并吹干，加入甲醇100 μL溶解并過有機濾膜，進HPLC分析。

色譜條件：色譜柱Phenomenex 5 μm C18 100A，LC柱250 mm×4.6 mm；流動相A為甲醇，B為含0.1%甲酸的超純水；在50 min內洗脫梯度A相體積分數(shù)由10%增加到100%。檢測波長270 nm，按照樣品中各種活性成分的保留時間確定所屬化合物種類，并通過峰面積計算各種化合物質量分數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實驗均重復3次，采用SPSS V19.進行統(tǒng)計學分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 薏米籽粒各部位氨基酸質量分數(shù)

由表1可知，薏米籽粒中共分析鑒定出19種氨基酸。氨基酸總體質量分數(shù)由高到低依次為胚芽、紅薏米、白薏米、種皮和殼。其中，胚芽、紅薏米、白薏米中包含所有檢出的19種氨基酸，種皮檢測到18種氨基酸，殼檢測到15種氨基酸，不同部位同種氨基酸質量分數(shù)存在顯著差異，紅薏米和白薏米氨基酸質量分數(shù)較其他部位少。而谷氨酸和丙氨酸在各部位質量分數(shù)均較高，以胚芽為例，胚芽中谷氨酸質量分數(shù)為1.26 mg/g，丙氨酸質量分數(shù)為0.79 mg/g，遠高于胚芽中其他種氨基酸。與王穎等[7]的研究結果一致。

表1 薏米籽粒不同部分游離氨基酸的質量分數(shù)

2.2 薏米籽粒各部位糖質量分數(shù)

由表2可知，在薏米各部分籽粒中共分析鑒定出8種糖類物質，且不同種糖在不同部位的質量分數(shù)存在顯著的差異。糖為薏米中主要供能物質，質量分數(shù)約為65%[7]，其中，胚芽中共鑒定出6種糖，紅薏米、白薏米、種皮、殼檢測到7種糖。而木糖醇只在胚芽、種皮、殼中檢測到，D-(+)-松二糖只在紅薏米和白薏米中檢測到，D-(-)-果糖只在胚芽中未檢測到。8種糖中蔗糖質量分數(shù)最高，其在胚芽中質量分數(shù)高達72.45 mg/g，在紅薏米中質量分數(shù)為2.77 mg/g，在白薏米中質量分數(shù)為5.37 mg/g，遠高于其他種類游離糖質量分數(shù)；其次是α-D-吡喃半乳糖，其在胚芽中質量分數(shù)為27.6 mg/g，明顯高于其他種類游離糖。

表2 薏米籽粒不同部位游離糖質量分數(shù)

2.3 薏米籽粒各部位游離脂肪酸、有機酸及脂肪酸甲酯質量分數(shù)

由表3、表4可知，薏米各部位籽粒共檢測出游離脂肪酸11種，有機酸12種，脂肪酸甲酯10種。從薏米各部位游離脂肪酸分布來看，胚芽、紅薏米、白薏米中均檢測到11種游離脂肪酸，種皮中檢測到7種，殼中檢測到的最少，為3種。在所檢測出的游離脂肪酸中，以十六烷酸、十八烷酸、9-十八碳烯酸和9，12-十八碳二烯酸質量分數(shù)最高，其中白薏米中十六烷酸質量分數(shù)高達896.56 μg/g，也與文獻[17]報道一致。胚芽、紅薏米、白薏米中的游離脂肪酸種類和質量分數(shù)依然高于種皮和殼，但殼中的十六烷酸和十八烷酸質量分數(shù)相對較高，分別為249.9 mg/g和196.82 μg/g，高于種皮中的99.64 mg/g和74.7 μg/g。

表3 薏米籽粒不同部位游離脂肪酸和有機酸質量分數(shù)

表4 薏米籽粒不同部位脂肪酸甲酯質量分數(shù)

在薏米各部位所檢測出的有機酸中，紅薏米和白薏米中種類最全，共檢測到12種，胚芽和殼中檢測到8種，種皮中檢測到7種，而紅薏米中蘋果酸、奎酸、壬酸、丁二烯酸、草酸質量分數(shù)均明顯高于其他部位，這與紅薏米包含麩皮有關。

各部位中，胚芽、紅薏米、白薏米中均檢測到10種脂肪酸甲酯，種皮中檢測到6種，殼中只檢測到一種，且以油酸和亞油酸甲酯質量分數(shù)最高。其中，紅薏米中油酸和亞油酸甲酯的質量分數(shù)分別為21.60和12.26 mg/g，白薏米中這兩種物質質量分數(shù)分別為19.52和11.31 mg/g，胚芽中質量分數(shù)次之，種皮雖然所檢測出的脂肪酸甲酯種類略少，但是十六烷酸和二十烷酸質量分數(shù)明顯高于其他部位。

2.4 薏米籽粒各部位活性成分

由表5可知，薏米籽粒各部位均含有一定的黃酮和酚類活性成分，并且同種活性成分在不同部位質量分數(shù)存在一定的差異。胚芽和殼中共檢測到8種活性黃酮類成分，而紅薏米、白薏米中則檢測到6種，種皮中檢測到7種，其中綠原酸和香草酸在各部位質量分數(shù)中最高，胚芽中綠原酸質量分數(shù)最高為107 μg/g，殼中香草酸質量分數(shù)最高為247 μg/g，與徐磊等[8]的檢測結果一致。

表5 薏米籽粒不同部活性成分質量分數(shù)

在薏米籽粒的各部位中，紅薏米和白薏米活性成分種類和質量分數(shù)相近，但紅薏米略高于白薏米，這與紅薏米的麩皮結構有關，Zhao等[6]也發(fā)現(xiàn)薏米中麩皮總酚質量分數(shù)最高。胚芽中的綠原酸和槲皮素質量分數(shù)最高，殼中的香草酸、丁香酸、對香豆酸、蘆丁質量分數(shù)最高，這表明在抗氧化方面殼還有更大的利用空間。黃酮類化合物具有較明顯的降血糖、降血脂等作用[7]。其中綠原酸具有清除體內自由基、抗氧化、抗菌、抗病毒等作用[9]。阿魏酸作為抗氧化劑具有消炎和抑制腫瘤的作用，它也是薏米中結合酚類中質量分數(shù)較高的酚酸。p-香豆酸已被證實具有很強的羥自由基清除活力和黃嘌呤氧化酶抑活力，并對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等有抑制作用。蘆丁和槲皮素是常見的黃酮醇[10]，具有較好的抗炎作用。

2.5 薏米籽粒各部位代謝物主成分分析

為了解薏米不同部位物質組成的特點及差異，以鑒定出的70種代謝物為依據(jù)進行主成分分析，結果如圖1和圖2所示。由圖1可以看出，薏米籽粒不同部位在得分圖中可以完全區(qū)分開，說明薏米不同部位的物質組成有較大差別，PC1和PC2對差異的貢獻率分別為39.9%和29.0%。紅薏米、白薏米和芽的得分點主要集中在PC1的正載荷區(qū)域，種皮和殼則是集中在負載荷區(qū)域，說明紅薏米、白薏米和芽的代謝物構成較為相似，但與種皮和殼有較大的差異，而芽的得分點位于第四象限，與各部分得分點相差較遠。

圖1 薏米籽粒各部位主成分分析得分圖

圖2 薏米籽粒各部位主成分分載荷圖

對應圖2相應區(qū)域中的丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、酪氨酸、山梨糖醇、蔗糖、豆甾對芽差異貢獻度較大。而賴氨酸、葡萄糖、松二糖、草酸、丁二酸、壬酸、菜油甾醇、亞油酸甲酯、油酸甲酯、二十二烷酸甲酯則是紅薏米和白薏米與其他部位組成差異的主要來源。

3 結 論

實驗對薏米籽粒不同部位的代謝輪廓和活性成分進行了檢測與分析，經(jīng)測定分析發(fā)現(xiàn)薏米籽粒各部位營養(yǎng)全面豐富并且各部位各種成分質量分數(shù)存在顯著性差異(P<0.05)。共檢測分析出68種物質，包括氨基酸19種、糖類8種、脂肪酸及其甲酯和有機酸共33種、活性成分酚類8種。結果表明，紅薏米和薏米在游離氨基酸、糖類、脂肪酸等基礎代謝物質上種類質量分數(shù)差異較小，活性成分紅薏米略高于薏米，這是由于麩皮導致的活性成分細微差異。胚芽部分基礎代謝物質質量分數(shù)最高，種皮和殼種類和質量分數(shù)都較低，但活性成分質量分數(shù)較高，這也表明種皮和殼有更大的利用空間。