黑、白芝麻營養(yǎng)成分及品質(zhì)的差異分析

賈 斌，王 允，尹海燕，尚 兵，潘向磊，王會鋒，李淑芳，劉冬梅，魏 紅，馮書惠，劉繼紅

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，河南 鄭州 450002； 2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實(shí)驗室(鄭州)，河南 鄭州 450002； 3.西華縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測站，河南 西華 466600)

芝麻(SesamumindicumL.)是重要的油料作物之一，在世界各地均有廣泛種植。我國是芝麻生產(chǎn)大國，種質(zhì)資源豐富。芝麻中平均含油量可達(dá)55%，位于食用油料作物之首[1]。芝麻富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，具有很高的營養(yǎng)和食用價值。作為一種營養(yǎng)、保健和功能性的食用油，芝麻油因品質(zhì)高、具有特有的芳香氣味和抗氧化劑而深受人們喜愛。

芝麻中主要的不飽和脂肪酸是油酸和亞油酸，占全部脂肪酸的80%[2]。其中，亞油酸可以降低血液膽固醇含量，預(yù)防動脈粥樣硬化。芝麻木酚素是一種天然的植物活性成分，具有安全無毒、穩(wěn)定的特性，其中芝麻素和芝麻林素是芝麻中主要的木酚素。這2種成分均有較高的營養(yǎng)和藥用價值，如降低膽固醇水平[3]、降低血脂[4-5]、提高抗氧化性能[6]、抗高血壓[7]、改善人體肝臟功能[8]等。

近年來，常見的芝麻品質(zhì)指標(biāo)報道多是基于含油量、蛋白質(zhì)含量、木酚素含量等進(jìn)行分析。梅鴻獻(xiàn)等[9]對209份芝麻的含油量、蛋白質(zhì)含量、芝麻素含量進(jìn)行相關(guān)分析。汪學(xué)德等[10]對我國芝麻主產(chǎn)區(qū)46份芝麻樣品的成分進(jìn)行相關(guān)分析，并分析了芝麻成分與種皮顏色的關(guān)系。然而，對于不同種皮顏色芝麻各營養(yǎng)組分含量及其之間的相關(guān)性研究還較少，且人們一直以為黑芝麻比白芝麻有更高的營養(yǎng)價值。為研究黑、白種皮芝麻的品質(zhì)特征，選取我國芝麻主產(chǎn)區(qū)317份芝麻種質(zhì)材料(192份白芝麻，125份黑芝麻)，測定含油量、蛋白質(zhì)含量、芝麻素含量、芝麻林素含量、脂肪酸組分及含量、氨基酸組分及含量，分析各指標(biāo)的范圍及變異系數(shù)，同時分析品質(zhì)性狀指標(biāo)與種皮顏色的關(guān)系以及各組分之間的相關(guān)性，為挖掘芝麻種質(zhì)資源提供理論依據(jù)，并為黑、白芝麻的推廣和綜合加工利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試317份芝麻種質(zhì)材料來源于河南、安徽和陜西等省，根據(jù)種皮顏色統(tǒng)計，192份為白芝麻，125份為黑芝麻。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 含油量和蛋白質(zhì)含量 含油量測定參照NY/T 1285—2007，蛋白質(zhì)含量測定參照GB 5009.5—2016，采用凱氏定氮法測定芝麻中氮的含量，用換算系數(shù)計算出蛋白質(zhì)含量。

1.2.2 脂肪酸提取及組分分析 參照NY/T 3110—2017提取脂肪酸，用Agilent 6890N氣相色譜儀進(jìn)行色譜分析和測定，得到每個脂肪酸的色譜圖和相對保留時間。每個脂肪酸的相對含量為其相對應(yīng)的色譜峰面積與所有脂肪酸色譜峰面積之和的比值。脂肪酸組分相對含量=An/∑An×100%，其中An是第n種脂肪酸組分的峰面積。

1.2.3 芝麻素、芝麻林素提取及分析 芝麻素、芝麻林素提取及含量測定按照NY/T 1595—2008進(jìn)行。

1.2.4 氨基酸提取及組分分析 參照GB 5009.124—2016進(jìn)行提取和測定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2007分析芝麻各個品質(zhì)指標(biāo)，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同芝麻種質(zhì)材料品質(zhì)指標(biāo)的描述性統(tǒng)計分析

由表1可知，317份芝麻種質(zhì)材料的含油量為43.02%～63.46%，平均為53.21%，其中含油量最高的是河南省駐馬店市平輿縣栽培的駐芝19號，最低的是安徽省蕪湖市南陵縣種植的松芝1號。蛋白質(zhì)含量最高為24.86%，平均為18.85%。芝麻素含量為0.62～6.72 mg/g，平均3.67 mg/g，變異系數(shù)為31.73%；芝麻林素含量為0.99～3.78 mg/g，平均為1.89 mg/g，變異系數(shù)為24.47%。芝麻素含量以河南省駐馬店市平輿縣栽培的駐芝19號最高，安徽省宣城市涇縣種植的豫芝豐霸最低；芝麻林素含量以河南省駐馬店市新蔡縣種植的駐芝18號最高，安徽省宣城市涇縣種植的豫芝豐霸最低。

表1 317份芝麻種質(zhì)材料的含油量以及蛋白質(zhì)、主要脂肪酸、芝麻素、芝麻林素含量的描述性統(tǒng)計Tab.1 Descriptive statistical analysis of oil,protein,main fatty acid,sesamin and sesamin contents in 317 sesame materials

芝麻中的脂肪酸主要由棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和花生酸組成，其中，油酸、亞油酸、棕櫚酸含量的變異系數(shù)分別為5.72%、5.15%、5.48%，表明不同樣品間油酸、亞油酸、棕櫚酸含量差異不大；硬脂酸和花生酸含量的變異系數(shù)分別為11.27%和11.88%，說明不同種質(zhì)材料間硬脂酸和花生酸含量存在一定差異。

2.2 黑芝麻和白芝麻的品質(zhì)指標(biāo)差異分析

根據(jù)種皮顏色，將采集的芝麻樣品分為白芝麻和黑芝麻。由表2可知，白芝麻、黑芝麻平均含油量分別為53.48%、50.30%，且白芝麻與黑芝麻含油量存在顯著差異。白芝麻和黑芝麻的蛋白質(zhì)含量也存在顯著差異。白芝麻的芝麻素和芝麻林素含量均顯著高于黑芝麻，二者芝麻素含量的變異系數(shù)分別為27.83%、58.09%，芝麻林素含量的變異系數(shù)分別為22.99%、25.77%。黑芝麻中芝麻素和芝麻林素含量的變異系數(shù)均高于白芝麻，表明黑芝麻樣品中芝麻素和芝麻林素含量變異較大。在不同種皮顏色芝麻中，白芝麻、黑芝麻中芝麻素與芝麻林素含量的比值分別為1.98、1.51。

白芝麻與黑芝麻中棕櫚酸和花生酸含量均存在顯著差異。白芝麻棕櫚酸含量為7.11%～10.10%，平均為8.75%；黑芝麻棕櫚酸含量為8.23%～10.30%，平均為8.97%。白芝麻花生酸含量為0.46%～1.02%，平均為0.60%；黑芝麻花生酸含量為0.53%～0.81%，平均為0.63%。黑芝麻與白芝麻中硬脂酸、油酸、亞油酸含量均無顯著差異。在芝麻脂肪酸中除花生酸含量外，黑芝麻其他脂肪酸含量的變異系數(shù)均小于白芝麻。

表2 黑芝麻與白芝麻含油量以及蛋白質(zhì)、脂肪酸、芝麻素、芝麻林素含量的差異分析Tab.2 The mean and CV of oil,protein,sesamin,sesamolin and fatty acid composition contents of black and white sesame seeds

注：同行不同小寫字母表示黑、白芝麻差異顯著(P<0.05)。

Note：Different lowercase letters in the same row indicate significant differences between black and white sesame seeds(P<0.05).

2.3 黑芝麻與白芝麻氨基酸組成的差異分析

黑芝麻與白芝麻中均含有17種常見的氨基酸(表3)，其中包含人體所需的7種必需氨基酸(蘇氨酸、 纈氨酸、 蛋氨酸、 異亮氨酸、 亮氨酸、 苯丙氨酸、 賴氨酸)。17種氨基酸中，以精氨酸和谷氨酸含量較高。黑芝麻中異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸含量顯著高于白芝麻，蘇氨酸和絲氨酸含量顯著低于白芝麻，其余11種氨基酸含量差異不顯著。

表3 黑芝麻與白芝麻氨基酸含量的差異分析 Tab.3 The mean and CV of amino acid composition content of black and white sesame seeds

注：*表示黑芝麻與白芝麻差異顯著(P<0.05)。

Note：* indicates significant difference between black sesame and white sesame(P<0.05).

2.4 芝麻各品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

為深入了解不同種皮顏色芝麻中含油量以及蛋白質(zhì)、芝麻素、芝麻林素、主要脂肪酸及氨基酸含量之間的關(guān)系，對各品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示，黑芝麻、白芝麻的含油量與芝麻素含量均呈極顯著正相關(guān)，與花生酸含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)；蛋白質(zhì)含量與棕櫚酸、油酸含量呈極顯著正相關(guān)。芝麻素與芝麻林素呈極顯著正相關(guān)，表明芝麻素的積累并不與芝麻林素的合成存在競爭。

不同種皮顏色芝麻中芝麻素含量與硬脂酸、亞油酸含量呈顯著正相關(guān)，與棕櫚酸含量呈(極)顯著負(fù)相關(guān)。作為初級飽和脂肪酸，棕櫚酸含量與亞油酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與油酸、花生酸含量呈顯著正相關(guān)。硬脂酸含量與亞油酸含量呈(極)顯著負(fù)相關(guān)，與花生酸含量呈(極)顯著正相關(guān)。油酸含量與亞油酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。這些脂肪酸的相關(guān)性很可能是由于環(huán)境和遺傳因素的差異，同時也受到生長過程中生物合成的影響。

表4 黑芝麻、白芝麻品質(zhì)性狀間的相關(guān)性分析Tab.4 Relationships among oil,protein,sesamin,sesamolin and fatty acid composition contents in black and white sesame seeds

注：上三角為黑芝麻品質(zhì)性狀間的相關(guān)系數(shù)，下三角為白芝麻品質(zhì)性狀間的相關(guān)系數(shù)。**、*分別表示相關(guān)性達(dá) 0.01極顯著水平、0.05顯著水平，下同。

Note：The upper- and lower-triangles are correlation coefficients among quality indexes of black and white sesame,respectively. **,*denote highly significant correlation at 0.01,0.05 level,respectively，the same below.

種皮顏色與芝麻各種氨基酸含量的相關(guān)系數(shù)見表 5。由表 5 可知，種皮顏色與芝麻中蘇氨酸、絲氨酸、苯丙氨酸含量均呈極顯著相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.36、0.64、-0.43；與異亮氨酸、亮氨酸含量呈顯著相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)均為-0.29。除此之外，與其他氨基酸含量無顯著相關(guān)性。

表5 芝麻種皮顏色與氨基酸含量的相關(guān)性分析Tab.5 Relationships between seed coat color and the content of amino acids

3 結(jié)論與討論

本研究所取的芝麻種質(zhì)材料主要來源于河南、安徽、陜西。研究發(fā)現(xiàn)，芝麻素、芝麻林素含量的變異系數(shù)比含油量、蛋白質(zhì)含量及主要脂肪酸含量的變異系數(shù)大，遺傳多樣性也更豐富。白芝麻含油量顯著高于黑芝麻，與前人研究[11]一致。前人對芝麻林素和芝麻素含量的研究已多有報道，唐傳核等[12]在研究中發(fā)現(xiàn)，芝麻林素和芝麻素含量分別為0.1%～0.3%和0.2%～0.5%。梅鴻獻(xiàn)等[9]對我國 209 份芝麻種質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，芝麻素含量為1.32～5.00 g/kg。汪學(xué)德等[10]對我國芝麻主產(chǎn)區(qū)46份樣品進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，芝麻林素和芝麻素含量分別為0.08%～0.26%和0.08%～0.54%。本研究對我國芝麻主產(chǎn)區(qū)317份種質(zhì)材料進(jìn)行分析，其中芝麻林素和芝麻素含量分別為0.99～3.78 mg/g0.62～6.72 mg/g，且白芝麻的芝麻素和芝麻林素含量均顯著高于黑芝麻，這與TASHIRO等[13]、WANG等[14]、金青哲等[15]的報道一致。不同種皮顏色芝麻的芝麻素和芝麻林素含量存在顯著差異，表明不同種皮顏色芝麻種質(zhì)材料在組成成分上有很大的差異。

對芝麻主產(chǎn)區(qū)317份芝麻種質(zhì)材料的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，蛋白質(zhì)、脂肪酸、芝麻素、芝麻林素含量以及含油量間存在一定的相關(guān)性。不同種皮顏色芝麻中芝麻素含量與硬脂酸、亞油酸含量呈顯著正相關(guān)，與棕櫚酸含量呈(極)顯著負(fù)相關(guān)。棕櫚酸含量與亞油酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與油酸、花生酸含量呈顯著正相關(guān)。這與UZUN等[16]的報道一致，也與向日葵[17]、大豆[18]、花生[19]、冬油菜[20]等油料作物中的研究結(jié)果一致。

梅鴻獻(xiàn)等[9]通過對我國芝麻種質(zhì)資源的蛋白質(zhì)、芝麻素含量以及含油量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)芝麻素含量與含油量呈顯著正相關(guān)，與蛋白質(zhì)含量相關(guān)性不顯著，芝麻素含量比含油量、蛋白質(zhì)含量的變異范圍更大。張秀榮等[21]分別對我國芝麻育成品種及核心種質(zhì)資源的品質(zhì)成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)芝麻素含量與芝麻林素含量呈顯著正相關(guān)。本試驗結(jié)果顯示，芝麻中含油量與芝麻素含量呈極顯著正相關(guān)，與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)，與花生酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。此結(jié)果表明，含油量可與芝麻素含量同步提高，蛋白質(zhì)含量降低有利于含油量的提高。因此，可利用芝麻中含油量與芝麻素含量呈極顯著正相關(guān)的關(guān)系，加大優(yōu)異新種質(zhì)的挖掘力度，推動高含油量、高芝麻素和芝麻林素含量芝麻新品種的培育。為進(jìn)一步研究黑芝麻和白芝麻的營養(yǎng)功能，分析了其氨基酸組成及含量的差異，發(fā)現(xiàn)黑芝麻中異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸含量顯著高于白芝麻，此分析結(jié)果與黃曉榮等[22]的研究結(jié)果基本一致，為綜合利用黑、白芝麻提供科學(xué)依據(jù)。

綜上所述，通過對317份國內(nèi)芝麻種質(zhì)材料的含油量以及蛋白質(zhì)、脂肪酸、氨基酸、芝麻素、芝麻林素等主要品質(zhì)成分含量進(jìn)行分析，結(jié)果表明，不同芝麻品種脂肪酸及氨基酸組分含量有很大差異，黑、白芝麻中含油量以及蛋白質(zhì)、芝麻素、芝麻林素含量均有顯著差異，黑、白芝麻中含油量與芝麻素含量呈極顯著正相關(guān)的關(guān)系，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)芝麻高含油量和高芝麻素的同步改良，推動高含油量、高芝麻素含量芝麻新品種的培育。