小米油脂成分含量與小米粥感官品質的相關性

郄倩茹 胡萌萌 張麗玲 張雅坤 李旭凱 韓淵懷 楊宏斌*

(1.山西農業大學 農學院，山西 太谷 030801;2.山西農業大學 生命科學學院，山西 太谷 030801)

谷子(Setariaitalic)是起源于我國的古老作物之一，為第二大黍類作物。谷子具有耐干旱、適應性強、耐貧瘠和生長周期短且易儲存等優勢，在中國北方地區長期作為主食[1]。谷子去殼后稱為小米，其營養價值豐富，是良好的營養源[2]，含有豐富的蛋白質、鈣、鐵和維生素等營養成分，油脂含量也不少[3]。小米油脂是一種營養豐富的食用植物油脂，富含大量的不飽和脂肪酸。小米內的粗脂肪含量為2.8%～8.0%，介于水稻和玉米之間，且都是優質脂肪[4]。Tester等[5]研究表明，油脂含量顯著影響小米粥感官質量，高油脂含量小米的粘聚性、柔軟性、滋味和適口性等指標比較好，油脂與直鏈淀粉形成復合物能阻礙淀粉糊化，抑制小米吸水膨脹，從而影響其感官品質[6]。在一定范圍內，油脂含量越高，小米的膨脹率越小，透光率越大，光澤越好，香味越濃，滋味和適口性等越好，感官品質越佳[7]。張卓敏[8]也發現小米內粗脂肪含量與小米粥的色澤和香味呈顯著正相關，粗脂肪含量越高時，小米粥的適口性和感官品質越佳。小米中脂肪酸含量為12 mg/g，其中含42%油酸、21%棕櫚酸、25%亞油酸和4%α-亞麻酸等[9]，且這些脂肪酸在為人體提供所需的能量外，還有助于改善口感，促進進食后的飽脹感，脂肪酸的含量顯著影響食品的食用品質[10]。不同品種的小米油脂成分存在差異，很大程度上影響小米粥感官品質，但不同油脂成分含量的積累對感官品質影響不同，目前還需進一步研究探討。

小米是營養豐富且利于人體吸收的一類優質谷物，消費者對小米的要求已經不止停留在飽腹階段，人們更加關注小米的營養及感官品質，不僅要求小米的營養價值高，而且對小米的口感、香味、粘性、硬度和彈性的期望越來越高。感官品質的提升主要受小米成分特性的影響，其中，油脂是構成小米的重要成分，油脂含量不僅與營養品質，而且與外觀和食用品質有關。目前，對谷子的研究主要集中在米色和淀粉特性，而對油脂功能特性及其對小米粥感官品質的研究鮮有報道。本試驗首先通過對11個谷子品種油脂成分含量進行測定，然后對其油脂成分含量和感官品質進行相關性分析，旨在深入探究小米油脂成分含量和小米粥感官品質之間的關聯，以期為小米品質改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2018年，在山西農業大學試驗田種植11個谷子品種，包括‘紅粘谷’、‘晉谷21’、‘牛毛白’、‘糟皮一刀把齊’、‘晉汾52’、‘豫谷1號’、‘毛粟’、‘小金茁’、‘濟谷11’、‘龍爪谷’和‘刀把齊’，收獲的種子用于油脂成分分析和品嘗打分。

1.2 試驗方法

1.2.1小米油脂成分測定

收獲11個谷子品種的種子去種皮、去雜質獲得飽滿的小米米粒，將米粒放入培養皿中，置于45 ℃下烘干至恒重，再用粉碎機粉碎5 min，將過100目篩子的粉末用于油脂成分測定。稱取小米粉末4.00 g，置于250 mL錐形瓶中，利用美國安捷倫公司的7890B GC/5977A MSD氣質聯用儀，色譜柱為DB-Wax，230 ℃的氫火焰離子檢測器FID，在國標GB 5009.168—2016《食品中脂肪酸的測定》[11]的基礎上，采用十七烷酸甲酯(C17)作為內標測得油脂成分相對含量(Ai/AC17)。

1.2.2油脂成分相關生物信息學數據處理

使用KEGG網站的PATHWAY數據庫[12]進行小米各油脂成分合成通路分析。首先，在KEGG上對各油脂成分物質進行檢索，得到小米各成分物質所屬的KEGG_ID，并記錄COMPOUND所對應的物質，在KEGG中搜索該物質對應的pathway通路圖，并在通路圖中找到該物質。然后，在合成油脂成分通路圖中查找該成分的調控酶基因的序列信息，利用blastp同源比對到谷子基因組上，最后對每個油脂成分都執行上述的合成通路分析。

1.2.3小米粥感官品質鑒定

感官評價作為評價小米蒸煮品質最直觀和最有效的方法，在小米品質評價中廣泛應用。GB/T 19503—2008《糧油檢驗稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》[13]對小米蒸煮食味方法做出更加詳細的規定。稱取10 g小米，倒入燒杯中，淘米1次，加入200 mL 蒸餾水，放入蒸鍋中蒸40 min。將制成不同試樣的米湯置于白瓷盤(碗)中(每人1份米粥)，供品評。評審人員由來自山西農業大學的老師和學生組成，男女共13人，評價人員從外觀結構、適口性、色澤、滋味和氣味等方面進行評價并評分，最后整理出評分的結果。

1.2.4統計分析

利用R (R version 1.1.0) 語言Performance Analytics包[14]實現相關性矩陣分析及可視化，數據為整合油酸成分含量和小米粥品嘗分數的矩陣。

利用R語言對數據進行統計分析。

1.2.5轉錄組測序數據分析

在植物基因組數據庫Phytozome[15]中下載谷子品種‘豫谷1號’(SetariaitalicaV2.2)全部蛋白序列，進一步整理后查找在1.2.2中找到的酶的序列的同源基因。挑選11個谷子品種中的3個谷子品種‘晉谷21’、‘晉汾52’和‘牛毛白’，在籽粒灌漿S2 (灌漿前期，成胚，胚處于乳狀物質中)和S4(灌漿后期，籽粒質地硬化)時期取樣進行轉錄組測序。

對數據進行均一化處理，公式為：

(x-xmin)/(xmax-xmin)

式中：x為基因表達量，xmin為該基因在測序樣本中表達量的最小值，xmax為最大值。完成后，作為制作熱圖的基本數據。最后使用R語言的pheatmap包[16]完成熱圖繪制，將每一種油脂成分化學式、上游物質化學式、調控酶的表達量熱圖結合起來，整理成通路圖。

2 結果與分析

2.1 小米粥感官品質鑒定

由表1可知，由于評審人員喜好等主觀因素，對不同品種小米粥的感官評價打分各不相同，但總體趨勢是一致的，11種小米粥得分范圍在56.46～67.85，變化不大，數據可靠。小米粥感官評價結果顯示，綜合評價為優的是：‘晉谷21’、‘小金茁’、‘糟皮一刀把齊’和‘毛粟’，評價一般的是：‘牛毛白’、‘晉汾52’和‘濟谷11’，與李旭凱等[17]測定的米色參數b*值順序基本一致。從均分上來看，b*值最高的‘晉谷21’品嘗分數最高，67.85，感官品質最好，香味濃并且小米粥有光澤，‘小金茁’得分次之，66.92，而參評人員對‘牛毛白’和‘濟谷11’的評價較差，米香平淡且米粥寡淡，均分在60分以下，且b*值較小，米色差。供試小米品種的感官指標在品種間有一定差異，但并不顯著。因此，要結合油脂含量分析小米品質，選出較優的小米品種。

2.2 小米油脂成分含量分析

由表2可知，‘晉汾52’中的油脂成分含量較其他品種高，其中油酸、亞油酸、α-亞麻酸、花生酸和順-13-二十碳烯酸在11個谷子品種內含量最高，肉豆蔻酸、壬二酸和棕櫚油酸的含量都較低。‘牛毛白’的每類油脂成分含量較其他品種少，‘牛毛白’中棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、花生酸、山俞酸和順-13-二十碳烯酸的含量都最低，而棕櫚油酸的含量卻較高。其余9個品種含有的總油脂成分相對含量相差不多，但各成分含量略有差異。在小米油脂中棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、α-亞麻酸和花生酸是主要成分，其中亞油酸的相對含量差異較大，最高為‘晉汾52’，8 201.98，最低為‘牛毛白’，4 216.96，這可能是引起小米粥感官品質差異的原因。在油脂成分中肉豆蔻酸在11個小米品種內含量較高的品種是‘糟皮一刀把齊’、‘毛粟’、‘晉谷21’和‘小金茁’，較低的是‘龍爪谷’、‘濟谷11’和‘晉汾52’，與小米粥品嘗打分由高到低排序相一致，與b*值由高到低順序也一致，順-11-十六碳烯酸在11個小米品種內除個別品種有差異外也與小米粥品嘗打分順序基本一致，米色與肉豆蔻酸spearman相關系數R2為0.44，說明肉豆蔻酸和順-11-十六碳烯酸含量的差異可能是引起小米粥感官品質差異的因素之一，進而影響米色。

2.3 聚類分析

由圖1可知， KEGG_ID為C05764、C04088和C01203的上游物質經KEGG_ID為3.1.2.14的酶催化生成棕櫚酸、硬脂酸和油酸。對照表3進行材料取樣測轉錄組，進行表達量數據分析。‘晉汾52’Seita.2G108900基因在籽粒發育S2時期表達量較低，在S4時期的表達量在6個測序樣本中表達量最高。‘晉汾52’較其他2個品種棕櫚酸、硬脂酸和油酸的含量高，但‘晉汾52’品嘗分數較低，推測Seita.2G108900基因可能是‘晉汾52’中調控棕櫚酸、硬脂酸和油酸合成的基因，進而影響小米粥的感官品質。Seita.2G264600在‘牛毛白’籽粒灌漿S2時期高表達，在S4時期表達量下降。提高Seita.2G264600基因在籽粒灌漿S4時期的表達可能有助于‘牛毛白’小米粥感官品質的改善。小米粥感官指標中‘晉谷21’的品嘗分數高達67.85，為優質，‘晉汾52’和‘牛毛白’口味較差，分數分別為60.67和56.46。只有Seita.4G041400在這3個品種籽粒灌漿的S4時期表達量符合上述趨勢，推測此基因表達量的增加對小米粥感官品質的改善有積極作用。

紅色表示相對表達量高的基因；藍色表示相對表達量低的基因。High-expression genes in red and low-expression genes in blue.圖1 棕櫚酸，硬脂酸和油酸代謝圖與酶基因表達Fig.1 Metabolic map and enzyme gene expression of palmitic acid, stearic acid and oleic acid

表3 轉錄組取樣表Table 3 The table of transcriptome sampling

由圖2可知，KEGG_ID為C00157的物質通過KEGG_ID為3.1.1.4的酶得到KEGG_ID為C06427、C01595和C00219的物質，分別為α-亞麻酸、亞油酸和花生酸。Seita.9G454300、Seita.1G37880、Seita.9G122800和Seita.8G146700的4個基因在‘晉汾52’籽粒灌漿S4時期比S2時期表達量都較低，但α-亞麻酸、亞油酸和花生酸的含量在11個品種內最高，可能是這4個基因在S4時期表達量的降低有利于三類油脂成分含量的積累，不利于小米粥感官品質的改善。從‘晉谷21’、‘晉汾52’和‘牛毛白’籽粒灌漿S4時期基因的表達量看，Seita.9G122800基因表達情況與小米粥品嘗打分順序一致,與3個品種含有的α-亞麻酸、亞油酸和花生酸含量排序也一致。Seita.9G122800基因可能是α-亞麻酸、亞油酸和花生酸合成通路上的功能基因，而Seita.8G146700基因表達情況與小米粥品嘗打分順序相反，這個基因可能負調控三類油脂成分的增加。

KEGG_ID為C00157的卵磷脂同時調控亞油酸、α-亞麻酸和花生酸，表明不同的油脂成分之間相互影響，共同調節小米粥的感官品質。

2.4 相關性矩陣可視化分析

如圖3所示，油脂成分含量之間互相關聯，肉豆蔻酸與2,4-二叔丁基苯酚之間表現為顯著正相關，R2=0.70,與其余油脂成分為顯著負相關，包括棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、α-亞麻酸、花生酸、山俞酸、順-13-二十碳烯酸、二十三烷酸和二十四烷酸。除α-亞麻酸和二十三烷酸表現負相關(R2=-0.22)外，棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、α-亞麻酸、花生酸、山俞酸、順-13-二十碳烯酸、二十三烷酸和二十四烷酸之間都表現出程度不一的正相關關系。小米粥品嘗分數與米色b*值呈顯著正相關，R2=0.59，驗證11個谷子品種小米粥品嘗分數與米色b*值排序相一致的現象。肉豆蔻酸、順-11-十六碳烯酸和2,4-二叔丁基苯酚的含量都與小米粥品嘗分數呈正相關，R2分別為0.66、0.51和0.61，與米色b*值也呈正相關關系，驗證了11個谷子品種的肉豆蔻酸和順-11-十六碳烯酸含量排序與米色b*值、打分順序基本一致。肉豆蔻酸、順-11-十六碳烯酸和2，4-二叔丁基苯酚在小米內含量的增加更加有利于小米粥感官品質的改善。小米粥品嘗分數與硬脂酸、α-亞麻酸、花生酸、二十三烷酸含量都呈負相關，這也是‘晉汾52’品嘗打分較低的原因，說明硬脂酸、α-亞麻酸、花生酸、二十三烷酸含量的增加不利于小米粥的品質改善。

圖2 α-亞麻酸，亞油酸和花生酸代謝圖與酶基因表達Fig.2 Metabolic map and enzyme gene expression of α-linolenic acid, 9,12-octadecadienoic acid and arachidic acid

對角線表示了變量自身的分布情況，正三角形的區域表示了2個成分物質的散點圖；倒三角形中數字表示兩個成分物質的相關性值， *,**,***分別代表在0.05, 0.01和0.001水平上顯著。橫軸縱軸的數字代表指標數據分布范圍。A，棕櫚酸；B，硬脂酸；C，油酸；D，亞油酸；E，α-亞麻酸；F，花生酸；G，山俞酸；H，肉豆蔻酸；I，十五烷酸；J，壬二酸；K，順-11-十六碳烯酸；L，棕櫚油酸；M，2,4-二叔丁基苯酚；N，順-11-十八烯酸；O，順-13-二十碳烯酸；P，二十三烷酸；Q，二十四烷酸；R，小米粥感官品質評分；S，b*值。The diagonal line shows the distribution of the variables themselves, while the equilateral triangle area shows the scatter diagram of the two components. The number in the inverted triangle represents the correlation value of the two components, and the * in the picture represents the significance degree of the two components. *, ** and *** represent significance of 0.05, 0.01 and 0.001, respectively. The numbers on the horizontal axis and the vertical axis represent the data distribution range of index. A, Palmitic acid; B, Octadecanoic acid; C, 9-Octadecenoic acid; D, 9,12-Octadecadienoic acid; E, α-Linolenic acid; F, Arachidic acid; G, Behenic acid; H, Myristic acid; I, Pentadecanoic acid; J, Azelaic acid; K, 11(Z)-Hexadecenoic acid; L, Palmitoleic acid; M, 2,4-Di-tert-butylphenol; N, cis-11-Octadecenoic acid; O, cis-13-Eicosenoic acid; P, Tricosanoic acid; Q, Lignoceric acid; R, sensory quality score of millet porridge; S, b* value.圖3 油脂成分含量與小米粥感官品質指標相關性Fig.3 Correlation between vegetable oils contents and sensory quality index of millet porridge

3 討 論

在小米色澤的評價上，色差分析儀可以將人的視覺判斷數字化，形象化，色差分析與人的直觀判斷較為一致，參數b*值可以表征小米的米色差異。已有研究表明，小米米色與食味呈現顯著正相關，米色越黃，即b*值越大，其風味越好[17]，且11個谷子品種的b*值由高到低的排序是：‘晉谷21’、‘糟皮一刀把齊’、‘晉汾52’、‘毛粟’、‘豫谷1號’、‘刀把齊’、‘小金茁’、‘紅粘谷’、‘濟谷11’、‘龍爪谷’和‘牛毛白’。粗脂肪含量與小米粥外觀呈正相關，影響人們對小米粥的感官評價。一般來說，棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、花生酸和亞麻酸是谷子油脂的主要成分[18]，另外還有其他油脂成分在谷子中也占有一定比例，如花生酸、山俞酸和肉豆蔻酸等。李旭凱等[17]分析發現，氨基酸生物合成和脂類代謝基因在谷子籽粒灌漿S4時期大量表達，小米蛋白質和脂質含量可能是品質差異的重要因素。

米色與小米食味之間相關聯，本試驗挑選米色差異較大的11個不同品種的谷子，熬制小米粥品嘗打分并對其油脂成分的含量進行測定。通過查找油脂成分合成通路調控酶蛋白序列在谷子內的同源基因，分析其在3個谷子品種籽粒灌漿S2和S4時期的轉錄組數據的表達情況，發現Seita.4G041400和Seita.9G122800基因的表達情況與小米粥品嘗打分順序一致，呈顯著正相關，而Seita.8G146700則相反，與小米粥品嘗分數呈負相關。Seita.2G108900基因表達量升高，則棕櫚酸、硬脂酸和油酸的含量增加，品嘗得分下降，不利于感官品質的改善，而Seita.2G264600表達量的升高有助于品質的改善。對小米油脂成分含量與感官品質的相關性分析表明，肉豆蔻酸、順-11-十六碳烯酸和2,4-二叔丁基苯酚有利于小米粥感官品質的改善，硬脂酸、α-亞麻酸、花生酸、二十三烷酸不利于小米粥感官品質的改善。米色與小米粥感官品質存在正相關，肉豆蔻酸、順-11-十六碳烯酸和2,4-二叔丁基苯酚的含量增加可以改善小米粥感官品質，有利于小米米色的改善。‘晉谷21’作為優質谷子品種，米色金黃發亮，粳性，細柔光滑，米粥噴香，是其中肉豆蔻酸和順-11-十六碳烯酸含量高，硬脂酸、花生酸和二十三烷酸含量低的緣故。小米各油脂成分含量與小米粥感官品質之間的相關關聯分析還有待進一步試驗驗證。

4 結 論

本試驗對11個品種小米內油脂含量與感官品質之間的相關性進行分析，結果表明，油脂成分中肉豆蔻酸、順-11-十六碳烯酸和2,4-二叔丁基苯酚含量的積累有利于小米粥感官品質的改善；且谷子品種間油脂成分含量的區別可能是引起米色差異的因素之一。但要揭示小米粥感官品質的生理機制還有待進一步試驗驗證。