小米油脂成分含量与小米粥感官品质的相关性

郄倩茹 胡萌萌 张丽玲 张雅坤 李旭凯 韩渊怀 杨宏斌*

(1.山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801;2.山西农业大学 生命科学学院，山西 太谷 030801)

谷子(Setariaitalic)是起源于我国的古老作物之一，为第二大黍类作物。谷子具有耐干旱、适应性强、耐贫瘠和生长周期短且易储存等优势，在中国北方地区长期作为主食[1]。谷子去壳后称为小米，其营养价值丰富，是良好的营养源[2]，含有丰富的蛋白质、钙、铁和维生素等营养成分，油脂含量也不少[3]。小米油脂是一种营养丰富的食用植物油脂，富含大量的不饱和脂肪酸。小米内的粗脂肪含量为2.8%～8.0%，介于水稻和玉米之间，且都是优质脂肪[4]。Tester等[5]研究表明，油脂含量显著影响小米粥感官质量，高油脂含量小米的粘聚性、柔软性、滋味和适口性等指标比较好，油脂与直链淀粉形成复合物能阻碍淀粉糊化，抑制小米吸水膨胀，从而影响其感官品质[6]。在一定范围内，油脂含量越高，小米的膨胀率越小，透光率越大，光泽越好，香味越浓，滋味和适口性等越好，感官品质越佳[7]。张卓敏[8]也发现小米内粗脂肪含量与小米粥的色泽和香味呈显著正相关，粗脂肪含量越高时，小米粥的适口性和感官品质越佳。小米中脂肪酸含量为12 mg/g，其中含42%油酸、21%棕榈酸、25%亚油酸和4%α-亚麻酸等[9]，且这些脂肪酸在为人体提供所需的能量外，还有助于改善口感，促进进食后的饱胀感，脂肪酸的含量显著影响食品的食用品质[10]。不同品种的小米油脂成分存在差异，很大程度上影响小米粥感官品质，但不同油脂成分含量的积累对感官品质影响不同，目前还需进一步研究探讨。

小米是营养丰富且利于人体吸收的一类优质谷物，消费者对小米的要求已经不止停留在饱腹阶段，人们更加关注小米的营养及感官品质，不仅要求小米的营养价值高，而且对小米的口感、香味、粘性、硬度和弹性的期望越来越高。感官品质的提升主要受小米成分特性的影响，其中，油脂是构成小米的重要成分，油脂含量不仅与营养品质，而且与外观和食用品质有关。目前，对谷子的研究主要集中在米色和淀粉特性，而对油脂功能特性及其对小米粥感官品质的研究鲜有报道。本试验首先通过对11个谷子品种油脂成分含量进行测定，然后对其油脂成分含量和感官品质进行相关性分析，旨在深入探究小米油脂成分含量和小米粥感官品质之间的关联，以期为小米品质改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2018年，在山西农业大学试验田种植11个谷子品种，包括‘红粘谷’、‘晋谷21’、‘牛毛白’、‘糟皮一刀把齐’、‘晋汾52’、‘豫谷1号’、‘毛粟’、‘小金茁’、‘济谷11’、‘龙爪谷’和‘刀把齐’，收获的种子用于油脂成分分析和品尝打分。

1.2 试验方法

1.2.1小米油脂成分测定

收获11个谷子品种的种子去种皮、去杂质获得饱满的小米米粒，将米粒放入培养皿中，置于45 ℃下烘干至恒重，再用粉碎机粉碎5 min，将过100目筛子的粉末用于油脂成分测定。称取小米粉末4.00 g，置于250 mL锥形瓶中，利用美国安捷伦公司的7890B GC/5977A MSD气质联用仪，色谱柱为DB-Wax，230 ℃的氢火焰离子检测器FID，在国标GB 5009.168—2016《食品中脂肪酸的测定》[11]的基础上，采用十七烷酸甲酯(C17)作为内标测得油脂成分相对含量(Ai/AC17)。

1.2.2油脂成分相关生物信息学数据处理

使用KEGG网站的PATHWAY数据库[12]进行小米各油脂成分合成通路分析。首先，在KEGG上对各油脂成分物质进行检索，得到小米各成分物质所属的KEGG_ID，并记录COMPOUND所对应的物质，在KEGG中搜索该物质对应的pathway通路图，并在通路图中找到该物质。然后，在合成油脂成分通路图中查找该成分的调控酶基因的序列信息，利用blastp同源比对到谷子基因组上，最后对每个油脂成分都执行上述的合成通路分析。

1.2.3小米粥感官品质鉴定

感官评价作为评价小米蒸煮品质最直观和最有效的方法，在小米品质评价中广泛应用。GB/T 19503—2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》[13]对小米蒸煮食味方法做出更加详细的规定。称取10 g小米，倒入烧杯中，淘米1次，加入200 mL 蒸馏水，放入蒸锅中蒸40 min。将制成不同试样的米汤置于白瓷盘(碗)中(每人1份米粥)，供品评。评审人员由来自山西农业大学的老师和学生组成，男女共13人，评价人员从外观结构、适口性、色泽、滋味和气味等方面进行评价并评分，最后整理出评分的结果。

1.2.4统计分析

利用R (R version 1.1.0) 语言Performance Analytics包[14]实现相关性矩阵分析及可视化，数据为整合油酸成分含量和小米粥品尝分数的矩阵。

利用R语言对数据进行统计分析。

1.2.5转录组测序数据分析

在植物基因组数据库Phytozome[15]中下载谷子品种‘豫谷1号’(SetariaitalicaV2.2)全部蛋白序列，进一步整理后查找在1.2.2中找到的酶的序列的同源基因。挑选11个谷子品种中的3个谷子品种‘晋谷21’、‘晋汾52’和‘牛毛白’，在籽粒灌浆S2 (灌浆前期，成胚，胚处于乳状物质中)和S4(灌浆后期，籽粒质地硬化)时期取样进行转录组测序。

对数据进行均一化处理，公式为：

(x-xmin)/(xmax-xmin)

式中：x为基因表达量，xmin为该基因在测序样本中表达量的最小值，xmax为最大值。完成后，作为制作热图的基本数据。最后使用R语言的pheatmap包[16]完成热图绘制，将每一种油脂成分化学式、上游物质化学式、调控酶的表达量热图结合起来，整理成通路图。

2 结果与分析

2.1 小米粥感官品质鉴定

由表1可知，由于评审人员喜好等主观因素，对不同品种小米粥的感官评价打分各不相同，但总体趋势是一致的，11种小米粥得分范围在56.46～67.85，变化不大，数据可靠。小米粥感官评价结果显示，综合评价为优的是：‘晋谷21’、‘小金茁’、‘糟皮一刀把齐’和‘毛粟’，评价一般的是：‘牛毛白’、‘晋汾52’和‘济谷11’，与李旭凯等[17]测定的米色参数b*值顺序基本一致。从均分上来看，b*值最高的‘晋谷21’品尝分数最高，67.85，感官品质最好，香味浓并且小米粥有光泽，‘小金茁’得分次之，66.92，而参评人员对‘牛毛白’和‘济谷11’的评价较差，米香平淡且米粥寡淡，均分在60分以下，且b*值较小，米色差。供试小米品种的感官指标在品种间有一定差异，但并不显著。因此，要结合油脂含量分析小米品质，选出较优的小米品种。

2.2 小米油脂成分含量分析

由表2可知，‘晋汾52’中的油脂成分含量较其他品种高，其中油酸、亚油酸、α-亚麻酸、花生酸和顺-13-二十碳烯酸在11个谷子品种内含量最高，肉豆蔻酸、壬二酸和棕榈油酸的含量都较低。‘牛毛白’的每类油脂成分含量较其他品种少，‘牛毛白’中棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、花生酸、山俞酸和顺-13-二十碳烯酸的含量都最低，而棕榈油酸的含量却较高。其余9个品种含有的总油脂成分相对含量相差不多，但各成分含量略有差异。在小米油脂中棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、α-亚麻酸和花生酸是主要成分，其中亚油酸的相对含量差异较大，最高为‘晋汾52’，8 201.98，最低为‘牛毛白’，4 216.96，这可能是引起小米粥感官品质差异的原因。在油脂成分中肉豆蔻酸在11个小米品种内含量较高的品种是‘糟皮一刀把齐’、‘毛粟’、‘晋谷21’和‘小金茁’，较低的是‘龙爪谷’、‘济谷11’和‘晋汾52’，与小米粥品尝打分由高到低排序相一致，与b*值由高到低顺序也一致，顺-11-十六碳烯酸在11个小米品种内除个别品种有差异外也与小米粥品尝打分顺序基本一致，米色与肉豆蔻酸spearman相关系数R2为0.44，说明肉豆蔻酸和顺-11-十六碳烯酸含量的差异可能是引起小米粥感官品质差异的因素之一，进而影响米色。

2.3 聚类分析

由图1可知， KEGG_ID为C05764、C04088和C01203的上游物质经KEGG_ID为3.1.2.14的酶催化生成棕榈酸、硬脂酸和油酸。对照表3进行材料取样测转录组，进行表达量数据分析。‘晋汾52’Seita.2G108900基因在籽粒发育S2时期表达量较低，在S4时期的表达量在6个测序样本中表达量最高。‘晋汾52’较其他2个品种棕榈酸、硬脂酸和油酸的含量高，但‘晋汾52’品尝分数较低，推测Seita.2G108900基因可能是‘晋汾52’中调控棕榈酸、硬脂酸和油酸合成的基因，进而影响小米粥的感官品质。Seita.2G264600在‘牛毛白’籽粒灌浆S2时期高表达，在S4时期表达量下降。提高Seita.2G264600基因在籽粒灌浆S4时期的表达可能有助于‘牛毛白’小米粥感官品质的改善。小米粥感官指标中‘晋谷21’的品尝分数高达67.85，为优质，‘晋汾52’和‘牛毛白’口味较差，分数分别为60.67和56.46。只有Seita.4G041400在这3个品种籽粒灌浆的S4时期表达量符合上述趋势，推测此基因表达量的增加对小米粥感官品质的改善有积极作用。

红色表示相对表达量高的基因；蓝色表示相对表达量低的基因。High-expression genes in red and low-expression genes in blue.图1 棕榈酸，硬脂酸和油酸代谢图与酶基因表达Fig.1 Metabolic map and enzyme gene expression of palmitic acid, stearic acid and oleic acid

表3 转录组取样表Table 3 The table of transcriptome sampling

由图2可知，KEGG_ID为C00157的物质通过KEGG_ID为3.1.1.4的酶得到KEGG_ID为C06427、C01595和C00219的物质，分别为α-亚麻酸、亚油酸和花生酸。Seita.9G454300、Seita.1G37880、Seita.9G122800和Seita.8G146700的4个基因在‘晋汾52’籽粒灌浆S4时期比S2时期表达量都较低，但α-亚麻酸、亚油酸和花生酸的含量在11个品种内最高，可能是这4个基因在S4时期表达量的降低有利于三类油脂成分含量的积累，不利于小米粥感官品质的改善。从‘晋谷21’、‘晋汾52’和‘牛毛白’籽粒灌浆S4时期基因的表达量看，Seita.9G122800基因表达情况与小米粥品尝打分顺序一致,与3个品种含有的α-亚麻酸、亚油酸和花生酸含量排序也一致。Seita.9G122800基因可能是α-亚麻酸、亚油酸和花生酸合成通路上的功能基因，而Seita.8G146700基因表达情况与小米粥品尝打分顺序相反，这个基因可能负调控三类油脂成分的增加。

KEGG_ID为C00157的卵磷脂同时调控亚油酸、α-亚麻酸和花生酸，表明不同的油脂成分之间相互影响，共同调节小米粥的感官品质。

2.4 相关性矩阵可视化分析

如图3所示，油脂成分含量之间互相关联，肉豆蔻酸与2,4-二叔丁基苯酚之间表现为显著正相关，R2=0.70,与其余油脂成分为显著负相关，包括棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、α-亚麻酸、花生酸、山俞酸、顺-13-二十碳烯酸、二十三烷酸和二十四烷酸。除α-亚麻酸和二十三烷酸表现负相关(R2=-0.22)外，棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、α-亚麻酸、花生酸、山俞酸、顺-13-二十碳烯酸、二十三烷酸和二十四烷酸之间都表现出程度不一的正相关关系。小米粥品尝分数与米色b*值呈显著正相关，R2=0.59，验证11个谷子品种小米粥品尝分数与米色b*值排序相一致的现象。肉豆蔻酸、顺-11-十六碳烯酸和2,4-二叔丁基苯酚的含量都与小米粥品尝分数呈正相关，R2分别为0.66、0.51和0.61，与米色b*值也呈正相关关系，验证了11个谷子品种的肉豆蔻酸和顺-11-十六碳烯酸含量排序与米色b*值、打分顺序基本一致。肉豆蔻酸、顺-11-十六碳烯酸和2，4-二叔丁基苯酚在小米内含量的增加更加有利于小米粥感官品质的改善。小米粥品尝分数与硬脂酸、α-亚麻酸、花生酸、二十三烷酸含量都呈负相关，这也是‘晋汾52’品尝打分较低的原因，说明硬脂酸、α-亚麻酸、花生酸、二十三烷酸含量的增加不利于小米粥的品质改善。

图2 α-亚麻酸，亚油酸和花生酸代谢图与酶基因表达Fig.2 Metabolic map and enzyme gene expression of α-linolenic acid, 9,12-octadecadienoic acid and arachidic acid

对角线表示了变量自身的分布情况，正三角形的区域表示了2个成分物质的散点图；倒三角形中数字表示两个成分物质的相关性值， *,**,***分别代表在0.05, 0.01和0.001水平上显著。横轴纵轴的数字代表指标数据分布范围。A，棕榈酸；B，硬脂酸；C，油酸；D，亚油酸；E，α-亚麻酸；F，花生酸；G，山俞酸；H，肉豆蔻酸；I，十五烷酸；J，壬二酸；K，顺-11-十六碳烯酸；L，棕榈油酸；M，2,4-二叔丁基苯酚；N，顺-11-十八烯酸；O，顺-13-二十碳烯酸；P，二十三烷酸；Q，二十四烷酸；R，小米粥感官品质评分；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.图3 油脂成分含量与小米粥感官品质指标相关性Fig.3 Correlation between vegetable oils contents and sensory quality index of millet porridge

3 讨 论

在小米色泽的评价上，色差分析仪可以将人的视觉判断数字化，形象化，色差分析与人的直观判断较为一致，参数b*值可以表征小米的米色差异。已有研究表明，小米米色与食味呈现显著正相关，米色越黄，即b*值越大，其风味越好[17]，且11个谷子品种的b*值由高到低的排序是：‘晋谷21’、‘糟皮一刀把齐’、‘晋汾52’、‘毛粟’、‘豫谷1号’、‘刀把齐’、‘小金茁’、‘红粘谷’、‘济谷11’、‘龙爪谷’和‘牛毛白’。粗脂肪含量与小米粥外观呈正相关，影响人们对小米粥的感官评价。一般来说，棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、花生酸和亚麻酸是谷子油脂的主要成分[18]，另外还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。李旭凯等[17]分析发现，氨基酸生物合成和脂类代谢基因在谷子籽粒灌浆S4时期大量表达，小米蛋白质和脂质含量可能是品质差异的重要因素。

米色与小米食味之间相关联，本试验挑选米色差异较大的11个不同品种的谷子，熬制小米粥品尝打分并对其油脂成分的含量进行测定。通过查找油脂成分合成通路调控酶蛋白序列在谷子内的同源基因，分析其在3个谷子品种籽粒灌浆S2和S4时期的转录组数据的表达情况，发现Seita.4G041400和Seita.9G122800基因的表达情况与小米粥品尝打分顺序一致，呈显著正相关，而Seita.8G146700则相反，与小米粥品尝分数呈负相关。Seita.2G108900基因表达量升高，则棕榈酸、硬脂酸和油酸的含量增加，品尝得分下降，不利于感官品质的改善，而Seita.2G264600表达量的升高有助于品质的改善。对小米油脂成分含量与感官品质的相关性分析表明，肉豆蔻酸、顺-11-十六碳烯酸和2,4-二叔丁基苯酚有利于小米粥感官品质的改善，硬脂酸、α-亚麻酸、花生酸、二十三烷酸不利于小米粥感官品质的改善。米色与小米粥感官品质存在正相关，肉豆蔻酸、顺-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质，有利于小米米色的改善。‘晋谷21’作为优质谷子品种，米色金黄发亮，粳性，细柔光滑，米粥喷香，是其中肉豆蔻酸和顺-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缘故。小米各油脂成分含量与小米粥感官品质之间的相关关联分析还有待进一步试验验证。

4 结 论

本试验对11个品种小米内油脂含量与感官品质之间的相关性进行分析，结果表明，油脂成分中肉豆蔻酸、顺-11-十六碳烯酸和2,4-二叔丁基苯酚含量的积累有利于小米粥感官品质的改善；且谷子品种间油脂成分含量的区别可能是引起米色差异的因素之一。但要揭示小米粥感官品质的生理机制还有待进一步试验验证。