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(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801;2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山西 太谷 030801)

谷子(Setariaitalic)是起源于我國(guó)的古老作物之一，為第二大黍類(lèi)作物。谷子具有耐干旱、適應(yīng)性強(qiáng)、耐貧瘠和生長(zhǎng)周期短且易儲(chǔ)存等優(yōu)勢(shì)，在中國(guó)北方地區(qū)長(zhǎng)期作為主食[1]。谷子去殼后稱為小米，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，是良好的營(yíng)養(yǎng)源[2]，含有豐富的蛋白質(zhì)、鈣、鐵和維生素等營(yíng)養(yǎng)成分，油脂含量也不少[3]。小米油脂是一種營(yíng)養(yǎng)豐富的食用植物油脂，富含大量的不飽和脂肪酸。小米內(nèi)的粗脂肪含量為2.8%～8.0%，介于水稻和玉米之間，且都是優(yōu)質(zhì)脂肪[4]。Tester等[5]研究表明，油脂含量顯著影響小米粥感官質(zhì)量，高油脂含量小米的粘聚性、柔軟性、滋味和適口性等指標(biāo)比較好，油脂與直鏈淀粉形成復(fù)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(zhì)[6]。在一定范圍內(nèi)，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(zhì)越佳[7]。張卓敏[8]也發(fā)現(xiàn)小米內(nèi)粗脂肪含量與小米粥的色澤和香味呈顯著正相關(guān)，粗脂肪含量越高時(shí)，小米粥的適口性和感官品質(zhì)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(jìn)進(jìn)食后的飽脹感，脂肪酸的含量顯著影響食品的食用品質(zhì)[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(zhì)，但不同油脂成分含量的積累對(duì)感官品質(zhì)影響不同，目前還需進(jìn)一步研究探討。

小米是營(yíng)養(yǎng)豐富且利于人體吸收的一類(lèi)優(yōu)質(zhì)谷物，消費(fèi)者對(duì)小米的要求已經(jīng)不止停留在飽腹階段，人們更加關(guān)注小米的營(yíng)養(yǎng)及感官品質(zhì)，不僅要求小米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，而且對(duì)小米的口感、香味、粘性、硬度和彈性的期望越來(lái)越高。感官品質(zhì)的提升主要受小米成分特性的影響，其中，油脂是構(gòu)成小米的重要成分，油脂含量不僅與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，而且與外觀和食用品質(zhì)有關(guān)。目前，對(duì)谷子的研究主要集中在米色和淀粉特性，而對(duì)油脂功能特性及其對(duì)小米粥感官品質(zhì)的研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)首先通過(guò)對(duì)11個(gè)谷子品種油脂成分含量進(jìn)行測(cè)定，然后對(duì)其油脂成分含量和感官品質(zhì)進(jìn)行相關(guān)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(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，以期為小米品質(zhì)改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2018年，在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田種植11個(gè)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(hào)’、‘毛粟’、‘小金茁’、‘濟(jì)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(yàn)方法

1.2.1小米油脂成分測(cè)定

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

1.2.2油脂成分相關(guān)生物信息學(xué)數(shù)據(jù)處理

使用KEGG網(wǎng)站的PATHWAY數(shù)據(jù)庫(kù)[12]進(jìn)行小米各油脂成分合成通路分析。首先，在KEGG上對(duì)各油脂成分物質(zhì)進(jìn)行檢索，得到小米各成分物質(zhì)所屬的KEGG_ID，并記錄COMPOUND所對(duì)應(yīng)的物質(zhì)，在KEGG中搜索該物質(zhì)對(duì)應(yīng)的pathway通路圖，并在通路圖中找到該物質(zhì)。然后，在合成油脂成分通路圖中查找該成分的調(diào)控酶基因的序列信息，利用blastp同源比對(duì)到谷子基因組上，最后對(duì)每個(gè)油脂成分都執(zhí)行上述的合成通路分析。

1.2.3小米粥感官品質(zhì)鑒定

感官評(píng)價(jià)作為評(píng)價(jià)小米蒸煮品質(zhì)最直觀和最有效的方法，在小米品質(zhì)評(píng)價(jià)中廣泛應(yīng)用。GB/T 19503—2008《糧油檢驗(yàn)稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評(píng)價(jià)方法》[13]對(duì)小米蒸煮食味方法做出更加詳細(xì)的規(guī)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(pán)(碗)中(每人1份米粥)，供品評(píng)。評(píng)審人員由來(lái)自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)的老師和學(xué)生組成，男女共13人，評(píng)價(jià)人員從外觀結(jié)構(gòu)、適口性、色澤、滋味和氣味等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)并評(píng)分，最后整理出評(píng)分的結(jié)果。

1.2.4統(tǒng)計(jì)分析

利用R (R version 1.1.0) 語(yǔ)言Performance Analytics包[14]實(shí)現(xiàn)相關(guān)性矩陣分析及可視化，數(shù)據(jù)為整合油酸成分含量和小米粥品嘗分?jǐn)?shù)的矩陣。

利用R語(yǔ)言對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.2.5轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)分析

在植物基因組數(shù)據(jù)庫(kù)Phytozome[15]中下載谷子品種‘豫谷1號(hào)’(SetariaitalicaV2.2)全部蛋白序列，進(jìn)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(gè)谷子品種中的3個(gè)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(zhì)中)和S4(灌漿后期，籽粒質(zhì)地硬化)時(shí)期取樣進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行均一化處理，公式為：

(x-xmin)/(xmax-xmin)

式中：x為基因表達(dá)量，xmin為該基因在測(cè)序樣本中表達(dá)量的最小值，xmax為最大值。完成后，作為制作熱圖的基本數(shù)據(jù)。最后使用R語(yǔ)言的pheatmap包[16]完成熱圖繪制，將每一種油脂成分化學(xué)式、上游物質(zhì)化學(xué)式、調(diào)控酶的表達(dá)量熱圖結(jié)合起來(lái)，整理成通路圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 小米粥感官品質(zhì)鑒定

由表1可知，由于評(píng)審人員喜好等主觀因素，對(duì)不同品種小米粥的感官評(píng)價(jià)打分各不相同，但總體趨勢(shì)是一致的，11種小米粥得分范圍在56.46～67.85，變化不大，數(shù)據(jù)可靠。小米粥感官評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，綜合評(píng)價(jià)為優(yōu)的是：‘晉谷21’、‘小金茁’、‘糟皮一刀把齊’和‘毛粟’，評(píng)價(jià)一般的是：‘牛毛白’、‘晉汾52’和‘濟(jì)谷11’，與李旭凱等[17]測(cè)定的米色參數(shù)b*值順序基本一致。從均分上來(lái)看，b*值最高的‘晉谷21’品嘗分?jǐn)?shù)最高，67.85，感官品質(zhì)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(píng)人員對(duì)‘牛毛白’和‘濟(jì)谷11’的評(píng)價(jià)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(biāo)在品種間有一定差異，但并不顯著。因此，要結(jié)合油脂含量分析小米品質(zhì)，選出較優(yōu)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(gè)谷子品種內(nèi)含量最高，肉豆蔻酸、壬二酸和棕櫚油酸的含量都較低?！Ｃ住拿款?lèi)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(gè)品種含有的總油脂成分相對(duì)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(duì)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(zhì)差異的原因。在油脂成分中肉豆蔻酸在11個(gè)小米品種內(nèi)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(jì)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(gè)小米品種內(nèi)除個(gè)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(guān)系數(shù)R2為0.44，說(shuō)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(zhì)差異的因素之一，進(jìn)而影響米色。

2.3 聚類(lèi)分析

由圖1可知， KEGG_ID為C05764、C04088和C01203的上游物質(zhì)經(jīng)KEGG_ID為3.1.2.14的酶催化生成棕櫚酸、硬脂酸和油酸。對(duì)照表3進(jìn)行材料取樣測(cè)轉(zhuǎn)錄組，進(jìn)行表達(dá)量數(shù)據(jù)分析?！畷x汾52’Seita.2G108900基因在籽粒發(fā)育S2時(shí)期表達(dá)量較低，在S4時(shí)期的表達(dá)量在6個(gè)測(cè)序樣本中表達(dá)量最高?！畷x汾52’較其他2個(gè)品種棕櫚酸、硬脂酸和油酸的含量高，但‘晉汾52’品嘗分?jǐn)?shù)較低，推測(cè)Seita.2G108900基因可能是‘晉汾52’中調(diào)控棕櫚酸、硬脂酸和油酸合成的基因，進(jìn)而影響小米粥的感官品質(zhì)。Seita.2G264600在‘牛毛白’籽粒灌漿S2時(shí)期高表達(dá)，在S4時(shí)期表達(dá)量下降。提高Seita.2G264600基因在籽粒灌漿S4時(shí)期的表達(dá)可能有助于‘牛毛白’小米粥感官品質(zhì)的改善。小米粥感官指標(biāo)中‘晉谷21’的品嘗分?jǐn)?shù)高達(dá)67.85，為優(yōu)質(zhì)，‘晉汾52’和‘牛毛白’口味較差，分?jǐn)?shù)分別為60.67和56.46。只有Seita.4G041400在這3個(gè)品種籽粒灌漿的S4時(shí)期表達(dá)量符合上述趨勢(shì)，推測(cè)此基因表達(dá)量的增加對(duì)小米粥感官品質(zhì)的改善有積極作用。

紅色表示相對(duì)表達(dá)量高的基因；藍(lán)色表示相對(duì)表達(dá)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(dá)Fig.1 Metabolic map and enzyme gene expression of palmitic acid, stearic acid and oleic acid

表3 轉(zhuǎn)錄組取樣表Table 3 The table of transcriptome sampling

由圖2可知，KEGG_ID為C00157的物質(zhì)通過(guò)KEGG_ID為3.1.1.4的酶得到KEGG_ID為C06427、C01595和C00219的物質(zhì)，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(gè)基因在‘晉汾52’籽粒灌漿S4時(shí)期比S2時(shí)期表達(dá)量都較低，但α-亞麻酸、亞油酸和花生酸的含量在11個(gè)品種內(nèi)最高，可能是這4個(gè)基因在S4時(shí)期表達(dá)量的降低有利于三類(lèi)油脂成分含量的積累，不利于小米粥感官品質(zhì)的改善。從‘晉谷21’、‘晉汾52’和‘牛毛白’籽粒灌漿S4時(shí)期基因的表達(dá)量看，Seita.9G122800基因表達(dá)情況與小米粥品嘗打分順序一致,與3個(gè)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(dá)情況與小米粥品嘗打分順序相反，這個(gè)基因可能負(fù)調(diào)控三類(lèi)油脂成分的增加。

KEGG_ID為C00157的卵磷脂同時(shí)調(diào)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(diào)節(jié)小米粥的感官品質(zhì)。

2.4 相關(guān)性矩陣可視化分析

如圖3所示，油脂成分含量之間互相關(guān)聯(lián)，肉豆蔻酸與2,4-二叔丁基苯酚之間表現(xiàn)為顯著正相關(guān)，R2=0.70,與其余油脂成分為顯著負(fù)相關(guān)，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(xiàn)負(fù)相關(guān)(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(xiàn)出程度不一的正相關(guān)關(guān)系。小米粥品嘗分?jǐn)?shù)與米色b*值呈顯著正相關(guān)，R2=0.59，驗(yàn)證11個(gè)谷子品種小米粥品嘗分?jǐn)?shù)與米色b*值排序相一致的現(xiàn)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?jǐn)?shù)呈正相關(guān)，R2分別為0.66、0.51和0.61，與米色b*值也呈正相關(guān)關(guān)系，驗(yàn)證了11個(gè)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(nèi)含量的增加更加有利于小米粥感官品質(zhì)的改善。小米粥品嘗分?jǐn)?shù)與硬脂酸、α-亞麻酸、花生酸、二十三烷酸含量都呈負(fù)相關(guān)，這也是‘晉汾52’品嘗打分較低的原因，說(shuō)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(zhì)改善。

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

對(duì)角線表示了變量自身的分布情況，正三角形的區(qū)域表示了2個(gè)成分物質(zhì)的散點(diǎn)圖；倒三角形中數(shù)字表示兩個(gè)成分物質(zhì)的相關(guān)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(shù)字代表指標(biāo)數(shù)據(jù)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(zhì)評(píng)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(zhì)指標(biāo)相關(guān)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(píng)價(jià)上，色差分析儀可以將人的視覺(jué)判斷數(shù)字化，形象化，色差分析與人的直觀判斷較為一致，參數(shù)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(xiàn)顯著正相關(guān)，米色越黃，即b*值越大，其風(fēng)味越好[17]，且11個(gè)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(hào)’、‘刀把齊’、‘小金茁’、‘紅粘谷’、‘濟(jì)谷11’、‘龍爪谷’和‘牛毛白’。粗脂肪含量與小米粥外觀呈正相關(guān)，影響人們對(duì)小米粥的感官評(píng)價(jià)。一般來(lái)說(shuō)，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(fā)現(xiàn)，氨基酸生物合成和脂類(lèi)代謝基因在谷子籽粒灌漿S4時(shí)期大量表達(dá)，小米蛋白質(zhì)和脂質(zhì)含量可能是品質(zhì)差異的重要因素。

米色與小米食味之間相關(guān)聯(lián)，本試驗(yàn)挑選米色差異較大的11個(gè)不同品種的谷子，熬制小米粥品嘗打分并對(duì)其油脂成分的含量進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)查找油脂成分合成通路調(diào)控酶蛋白序列在谷子內(nèi)的同源基因，分析其在3個(gè)谷子品種籽粒灌漿S2和S4時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)Seita.4G041400和Seita.9G122800基因的表達(dá)情況與小米粥品嘗打分順序一致，呈顯著正相關(guān)，而Seita.8G146700則相反，與小米粥品嘗分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。Seita.2G108900基因表達(dá)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(zhì)的改善，而Seita.2G264600表達(dá)量的升高有助于品質(zhì)的改善。對(duì)小米油脂成分含量與感官品質(zhì)的相關(guān)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(zhì)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(zhì)的改善。米色與小米粥感官品質(zhì)存在正相關(guān)，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(zhì)，有利于小米米色的改善。‘晉谷21’作為優(yōu)質(zhì)谷子品種，米色金黃發(fā)亮，粳性，細(xì)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(zhì)之間的相關(guān)關(guān)聯(lián)分析還有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)對(duì)11個(gè)品種小米內(nèi)油脂含量與感官品質(zhì)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)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(zhì)的改善；且谷子品種間油脂成分含量的區(qū)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(zhì)的生理機(jī)制還有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。