芝麻籽粒脂肪含量核磁共振無(wú)損快速測(cè)定方法的建立

魏利斌++苗紅梅++李春+張海洋

摘要：以冷榨芝麻油為標(biāo)樣，制作出核磁共振檢測(cè)芝麻脂肪含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線，建立了核磁共振無(wú)損快速測(cè)定芝麻籽粒脂肪含量的方法（簡(jiǎn)稱核磁共振法，NMR）。分別采用索氏提取法和核磁共振儀檢測(cè)方法，測(cè)定了50份國(guó)內(nèi)外芝麻種質(zhì)資源籽粒的脂肪含量，對(duì)這2種方法測(cè)定值進(jìn)行比較分析結(jié)果表明，利用NMR法與索氏提取法測(cè)定的結(jié)果同樣穩(wěn)定，籽粒脂肪含量范圍在29.48%～58.71%，而且2組測(cè)定結(jié)果極顯著相關(guān)（系數(shù)為r=0.991 8），測(cè)定值的絕對(duì)偏差僅為0.10～2.05百分點(diǎn)。與索氏抽提法相比，核磁共振法可保證籽粒不破損，而且操作簡(jiǎn)便、快速，所測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，不受種子含水量、種皮色等因素的影響。因此，該方法在今后芝麻籽粒脂肪含量快速測(cè)定和品質(zhì)性狀研究中具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：芝麻；脂肪含量；索氏提取法；核磁共振法

中圖分類號(hào)： O482.53+2；S565.301文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0386-03

芝麻是我國(guó)重要的優(yōu)質(zhì)油料作物，其種子含油量45%～58%，還含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、芝麻酚等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是人類最為理想的植物油脂之一。芝麻籽粒脂肪含量高低是評(píng)價(jià)其品質(zhì)的重要指標(biāo)，也是遺傳育種研究工作者最關(guān)注的品質(zhì)性狀。在芝麻籽粒品質(zhì)分析中，多采用索氏提取法（GB/T 14772—2008《食品中粗脂肪的測(cè)定》）這一經(jīng)典的方法測(cè)定芝麻種子脂肪含量。該方法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性較高，但操作過(guò)程繁瑣、周期長(zhǎng)、成本高，而且需要破損磨碎待測(cè)樣品，樣品用量較大，極大地限制了芝麻優(yōu)質(zhì)育種的工作開(kāi)展[1]。近10年來(lái)，核磁共振技術(shù)（nuclear magnetic resonance，NMR）得到了不斷發(fā)展和完善，并已成功用于大豆、花生、油菜、棉花、玉米等作物籽粒脂肪含量測(cè)定[2-6]。該技術(shù)是基于原子核磁性的一種技術(shù)，可用于快速定量分析檢測(cè)樣品，對(duì)樣品不具破壞性，而且簡(jiǎn)便、靈敏度高[7-8]。目前，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)有關(guān)利用核磁共振技術(shù)進(jìn)行芝麻種子脂肪含量測(cè)定的研究報(bào)道。因此，本研究擬定以冷榨芝麻油為標(biāo)樣，建立NMR檢測(cè)芝麻籽粒脂肪含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線，比較NMR與索氏提取法在芝麻籽粒含油量分析中的優(yōu)劣性，以期建立芝麻脂肪含量核磁共振無(wú)損快速測(cè)定方法。

1材料與方法

1.1供試材料

從2012年芝麻資源南繁材料中選用國(guó)內(nèi)外不同地區(qū)的芝麻種質(zhì)材料50份，編號(hào)見(jiàn)表1，其中包括白芝麻25份，黑芝麻10份，中間色（黃、灰、褐、棕等）芝麻材料15份。

1.2索氏提取法測(cè)定芝麻籽粒脂肪含量

分別選擇HNZM01～HNZM50樣品飽滿籽粒10 g，2012年委托農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（鄭州），采用國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的標(biāo)準(zhǔn)方法——索氏提取法[9]測(cè)定籽粒脂肪含量，每樣重復(fù)測(cè)定3次，用于計(jì)算樣品脂肪含量的“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。所用化學(xué)試劑為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.3核磁共振法測(cè)定芝麻籽粒脂肪含量

在選用冷榨芝麻油做標(biāo)樣制作NMR法標(biāo)準(zhǔn)曲線的基礎(chǔ)上，分別選擇HNZM01～HNZM50樣品飽滿籽粒2 g，利用NMI20核磁共振成像分析儀（上海紐邁電子科技有限公司生產(chǎn)）測(cè)定各樣品的核磁信號(hào)強(qiáng)度，再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品籽粒脂肪含量。每樣重復(fù)測(cè)定3次，用于計(jì)算樣品脂肪含量的“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。

2結(jié)果與分析

2.1核磁共振法標(biāo)準(zhǔn)曲線的制定

本試驗(yàn)選用優(yōu)質(zhì)芝麻，首先通過(guò)冷榨獲得純正的芝麻油樣品，再分別取冷榨芝麻油配制7個(gè)不同脂肪含量的標(biāo)樣，脂肪含量分別為0、42.31%、51.22%、62.51%、75.23%、89.22%、99.83%，然后利用NMI20核磁共振成像分析儀對(duì)各標(biāo)樣進(jìn)行核磁信號(hào)檢測(cè)，根據(jù)不同標(biāo)樣脂肪含量與核磁信號(hào)強(qiáng)度制作出NMR法標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖1），該標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程為y=29.754x-18.774，r2=1，表明標(biāo)樣中芝麻脂肪含量與核磁信號(hào)強(qiáng)度呈顯著的線性關(guān)系。

2.2核磁共振法和索氏提取法測(cè)定芝麻籽粒脂肪含量結(jié)果的比較

分別選用核磁共振法（NMR）與索氏提取法，對(duì)50份芝麻種質(zhì)資源籽粒中脂肪含量進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。在索氏[CM（25]抽提法測(cè)定結(jié)果中，50份芝麻種質(zhì)籽粒脂肪含量范圍為[CM）]

30.50%～58.41%，樣品具有廣泛的代表性。

在NMR檢測(cè)結(jié)果中，50份芝麻種質(zhì)籽粒脂肪含量的范圍為29.48%～58.71%，與索氏抽提法結(jié)果的差值范圍為 -1.06～2.05百分點(diǎn)，最小偏差為0.10百分點(diǎn)。從這2組測(cè)定值比較分析的結(jié)果還可以看出，具有極端（高、低）脂肪含量的6個(gè)芝麻種質(zhì)脂肪含量排序完全相同。其中，脂肪含量最高的3個(gè)芝麻材料分別為HNZM02[58.71%（A）、58.41%（B）]、HNZM21[58.61%（A）、57.29%（B）]和HNZM10[5771%（A）、57.09%（B）]；脂肪含量最低的3個(gè)芝麻材料均分別為HNZM41[29.48%（A）、30.50%（B）]、HNZM38[36.97%（A）、37.40%（B）]和HNZM45[45.15%（A）、4440%（B）]。對(duì)NMR法與索氏提取法測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析的結(jié)果表明，這2種方法所得的測(cè)定值極其一致，相關(guān)系數(shù)為 r=0.991 8，說(shuō)明NMR法測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定、可靠，可以用于芝麻籽粒脂肪含量檢測(cè)。

3討論

芝麻是世界上最古老的油料作物之一，闡明芝麻高含油量遺傳機(jī)理、進(jìn)一步改良芝麻品質(zhì)是芝麻遺傳育種研究工作中的重要任務(wù)之一[10-11]。目前，在分析芝麻籽粒脂肪含量過(guò)程中，多采用索氏提取法和近紅外光譜法，利用索氏提取法測(cè)定的成本較高，采用近紅外光譜法檢測(cè)結(jié)果受種子干燥程度或種皮顏色等因素影響較大[9，11]。為建立更為精準(zhǔn)、快速的芝麻籽粒油脂含量檢測(cè)方法，本研究采用NMR技術(shù)開(kāi)展了芝麻籽粒油脂含量檢測(cè)分析。利用NMR方法測(cè)定的結(jié)果表明，在50個(gè)國(guó)內(nèi)外芝麻種質(zhì)中，籽粒脂肪含量范圍在 29.48%～58.71%，其中白芝麻48.58%～58.71%，中間色芝麻48.43%～55.29%，黑芝麻29.48%～52.49%。

NMR法是基于原子核的自旋角動(dòng)量在外加磁場(chǎng)作用下的進(jìn)動(dòng)，利用信號(hào)/質(zhì)量比來(lái)直接檢測(cè)脂肪（游離與結(jié)合態(tài)脂肪）的總含量。自旋角動(dòng)量的具體數(shù)值是由原子核的自旋量子數(shù)決定的[12]；核磁能夠穿透整個(gè)樣品進(jìn)行檢測(cè)，所以信號(hào)不受樣品均勻性、籽粒表面特性如色度、冰晶、顏色和質(zhì)地等因素影響。本研究結(jié)果也證實(shí)，在不同粒色的芝麻種質(zhì)中，NMR檢測(cè)結(jié)果與索氏提取法測(cè)定結(jié)果較為一致，數(shù)據(jù)絕對(duì)偏差很小，僅為0.10～2.05百分點(diǎn)，而且這2種方法測(cè)定的結(jié)果呈極顯著相關(guān)（系數(shù)為r=0.991 8）；這表明NMR法與索氏提取法一樣，適用于芝麻籽粒含油量檢測(cè)，而且數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠。

但是，研究過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，90%芝麻樣品測(cè)定出的籽粒脂肪[CM（25]含量均高于索氏提取法測(cè)定的結(jié)果，且測(cè)定值標(biāo)準(zhǔn)誤較索

氏提取法的小。這可能有2個(gè)方面的原因，一是索氏提取法是通過(guò)乙醚、石油醚等有機(jī)溶劑將脂肪抽提出來(lái)。由于這些溶劑只能抽提游離脂肪，無(wú)法提取結(jié)合態(tài)脂肪，因此索氏提取法無(wú)法對(duì)含量較小的結(jié)合態(tài)脂肪含量進(jìn)行測(cè)定，而NMR可以同時(shí)檢測(cè)到游離和結(jié)合態(tài)脂肪含量。因此，NMR測(cè)定值往往要略高于索氏提取法結(jié)果，這也說(shuō)明NMR法測(cè)定數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。二是索氏提取法測(cè)定數(shù)據(jù)易受測(cè)試環(huán)境等因素影響，如樣品粉碎及干燥程度、濾紙筒高度（不能超過(guò)回流彎管，否則乙醚不易穿透樣品，使脂肪不能全部提出）、有機(jī)溶劑純度（溶劑中若含有水分，則可能將樣品中的糖以及無(wú)機(jī)物抽出）、烘箱烘干時(shí)間（加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易引起油脂氧化等，并導(dǎo)致質(zhì)量增加）等因素。在索氏提取法測(cè)定過(guò)程中，上述因素均可對(duì)測(cè)試結(jié)果造成誤差。由此可見(jiàn)，與索氏提取法相比，NMR法更為準(zhǔn)確、可靠。此外，NMR法不需要干燥、樣品粉碎等過(guò)程，不需試劑，用樣量小，不對(duì)樣品形成損害、操作簡(jiǎn)便、耗時(shí)短，測(cè)定過(guò)程簡(jiǎn)便、快速（短于1 min）。因此，NMR法在今后快速檢測(cè)芝麻籽粒品質(zhì)以及進(jìn)一步開(kāi)展芝麻油脂形成機(jī)理等相關(guān)品質(zhì)研究中具有廣泛的應(yīng)用前景。

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