紫蘇籽主要營養成分含量分析

沈 奇，王仙萍，楊 森，商志偉，杜才富

(貴州省農業科學院 油菜研究所，貴州 貴陽 550008)

【研究意義】紫蘇[Perillafrutescens(L.)]，唇形科紫蘇屬一年生草本植物，是我國傳統的藥食兼用植物[1-2]。紫蘇籽口感酥脆，具香味，常用于制作一些傳統甜點、糯食和面點的餡料，或用于煮粥和煲湯[2]。《中國藥典》記載：歸肺經、降氣化痰、止咳平喘和潤腸通便；用于痰壅氣逆、咳嗽氣喘和腸燥便秘[3]。紫蘇籽中主要包括脂肪、蛋白、纖維素、灰份及無氮浸出物[4-5]。其中，紫蘇籽粗脂肪α-亞麻酸含量約占脂肪酸成分的60 %～70 %，是陸生植物中α-亞麻酸含量最高的物種之一。紫蘇籽油具有促進視力及大腦發育，提高記憶力，降低膽固醇、高血脂和動脈硬化等功效，對心腦血管疾病有良好的預防及輔助治療效果[6-9]。紫蘇籽蛋白質含量與花生相當，氨基酸種類齊全，包括8種人體必需氨基酸，各必需氨基酸含量與雞蛋相當，是優質的蛋白質食品[5，10]。因此，紫蘇籽是一種優良功能食品原料。【前人研究進展】紫蘇脂肪及蛋白含量是紫蘇籽中的主要營養成分，也是紫蘇材料鑒選及品種選育中重要品質指標。對來源于貴州部分地區的30份紫蘇材料進行含油量及脂肪酸成分分析結果發現，其含油量變幅為34.136 %～49.151 %，α-亞麻酸含量變幅為60.337 %～68.541 %[11]。商志偉等[12]的研究表明，200份紫蘇含油量變幅為20.29 %～50.73 %，α-亞麻酸含量變幅為45.49 %～68.80 %。商志偉等[5，10]測定的紫蘇新品種奇蘇2號和奇蘇3號籽粒總蛋白質含量分別為16.5 %和20.02 %，粗纖維分別為29.5 %和31.7 %。【本研究切入點】可見，不同紫蘇種質資源中主要營養成分變幅均較大。但目前對其種質資源脂肪、蛋白及各成分組成的相關性的系統研究報道較少。【擬解決的關鍵問題】因此，對來自于不同區域、遺傳多樣性顯著的132份紫蘇籽粒主要營養成分進行檢測，分析紫蘇主要營養成分的多樣性、營養成分間的相關性及分布規律，以期為紫蘇材料創新及品質育種提供支撐數據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

田間試驗于2016年3月于貴州省農業科學院油菜研究所試驗田進行，室內試驗于2017年7月于貴州省農業科學院油菜研究所生物技術與品質分析實驗室進行。

1.2 試驗材料

試驗材料：2010-2016年收集的國內外紫蘇資源共132份(表1)。對收集到的紫蘇種子按采集地進行整理和編號備用。

試驗儀器：索式脂肪抽提儀為瑞士福斯2055型，凱式定氮儀為瑞士福斯2300型，氣相色譜儀為美國安捷掄Agilent 6890N型，色譜柱為 DB-WAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm) 毛細管柱，籽粒脂肪酸成分檢測器為FID氫離子火焰檢測器，水分測定儀為德國Sartorius MA150。

1.3 試驗方法

供試材料于2016年3月下旬分別同時播種，5月上旬按行窩距50 cm×30 cm移栽定苗，每穴1株，每個材料種植3行，正常水肥管理。收獲期每個材料隨機取3株進行單獨脫粒，對籽粒含油量、蛋白質含量、脂肪酸成分及含水量進行分析。

1.3.1 含油量 含油量采用索式抽提法，參照GB/T 14488.1-2008進行測定。樣品粉碎后于105 ℃烘2 h，在干燥器中冷卻后準確稱取0.5 g置于濾紙筒中。將浸提杯置于105 ℃烘2 h，取出后冷卻稱重。將已稱重的浸提杯和濾紙筒裝入儀器。加入浸提溶液正己烷80 mL，設定程序，浸提、淋洗、溶劑回收和干燥分別運行20、40、10和10 min。浸提溫度315 ℃，儀器按設置程序自動完成以上步驟。

含油量(干基)(%)=浸提物的重量/樣品重×100

1.3.2 蛋白質含量 蛋白質采用凱氏定氮法，依照GB/T 5009.5-2010進行測定。稱取均勻混合樣品1 g至干燥的消化管中，加入0.20 g硫酸銅、6.0 g硫酸鉀和20 mL濃硫酸，220 ℃加熱消化。消化液澄清透明后，冷卻定容，以空白試驗為對照計算樣品蛋白質含量。

1.3.3 脂肪酸成分 籽粒脂肪酸采用氣相色譜法，參照GB/T 17377-2008進行測定。樣品處理后加入1∶1石油醚∶乙醚，再加入0.5 mol/L的氫氧化鈉-甲醇混合溶液5 mL，混勻后放置30 min，加入去離子水2 mL，靜置2 h后，取1 μl上柱。色譜柱的柱溫為190 ℃，恒溫20 min；進樣口溫度250 ℃，不分流進樣；載氣流速：氮氣(99.995 %)1 mL/min，柱壓 108.94 kPa；FID氫離子火焰檢測器，溫度240 ℃；進樣量為1 μl。

表1 試驗所用紫蘇材料及其來源地

表2 紫蘇籽主要營養成分含量

1.3.4 含水量 由于種子中含水量直接影響營養成分檢測結果，因此對紫蘇種子含水量進行檢測。籽粒含水量測定采用直接干燥法，參照GB/T 5009.3-2016進行測定。準確稱取種子5 g，加熱105 ℃至恒重后計算種子含水量。

1.4 數據統計分析

采用SPSS 16.0對數據進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 紫蘇籽主要營養成分的含量

高含油量是紫蘇品質育種主要關注指標。從表2看出，紫蘇籽粒含油量最高為53.71 %，最低為20.24 %，均值為40.99 %。蛋白質也是紫蘇籽重要的營養成分，其含量最高為27.60 %，最低為10.86 %，均值為20.39 %。脂肪酸成分中α-亞麻酸含量最高，均值為50.16 %，最高為73.06 %，最低為39.10 %，變異系數較大，為8.93 %；α-亞麻酸是紫蘇油特色營養成分，也是品質育種中主要關注指標。油酸及亞油酸含量次之，分別為21.19 %及16.43 %；棕櫚酸含量為7.25 %；硬脂酸含量最低，為2.80 %。紫蘇種子含水量為4.99 %，變幅為3.16 %～7.99 %，變異系數為4.27。

2.2 紫蘇籽主要營養成分間的相關性

相關性分析結果(表3)顯示，紫蘇籽粒的含油量與蛋白質和硬脂酸間均呈極顯著正相關，與含水量間呈極顯著負相關。脂肪酸成分中，棕櫚酸與硬脂酸間相關不顯著；油酸與棕櫚酸和硬脂酸間，亞油酸與棕櫚酸、硬脂酸和油酸間均呈極顯著正相關；α-亞麻酸與棕櫚酸、硬脂酸、油酸和亞油酸間均呈極顯著負相關。蛋白質與亞油酸間呈極顯著負相關。含水量與含油量、硬脂酸和油酸間均呈極顯著負相關；與α-亞麻酸間呈極顯著正相關。

根據紫蘇籽粒成分間相關性，對含油量與蛋白質含量，α-亞麻酸與亞油酸含量及α-亞麻酸與油酸含量成分建立回歸方程，以明確紫蘇籽粒主要成分間線性關系，并了解紫蘇籽粒營養積累及物質分配的規律。從圖1看出，蛋白質(Y1)與含油量(X1)間關系為Y1=0.1841X1+12.843(R2=0.6421)；α-亞麻酸(Y2)與亞油酸(X2) 間關系為Y2=-2.1788X2+85.95(R2=0.8539)；α-亞麻酸(Y3)與油酸(X3) 間關系為Y3=-1.3181X3+78.092(R2=0.8754)。

表3 紫蘇籽主要營養成分的相關系數

注：**表示兩兩間相關性達1 %的極顯著水平。

Note: ** indicates significance of correlation atP< 0.01 level.

圖1 紫蘇籽3對主要營養指標間的相關性Fig.1 Correlations between three pairs of nutrients in Perilla frutescen seeds

2.3 紫蘇籽的主要營養成分頻率

按遺傳多樣性規律將供試紫蘇主要營養成分分為14級，其中，含油量及蛋白質含量呈雙峰分布。含油量的2個峰值分別出現在28.37 %～31.16 %及47.89 %～50.68 %；其中含油量超過50 %的材料有 17份，超過53 %的材料有3份。蛋白質含量的2個峰值分別出現在18.87 %～20.27 %及23.06 %～24.45 %；蛋白質含量超過25 %的材料有10份，超過27 %的材料有2份。α-亞麻酸、亞油酸和油酸呈正態分布，峰值分別出現在47.51 %～51.31 %、17.72 %～18.69 %和22.71 %～24.68 %；α-亞麻酸含量超過60 %的材料有 8份，超過70 %的材料有2份。硬脂酸和棕櫚酸呈雙峰分布。含水量主要集中在4.31 %～4.71 %。根據種子壽命和安全貯藏的要求，油料作物種子安全含水量需小于8 %。供試材料中最高含水量為7.99 %，均在安全含水量范圍(圖2)。

3 討 論

α-亞麻酸含量是紫蘇油脂中的重要營養成分。在紫蘇資源評價及品種選育中，含油量及α-亞麻酸含量一直是主要關注指標，有較多的報道。而對紫蘇籽粒中蛋白質含量的分析及報道較少[1-2，11-13]。課題組之前對紫蘇蛋白及氨基酸成分的分析發現，紫蘇必須氨基酸，尤其是谷物限制氨基酸賴氨酸含量較高，是一種非常優質的蛋白[5,10]。因此，除了對紫蘇資源中的脂肪酸成分含量進行評估，還對蛋白質含量進行評價，為品質育種優選材料。

品質指標間相關性分析對理解其品質成分累積變化及品質改良利用均有重要意義。油料作物中關于種子蛋白及脂肪含量的普遍認識是其呈顯著負相關關系。劉萌娟等[14-15]對陜西、東北等地大豆品種資源分析發現，蛋白質與脂肪含量呈極顯著負相關。Mahmood等[16-19]對芥菜型及甘藍型油菜分析均得出，油脂含量與蛋白質含量呈顯著負相關。胡曉輝等[20-21]對花生分析得出，油脂含量與蛋白質含量呈負相關關系。梅鴻獻等[22-23]對209 份芝麻種質資源分析得出，芝麻脂肪與蛋白質含量呈極顯著負相關。試驗結果顯示，紫蘇含油量及蛋白質含量間卻呈極顯著正相關。說明紫蘇中油脂及蛋白質可能有著獨特的累積規律，值得進一步研究。對脂肪酸成分間相關性分析結果表明，紫蘇種子中α-亞麻酸含量與其他脂肪酸成分(棕櫚酸，硬脂酸、油酸和亞油酸)均呈極顯著負相關，亞油酸與棕櫚酸、硬脂酸和油酸間均呈極顯著正相關。該結果與沈奇等[24]的分析一致。進一步建立含油量與蛋白質含量，α-亞麻酸與亞油酸含量及α-亞麻酸與油酸含量成分的回歸方程，明確了紫蘇籽粒主要成分間線性關系，有利于了解紫蘇籽粒營養積累及物質分配的規律。籽粒蛋白質及含油量間的關系涉及的光合作用形成的碳源及能量間分配，回歸方程決定系數受各因素影響較大，有待進一步優化。α-亞麻酸與亞油酸和油酸間的關系涉及脂肪酸代謝成分間的分配，回歸方程擬合度較高。此外，種子含水量增加會影響其他有效成分測定的相對含量，紫蘇籽粒含水量與含油量和蛋白質含量間均呈負相關，其中與含油量間呈極顯著負相關；但是紫蘇種子含水量與α-亞麻酸含量卻呈極顯著正相關。紫蘇種子極易失活，推測應與α-亞麻酸含量較高較易氧化有直接關系[25-26]。因此，在紫蘇種子收獲和保藏時，更應注意含水量的控制。

對供試的紫蘇材料含油量及蛋白質含量頻率分布的分析發現，二者均呈雙峰分布。紫蘇種群中主要有原變種及回回蘇兩大類群構成。原變種植株高大、籽粒大且松軟、硬度低、含油量及蛋白含量均較高。回回蘇植株略小、葉片主要有褶皺、籽粒較小且硬度高、含油量及蛋白含量均較低[27-28]。供試的紫蘇涵蓋兩大類群，因此在頻率分布上呈雙峰分布。但α-亞麻酸含量在2個類群間并無明顯區別。由于原變種在紫蘇種子大小、含油量及蛋白含量方面較回回蘇均占優勢，因此在紫蘇育種改良中原變種類群材料改良更易獲得高油高蛋白的目標性狀。

圖2 紫蘇籽主要營養成分的頻率分布Fig.2 Frequency distribution of main nutrients in Perilla frutescen seeds

4 結 論

對來源于國內外132份紫蘇材料籽粒主要營養成分的分析結果顯示，含油量、蛋白質及脂肪酸組成等主要品質指標的變異范圍較大，遺傳多樣性較豐富。紫蘇籽粒油脂含量與蛋白質含量間呈極顯著正相關，暗示其可能存在著獨特合成代謝規律，值得進一步研究。從品種遺傳改良方面看，其中篩選獲得17份材料含油量超過50 %，3份超過53 %；10份材料蛋白質含量超過25 %，2份超過27 %；8份材料α-亞麻酸含量超過60 %，2份超過70 %。紫蘇品質育種可對這些優良材料加以應用。該研究豐富了紫蘇資源多樣性的研究內容，也為紫蘇材料創新及品質育種奠定了一定的基礎。