紅花籽油中脂肪酸組成評價與分析

梁慧珍，許蘭杰，余永亮，譚政委，楊紅旗，董 薇，李 磊，李春明，劉新梅，張收良

（河南省農業科學院芝麻研究中心，河南 鄭州 450002）

紅花（Carthamus tinctoriusL.）是紅花屬中菊科植物中唯一的栽培植物[1]，栽培和藥用的歷史可以追溯到漢代[2]。紅花既是藥用植物，又是油用和工業用植物，全世界每年種植紅花約110萬 hm2。中國是紅花種植大國，年種植面積3～4萬 hm2，主要分布在新疆、云南、河南等地[3]。紅花的主要藥用成分是紅花黃色素和紅花苷，具有抗炎、鎮痛、抗腫瘤等作用，能夠增加冠狀動脈血流量、抗心肌缺血、抑制血栓形成、降低血脂等，用于治療高血壓、冠心病、血管栓塞、糖尿病等并發癥[4-7]。紅花籽是紅花的種子，紅花籽油富含不飽和脂肪酸[8]，在所有已知作物中，亞油酸質量分數最高，達73%～85%，素有“亞油酸之王”的美譽[9-10]。脂肪酸是人類所需的重要營養物質，具有重要的生理功能，不同脂肪酸對人體的作用各異，合理的攝入有利于人體健康[11]。亞油酸是人體必需的脂肪酸[12]，是人體內合成二十碳四烯酸（C20:4）的前體物質，可以改善人體膽固醇的分布[13]，廣泛應用于醫療保健等領域。同時，紅花籽還具有消腫止痛、活血通經、美容祛斑等功效[14]。品質評價是品種選育的重要環節，是紅花種質創新的基礎。我國紅花種質資源非常豐富，不同產區的紅花籽品質差異較大。通過對我國不同產區紅花種質籽粒的主要營養成分剖析，采用多成分指標、多重分析方法對紅花籽品質特征與營養差異進行綜合評價，對紅花的綜合利用、新品種選育和品質改良具有重要的現實意義。迄今為止，前人對紅花籽油的研究多見于檢測方法、功能和作用等方面。張丹丹等[15]利用高效液相色譜法和紫外法，建立一種快速檢測紅花籽中亞油酸和油酸成分含量的方法。馬小寧等[16]建立了空氣-乙炔火焰原子吸收光譜法測定紅花籽及紅花籽粕中金屬元素的方法；楊曉君等[17]發現紅花籽油中的亞油酸和α-亞麻酸對脂代謝紊亂有明顯的改善作用；余德林等[18]發現將紅花籽油和紫蘇籽油按質量比1∶1混合，可以降低高脂血癥小鼠的甘油三酯、膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇指標。有關農作物營養質量的綜合評價分析主要集中在水稻[19]、黨參[20]、金針菇[21]等方面，對于紅花籽油主要營養組分特征與綜合評價研究尚鮮見報道。本研究選擇82 份不同產地的紅花籽，運用氣相色譜（gas chromatography，GC）法對紅花籽油進行脂肪酸及其9 種組分棕櫚酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1n9）、油酸（C18:1n12）、亞油酸（C18:2）、亞麻酸（C18:3）、二十碳烷酸（C20:0）、二十碳一烯酸（C20:1）、二十四烷酸（C24:0）進行營養成分含量測定，采用SPSS 20.0軟件進行主成分分析（principal component analysis，PCA）和相關性分析，利用隸屬函數與因子分析對主要營養組分特征進行綜合評價，為紅花的綜合利用、優異紅花種質的篩選、品質改良和新品種選育提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅花籽：82 份樣品有河南省農業科學院芝麻研究中心藥用植物研究室資源庫提供，分別來自河南（29 份）、江蘇（10 份）、安徽（9 份）、遼寧（7 份）、云南（5 份）、四川（5 份）、新疆（7 份）、陜西（5 份）、河北（5 份）等不同地區。

無水乙醚、濃硫酸、無水硫酸鈉（均為分析純）天津盛奧化學試劑廠；甲醇、正己烷（均為色譜純）美國Fisher Scientific公司。

1.2 儀器與設備

6890型GC儀 美國Agilent公司；DHG-9146A電熱恒溫鼓風干燥箱、DK-S24電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司；AL204電子天平 瑞士Mettler-Toledo公司；GDS-1干燥器（帶變色硅膠） 杭州錢江干燥設備有限公司；SOX 402 Micro索氏抽提器 德國Gerhardt公司；Rotavapor R-210旋轉蒸發儀 瑞士Büchi公司；NHY6-108801萬能粉碎機 北京中西遠大科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

精選每個參試品種紅花籽20 g，粉碎后用索氏抽提法制取紅花籽油，旋轉蒸發儀蒸出溶劑，收集得到紅花籽油。

1.3.2 脂肪酸組成測定

參照GB/T 17376—2008《動植物油脂 脂肪酸甲酯制備》以及GB/T 17377—2008《動植物油脂 脂肪酸甲酯的氣相色譜分析》分析紅花籽油脂肪酸組成。SGE BPX-70色譜柱（30 m×250 μm，0.25 μm）；氮氣流量1.0 mL/min；氫氣流量30.0 mL/min；空氣流量400 mL/min；尾吹氣（氮氣）流量25.0 mL/min；進樣口溫度210 ℃；柱溫180 ℃；氫火焰離子檢測器溫度300 ℃。

1.4 數據處理

1.4.1 脂肪酸組分計算

紅花籽油脂肪酸組分的絕對量和質量分數按式（1）、（2）計算，在此基礎上計算脂肪酸總量（100 mg/g）。在每個取樣的時間點上，計算3 次重復的平均值和標準誤。

式中：Ai為第i個脂肪酸組分的峰面積；ms為內標的物質量/mg；As為內標的峰面積；m為樣品干質量/g；∑A為各峰面積的總和。

1.4.2 統計分析

采用SPSS 20.0軟件進行PCA和相關性分析。采用Excel 2018首先進行數據整理，然后進行隸屬函數計算。利用隸屬函數與因子分析對紅花籽主要營養組分特征進行綜合評價。隸屬函數值按式（3）計算：

式中：Si n為第i指標、第n個樣品的原始數據轉化后的隸屬函數值；Xi n為第i指標、第n個樣品原始測定值；Ximin和Ximax分別為第i指標在所有參試材料中的最小值和最大值。

綜合評價值按（4）計算：

式中：Pi為第i個公因子的分值；Wi為第i個公因子的方差貢獻率；i=1，2，…，n；n為公因子的個數。

2 結果與分析

2.1 紅花籽油中主要營養組分分析

表 1 紅花籽油品質數據描述統計Table 1 Descriptive statistics of quality indices in safflower oil

續表1

續表1

如表1所示，脂肪酸及9 個組分的變異系數為0.98%～111.99%，變異范圍較大，其中，亞油酸C18:2的變異系數最小（0.98%），二十碳烷酸C20:0變異系數最大（111.99%）。供試材料主要營養組分含量各不相同。脂肪酸含量變化區間為22.16～27.23 mg/100 g。其中：有46 份含量超過平均值24.16 mg/100 g，占比56.10%。新疆紅花籽油（編號09）脂肪酸含量最高，達到27.23 mg/100 g。參照GB/T 22465—2008《紅花籽油》，紅花籽脂肪酸以C16:0、C18:0、C18:1、C18:2、C18:3、C20:0、C21:0和C24:0為指標成分，規定標準分別為質量分數5.3%～8.0%、1.9%～2.9%、8.4%～21.3%、67.8%～83.2%、未檢出～0.1%、0.2%～0.4%、0.1%～0.3%和未檢出～0.2%。所有產地紅花籽樣品測定結果如下：C18:3和C24:0含量均顯著超過標準規定；C18:1和C18:2均達到標準規定；C20:0和C20:1基本滿足標準規定；C16:0低于標準規定（新疆紅花籽09除外）。在脂肪酸各組分含量中，呈現出亞油酸（C18:2）占比最大，油酸（C18:1n9）次之，其他組分含量占比逐漸降低直至C20:0最小的結果。C18:2組分含量變化區間為78.54%～82.45%。其中，有53 份含量超過平均值80.37%，占比64.63%，河北紅花籽油（編號32）最高，達82.45%。該研究結果與呂凱波等[9]紅花籽油中亞油酸質量分數高達73%～85%的結論相吻合。C18:1n9組分含量變化區間為9.24%～12.62%。其中，有42 份含量超過平均值11.03%，占比51.22%。綜合表現表明，我國各主產區紅花籽油在亞油酸、油酸含量均能達到標準規定，品質優良。

2.2 紅花籽油中主要營養組分間的相關性分析

表 2 脂肪酸及其組分含量之間的相關性分析Table 2 Correlation analysis between total fatty acid contents and contents of nine fatty acids

表2表明，分析脂肪酸總量與其組分含量之間以及9 種脂肪酸組分含量之間的相關性，發現脂肪酸與C16:0、C18:2呈顯著正相關（P＜0.05），與C18:1n12和C18:1n9分別呈極顯著（P＜0.01）和顯著（P＜0.05）負相關。脂肪酸各組分間大部分都具有顯著和極顯著相關，其中，C18:2與C18:0呈極顯著正相關（P＜0.01），與C18:1n9和C24:0呈極顯著負相關（P＜0.01）。由于紅花油主要營養組分間存在著相互影響與相互制約的復雜關聯關系，需要進一步建立科學的綜合評價方法。

2.3 不同產地紅花籽油主要營養品質的PCA

表 3 各主要性狀主成分的因子載荷和貢獻率Table 3 Factor loading matrix and contribution percentages to total variation of principal components

本研究檢測了不同產地紅花籽油中9 個脂肪酸組分含量，變量間關系比較復雜。通過PCA，排除原始變量眾多信息中相互重疊的信息，通過線性組合產生一組新的變量，篩選具有主導作用的獨立變量，即一組PC[23]。運用SPSS 20.0軟件對所有樣品測定結果進行PCA，根據信息損失量低于15%、累計貢獻率超過85%的原則，得到各主要性狀PC的因子載荷和貢獻率，如表3所示。前3 個PC方差貢獻率分別為42.721%、30.426%和16.435%，累計貢獻率為89.582%，說明這3 個PC能夠基本還原色譜信息，因此可以將前3 個定義為PC1、PC2、PC3。表3表明：C18:0和C18:2含量與PC1相關程度較高，荷載較大；C18:1n9和C24:0與PC1負相關程度較高，荷載絕對值較大。C18:3含量與PC2相關程度較高，荷載較大；C16:0與PC2負相關程度較高，荷載絕對值較大。C20:0和C20:1含量與PC3相關程度較高，荷載較大；C18:1n2與PC3負相關程度較高，荷載絕對值較大。鑒于此，將PC命名如下：PC1包括C18:0、C18:1n9、C18:2、C24:0；PC2包括C16:0、C18:3；PC3包括C18:1n12、C20:0、C20:1。

2.4 不同產地紅花籽油主要營養品質的綜合評價

采用Excel 2018進行數據整理后，計算隸屬函數值和綜合評價值，按照綜合評價值的大小進行排序，對不同產地紅花籽油營養品質進行綜合評價，如表4所示。考慮到本實驗材料有82 份，根據綜合評價值大小，從高到低篩選出得分靠前的10 份，分別為09新疆紅花、24云南紅花、05四川紅花、41遼寧紅花、66封丘紅花、55衛輝紅花、32河北紅花、71亳州紅花、22延津紅花、78江蘇紅花。本研究可以對育種工作者在對優異種質提純復壯和遺傳改良和紅花新品種選育時提供參考。

表 4 紅花籽油的綜合得分及營養組分特征Table 4 Top ten safflower germplasms with the highest comprehensive quality evaluation scores and their fatty acid compositions

3 結 論

作物的產量和品質性狀大多屬于由多基因控制的數量性狀，受環境影響較大[24]。因此，種質資源的有效評價，特別是采用多指標進行綜合評判，對于種質篩選和品種改良影響很大[25]。本研究中，選取了來自全國各大主產區的82 種紅花籽樣品，分析其脂肪酸及9 種營養成分含量，脂肪酸組分齊全，變異類型豐富，亞油酸含量高，營養價值高，但是變量元素多，分析比較復雜，為此，采用PCA的方法進行降維，用盡可能少的、具有代表性的PC描述多種指標之間的聯系。通過PCA將9 個營養成分指標簡化為具有代表性的3 個PC因子，PC1包括C18:2、C18:1n9、C18:0和C24:0；PC2包括C16:0和C18:3；PC3包括C18:1n12、C20:0和C20:1。3 個PC貢獻率分別為 42.721%、30.426%和16.435%，累計貢獻率為89.852%。根據各因子隸屬函數值和權重，分析紅花籽油主要營養品質綜合評價排名，篩選出綜合品質評價得分較高的10 份種質：09新疆紅花、24云南紅花、05四川紅花、41遼寧紅花、66封丘紅花、55衛輝紅花、32河北紅花、71亳州紅花、22延津紅花、78江蘇紅花。需要說明的是，C18:0、C18:1n12、C20:0、C18:3、C20:1、C24:0雖然含量較少，卻是不同品種間的特征脂肪酸，某些特征性脂肪酸雖然含量較低，確對人體健康具有一定的保健功效，比如C18:3具有抗動脈粥樣硬化、降血壓、益智保健功效，能調血脂、預防糖尿病、抗乳腺癌等[26]，能顯著提升I相代謝酶CYP7A1 mRNA和蛋白的表達水平[27]。富含不飽和脂肪酸的藥食同源食品可預防心血管疾病、有效降低血脂[28]。這些特征性脂肪酸，對不同產地紅花籽的品質及鑒定具有重要作用。

王美霞等[29]對我國棉花主栽品種的棉籽油進行了營養成分分析與功能評價，明確了種質資源的特征、特性和利用價值。本研究對我國紅花主產區的紅花籽油脂肪酸組成進行了評價與分析，明晰了具有代表性的3 個PC因子，篩選出綜合品質評價得分較高的10 份種質資源，可以為專用型紅花新品種選育和遺傳改良、優異種質資源篩選和紅花籽產品深加工應用提供理論依據。目前，運用綜合排名前5的09新疆紅花、24云南紅花、05四川紅花、41遼寧紅花、66封丘紅花做親本材料，已經選育出一批脂肪酸含量高后代材料；利用PC1中亞油酸C18:2含量最高的32河北紅花等和PC2中油酸C18:1n9含量最高的37河南紅花等作親本，已經選育出一批亞油酸C18:2含量高和油酸C18:1n9含量高的后代材料，該研究結果在生產上具有較強的利用價值。