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(nóng)業(yè)科學(xué)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(yè)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(zhèn)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(fā)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(zhì)量分數(shù)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(yǎng)物質(zhì)，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(nèi)合成二十碳四烯酸（C20:4）的前體物質(zhì)，可以改善人體膽固醇的分布[13]，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療保健等領(lǐng)域。同時，紅花籽還具有消腫止痛、活血通經(jīng)、美容祛斑等功效[14]。品質(zhì)評價是品種選育的重要環(huán)節(jié)，是紅花種質(zhì)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。我國紅花種質(zhì)資源非常豐富，不同產(chǎn)區(qū)的紅花籽品質(zhì)差異較大。通過對我國不同產(chǎn)區(qū)紅花種質(zhì)籽粒的主要營養(yǎng)成分剖析，采用多成分指標、多重分析方法對紅花籽品質(zhì)特征與營養(yǎng)差異進行綜合評價，對紅花的綜合利用、新品種選育和品質(zhì)改良具有重要的現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)將紅花籽油和紫蘇籽油按質(zhì)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(guān)農(nóng)作物營養(yǎng)質(zhì)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(yǎng)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(chǎn)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(yǎng)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(guān)性分析，利用隸屬函數(shù)與因子分析對主要營養(yǎng)組分特征進行綜合評價，為紅花的綜合利用、優(yōu)異紅花種質(zhì)的篩選、品質(zhì)改良和新品種選育提供理論指導(dǎo)。

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(nóng)業(yè)科學(xué)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(qū)。

無水乙醚、濃硫酸、無水硫酸鈉（均為分析純）天津盛奧化學(xué)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(shè)備

6890型GC儀 美國Agilent公司；DHG-9146A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、DK-S24電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設(shè)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(shè)備有限公司；SOX 402 Micro索氏抽提器 德國Gerhardt公司；Rotavapor R-210旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)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(zhuǎn)蒸發(fā)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(shù)據(jù)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(zhì)量分數(shù)按式（1）、（2）計算，在此基礎(chǔ)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(fù)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(nèi)標的物質(zhì)量/mg；As為內(nèi)標的峰面積；m為樣品干質(zhì)量/g；∑A為各峰面積的總和。

1.4.2 統(tǒng)計分析

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

式中：Si n為第i指標、第n個樣品的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后的隸屬函數(shù)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(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅花籽油中主要營養(yǎng)組分分析

表 1 紅花籽油品質(zhì)數(shù)據(jù)描述統(tǒng)計Table 1 Descriptive statistics of quality indices in safflower oil

續(xù)表1

續(xù)表1

如表1所示，脂肪酸及9 個組分的變異系數(shù)為0.98%～111.99%，變異范圍較大，其中，亞油酸C18:2的變異系數(shù)最小（0.98%），二十碳烷酸C20:0變異系數(shù)最大（111.99%）。供試材料主要營養(yǎng)組分含量各不相同。脂肪酸含量變化區(qū)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(guī)定標準分別為質(zhì)量分數(shù)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(chǎn)地紅花籽樣品測定結(jié)果如下：C18:3和C24:0含量均顯著超過標準規(guī)定；C18:1和C18:2均達到標準規(guī)定；C20:0和C20:1基本滿足標準規(guī)定；C16:0低于標準規(guī)定（新疆紅花籽09除外）。在脂肪酸各組分含量中，呈現(xiàn)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(jié)果。C18:2組分含量變化區(qū)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(jié)果與呂凱波等[9]紅花籽油中亞油酸質(zhì)量分數(shù)高達73%～85%的結(jié)論相吻合。C18:1n9組分含量變化區(qū)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(xiàn)表明，我國各主產(chǎn)區(qū)紅花籽油在亞油酸、油酸含量均能達到標準規(guī)定，品質(zhì)優(yōu)良。

2.2 紅花籽油中主要營養(yǎng)組分間的相關(guān)性分析

表 2 脂肪酸及其組分含量之間的相關(guān)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(guān)性，發(fā)現(xiàn)脂肪酸與C16:0、C18:2呈顯著正相關(guān)（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(guān)。脂肪酸各組分間大部分都具有顯著和極顯著相關(guān)，其中，C18:2與C18:0呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與C18:1n9和C24:0呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01）。由于紅花油主要營養(yǎng)組分間存在著相互影響與相互制約的復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系，需要進一步建立科學(xué)的綜合評價方法。

2.3 不同產(chǎn)地紅花籽油主要營養(yǎng)品質(zhì)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(chǎn)地紅花籽油中9 個脂肪酸組分含量，變量間關(guān)系比較復(fù)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(chǎn)生一組新的變量，篩選具有主導(dǎo)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(jié)果進行PCA，根據(jù)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(guān)程度較高，荷載較大；C18:1n9和C24:0與PC1負相關(guān)程度較高，荷載絕對值較大。C18:3含量與PC2相關(guān)程度較高，荷載較大；C16:0與PC2負相關(guān)程度較高，荷載絕對值較大。C20:0和C20:1含量與PC3相關(guān)程度較高，荷載較大；C18:1n2與PC3負相關(guān)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(chǎn)地紅花籽油主要營養(yǎng)品質(zhì)的綜合評價

采用Excel 2018進行數(shù)據(jù)整理后，計算隸屬函數(shù)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(chǎn)地紅花籽油營養(yǎng)品質(zhì)進行綜合評價，如表4所示?？紤]到本實驗材料有82 份，根據(jù)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(wèi)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(yōu)異種質(zhì)提純復(fù)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(yǎng)組分特征Table 4 Top ten safflower germplasms with the highest comprehensive quality evaluation scores and their fatty acid compositions

3 結(jié) 論

作物的產(chǎn)量和品質(zhì)性狀大多屬于由多基因控制的數(shù)量性狀，受環(huán)境影響較大[24]。因此，種質(zhì)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(zhì)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(chǎn)區(qū)的82 種紅花籽樣品，分析其脂肪酸及9 種營養(yǎng)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(yǎng)價值高，但是變量元素多，分析比較復(fù)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(lián)系。通過PCA將9 個營養(yǎng)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(jù)各因子隸屬函數(shù)值和權(quán)重，分析紅花籽油主要營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價排名，篩選出綜合品質(zhì)評價得分較高的10 份種質(zhì)：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(wèi)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(diào)血脂、預(yù)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(yù)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(chǎn)地紅花籽的品質(zhì)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(yǎng)成分分析與功能評價，明確了種質(zhì)資源的特征、特性和利用價值。本研究對我國紅花主產(chǎn)區(qū)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(zhì)評價得分較高的10 份種質(zhì)資源，可以為專用型紅花新品種選育和遺傳改良、優(yōu)異種質(zhì)資源篩選和紅花籽產(chǎn)品深加工應(yīng)用提供理論依據(jù)。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(jīng)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(jīng)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(jié)果在生產(chǎn)上具有較強的利用價值。