基于代谢组学的黑芝麻黑花生营养成分挖掘与识别研究

作     者：黄晓荣 

作者单位：中国农业科学院 

学位级别：硕士

导师姓名：张良晓

授予年度：2017年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083201[工学-食品科学] 

主      题：黑芝麻 黑花生 代谢组学 营养成分 化学计量学 真伪鉴别 

摘      要：随着营养学家对黑色食品的推崇,黑芝麻和黑花生等黑色粮油产品广受消费者青睐。面对企业和媒体宣传,部分消费者跟风过度盲目消费,部分消费者质疑,为保证消费者营养健康消费,促进特色油料产业的健康发展,亟需探明黑色与普通品种粮油营养成分组成差异,建立黑色粮油产品营养功能挖掘与真伪鉴别技术。本文选取了典型的黑色粮油产品黑芝麻和黑花生,采用代谢组学分析方法,对代表性品种黑芝麻和黑花生与普通品种芝麻和花生营养成分差异开展研究,探明了黑芝麻和黑花生与其普通品种间的营养功能成分差异,发现了黑芝麻和黑花生的营养成分优势。主要研究内容如下:1.探明了黑白芝麻脂肪酸组与氨基酸组差异。优化建立了芝麻脂肪酸GC-MS全谱分析和氨基酸组成自动化测定方法,并对40份代表性黑芝麻和40份白芝麻的脂肪酸和氨基酸组成进行测定和差异性比较分析。研究发现芝麻的脂肪酸以亚油酸、油酸、棕榈酸和硬脂酸为主,不饱和脂肪酸占80%以上。其中,黑芝麻中豆蔻酸、棕榈酸与硬脂酸含量显著高于白芝麻,而油酸、十九烯酸、花生酸、花生烯酸和花生二烯酸显著低于白芝麻。芝麻含有精氨酸和谷氨酸等17种氨基酸,其中黑芝麻赖氨酸含量高于白芝麻,在机体多种蛋白质合成中发挥重要作用,具有增强人体免疫能力、促进骨、软骨及结缔组织形成等功效,是黑芝麻优势营养功能成分。2.发现了黑芝麻特质性营养保健功能相关的活性成分,为深入研究黑芝麻特质性营养保健功能机理提供基础。优化建立了芝麻GC-MS非靶向代谢全谱与LC-MS非靶向代谢组分析方法,并比较了黑芝麻与白芝麻间主要代谢物含量差异。GC-MS非靶向代谢组分析发现黑芝麻和白芝麻有12个显著差异代谢物,包括硬脂酸、花生酸、棕榈烯酸、十七碳烯酸、油酸、花生烯酸、以及棕榈酸、油酸、亚油酸、硬脂酸单甘油酯、肌醇。LC-MS非靶向代谢组分析获得黑芝麻和白芝麻中557个代谢物含量信息,鉴定了其中372个代谢物的结构,基本覆盖了KEGG中常见次生代谢物的代谢路径。比较研究发现黑芝麻中吲哚-3-甲酸、N-乙酰基-L-亮氨酸、高脯氨酸、橘皮苷、2-甲氧基肉桂酸、8-甲氧基补骨脂素、维生素B2、松醛、根皮素、山莨菪碱、柠檬素-O-葡萄糖苷等含量显著高于白芝麻,根据文献查阅显示,黑芝麻优势成分与黑芝麻主要特质性营养功能具有密切相关性,为进一步剖析黑芝麻特质性营养功能机理提供基础。3.探明了黑花生与普通花生间脂肪酸和花青素组成差异,建立了黑花生真伪鉴别技术。通过对代表性黑花生和普通花生脂肪酸和花青素组成比较研究发现,主成分分析得分图和系统聚类分析热图中两类花生样品均可完全分离,黑花生与普通花生间脂肪酸组成存在明显差异,建立了基于主成分分析和系统聚类分析的黑花生真伪鉴别模型;同时,研究发现花生含有矢车菊素、飞燕草素、矮牵牛素和锦葵色素4种花青素,其中矢车菊素含量最高且在黑花生和普通花生中存在显著性差异,黑花生中的平均含量为93.90μg/g,普通花生中的平均含量为44.67μg/g。基于黑花生和普通花生在脂肪酸和花青素组成上的差异建立了黑花生真伪鉴别方法,为消费者和检测部门识别黑花生真伪提供了必要的技术支撑。