《食品科學(xué)》：貴州師范大學(xué)梁成剛教授等：紫黑香禾糯米糠黃酮代謝組學(xué)與抗氧化活性分析

黃酮類化合物具有清除自由基、抗菌、抗氧化、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫力、降三高等廣譜生理活性。稻米中黃酮類化合物主要貯藏在米糠層（含果皮、種皮、外胚乳、糊粉層和胚）。

彩色稻米是重要的水稻種質(zhì)資源，因種皮中花青素的種類和含量不同，呈現(xiàn)出紫、黑、紅、白等不同色澤。研究普遍認(rèn)為，黑色稻米中總黃酮含量高于紫色稻米，其次為紅色稻米，而白色稻米中總黃酮含量最低。

香禾糯是歷史悠久的一類中國特色稻種資源，香味濃郁，品質(zhì)極佳，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織譽(yù)為世界特產(chǎn)稻之一。通過種質(zhì)資源的收集和保護(hù)，上百種香禾糯種質(zhì)資源，包括黑、紫、紅等多種彩色糯稻種質(zhì)資源被保存。部分研究發(fā)現(xiàn)，紫黑香禾糯的米糠中黃酮含量和抗氧化活性均顯著高于其他顏色的糯米米糠。

貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的 汪燕、陳旭玲和梁成剛 *等人研究選用深紫黑色的牙定紗和淺紫黑色的茍嫩當(dāng)這2 種不同色澤的紫黑香禾糯為材料，采用超高效液相色譜-電噴霧離子化-串聯(lián)質(zhì)譜（UPLCESI-MS/MS）聯(lián)用系統(tǒng)靶向檢測米糠中黃酮類化合物成分及含量，通過抗氧化能力評(píng)估與相關(guān)性分析，探討紫黑香禾糯 米糠中黃酮代謝物的具體成分、含量及其與抗氧化能力的關(guān)系，從而為紫黑香禾糯米糠的深加工和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)，并為探究水稻黃酮的代謝途徑提供科學(xué)參考。

01

黃酮代謝物及多元統(tǒng)計(jì)分析

紫黑香禾糯牙定紗、茍嫩當(dāng)和對(duì)照白香禾糯茍陽弄米糠中檢出10 類共139 種黃酮類代謝物，包括45 種黃酮、28 種黃酮醇、22 種黃酮碳糖苷、9 種花青素、8 種黃烷醇、8 種鞣質(zhì)、6 種二氫黃酮、5 種二氫黃酮醇、5 種原花青素和3 種查耳酮（圖1）。PCA的2D得分圖（PC1為77.3%，PC2為11.9%）顯示3 個(gè)供試水稻樣本間分離趨勢(shì)明 顯，均被單獨(dú)聚在一起，表明品種間各代謝物成分與含量差異較明顯（圖2A）。其中，牙定紗和茍嫩當(dāng)與茍陽弄的差異較明顯，而牙定紗和茍嫩當(dāng)間差異較小。同樣，代謝物熱圖也顯示出牙定紗和茍嫩當(dāng)間代謝物含量差異較小，被聚在一起，而茍陽弄的代謝物含量與它們差異較大（圖3）。

PLS-DA的2D得分圖（PC1為74.5%、PC為12.8%）同樣顯示3 個(gè)供試水稻樣本間分離趨勢(shì)明顯，品種間差異較大（圖2B）。PLS-DA的

R

2

＝0.89，大于0.8，表明模型的解釋能力好；而

Q

2

＝0.78，大于0.5，表明預(yù)測能力較好。因此，PLS-DA模型可用于香禾糯品種間米糠中黃酮類代謝物的差異分析（圖2C）。

02

差異代謝物分析

由圖4可知，紫黑香禾糯（牙定紗、茍嫩當(dāng)）米糠中黃酮類代謝物種類較白香禾糯茍陽弄更為豐富。在3 種供試米糠中共檢出78 種同代謝物，牙定紗、茍嫩當(dāng)、茍陽弄分別含7、2、7 種特有代謝物。另外，牙定紗和茍嫩當(dāng)米糠中共含120 種相同代謝物，其中牙定紗含8 種特有代謝物，茍嫩當(dāng)含4 種；牙定紗和茍陽弄米糠中共含79 種相同代謝物，其中牙定紗含49 種特有代謝物，而茍陽弄僅含9 種；茍嫩當(dāng)和茍陽弄米糠中共含80 種相同代謝物，其中茍嫩當(dāng)含44 種特有代謝物，而茍陽弄僅含8 種。

基于代謝物的FC≥2或≤0.5、VIP≥1，且

P

≤0.05篩選各比較組間的差異代謝物（表1）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，牙定紗vs茍陽弄存在差異代謝物111 種（81 種上調(diào)、30 種下調(diào)），牙定紗vs茍嫩當(dāng)存在差異代謝物96 種（78 種上調(diào)、18 種下調(diào)），茍嫩當(dāng)vs茍陽弄存在差異代謝物101 種（72 種上調(diào)、29 種下調(diào)）。

稻米色澤與黃酮類代謝物，尤其是花青素的種類及含量，存在緊密關(guān)聯(lián) 。由圖5可知，相較于茍陽弄，牙定紗和夠嫩當(dāng)?shù)那?5 種差異代謝物中有8 種花青素均呈顯著上調(diào)趨勢(shì)，暗示這8 種花青素參與調(diào)控稻米紫黑色的形成。同時(shí)，2 種紫黑香禾糯中黃酮醇（楊梅素-3- O -葡萄糖苷）和二氫黃酮醇（二氫楊梅素-3- O -葡萄糖苷）均顯著上調(diào)，而 黃酮（木犀草素-7- O -蕓香糖苷和異鼠李素-3- O -新橘皮糖苷）顯著下調(diào)，暗示紫黑香禾糯在黃酮類代謝物合成上與白香禾糯存在明顯差異。

紫黑香禾糯牙定紗和茍嫩當(dāng)間的前15 種差異代謝物包括4 種黃烷醇（表兒茶素苷、表兒茶素表阿夫兒茶精和兒茶素上調(diào)；表沒食子兒茶素沒食子酸酯下調(diào)）、4 種黃酮（丁香亭上調(diào)；木犀草素-7-

O

-新橘皮糖苷、芹菜素-7-

O

-葡萄糖苷和山柰酚-3-

O

-蕓香糖苷下調(diào)）、2 種黃酮碳糖苷（木犀草素-6,8- C -二葡萄糖苷和牡荊素-2”-

O

-鼠李糖苷上調(diào)）、1 種鞣質(zhì)（雙沒食子酸上調(diào)）、1 種二氫黃酮（柚皮素-7-

O

-(6”-丙二酰)葡萄糖苷上調(diào)）、1 種原花青素（原花青素C 2 上調(diào)）和1 種黃酮醇（槲皮素-4’-

O

-葡萄糖醛酸苷下調(diào)）。

03

黃酮生物合成途徑代謝物含量分析

根據(jù)黃酮合成代謝途徑繪制黃酮類代謝物熱圖（圖6），結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同香禾糯種質(zhì)米糠中所檢出的查耳酮（3 種）、二氫黃酮醇（5 種）、原花青素（5 種）和花青素（9 種）含量變化規(guī)律完全一致，均表現(xiàn)為牙定紗最高，茍嫩當(dāng)次之，茍陽弄最低。同樣，牙定紗和茍嫩當(dāng)米糠中絕大多數(shù)二氫黃酮、黃酮醇和鞣質(zhì)類代謝物含量均明顯高于茍陽弄，僅1 種二氫黃酮（柚皮素-7-

O

-蕓香糖苷 （蕓香柚皮苷））、3 種黃酮醇（3-

O

-甲基槲皮素、異鼠李素-3-

O

-葡萄糖醛酸苷- 7-

O

-鼠李糖苷、異鼠李素-3-

O

-新橙皮糖苷）和1 種鞣質(zhì)（1-

O

-沒食子酰-鼠李糖）含量低于茍陽弄。因此，推測紫黑香禾糯中存在這些黃酮類物質(zhì)合成的代謝偏好，查耳酮和二氫黃酮醇是黃酮代謝途徑中的主要中間產(chǎn)物，其含量的提高有利于紫黑香禾糯中花青素、原花青素、黃酮醇和鞣 質(zhì)的合成與積累。

牙定紗米糠中絕大部分黃酮碳糖苷代謝物含量較高，例如，木犀草素碳糖苷代謝物（4 種）含量在牙定紗米糠中較高，而在茍陽弄米糠中含量較低。不過，茍陽弄米糠中有8 種黃酮碳糖苷代謝物含量高于牙定紗和茍嫩當(dāng)，包含3 種芹菜素碳糖苷代謝物、2 種異牡荊素碳糖苷代謝物、2 種葒草素碳糖苷代謝物和1 種牡荊素碳糖苷代謝物。但是，不同香禾糯種質(zhì)米糠中黃酮烷和黃酮代謝物含量在總體上無明顯變化規(guī)律，其中牙定紗米糠中部分黃酮烷（3/8）和黃酮代謝物（13/45）含量較高，茍嫩當(dāng)米糠中有2 種黃酮烷和10 種黃酮代謝物含量較高，茍陽弄米糠中則有3 種黃酮烷和20 種黃酮代謝物含量較高。其中，牙定紗米糠中5 種芹菜素及其衍生物含量極低，而在茍陽弄米糠中含量較高；茍嫩當(dāng)米糠中沙可林A和沙可林B含量較高，而在牙定紗和茍陽弄米糠中含量較低；茍陽弄米糠中金圣草黃素及其衍生物含量較高，而在牙定紗和茍嫩當(dāng)米糠中含量較低。說明黃酮代謝途徑下游的絕大多數(shù)黃烷醇、黃酮和黃酮碳糖苷類代謝物合成和積累與稻米粒色無明顯的關(guān)聯(lián)。

04

抗氧化活性與相關(guān)性分析

研究普遍認(rèn)為彩色稻富含黃酮，保健價(jià)值高于白米。由圖7可知，紫黑色牙定紗和茍嫩當(dāng)米糠中總黃酮含量顯著高于茍陽弄。DPPH和ATBS法作為常用的抗氧化能力評(píng)價(jià)方法，其IC50值越低表明抗氧化能力越強(qiáng)。牙定紗中DPPH自由基的IC50值為1.16 mg/mL，ATBS陽離子自由基的IC50值為4.46 mg/mL；茍嫩當(dāng)?shù)腄PPH自由基的IC50值為4.09 mg/mL，ATBS陽離子自由基的IC50值為7.41 mg/mL；而茍嫩當(dāng)中DPPH自由基的IC50值為26.95 mg/mL，ATBS陽離子自由基的IC50值62.83 mg/mL。因此，認(rèn)為牙定紗米糠黃酮提取液的抗氧化能力最強(qiáng)，茍嫩當(dāng)次之，且兩者均顯著強(qiáng)于茍陽弄。這一結(jié)果有力地支持了稻米種皮的顏色越深，黃酮含量越高，抗氧化能力越強(qiáng)的觀點(diǎn)。

陳萍萍等指出稻米的總黃酮和花青素含量與其總抗氧化能力及羥自由基清除能力之間均存在顯著正相關(guān)關(guān)系。由表2可知，共72 個(gè)黃酮類代謝物與DPHH自由基的IC50值和ATBS陽離子自由基的IC50值呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。其中，查耳酮（3/3）、花青素（9/9）和原花青素（5/5）類代謝物均與DPHH自由基的IC50值和ATBS陽離子自由基的IC50值均呈現(xiàn)顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；絕大多數(shù)黃酮醇（22/28）、二氫黃酮醇（4/6）和鞣質(zhì)（5/6）也與這兩個(gè)抗氧化能力評(píng)價(jià)指標(biāo)均呈現(xiàn)顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，表明這些類別的黃酮含量可以作為評(píng)價(jià)不同色澤米糠抗氧化能力的重要指標(biāo)。

植物黃酮、二氫黃酮和黃烷醇等化合物被廣泛認(rèn)為是優(yōu)異的天然抗氧化劑。然而，在米糠中，并非所有這些化合物含量都與抗氧化能力顯著相關(guān)（表2）。例如，僅部分黃酮（12/45）、黃酮碳糖苷（6/22）、二氫黃酮（2/6）和黃烷醇（2/8）代謝物與DPHH自由基的IC50值和ATBS陽離子自由基的IC50值呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。推測這種選擇性相關(guān)性可能源于不同色澤稻米中黃酮代謝途徑下游代謝物的合成偏好存在差異。

05

結(jié) 論

基于UPLC-ESI-MS/MS技術(shù)，在不同色澤的香禾糯米糠中鑒定出10 類共139 種黃酮類化合物，并發(fā)現(xiàn)紫黑香禾糯中黃酮組分相較于白香禾糯更為豐富。比對(duì)分析顯示，牙定紗vs茍陽弄、茍嫩當(dāng)vs茍陽弄、牙定紗vs茍嫩當(dāng)間分別存在111（81 種上調(diào)、30 種下調(diào)）、104（72 種上調(diào)、29 種下調(diào)）、96 種（78 種上調(diào)、18 種下調(diào)）差異代謝物，總體呈現(xiàn)稻米色澤越深，差異代謝物上調(diào)數(shù)量越多的趨勢(shì)。深紫黑香禾糯牙定紗的米糠總黃酮含量最高，淺紫黑的茍嫩當(dāng)次之；兩者的DPPH自由基的IC50值和ATBS陽離子自由基的IC50值均顯著低于茍陽弄，證實(shí)稻米色澤越深，黃酮含量越高，抗氧化能力越強(qiáng)。相關(guān)性分析表明，72 個(gè)黃酮類代謝物含量與DPPH自由基的IC50值和ATBS陽離子自由基的IC50值呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)合代謝通路分析，進(jìn)一步證實(shí)，花青素、原花青素、二氫黃酮醇和查耳酮類物質(zhì)的含量可作為評(píng)價(jià)米糠抗氧化能力的重要指標(biāo)，而代謝下游的黃酮苷和黃烷醇類物質(zhì)的合成在不同色澤的稻米中展現(xiàn)出偏好差異。

引文格式：

汪燕, 陳旭玲, 趙春霞, 等. 紫黑香禾糯米糠黃酮代謝組學(xué)與抗氧化活性分析[J]. 食品科學(xué), 2025, 46(6): 192-200. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240924-181.

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實(shí)習(xí)編輯：李杭生；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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