魏其超，苗红梅，汪学德*，张海洋，袁青丽，李海玲

(1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001； 2.河南省农业科学院 芝麻研究中心，河南 郑州 450002)

芝麻(SesamumindicumL.)属胡麻科1年生草本植物，是世界上古老的特色优质油料作物。芝麻籽粒中含有多种不饱和脂肪酸和氨基酸，对人体健康十分有利[1-2]。此外，芝麻还含有较高的木酚素、维生素E等抗氧化物质和丰富的矿物质，营养价值极高[3]。但是在我国芝麻主产区，芝麻易受病害(芝麻枯萎病、茎点枯病等)和渍害影响，造成单产水平低、籽粒品质差，对芝麻生产和农民增收产生巨大影响[4]。研究表明，病害及渍害条件下，芝麻植株生长发育会受到限制[5-6]。尤其在花期，芝麻枯萎病发生后，蒴果长势受到明显抑制，导致籽粒干瘪，极大降低了芝麻产量；渍害条件下，秕籽率增加，粒色变暗，酸价升高，严重影响了籽粒品质[7]。目前尚未见关于枯萎病发生后芝麻籽粒及制油品质变化的报道。为此，选用3个白芝麻品种，在芝麻枯萎病单一病圃种植条件下，于成熟期收集不同等级病株的籽粒，系统地分析籽粒外观、营养组分、微量成分及芝麻油品质的变化，以期为枯萎病害胁迫下芝麻的生产发展及产品加工工艺的改良提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验共选用3个白芝麻品种4816、P12-0、P21，均由河南省农业科学院芝麻研究中心提供。2017年6月将3个白芝麻品种种植于河南省农业科学院原阳试验基地芝麻枯萎病单一病圃，确保枯萎病发生。以非病圃健康植株为对照。每个品种种植10行，行长5 m，行距40 cm，株距20 cm；每个处理设置3个重复，按随机区组排列方式种植。田间管理采用正常芝麻种植管理方法进行。

依据仇存璞等[8]芝麻枯萎病抗性等级评价方法，在成熟期分别调查处理组及对照组植株病害发生等级，对病株进行0级、1级、2级、3级、4级划分，其中0级代表未发生病害。适时收获各处理植株，脱粒并用于品质检测分析。

1.2 芝麻籽粒外观品质分析

参照袁青丽等[7]方法，选取各处理芝麻籽粒100粒，采用万深SC-G自动考种分析及千粒质量系统(杭州万深检测科技有限公司)测定籽粒长度、宽度、千粒质量；选用 Colorflex EZ色粒仪(上海信联创作电子有限公司)测定L、a和b值(L为明度指数，a、b为彩度指数)。种皮色泽差异判定标准参照李里特[9]标准(表1)，并计算ΔE值。籽粒种皮色泽计算公式如下：

表1 作物种皮色泽差异判定标准

1.3 芝麻籽粒品质检测

参照GB/T 5512—2008方法测定籽粒粗脂肪含量；参照GB 5009.5—2016方法测定粗蛋白含量；参照GB 5009.124—2016方法测定籽粒氨基酸成分；参照GB/T 5528—2008方法测定籽粒水分含量；参照GB/T 5505—2008方法测定籽粒灰分含量；参照硫酸-苯酚法[10-11]测定籽粒总糖含量；根据孙丽萍等[12]所述方法，分别制作Ca2+、K+、Na+、Mg2+离子含量标准曲线，并采用电感耦合等离子体发射光谱仪(美国Agilent公司)测定籽粒中的Ca2+、K+、Na+、Mg2+矿物质元素含量。

1.4 芝麻油品质检测

称取2 kg芝麻籽粒，参照袁青丽等[7]方法进行冷榨芝麻油制备，将获得的冷榨芝麻油样品放于室温保存，对折光指数、酸价、碘值、皂化值、过氧化值等理化指标进行测定，同时对芝麻油中脂肪酸组成及维生素E、芝麻素、芝麻林素等含量进行分析。折光指数测定参照GB/T 5527—2010方法，酸价测定参照GB 5530—2005方法，碘值测定参照GB/T 5532—2008方法，皂化值测定参照GB/T 5534—2008方法，过氧化值测定参照GB/T 5538—2005方法，脂肪酸组成测定参考GB/T 17376—2008和GB/T 17377—2006方法，维生素E含量测定参照GB 5009.82—2016方法。芝麻油中芝麻素和芝麻林素含量测定参照NY/T 1595—2008方法。高效液相色谱仪Waters 2695(美国Waters公司)条件为：色谱柱Sunfire(C18，250 mm×4.6 mm，5 μm)，柱温30 ℃；流动相V甲醇∶V水=70∶30，流速1 mL/min；检测波长287 nm；进样量10 μL。试验用化学试剂为分析纯；正己烷、正庚烷、甲醇等有机溶剂为色谱纯。

1.5 数据处理

使用Origin 8.0、Excel及SPSS软件对测定数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同枯萎病等级芝麻籽粒外观品质变化

试验针对芝麻枯萎病单一病圃条件下种植的3个芝麻品种，在成熟期进行枯萎病发生情况调查。调查中发现，0级为未发生病害的植株，芝麻籽粒饱满，粒色正常，而4级病害下形成的芝麻籽粒多为秕粒，不能正常成熟，在实际生产中无法用于芝麻食品加工及榨油。为此，仅对0—3级病害下的芝麻籽粒进行品质评价分析(表2)。与0级相比，1—3级病害下3个白芝麻品种千粒质量均表现为下降，降幅在1.90%～38.49%。病害发生等级越高，千粒质量下降越明显。其中P21的千粒质量由0级病害下的2.39 g下降至3级的1.47 g，变化幅度最大。在不同病害等级样品中，芝麻籽粒长度和宽度较为稳定，分别为3.00 mm和1.60 mm左右，总体上与0级差异不显著。

在芝麻籽粒色泽评价方面，目前多使用L、a、b值表示。L值越大，表明籽粒色泽越光亮；ΔE值越大，表明粒色差异越明显。如表2所示，在3个白芝麻品种中，0级病害籽粒L值为61.00～63.79。随着病害等级的增加，3个品种的L、a、b值均有变化，其中L值变化显著。3个品种在枯萎病害下L值降幅为0.35%～7.02%。此外，随着病害等级程度的提高，3个品种ΔE逐渐增加，分别为0.59～3.10、2.24～4.29、0.52～4.14。与0级相比，3级病害下3个品种ΔE均达到显著差别(3.0<ΔE≤6.0)。ΔE值越大，芝麻籽粒色泽越暗，这与肉眼观察到的结果一致。综上，枯萎病害的发生导致了芝麻籽粒生长发育受到影响，表现为光泽变暗，颜色加深。

表2 不同枯萎病等级芝麻籽粒外观品质变化

注：不同小写字母表示相同品种不同病害等级下差异显著(P<0.05)，下同。

2.2 不同枯萎病等级芝麻籽粒主要成分变化

如表3所示，3个品种0级病害芝麻籽粒中的水分含量在3.60%～3.91%，粗脂肪含量为47.73%～50.05%，粗蛋白含量为20.08%～22.05%，总糖含量为9.74%～11.17%。与0级相比，3个品种1—3级病害芝麻籽粒的粗脂肪和粗蛋白含量变化幅度分别为-1.28%～1.61%和0.54%～5.08%。病害等级对粗脂肪和粗蛋白含量变化无显著影响。但病害发生对芝麻籽粒总糖含量影响明显，与0级相比，4816和P12-0芝麻籽粒的总糖含量变化较大，变化幅度分别为-5.24%～28.95%、-11.37%～20.35%。推测总糖含量的变化可能与病害胁迫影响植物生长代谢有关。

灰分是指样品灼烧后剩下的各种矿物元素的氧化物，其含量高低往往与生长环境关系密切。从表3中可以看出，3个品种0级病害芝麻籽粒灰分含量为4.55%～4.98%。随着枯萎病害等级的升高，3个品种芝麻籽粒的灰分含量逐渐增高，其含量在4.70%～5.71%，3级病害籽粒灰分含量较0级分别提高了16.04%、12.05%、19.21%。灰分含量与病害等级关系密切，呈正相关。

表3 不同枯萎病等级芝麻籽粒主要成分变化 %

2.3 不同枯萎病等级芝麻籽粒矿物质元素含量变化

为探明枯萎病害下芝麻籽粒灰分中的主要变化成分，选用0级和3级病害芝麻籽粒，测定其中Ca2+、K+、Na+、Mg2+的含量(表4)。构建Ca2+、K+、Na+、Mg2+的标准曲线方程，分别为：YCa=345 466.88X+5 510.50(r=0.998)、YK=1 036.95X+281.64(r=0.998)、YNa=162 113.16X+23 916.62(r=0.997)、YMg=84 993.17X+386.02(r=0.997)。在0级病害芝麻籽粒中，Ca2+和K+含量较多，分别为11.66～15.00 mg/g 和9.05～11.44 mg/g。3级病害下， 4816、

P12-0、P21芝麻籽粒中，Ca2+含量与0级相比分别降低9.52%、12.27%、0.80%，K+含量分别增加18.01%、15.38%、2.96%。Mg2+含量仅次于Ca2+和K+，在3级病害下，4816芝麻籽粒中Mg2+含量与0级相比降低4.53%，P12-0芝麻籽粒中Mg2+含量与0级相比增加4.18%，P21芝麻籽粒中Mg2+含量与0级相比增加1.71%。与0级相比，3级病害下4816芝麻籽粒中Na+含量增加7.59%，P12-0芝麻籽粒中Na+含量下降10.42%，P21芝麻籽粒中Na+含量下降6.59%。但病害等级对Mg2+和Na+含量变化没有显著影响。

表4 不同枯萎病等级芝麻籽粒矿物质元素含量变化 mg/g

2.4 不同枯萎病等级芝麻籽粒氨基酸组分含量变化

氨基酸是重要的营养成分，其代谢产物能起到调节机体生命活动的作用。在芝麻籽粒中，蛋白质含量为18%～26%，属于FAO/WHO建议的优质蛋白质类[13]。为探明枯萎病发生是否对芝麻籽粒氨基酸组分造成影响，对3级病害芝麻籽粒的氨基酸组分进行了分析(表5)。3个品种主要氨基酸为谷氨酸、精氨酸、亮氨酸，0级病害芝麻籽粒中3种氨基酸含量分别为7.60%～8.70%、4.90%～5.70%、2.70%～3.30%。3级病害芝麻籽粒中3种氨基酸含量分别为8.00%～9.80%、5.10%～7.10%、3.00%～3.90%，与0级相比变幅分别为-1.15%～13.95%、-8.77%～26.79%、-3.03%～21.88%，病害等级对4816和P12-0芝麻籽粒中3种氨基酸变化无显著影响。3级病害下3个品种籽粒中苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸和异亮氨酸4种必需氨基酸的含量与0级病害芝麻籽粒相比也没有显著差异。4816和P12-0芝麻籽粒中除天冬氨酸外，病害等级对其他各氨基酸组分均无显著影响。P21芝麻籽粒中部分氨基酸含量在3级病害条件下与0级病害相比有差异，推测可能是病害对品种的选择性作用导致。

表5 不同枯萎病等级芝麻籽粒16种氨基酸含量变化 %

2.5 不同枯萎病等级芝麻籽粒制油品质变化

3级病害芝麻籽粒在外观和部分营养组分上具有显著变化。为进一步明确病害发生对芝麻籽粒制油品质是否造成影响，选用收获的0级和3级病害芝麻籽粒样品分别进行螺旋压榨处理，制备冷榨芝麻油，并测定芝麻油中脂肪酸组成及含量(图1)。芝麻油中含有油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、亚麻酸、棕榈油酸共7种主要脂肪酸组分。其中油酸和亚油酸是芝麻油最主要的脂肪酸类型，0级病害3个品种中的含量分别为36.98%～41.98%和41.16%～46.98%(图1D和1E)。与0级相比，3级病害芝麻油中的油酸和亚油酸含量变化幅度分别为-0.68%～0.80%和0.68%～5.87%，差异不大，表明3级程度枯萎病害对芝麻油中的主要脂肪酸组分无明显影响。图1A和1C分别显示了芝麻油中棕榈酸和硬脂酸的变化，3级病害下3个品种棕榈酸和硬脂酸含量分别为8.59%～10.08%和5.38%～6.02%，符合GB 8223—1987标准中的1级芝麻油标准。与其他组分相比，3级病害下3个品种芝麻油中的亚麻酸含量均变化显著(图1G)。0级病害芝麻油中亚麻酸含量为0.26%～0.37%，含量相对较少。与0级相比，3级病害下4816芝麻油中亚麻酸的含量降低了32.43%，P12-0、P21则分别增加了40.00%、42.31%。

从图2A可以看出，芝麻油的折光指数均在1.472 5左右(20 ℃)，芝麻品种和病害的发生程度对其没有显著影响。与0级病害相比，3个品种的3级病害芝麻油的酸价均有明显升高趋势(图2B)，其中4816芝麻油中酸价从1.71 mg/g升高至5.39 mg/g，P21芝麻油中酸价由1.95 mg/g升高至3.07 mg/g，P12-0芝麻油中酸价则由3.78 mg/g升高至6.80 mg/g。依据芝麻油GB 8223—1987标准，3个品种的3级病害芝麻油的酸价均超过3 mg/g，不符合1级芝麻油的标准。因此，枯萎病害发生对芝麻油的酸价有一定影响。

3个芝麻品种中，3级病害下芝麻油过氧化值与0级病害相比分别显著下降16.42%、51.43%、15.66%(图2C)。3个品种0级病害芝麻油的皂化值和碘值分别为175.14～186.80 mg/g和105.56～108.63 mg/g，3级病害芝麻油皂化值和碘值分别为179.09～182.05 mg/g和104.70～114.06 mg/g(图2D和2E)。与0级相比，3级病害芝麻油皂化值和碘值变化幅度分别为-2.54%～2.71%和-0.81%～5.26%，表明枯萎病发生能够导致芝麻油部分理化指标发生一定变化。

图1 不同枯萎病等级芝麻油脂肪酸含量变化

2.6 不同枯萎病等级芝麻籽粒制油中抗氧化物质含量变化

芝麻中含有木酚素和生育酚2类强抗氧化活性物质[14]，因此，芝麻油的货架期较一般油脂长。对3个品种芝麻油中的木酚素(芝麻素和芝麻林素)以及维生素E含量进行测定(表6)，结果发现，3个品种0级病害的芝麻油中木酚素含量为13.92～14.76 mg/g，而枯萎病发生会导致木酚素含量有所变化，其中，3级病害下，P21芝麻油中木酚素含量较0级病害降低5.01%，4816芝麻油中木酚素含量没有显著性变化，P12-0芝麻油中木酚素含量则显著增加3.87%。与0级相比，3级病害下4816芝麻油中芝麻素含量降低0.98%，芝麻林素含量增加3.56%；P12-0芝麻油中芝麻素含量增加2.74%，芝麻林素含量增加6.59%；P21芝麻油中芝麻素含量降低5.54%，芝麻林素含量降低3.72%。推测这种差异可能与不同品种的抗病性以及次生代谢过程有关。

此外，从表6可以看出，3个品种0级病害芝麻油中维生素E的含量分别为0.38、0.33、0.35 mg/g，3级病害芝麻油中维生素E含量分别为0.37、0.26、0.39 mg/g。其中3级病害下，P12-0与P21芝麻油中的维生素E含量与0级相比，变化幅度分别为-21.21%与11.43%，差异显著；4816芝麻油中的维生素E含量较0级下降2.63%，但差异不显著。

图2 不同枯萎病等级芝麻油理化指标变化

3 结论与讨论

本研究首次系统地分析了芝麻枯萎病害胁迫条件下芝麻籽粒品质及制油理化特性的变化规律，明确了芝麻枯萎病害可导致芝麻籽粒千粒质量、粒色、总糖含量以及灰分含量发生显著变化，也可造成芝麻油酸价升高以及抗氧化物质含量发生显著变化，并影响油品质，为今后芝麻生产与加工工艺改进提供了理论依据。

芝麻枯萎病是由尖孢镰刀菌芝麻专化型(Fusariumoxysporumf.sp.sesami)侵染引起的，对芝麻植株生长、产量形成等产生重要影响[8]。本研究发现，枯萎病发生条件下，芝麻籽粒千粒质量有所下降，千粒质量的降低间接影响了芝麻的产量[15]。病害条件下芝麻籽粒的千粒质量显著降低，种皮色泽加深，外观品相差，直接降低了芝麻的商品价值。此外，病害等级较高时，芝麻籽粒往往干瘪，无法形成产量，更不能用于加工和食用。结果与渍害胁迫下芝麻籽粒外观品质变化特征较为相似[7]，表明非生物胁迫与生物胁迫均能影响芝麻籽粒种皮色素的积累，进而影响芝麻的外观品质。因此，可以认为籽粒色泽能够在一定程度上反映芝麻受非生物胁迫和生物胁迫的程度。

通过对枯萎病害下芝麻籽粒中主要组分变化规律进行研究发现，在干物质积累过程中3个品种芝麻灰分含量增加明显，但矿物质元素Ca2+、K+和Mg2+呈现不同程度的变化。研究表明，枯萎病害与渍害胁迫[7]和干旱胁迫[16]2种非生物胁迫相同，均可以影响芝麻籽粒中的矿物质元素积累。推测在胁迫条件下，芝麻籽粒中矿物质成分的吸收、运输以及生物利用等过程可能会受到影响，进而导致芝麻籽粒品质发生变化。

另外，通过对枯萎病害下芝麻籽粒中蛋白质含量及氨基酸组分的测定发现，3级病害下氨基酸组成没有变化，含量存在一定范围波动。3级病害下，芝麻籽粒中蛋白质的氨基酸组成仍以谷氨酸、精氨酸、亮氨酸为主，因此，以枯萎病害下芝麻籽粒为原料加工成的蛋白质产品，其营养价值不会受到影响。

在芝麻油制品中，酸价主要反映油脂中游离脂肪酸含量的多少，其值越大，表明游离脂肪酸含量越多，对芝麻油的储存越不利。枯萎病发生可造成芝麻油酸价升高，与渍害胁迫[7]结果相似。因此，推测酸价的变化可以反映芝麻生长过程受生物胁迫或非生物胁迫的程度。在胁迫条件下，芝麻油脂的形成过程可能受到影响，造成甘一酯和甘二酯含量的显著变化，进而导致游离脂肪酸含量增加。除此之外，枯萎病害引起的羰基减少或其他原因，是否也会导致游离脂肪酸含量的增加，还有待进一步深入研究。

一般情况下，芝麻油脂肪酸中油酸和亚油酸占85.00%左右[17]。本研究对脂肪酸组分的分析结果表明，病害条件下3个品种芝麻油中油酸和亚油酸含量变幅不大，亚麻酸含量变幅较大。与0级相比，3级病害下4816芝麻油中亚麻酸的含量降低了32.43%，P12-0、P21则分别增加了40.00%、42.31%。根据芝麻油的GB 8223—1987标准，1级芝麻油棕榈酸含量在7.90%～12.00%，硬脂酸含量在4.50%～6.70%，本研究中3个芝麻品种在感染枯萎病前后，制油中棕榈酸与硬脂酸含量均在1级芝麻油范围内。李晓丹等[18]研究发现，芝麻种子发育过程中脂肪酸的积累存在品种间差异性，不同芝麻品种的脂肪酸含量各不相同，与本研究结果一致。由此推断，芝麻油脂肪酸的组成变化受环境和品种等多方面因素的影响。

本研究发现，3级病害下，芝麻油中的木酚素和维生素E含量均有所变化，表明在枯萎病胁迫下芝麻籽粒中的主要抗氧化物质的含量会受到影响。Kwansu等[19]发现，干旱胁迫提高了芝麻中木酚素的积累水平。因此，适当的生物或非生物胁迫可能有利于芝麻中木酚素的积累，该变化对提高芝麻原料的利用价值具有积极意义。