不同玉米籽粒中烟酸和玉米黄质含量的测定

邓小净，梅秀鹏，徐 德，陈淅宁，刘晓丽，刘朝显，蔡一林*

（西南大学玉米研究所，重庆 400715）

摘 要：从3 200 份玉米自交系中选取123 份作为研究材料，采用微生物法和分光光度法分别测定玉米籽粒中烟酸和玉米黄质含量，分析玉米类型、籽粒色泽、籽粒类型对籽粒中烟酸和玉米黄质含量的影响及烟酸和玉米黄质含量的相关性。结果表明，玉米籽粒中烟酸含量为0.57～4.80 mg/100 g，糯玉米远高于普通玉米，白玉米高于黄玉米，紫玉米介于白玉米和黄玉米之间。不同粒型间、同一粒色不同粒型间的烟酸含量则差异不显著。玉米籽粒中玉米黄质含量为0.35～4.03 mg/kg，糯玉米远低于普通玉米，白玉米低于黄玉米，紫玉米介于白玉米和黄玉米之间。不同粒型间、同一粒色不同粒型间的玉米黄质含量则差异不显著。由此说明，玉米类型、籽粒色泽对烟酸含量和玉米黄质含量有极显著影响，而籽粒类型的主效应、籽粒类型与籽粒色泽的交互效应均不显著。相关分析表明，籽粒中烟酸含量与玉米黄质含量存在极显著的中度负相关关系（r=－0.361，P＜0.01），即籽粒中烟酸含量越高，玉米黄质含量越低。

关键词：玉米；烟酸；玉米黄质

Niacin and Zeaxanthin Contents in Different Maize Kernels

DENG Xiaojing, MEI Xiupeng, XU De, CHEN Xining, LIU Xiaoli, LIU Chaoxian, CAI Yilin*

(Maize Research Institute, Southwest University, Chongqing 400715, China)

Abstract: Microbiological and spectrophotometric methods were respectively used to determine the contents of niacin and zeaxanthin in maize kernels of 123 from 3 200 inbred lines to study the effects of maize type, kernel color and kernel type on the contents of both phytochemicals in maize as well as their correlation. The results showed that the niacin content of maize was in the range of 0.57–4.80 mg/100 g; the niacin content of waxy maize was much higher than that of normal maize, the niacin content of white maize was higher than that of yellow maize, and the niacin content of purple maize was between those of white maize and yellow maize. No significant differences in niacin contents were found among different kernel types and among different kernel types with the same kernel color. The zeaxanthin content of maize varied from 0.35 to 4.03 mg/kg. The zeaxanthin content of waxy maize was much lower than that of normal maize, the zeaxanthin content of white maize was lower than that of yellow maize, and the zeaxanthin content of purple maize was between those of white maize and yellow maize. No significant differences in zeaxanthin contents existed among different kernel types and among different kernel types with the same kernel color. These results indicated that the different maize types and kernel colors of maize significantly affected the contents of niacin and zeaxanthin, whereas the main effect of kernel type and its interactive effect with kernel color were not significantly different. Moreover, there was a moderate but significant negative correlation between niacin content and zeaxanthin content in maize (r = - 0.361, P < 0.01), indicating that the higher the niacin content, the lower the zeaxanthin content. These findings could provide a reference for the reasonable application of maize kernels and the improvement of maize breeding.

Key words: maize; niacin; zeaxanthin

中图分类号：S513 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2015）12-0119-06

doi:10.7506/spkx1002-6630-201512022

烟酸又名尼克酸、VPP或称抗癞皮病维生素，是具有生物学活性的全部吡啶-3-羧酸及其衍生物的总称[1-2]，具有防治和治疗各种皮肤性疾病、心血管病、高血脂症、促进人体正常生长发育等重要作用。烟酸存在于肝、肾、肌肉、乳汁、蛋黄、麦麸、米糠、花生、水果及蔬菜中，含量约在0.7～490 mg/kg之间[3]。谷物里的烟酸主要以结合型的形式存在，未经分解不能被人体吸收利用[4-7]。王光亚等[8]研究表明，玉米中的结合型烟酸占总烟酸含量的64%～73%。陈学存[9-10]、许启凤[11]等研究表明，高赖氨酸玉米中，总烟酸含量约高于普通玉米的1 倍，其中游离性烟酸含量约比普通玉米高3 倍，色氨酸含量也比普通玉米高1 倍。

玉米黄质和叶黄素是在玉米胚乳中存在的2 种重要的天然胡萝卜素，人体内，主要分布在眼、肝脏、肾脏、脾脏、卵巢等组织器官中。大量研究证明，叶黄素和玉米黄质在保护视力[12-14]、预防心血管疾病[15]、癌症[16]、黄斑变性[17-18]、降低白内障发生的可能性[19-21]等方面起着重要的作用。由于人体无法自身合成，必须通过食物或补充剂获得，因此近年来玉米黄质已成为科学研究的热点之一。

玉米是我国的第一大粮食作物，作为食用或者消遣，在人们的日常生活中起着必不可少的作用。随着人们生活条件的不断改善，保健意识的不断增强，培育并食用高烟酸、高玉米黄质的保健型玉米具有重要价值。迄今，人们对烟酸和玉米黄质的研究重点主要集中在生理功能、合成与分离、饲料添加效应等方面，对不同类型、不同粒型、不同色泽玉米籽粒中烟酸和玉米黄质的系统研究未见报道。本研究从3 200 份玉米自交系中选取不同血缘、不同类型、不同粒色、不同粒型的自交系123 份，通过对籽粒中烟酸和玉米黄质含量的分析，揭示不同类型、不同色泽、不同粒型玉米籽粒中烟酸和玉米黄质含量的差异，为人们合理选食玉米，增强保健功能提供依据。同时筛选出烟酸、玉米黄质含量极端的玉米自交系，为培育富含烟酸、玉米黄质的保健型玉米新品种、构建群体进行相关分子机理研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

从3 200 份玉米自交系中选取不同血缘、不同类型、不同粒色、不同粒型的自交系123 份作为研究材料，其特征见表1。

表 1 研究材料特征

Table 1 Characters of research materials

1.2 试剂与仪器

ATCC 8014植物乳杆菌菌种 上海复祥生物科技有限公司；烟酸标准品、酸水解酪蛋白（不含维生素）、盐酸吡哆醇、生物素结晶、核黄素、盐酸硫胺素 美国
Sigma公司；L-胱氨酸、L-色氨酸、硫酸腺嘌呤、尿嘧啶、D-泛酸钙 生工生物工程（上海）股份有限公司；盐酸鸟嘌呤 阿拉丁试剂（上海）有限公司；正己烷、甲醇（均为分析纯） 成都市科龙化工试剂厂；丙酮（分析纯） 重庆科试化学有限公司。

DHP-9162电热恒温培养箱 上海一恒科学仪器有限公司；PHS-25型数显酸度计 上海天达仪器有限公司；JA2003电子天平 上海精天电子仪器有限公司；QYYS-10A超纯水机 重庆前沿水处理设备公司；Autoclave SS-325型全自动高压灭菌器 日本Tomy公司；SW-CJ-2F双人双面超净工作台 苏州安泰空气技术有限公司；Multifuge X1R台式冷冻离心机 美国Thermo Fisher Scientific公司；UV1000紫外-可见分光光
度计 上海天美科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品预处理

将充分干燥的123 份玉米自交系籽粒，分别磨粉，过80 目筛，于－80 ℃保存备用。

1.3.2 烟酸含量测定

采用源自美国分析化学家协会的微生物法，略有改动[22-23]。每个样本测3 次重复。

1.3.2.1 培养基制备

基本培养基储备液制备：将酸解酪蛋白50 mL、
L-胱氨酸、L-色氨酸溶液50 mL、腺嘌呤、鸟嘌呤、尿嘧啶溶液10 mL、D-泛酸钙、对氨基苯甲酸、吡哆醇溶液10 mL、核黄素、盐酸硫胺素、生物素溶液10 mL、甲盐溶液10 mL、乙盐溶液10 mL、无水葡萄糖10 g、无水乙酸钠10 g加入500 mL烧杯中，加水至450 mL，用质量分数40% NaOH溶液调节pH值至6.8，最后用水稀释至500 mL。

琼脂培养基制备：将无水葡萄糖1.0 g、乙酸钠（NaAc•3H2O）1.7 g、酵母提取物0.2 g、蛋白胨0.8 g、甲盐溶液0.2 mL、乙盐溶液0.2 mL、琼脂1.2 g加入250 mL三角瓶中，加水至100 mL，于电热恒温水浴锅上煮至琼脂完全溶解，并用1 mol/L盐酸溶液调节pH值至6.8，趁热分装，每管3～5 mL，塞好棉塞，115 ℃灭菌15 min。取出后竖直试管，待冷至室温后于4 ℃保存。

1.3.2.2 烟酸标准液的制备

准确称取50.0 mg已干燥至恒质量的烟酸标准品，以体积分数25%乙醇溶液溶解并定容至500 mL，混匀，于4 ℃保存，为烟酸标准储备液。取1.00 mL烟酸标准储备液于100 mL容量瓶中，以体积分数25%乙醇溶液定容，混匀，于4 ℃保存，为烟酸标准中间液。取5.00 mL烟酸标准中间液于50 mL容量瓶中，加水定容，混匀，为烟酸标准使用液。

1.3.2.3 标准管的制备

标准管设为7 个质量浓度梯度（表2），重复3 次。115 ℃灭菌15 min，冷却至室温备用。

表 2 标准管的制备

Table 2 Preparation of standard tubes

1.3.2.4 样品管的制备

称取（2.000±0.002） g均匀样品于100 mL三角瓶中，加50 mL 0.5 mol/L硫酸溶液，混匀，于115 ℃水解15 min，冷却后，用质量分数40% NaOH溶液调节pH值至4.5，定容至100 mL，过滤于4 ℃保存，作为样品水解液。取适量水解液，用0.1 mol/L NaOH溶液调节pH值至6.8，定容至25 mL，使溶液中烟酸质量浓度约为50 ng/mL，作为样品试液。每支样品管中分别加入2.00 mL样品试液、3.00 mL水、5.00 mL基本培养基储备液，每个样品重复3 次。115 ℃灭菌15 min，冷却至室温备用。

1.3.2.5 接种液的制备及接种

无菌条件下，用穿刺法将植物乳杆菌菌种接种于已灭菌的琼脂培养基上，（37±0.5） ℃恒温培养16～24 h，于4 ℃保存，作为储备菌种。取5.00 mL烟酸标准使用液、5.00 mL基本培养基储备液于15 mL离心管中，115 ℃灭菌15 min，冷却后于4 ℃中保存，作为种子培养液。使用前，将储备菌种接种于已灭菌的种子培养液中，（37±0.5） ℃恒温培养16～24 h，3 000 r/min离心10 min，用灭菌生理盐水淋洗，最后加灭菌生理盐水10 mL混匀，作为接种液。在无菌条件下，立即将接种液接种于样品管和标准管中，于（37±0.5） ℃恒温培养72 h。

1.3.2.6 滴定与计算

将每支试管中的培养液分别倒入50 mL烧杯中，以0.1 mol/L NaOH溶液滴定，至pH值为6.8。记录所消耗的0.1 mol/L NaOH溶液体积。

以烟酸标准系列的不同含量为横坐标，滴定所需0.1 mol/L NaOH溶液体积为纵坐标，作标准曲线。根据每个样品管中样品液滴定所需的NaOH体积从标准曲线上查出相对应的烟酸含量，即为该样品管中的烟酸含量。样品中烟酸含量按公式（1）计算：

（1）

式中：X为样品中烟酸的含量/（mg/100 g）；c为样品试液中烟酸质量浓度平均值/（μg/mL）；V为样品水解液定容总体积/mL；F为样品试液的稀释倍数；m为试样质量/g。

1.3.3 玉米黄质含量的测定

参照徐秀红等[24]方法进行。称取（2.000±0.002） g均匀样品，于10 mL离心管中，加入5.00 mL正己烷-丙酮（3∶2，V/V）溶液混匀，在避光条件下振荡
（250 r/min）提取16 h，然后静置4 h。取4.00 mL上清液，加入1.00 mL 20% KOH-甲醇避光条件下反应1 h，再加入3.00 mL正己烷溶液、1.00 mL质量分数10%硫酸钠溶液，混匀，静置分层。取上清液短暂离心后测其在波长445 nm处的吸光度，提取和测定过程中尽量避光。每个样品测3 次重复。样品中玉米黄质含量按公式（2）计算：

（2）

式中：Y为样品中玉米黄质的含量/（mg/kg）；A445 nm为445 nm波长处样品的吸光度；V为所用的样品总体积/mL；W为所用样品质量/g；N为样品稀释倍数；f为比消光系数2 589。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007进行数据整理和作图，用SPSS 19软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 烟酸测定标准曲线

图 1 烟酸测定的标准曲线

Fig.1 Standard curve for niacin content determined by microbiological method

以烟酸标准系列的不同含量为横坐标，滴定所需0.1 mol/L NaOH溶液的体积为纵坐标，作标准曲线。由图1可以看出，随着滴定所消耗的NaOH溶液体积的增加，标准管中烟酸含量也成逐渐增长的趋势，符合ATCC 8014植物乳杆菌生长必需烟酸的特性。但其增长不完全呈线性关系，拟合为3 次方程：y=1.688 9×102x3－1.038 3×102x2＋3.480 9×10x＋2.109 2，R2=0.999 4。

2.2 玉米籽粒中烟酸含量分析

123 份玉米自交系籽粒中的烟酸含量最高为I13187糯玉米自交系，达4.80 mg/100 g，最低为I13266黄粒硬粒型玉米自交系，仅为0.57 mg/100 g，平均为2.19 mg/100 g，标准差为0.89 mg/100 g，变异系数为41%。绝大多数材料集中分布于1.30～2.79 mg/100 g之间，占67.48%；低于0.80 mg/100 g的仅有2 份材料，占1.63%；不小于4.30 mg/100 g仅有4 份材料，占3.25%（表3）。

表 3 玉米籽粒中烟酸含量的次数分布

Table 3 Frequency distribution of niacin contents in maize kernel

2.2.1 玉米类型对烟酸含量的影响

普通玉米中平均烟酸含量为2.00 mg/100 g，而糯玉米中平均烟酸含量高达3.06 mg/100 g，是普通玉米的1.53 倍。经t检验，糯玉米中平均烟酸含量极显著高于普通玉米（P＜0.01），由此说明玉米类型对烟酸含量有极显著影响。

2.2.2 玉米粒色对烟酸含量的影响

玉米籽粒的色泽因果皮、种皮、淀粉所含色素不同而呈现不同。本实验测定出白玉米、紫玉米、黄玉米中平均烟酸含量分别为2.68、2.24、1.93 mg/100 g。表4方差分析表明，不同粒色间烟酸含量差异显著。多重比较结果（表5）显示，白玉米中烟酸含量显著高于黄玉米，而白玉米与紫玉米、紫玉米与黄玉米中烟酸含量差异不显著，由此说明籽粒色泽对烟酸含量有显著影响。

表 4 不同粒色玉米中烟酸含量方差分析

Table 4 AVONA of niacin contents in maize with different kernel colors

注：*.差异达5%显著水平；**.差异达1%极显著水平。下同。

表 5 不同粒色玉米中烟酸含量多重比较

Table 5 Multiple comparison of niacin contents in maize with
different kernel colors

注：不同小写字母表示差异达5%显著水平；不同大写字母表示差异达1%极显著水平。表10同。

2.2.3 玉米粒型对烟酸含量的影响

玉米籽粒分为硬粒型、半马齿型、马齿型3 种粒型，本实验测定出硬粒型、半马齿型和马齿型玉米中烟酸平均含量分别为1.90、2.15、2.17 mg/100 g。对3 种粒型玉米中的烟酸含量进行方差分析（表6），结果表明粒型间差异不显著。

表 6 不同粒型玉米中烟酸含量方差分析

Table 6 AVONA of niacin contents in maize with different kernel types

2.2.4 玉米粒色与粒型对烟酸含量的交互影响

玉米在遗传演变过程中，由于受自然选择和人为选择等因素的影响，使籽粒色泽及粒型的分布存在一定的差异，其中不同粒型黄玉米、白玉米居多，而不同粒型的紫玉米分布较少，尤其是半马齿型。现对不同粒型黄玉米和不同粒型白玉米中烟酸含量进行方差分析，以探究不同籽粒色泽与不同粒型对玉米中烟酸含量是否存在交互作用，结果如表7所示，白玉米和黄玉米中烟酸含量的差异达到极显著水平；不同粒型玉米间烟酸含量无显著差异，与之前分析结果一致；同一粒色不同粒型玉米间烟酸含量差异不显著，表明粒色和粒型对烟酸含量不存在显著的交互影响。

表 7 不同粒色和粒型玉米中烟酸含量方差分析

Table 7 AVONA of niacin contents in maize with different kernel colors and kernel types

2.3 玉米籽粒中玉米黄质含量的分析

123 份玉米自交系的玉米黄质含量以黄色硬粒型自交系I13035含量最高，达4.03 mg/kg；以糯玉米自交系W13189含量最低，仅为0.35 mg/kg。123 份材料中玉米黄质含量的平均值为1.85 mg/kg，标准差为
0.90 mg/kg，变异系数为49%。由表8可知，玉米黄质含量在2.10～2.59 mg/kg之间的自交系最多，占21.95%；其次是在1.60～2.09 mg/kg之间的自交系，占18.70%；不小于3.60 mg/kg的自交系仅有2 份，占1.63%；低于0.60 mg/kg的自交系有13 份，占10.57%。

表 8 玉米黄质含量次数分布表

Table 8 Frequency distribution of zeaxanthin contents in maize kernel

2.3.1 玉米类型对玉米黄质含量的影响

糯玉米中玉米黄质含量为0.66 mg/kg，而普通玉米中玉米黄质含量高达2.09 mg/kg，是糯玉米的3.17 倍，两者差异达极显著水平（P＜0.01）。表明玉米类型对玉米黄质含量有极显著影响。

2.3.2 玉米粒色对玉米黄质含量的影响

黄玉米、紫玉米、白玉米中平均玉米黄质含量分别为2.20、1.57、1.09 mg/kg，不同粒色对玉米黄质含量的方差分析结果由表9可知，其差异达极显著水平。多重比较结果（表10）表明，黄玉米与白玉米间玉米黄质存在极显著差异，而黄玉米与紫玉米、紫玉米与白玉米间玉米黄质含量则差异不显著。由此说明，玉米籽粒色泽对玉米黄质含量有极显著影响。

表 9 不同粒色玉米中玉米黄质含量方差分析

Table 9 AVONA of zeaxanthin contents in maize with different kernel colors

表 10 不同粒色玉米中玉米黄质含量多重比较

Table 10 Multiple comparison of zeaxanthin contents in maize with different kernel colors

2.3.3 玉米粒型对玉米黄质含量的影响

本实验测得硬粒型、半马齿型和马齿型玉米中玉米黄质含量分别为2.06、2.37、2.00 mg/kg，由表11方差分析可知，不同粒型间玉米黄质含量差异不显著。由此表明，粒型对玉米中玉米黄质含量无显著影响。

表 11 不同粒型玉米中玉米黄质含量方差分析

Table 11 AVONA of zeaxanthin contents in maize with
different kernel types

2.3.4 玉米粒色与粒型对玉米黄质含量的交互影响

表 12 不同粒色和粒型玉米中玉米黄质含量方差分析

Table 12 AVONA of zeaxanthin contents in maize with
different kernel colors and kernel types

由表12可知，白玉米和黄玉米中玉米黄质含量存在极显著差异；不同粒型玉米间玉米黄质含量差异不显著，与之前分析结果一致；同一粒色不同粒型间玉米黄质含量差异不显著。由此表明，玉米粒色与粒型对玉米黄质不存在显著的交互影响。

2.4 玉米中烟酸和玉米黄质含量的相关性分析

123 份玉米自交系中烟酸和玉米黄质含量的相关性分析结果显示，玉米籽粒中烟酸和玉米黄质含量的简单相关系数为－0.361（P＜0.01），达到极显著水平。由此表明，玉米籽粒中烟酸和玉米黄质含量之间存在中度负相关关系，即玉米籽粒中烟酸含量越高，玉米黄质含量则越低。

3 讨 论

玉米籽粒中烟酸含量为0.57～4.80 mg/100 g，糯玉米远高于普通玉米，白玉米高于黄玉米，紫玉米介于白玉米和黄玉米之间。不同粒型间、同一粒色不同粒型间的烟酸含量则差异不显著。玉米籽粒中玉米黄质含量为0.35～4.03 mg/kg，糯玉米远低于普通玉米，白玉米低于黄玉米，紫玉米介于白玉米和黄玉米之间。不同粒型间、同一粒色不同粒型间的玉米黄质含量则差异不显著。白玉米和黄玉米是淀粉的颜色，而紫玉米是果皮、种皮和糊粉层的颜色，紫玉米的淀粉颜色可为白色，也可为黄色。结合不同粒色玉米中烟酸含量和玉米黄质含量分析结果，可以推断玉米籽粒中的烟酸和玉米黄质主要与淀粉的颜色有关。糯玉米与普通玉米在烟酸含量与玉米黄质含量上的差异表明淀粉种类与这2 种成分的含量密切相关，支链淀粉中含有较多的烟酸和较少的玉米黄质，直链淀粉中含有较低的烟酸和较高的玉米黄质。徐秀红等[24]研究表明，玉米籽粒的色泽与玉米黄质之间存在一定的对应关系，对于籽粒色泽均一的品种，色泽越淡，玉米黄质含量越低。这些结果与本研究结果一致，表明玉米烟酸和玉米黄质含量与玉米籽粒中淀粉的种类和颜色密切相关，与籽粒的类型无关。相关分析表明，玉米中烟酸和玉米黄质含量之间存在中度负相关关系，因此，很难通过育种手段同时获得高烟酸和高玉米黄质含量的玉米品种。

黄玉米比白玉米含有较多的VA和胡萝卜素，是良好的饲料，受到饲料厂的青睐。但黄玉米中烟酸含量较低，所以一般需要在饲料中加入适量的烟酸添加剂来满足动物对烟酸的正常需求。一些长期以玉米为主食的地区，选用白玉米辅之以恰当的烹饪方法，可以减少癞皮病的发生。白玉米中烟酸含量很高，但大部分为结合型，不能被人和动物吸收利用。很多研究表明，在碱性条件下，可以使结合型烟酸得到部分释放[3-4]，其释放效率随pH值的升高而增加，但pH值过高会造成玉米中其他营养成分的破坏。因此，在烹饪时可加入质量分数0.6%碳酸氢钠来促进结合型烟酸的释放[8-9,25]，满足人体对烟酸的需求。黄玉米中的玉米黄质含量是最高的，人体摄入较多的黄玉米对预防和改善青少年眼睛近视、中老年黄斑变性、白内障、癌症、心脑血管疾病以及抗衰老等具有良好的效果。不同玉米中养分含量有所差别，人们应根据不同需要，选用合适的玉米种类。

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