基于LC-MS/MS靶向代谢组学与多元统计的洋县有色稻米类胡萝卜素和类黄酮特征分析

研究人员针对有色稻米中功能性成分的品种差异问题，采用LC-MS/MS靶向代谢组学技术结合多元统计方法，系统分析了五种颜色稻米（黑、绿、紫、黄、红）的类胡萝卜素和类黄酮特征。鉴定出20种类胡萝卜素（90%为叶黄素类）和378种代谢物（95.5%为类黄酮），通过PCA和PLS-DA发现5种差异类胡萝卜素和147种差异类黄酮，KEGG分析揭示其与类胡萝卜素生物合成、花青素生物合成等通路相关。该研究为有色稻米功能食品开发提供了重要数据支撑。

　　

在追求健康饮食的当代社会，有色稻米因其丰富的植物化学物质备受关注。这些天然色素不仅赋予稻米鲜艳的外表，更蕴含着类胡萝卜素和类黄酮等活性成分，具有抗氧化、抗炎等多种健康功效。然而，不同颜色稻米品种间这些功能性成分的组成差异及其代谢通路尚不明确，制约了有色稻米的高值化利用。陕西理工大学的研究团队选择中国汉中洋县特产的"双亚"系列五色稻米（黑、绿、紫、黄、红）为研究对象，通过先进的分析技术揭示了这些"彩色珍珠"的营养密码。

研究人员采用LC-MS/MS靶向代谢组学技术，结合多元统计方法进行分析。样品来自汉中周大黑食品有限公司2025年2月采购的洋县五色稻米，经冷冻干燥研磨后，分别用甲基叔丁基醚/甲醇混合溶剂和70%甲醇水溶液提取类胡萝卜素和类黄酮。采用YMC C30色谱柱和Agilent SB-C18色谱柱进行分离，通过APCI-MS/MS和ESI-Q TRAP-MS/MS系统检测。运用SIMCA 14.1进行PCA和PLS-DA分析，MetaboAnalyst 6.0进行聚类热图分析，并通过KEGG数据库进行代谢通路注释。

类胡萝卜素特征分析结果显示：

在五色稻米中共鉴定出20种类胡萝卜素，包括18种叶黄素类（占90%）和2种胡萝卜素类（占10%）。PCA分析显示PC1和PC2分别解释了55.4%和26.4%的变异。黑色稻米中叶黄素含量最高（2.892 μg/g），其次是5,6-环氧叶黄素-癸酸-棕榈酸酯（1.496 μg/g）；红色稻米以α-胡萝卜素为主（1.556 μg/g）；黄色稻米α-胡萝卜素含量达2.313 μg/g；绿色稻米则富含α-胡萝卜素（2.530 μg/g）和5,6-环氧叶黄素-癸酸-棕榈酸酯（2.380 μg/g）。PLS-DA分析筛选出5种VIP>1的差异类胡萝卜素：紫黄质-肉豆蔻酸-癸酸酯、玉米黄质、α-胡萝卜素、紫黄质肉豆蔻酸酯和叶黄素油酸酯。

类黄酮代谢特征方面：

共检测到378种代谢物，包括361种类黄酮（95.5%）和17种单宁酸（4.5%）。类黄酮可分为黄酮、黄酮醇、黄烷酮、花青素等8个亚类。黑色稻米总类黄酮含量最高，约为红色稻米的8倍。花青素分析显示，黑色和紫色稻米富含矢车菊素-3-O-芸香糖苷、矢车菊素-3-O-(2''-O-葡萄糖基)葡萄糖苷等成分。PCA分析中PC1和PC2分别贡献49.2%和27.7%的变异，PLS-DA模型（R²X=0.988，Q²=0.962）筛选出147种差异类黄酮，其中德尔芬定-3-O-半乳糖苷、eschweilenol C*等VIP值最高。

多元统计分析表明：

类胡萝卜素热图将五色稻米分为四类：黑/紫色稻米高度相似，红色、绿色和黄色稻米各自成簇。类黄酮相关性分析显示，原花青素B1与原花青素B3相关性最高（r=0.9995）。KEGG通路分析显示，5种类胡萝卜素代谢物注释到类胡萝卜素生物合成、次级代谢物生物合成等3条通路；22种类黄酮代谢物映射到5条通路，其中花青素生物合成通路显著富集（P<0.05），包含矢车菊素-3-O-葡萄糖苷等5种关键差异代谢物。

该研究首次系统揭示了洋县五色稻米的类胡萝卜素和类黄酮特征，发现黑色稻米在叶黄素和类黄酮含量方面具有显著优势。研究结果为有色稻米的营养评价提供了科学依据，为其在功能性食品、膳食补充剂等领域的应用开辟了新途径。特别是叶黄素的高含量提示黑色稻米可开发为护眼健康食品，而丰富的花青素则表明紫色和黑色稻米具有开发抗氧化、心血管保护功能产品的潜力。这些发现不仅为消费者选择功能性主食提供指导，也为农产品深加工和附加值提升提供了理论支撑。