《Journal of Agriculture and Food Research》：Genotype-dependent effect of short-term soaking duration on the phytonutritional composition, antinutritional factors, and primary metabolome of sesame grains
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芝麻（Sesamum indicum L.）籽粒经短期（0-8 h）清水浸泡后，其植物化学组成发生显著变化，且效应因基因型而异。本研究选取两个遗传差异显著的芝麻基因型——埃塞俄比亚地方品种Humera与以色列先进育种系GV-174，系统评估了不同浸泡时长（0、
芝麻（Sesamum indicum L.）籽粒经短期（0-8 h）清水浸泡后，其植物化学组成发生显著变化，且效应因基因型而异。本研究选取两个遗传差异显著的芝麻基因型——埃塞俄比亚地方品种Humera与以色列先进育种系GV-174，系统评估了不同浸泡时长（0、1、2、4、6、8 h）对籽粒油分含量、可溶性蛋白、总糖、游离脂肪酸（FFA）、抗氧化活性（ABTS、DPPH、FRAP）、植物甾醇、生育酚、总多酚、游离木脂素与结合木脂素、植酸、草酸、单宁、皂苷、脂肪酸谱及初级代谢组的影响。结果表明：短时浸泡（1-2 h）可最大限度提升芝麻的营养品质，包括提高总糖水平、降低游离脂肪酸含量，并在特定基因型中增加总生育酚含量。同时，浸泡处理有效降低了抗营养成分（如植酸、草酸和单宁）的水平。代谢组学分析显示，浸泡1 h后即开始出现初级代谢物的变化，且变化模式具有基因型特异性；其中8种化合物在不同基因型和浸泡时间下表现出保守的响应趋势。综上，1-2 h的短期浸泡可作为优化芝麻籽粒营养品质的有效预处理手段，尤其适用于芝麻酱（tahini）等传统加工工艺。
研究背景与科学问题
芝麻（Sesamum indicum L.）是全球最古老的油料作物之一，其籽粒富含油脂（约50%）和蛋白质（约20%），并含有丰富的生物活性成分，如不饱和脂肪酸（亚油酸42–59%、油酸32–46%）、呋喃并呋喃类木脂素（sesamin、sesamolin）、多酚（以绿原酸为主）、植物甾醇（主要为β-谷甾醇）以及γ-生育酚等。这些化合物赋予芝麻多种健康功效，包括降血压、降血糖、降胆固醇、预防心血管疾病和癌症等。然而，芝麻籽粒中也存在一些抗营养因子，如草酸、植酸、单宁和皂苷，它们可能螯合肠道中的必需矿物质，降低蛋白质和微量元素的生物利用率。
在实际生产中，浸泡是芝麻加工（尤其是芝麻酱tahini制作）中不可或缺的前处理步骤，通常用于软化种皮和胚乳，便于脱皮、研磨和烘烤。然而，现有文献对浸泡时间的推荐范围极宽（从50分钟到16小时不等），且常伴随NaCl或NaOH的使用。尽管已有研究关注长时间浸泡（数天至一周）引发的发芽过程及其对芝麻营养组成的影响，但对于工业上更为常见的短期浸泡（0–8小时）如何影响芝麻的植物化学组成、抗氧化能力以及抗营养因子水平，尚缺乏系统性研究。此外，不同基因型芝麻对浸泡处理的响应是否存在差异，也未见报道。
基于上述空白，本研究旨在系统探究短期浸泡时长（0–8 h）对两种遗传背景迥异的芝麻基因型（埃塞俄比亚地方品种Humera与以色列先进育种系GV-174）的植物营养组成、抗氧化活性、抗营养因子水平及初级代谢组的影响，为优化芝麻加工工艺提供科学依据。
主要技术方法
研究人员选用来自希伯来大学芝麻种质资源库的两个遗传距离较远的基因型——Humera（埃塞俄比亚地方品种）和GV-174（以色列先进育种系），于以色列Gilat干旱与半干旱农业研究中心田间种植并收获。将清洁后的籽粒在室温（25℃）自来水中分别浸泡0、1、2、4、6、8小时（水与籽粒体积比3:1），沥干后自然干燥至含水量5%，研磨成粉后进行后续分析。主要分析方法包括：重量法测定含油量；Bradford法测定可溶性蛋白；折射仪法测定总糖；酸碱滴定法测定游离脂肪酸（FFA）；ABTS、DPPH和FRAP三种方法评价抗氧化活性；分光光度法测定总生育酚、总植物甾醇、总多酚、游离与结合木脂素、植酸、草酸、单宁和皂苷含量；气相色谱-质谱联用（GC-MS）进行脂肪酸谱（FAMEs）分析和初级代谢组学分析。所有实验均设置生物学重复，采用方差分析（ANOVA）和Fisher最小显著差法（LSD）进行统计检验。
研究结果
3.1 基因型对籽粒植物营养组成的影响
两种基因型在基础化学成分和植物营养素水平上存在显著差异。GV-174的含油量略高于Humera（40.27% vs. 39.53%），而Humera的游离脂肪酸（FFA）水平显著更高（0.37% vs. 0.14%）。GV-174的总生育酚含量显著高于Humera（0.55 vs. 0.30 mg/g），而Humera则拥有更高的总游离多酚（0.29 vs. 0.15 mg GAE/g）、游离木脂素（892.1 vs. 805.3 mg/100 g）和单宁含量（1.96 vs. 1.23 mg/g）。在脂肪酸组成方面，Humera的棕榈酸（C16:0）、亚油酸（C18:2）和α-亚麻酸（C18:3）比例较高，而GV-174的硬脂酸（C18:0）和油酸（C18:1）比例更高，导致其油酸/亚油酸比值（O/L）和n-6:n-3比值均显著高于Humera。这些数据表明，Humera的抗氧化能力（ABTS、DPPH、FRAP均显著高于GV-174）主要归因于其较高的木脂素和多酚含量，而GV-174因其更优的脂肪酸组成和较低的FFA水平，可能在氧化稳定性和货架期方面更具优势。
3.2 浸泡时长对籽粒植物营养组成的影响
浸泡时长显著影响两种基因型的化学成分。Humera的含油量在1–2 h短暂下降后逐渐回升，而GV-174的含油量在4–6 h达到峰值。Humera的可溶性蛋白含量在4 h达到峰值后下降，而GV-174呈持续下降趋势。总糖含量在两种基因型中均出现短暂升高，Humera在1 h达到峰值，GV-174则在2 h达到较小幅度的峰值。两种基因型的含水量均随浸泡时间延长而持续上升。Humera的FFA水平随时间持续升高，而GV-174在1 h短暂下降后保持相对稳定。
3.3 抗氧化活性的变化
两种基因型的抗氧化活性总体上随浸泡时间延长而下降。ABTS和FRAP测定值在Humera中于2–4 h内显著降低，随后在8 h略有恢复；GV-174中仅DPPH测定值出现明显下降。这些变化趋势与木脂素和多酚含量的动态变化基本一致，而与生育酚的变化相关性较弱，表明芝麻籽粒的抗氧化活性主要由木脂素贡献。
3.4 次级代谢产物（植物甾醇、生育酚、多酚、木脂素）
植物甾醇含量在两种基因型中均未受浸泡时长显著影响。Humera的生育酚含量保持相对稳定，而GV-174的生育酚在6 h显著升高至峰值（0.67 mg/g），随后在8 h回落。总多酚含量在Humera中持续下降至4 h后略有恢复，GV-174中波动较小。游离木脂素在两种基因型中均显著下降，在4 h达到最低点后部分恢复。结合木脂素在Humera中于1 h显著下降后趋于稳定，而在GV-174中呈现先升后降再升再降的复杂波动模式。研究人员认为，生育酚与含油量的同步升高可能与其在油体中的共定位有关，而结合木脂素的初期释放可能与细胞壁结构松动导致的提取率增加有关。
3.5 抗营养因子的变化
浸泡处理显著降低了两种基因型中大多数抗营养因子的水平。植酸含量在Humera中于4 h后显著下降，在GV-174中呈渐进式下降并于8 h达到最低。草酸含量在两种基因型中均于8 h显著下降。单宁含量随浸泡时间延长持续降低，均在8 h达到最低值。皂苷含量则表现出不同的动态：Humera在4 h达到峰值后下降，GV-174在6 h达到峰值后下降。总体而言，4–6小时的浸泡可有效降低芝麻中的抗营养因子水平，有望提高矿物质生物利用率。
3.6 脂肪酸组成
浸泡时长对Humera的脂肪酸组成无显著影响，而对GV-174仅造成轻微变化，表现为1 h时硬脂酸（C18:0）比例暂时性下降，导致饱和/不饱和脂肪酸比值（SAT/UNSAT）降低。
3.7 初级代谢组学分析
代谢组学分析揭示了浸泡过程中初级代谢物（如氨基酸、有机酸、糖类等）的动态变化。多元统计分析（PLS-DA）显示，两种基因型的代谢组在浸泡1 h后即开始发生显著改变，且变化轨迹具有基因型特异性。进一步分析鉴定出8种在不同基因型和浸泡时间下均表现出保守响应趋势的化合物，暗示这些代谢物可能参与了芝麻对水分胁迫的保守性代谢应答。
结论与意义
本研究表明，短期浸泡（1–2 h）能够在保持甚至提升芝麻籽粒有益植物化学物质（如总糖、生育酚）的同时，有效降低抗营养因子（植酸、草酸、单宁）的含量，从而优化芝麻的整体营养品质。然而，浸泡对籽粒组成的影响具有显著的基因型依赖性，这意味着在实际生产中，应根据所用品种的特性对浸泡工艺进行针对性调整。此外，初级代谢组的早期变化提示，即使在极短的浸泡时间内，芝麻籽粒内部已启动活跃的代谢重编程，这为未来从分子层面解析浸泡效应的机制提供了重要线索。本研究为芝麻加工业（尤其是芝麻酱生产）优化浸泡工艺、实现营养最大化提供了系统的科学依据。
