对印度食用小米进行全面的脂质组学分析，并通过非靶向液相色谱/质谱技术鉴定羟基脂肪酸的脂肪酸酯

《Food Chemistry》：Comprehensive lipidomic profiling of dietary Indian millets and identification of fatty acid esters of hydroxy fatty acids by untargeted LC/MS

本研究通过液相色谱/质谱联用技术对6种印度小米的59个品种进行非靶向脂质组学分析，鉴定出219种脂质分子，其中甘油酯占比最高。发现foxtail小米的不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸比例最高且总脂含量最高，而little小米的健康促进指数最优。首次在印度小米中鉴定出羟基脂肪酸酯（FAHFAs），揭示了其作为功能性食品在代谢健康领域的潜力，并指出需进一步研究生物活性脂质的代谢应用价值。

　　

Kumari Suraksha|Divyavani Gowda|Chandra Nayaka Siddaiah|Tara Satyavathi Chellapilla|Shu-Ping Hui|Siddabasave Gowda B. Gowda

日本北海道大学全球食品资源研究生院，札幌市北区西9丁目北9，邮编060-0809

摘要

小米是一种小籽粗粮，因其具有管理代谢紊乱的营养保健潜力而受到关注。尽管小米在南亚和非洲广泛食用，但其生物活性脂质组成仍大多未被探索。在这项研究中，使用液相色谱/质谱技术对6种印度小米品种的59个样本进行了非靶向脂质组学分析。共鉴定出219种脂质，其中甘油脂含量最高，其次是甘油磷脂。狐尾小米的多不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比例最高，总脂质含量也最高。小小米表现出最高的健康促进指数，而指小米则显示出较高的多不饱和脂肪酸水平，反映了其良好的营养成分。本研究首次鉴定出印度小米中的羟基脂肪酸酯类。这些脂质谱分析突显了小米作为功能性食品的潜力，并强调了进一步研究代谢健康相关生物活性脂质的必要性。

引言

全球人口的增长和水资源短缺促使人们更加关注可持续和耐旱的作物（Abedin等人，2022年）。其中，小米被认为是一个有前景的解决方案。由于小米能够在恶劣的气候条件下生长，它们常被称为“未来的智能食品”（Lokesh等人，2022年）。它们的生物学和技术功能特性使其成为主食的重要组成部分，对于可持续农业和全球营养战略至关重要（Sharma等人，2021年）。小米属于禾本科，是一种小籽的一年生暖季粗粮。这些谷物在世界不同地区作为食物、饲料和牧草的多种来源。2023年，印度的小米产量约为1300万吨，巩固了该国作为主要小米生产国的地位（https://www.fao.org/faostat/en/）。小米在亚洲和非洲的半干旱农业生态区广泛种植，全球年产量约为3000万吨，主要由印度、尼日尔和中国主导（Muskan等人，2025年）。印度占全球小米产量的约40%（约1200万吨），主要种植地区包括拉贾斯坦邦、卡纳塔克邦、马哈拉施特拉邦、古吉拉特邦和中央邦。在这些地区，小米作为主食，通过适应水资源有限和低投入的生产系统保障了粮食和营养安全（Nayak等人，2025年）。根据种植面积和谷物大小，小米可分为主要小米和次要小米。主要小米包括珍珠小米（Pennisetum glaucum）和高粱（Sorghum bicolour）；这些谷物可以直接食用。次要小米包括稗子（Echinochloa属）、褐顶小米（Urochloa ramosa）、科多小米（Paspalum scrobiculatum）、指小米（Eleusine coracana）和小小米（Panicum sumatrense）以及狐尾小米（Setaria italica）（Harish等人，2024年）。

从营养角度来看，小米富含宏量和微量营养素（包括铁和锌）、膳食纤维、氨基酸和酚类化合物，具有多种营养价值。其多样的生物活性成分赋予了多种药理作用，包括抗糖尿病、抗动脉粥样硬化、抗肿瘤、抗菌和心脏保护作用，从而有助于预防和管理代谢性疾病和慢性疾病，如心血管疾病、肥胖、癌症和皮肤病（Harish等人，2024年）。小米是抗氧化剂和矿物质的丰富来源，显示出在管理哮喘、偏头痛、高血压、动脉粥样硬化和糖尿病心血管并发症方面的治疗潜力（Bunkar，2021年；Deshpande等人，2015年；Srilekha等人，2019年）。小米中的生物活性化合物如维生素、蛋白质和多酚能增强胆囊功能，促进皮肤水分和弹性，减轻炎症，并具有抗衰老作用（Verma等人，2023年；Yang等人，2022年）。由于其丰富的营养成分和促进健康的化合物，小米不仅被认作主食，还被视为具有显著治疗潜力的功能性食品。

尽管小米传统上因其耐旱性和碳水化合物含量而受到重视，但它们也含有丰富的脂质，表明其作为营养保健价值的未充分利用的来源。脂质是疏水性或两亲性分子，在各种生物过程中发挥着关键的信号传导和能量储存作用（H. Zhang等人，2021年）。脂质分为八类：脂肪酸（FA）、甘油磷脂（GP）、甘油脂（GL）、鞘脂（SP）、固醇脂（ST）、糖脂、前醇脂和多酮类（Fahy等人，2005年）。在小米中，脂质主要集中在胚芽、种皮和糊粉层（Rooney，1978年）。总脂质含量基于种子干重计算，约为4%至9%，主要由中性脂质（约80-85%，主要是三酰甘油）组成，其余部分为磷脂（约11-16%）和糖脂（约2-5%）（Dhavamani等人，2024年）。脂质组学是一种基于组学的、系统的、定性和定量的方法，用于在分子水平上分析生物样本中的多种脂质。它在生物医学、医疗保健和食品营养科学等多个领域发挥了重要作用（Wenk，2005年）。常用的脂质组学分析技术包括磁共振或质谱法，有时结合色谱分离（Boti等人，2021年；Singh等人，2019年；Wu等人，2019年）。实际上，我们的实验室使用了液相色谱/线性离子阱四极杆质谱（LC/LTQ-Orbitrap-MS）对食品和生物样本进行脂质分析（Nath & Siddabasave等人，2024年；Siddabasave等人，2022年；Jayaprakash等人，2024年）。最近一项关于高粱和狐尾小米的研究揭示了丰富的饱和脂肪酸（SFAs）谱型，包括棕榈酸、单不饱和脂肪酸（MUFAs）如油酸，以及多不饱和脂肪酸（PUFAs）如亚油酸。此外，在高粱中还鉴定出一类新的生物活性脂质——羟基脂肪酸酯（FAHFAs）（Nath & Siddabasave等人，2024年）。FAHFAs由羟基脂肪酸通过羟基与另一种脂肪酸酯化而成，存在于哺乳动物组织和食物中，具有抗炎、抗氧化、提高胰岛素敏感性和调节代谢的作用（Nath & Suraksha等人，2025年）。FAHFAs与缓解糖尿病、肥胖相关炎症以及与脂质过氧化和氧化应激相关的状况有关（Kokotou，2020年；Yore & Syed等人，2014年）。Li等人（2024年）最近回顾了FAHFAs作为肥胖相关疾病治疗候选物的详细功能。FAHFAs是广泛存在于食物中的膳食脂质，包括人乳（Michael等人，2025年）、植物油、水果、谷物、茶叶和发酵产品（Olajide & Cao，2022年）。最近的研究在未发酵米糠和Aspergillus oryzae发酵的糙米/米糠中发现了多种FAHFA变体（Watanabe等人，2022年），分别在小麦和米粒中检测到112种和30种FAHFA家族（An等人，2023年）。珍珠小米的种子干基含脂质7.2%，主要为甘油脂（85%），其中三酰甘油是主要成分。磷脂（12%）以溶血磷脂酰胆碱为主，糖脂（3%）包括菜油甾醇、豆甾醇苷和半乳糖二酰甘油（Osagie & Kates，1984年）。小小米（如小小米、科多小米和稗子）的关键脂质成分包括亚油酸、油酸和棕榈酸。这些脂质包括甘油磷脂如磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱和溶血磷脂酰胆碱；以及单半乳糖二酰甘油、甾醇糖苷和二半乳糖二酰甘油（Sridhar & Lakshminarayana，1992年）。虽然已有针对个别小米品种的脂质组学数据，但涵盖多种印度小米品种和品系的全面全谷物脂质组学分析仍有限。特别是，除了高粱外，新型生物活性脂质（如FAHFAs）的分布和存在尚未得到充分研究，这限制了对其营养保健潜力和膳食相关性的理解。此外，先前的研究并未同时表征多种小米样本中的FAHFAs和主要脂质类别，也未应用衍生化辅助的MS/MS方法来详细表征小米中的FAHFAs结构。因此，本研究旨在通过使用高灵敏度的LC/MS全面分析六种小米品种和59个品系的全谷物脂质组，结合FAHFAs的靶向研究和基于衍生化的结构分析，填补这一空白。鉴于小米的广泛食用及其作为营养密集型和功能性食品的地位，详细了解其脂质组成对于制定基于证据的营养建议和开发增值产品至关重要。

材料

LC/MS级溶剂，包括异丙醇、氯仿和甲醇，购自Wako Pure Chemical Industries, Ltd.（日本大阪）。用于LC/MS的洗脱剂添加剂醋酸铵溶液（1 M）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。质谱用的EquiSPLASH LIPIDOMIX定量标准品和油酸-d₉内标购自Avanti Polar Lipids, Inc.（美国阿拉巴马州，目录编号：330731-1EA）

六种小米品种的脂质分析及主成分分析

通过HPLC/LTQ Orbitrap-MS在正负模式下分析了全米面粉的脂质组谱。基于精确质量和MS/MS行为，使用MS-Dial软件共注释了219种脂质分子。通过内标方法鉴定和相对定量后，应用稀疏偏最小二乘判别分析（sPLS-DA）对不同品种的脂质进行了区分

结论

这是首次使用LC/MS全面分析59种小米品种中的新型羟基脂肪酸酯（FAHFAs）及其他脂质类别的报告。该方法包括脂质提取，随后通过衍生化方法敏感且直接检测多种脂质。通过广泛的MS/MS碎片化验证了FAHFAs和其他脂质的鉴定，提供了高置信度的脂质类别和分子物种水平鉴定

作者贡献声明

Kumari Suraksha：撰写——初稿、验证、方法学、正式分析、数据管理。Divyavani Gowda：撰写——审阅与编辑、监督、方法学、数据管理。Chandra Nayaka Siddaiah：撰写——审阅与编辑、资源提供、概念构思。Tara Satyavathi Chellapilla：撰写——审阅与编辑、数据管理。Shu-Ping Hui：撰写——审阅与编辑、监督、资源提供。Siddabasave Gowda B. Gowda：撰写——审阅与编辑、监督、资源提供、项目协调

未引用参考文献

Castro-Gómez, Garcia-Serrano, Visioli and Fontecha, 2015

Filip, Hribar and Vidrih, 2011

Gowda, Fuda, Tsukui, Chiba and Hui, 2020

Gowda et al., 2020

Gowda et al., 2020

Liberati-?izmek et al., 2019

Martínez-Ramírez, Riecan, Cajka and Kuda, 2023

Nath et al., 2024

Nystr?m, Sch?r and Lampi, 2012

Yore, Syed, Moraes-Vieira, et al., 2014

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究。

致谢

作者衷心感谢北海道大学全球食品资源研究生院（GFR）的支持。本研究得到了日本文部科学省（MEXT奖学金）的资助。此外，本研究还得到了日本学术振兴会（KAKENHI）的资助（项目编号：25 K00258）。作者还感谢Yogesh Kumar博士在手稿修订过程中的宝贵贡献。