近日，我院袁雨豪联合西北农林科技大学农学院冯佰利教授团队在《Food Chemistry》上发表了题为“Multi-omics reveals the health advantages of minor coarse cereals”的研究论文。该研究通过基础营养评估、离子组学和代谢组学揭示了杂粮优于主粮的营养健康优势。

1、杂粮是基础营养的更健康选择
以水稻、小麦和玉米为代表的主粮作物是重要的能量来源，具有显著高的碳水化合物。而杂粮在膳食纤维含量上具有显著优势。此外，谷子（小米）具有显著高的脂肪（5.13g/100g）和蛋白（12.5g/100g）含量。高粱在抗性淀粉方面尤为突出（37.78 g /100 g ），高于其他谷类作物52-126倍。

图 1 杂粮与主要粮食作物的实物图及主要基础营养成分

2、杂粮具有更健康、更全面的矿物质元素
杂粮作物间矿物质元素存在互补性，谷子（小米）、糜子（黄米）具有富含微量元素，而高粱具有较高的大量元素。其中，谷子（小米）中超过50%的矿物质元素显著高于其他作物，其钙（481.89mg/kg）和硒（0.63mg/kg）的含量尤为突出。相比之下，糜子（黄米）的锌含量比其他五种谷物高出 0.57 至 1.26 倍，凸显了其作为有价值的膳食锌来源的潜力。总体而言，杂粮不仅在大量元素（Na除外）方面具有优势，而且在微量元素方面也表现出更突出的优势。

图2 杂粮与主要粮食作物的矿物质元素

3、杂粮含有更高水平的次生代谢物
该研究使用UPLC-MS/MS检测平台杂粮和粗粮进行了代谢组学分析。共鉴定出783种代谢物，包括341种初生代谢产物、424种次生代谢产物和18种未分类化合物。主粮作物在初生代谢产物含量上表现出明显优势；而杂粮则展现出更强大的次生代谢产物多样性，谷子的酚酸类物质含量显著较高；糜子富含生物碱和独特的甾体化合物；高粱则拥有最全面的次生代谢产物谱系，尤其在单宁、香豆素和类黄酮的含量上优势突出。
 

图3 杂粮和主粮的代谢组比较分析

4、杂粮特征代谢物
谷子中鉴定出11种共同上调的代谢物，包括类黄酮、生物碱和有机酸等，其中咖啡醇、异皂草苷和山奈酚-3,7-二葡萄糖苷在所有比较中均最为突出；糜子中共同上调的代谢物有7种，以生物碱和甾体化合物为主，其中蓖麻油酸和伪原薯蓣皂苷最为显著；而高粱的优势最为明显，共有37种代谢物共同上调，其中类黄酮独占75.68%，甘草查尔酮B、毛地黄黄酮和短叶松素是其最突出的代表性成分。在谷子中，咖啡醇、异皂草苷 和 山奈酚-3,7-二葡萄糖苷是其最突出的标志物。其中，咖啡醇具有抗炎、诱导癌细胞凋亡等多种活性；异皂草苷则与强大的抗菌、抗氧化和抗肿瘤作用相关；而山奈酚-3,7-二葡萄糖苷显示出抑制α-淀粉酶和乙酰胆碱酯酶的双重潜力，在阿尔茨海默病研究中具有应用前景。蓖麻油酸和伪原薯蓣皂苷是糜子（黄米）关键标志物。蓖麻油酸具有缓泻和诱导子宫收缩等作用；伪原薯蓣皂苷则被证明能减轻过氧化氢诱导的细胞毒性，在调节胆固醇合成方面显示出潜力。甘草查尔酮B、毛地黄黄酮和短叶松素这三种类黄酮是高粱最独特的成分，它们均被证实具有显著的抗癌效果。

图4 杂粮的特征代谢物

图5 杂粮与主要粮食作物的类黄酮、黄酮及黄酮醇生物合成分析

 
河南农业大学农学院青年教师为论文第一作者，冯佰利教授和董中东副教授为本论文的共同通讯作者。该研究得到了河南农业大学高层次人才专项支持基金、中国博士后面上基金、陕西省科技创新驱动项目、陕西省“两链”作物综合育种重点项目等项目的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308814625029541