Food Chem | 养生人别错过！杂粮富含类黄酮，升糖慢还补铁锌！河南农大携手西北农林团队破解作物中的营养秘密
2025-10-31
中科新生命
7
次要粗谷物由于其强大的气候适应性和营养目的，在农业和促进健康饮食方面发挥着至关重要的作用。2025年7月，来自河南农业大学和西北农林科技大学的专家团队在Food Chemistry杂志发表了题为“Multi-omics reveals the health advantages of minor coarse cereals”的研究性论文，以 6 种谷物为样本，通过基础营养成分分析、矿物元素含量检测及代谢组学分析等技术手段，开展多组学整合研究。这种多组学整合研究策略不仅揭示了小杂粮在膳食纤维、矿物质和有益次生代谢产物（尤其是黄酮类化合物）方面的显著优势，为其健康益处提供了坚实的科学证据，也凸显了多组学技术在食品营养与化学研究中的强大应用价值。
研究分组
主粮：水稻、小麦、玉米。小杂粮：谷子（也常称粟，小米的原料）、糜子（也常称黍，黄米的原料）、高粱。
种植成熟后，每个品种收集15株植株混合作为一个重复，每个品种设3个生物学重复，共获得18个样本（6个品种 × 3个重复）。
研究结果
1.与主食作物相比，次要粗谷物是基本营养的更健康选择
研究结果显示，以水稻、小麦和玉米为代表的主粮作物是重要的能量来源，其特点是碳水化合物含量显著更高。相比之下，三种典型的小杂粮（谷子、糜子、高粱）则在膳食纤维、粗脂肪、蛋白质和抗性淀粉这四项关键健康指标中，至少有一项表现出显著优势。谷子的膳食纤维和脂肪含量显著较高，糜子的膳食纤维含量虽然显著低于谷子，但仍显著高于主要农作物。高粱的抗性淀粉含量明显高于其他谷类作物，且拥有低升糖指数，由于其独特的健康益处，越来越适合消费者作为饮食的选择。
图1 三种次要粗谷物和三种主食作物的主要基本营养检测
2. 次要粗谷物比主食作物提供更健康、更全面的矿物质元素
离子组学分析在三种次要粗谷物和三种主食作物中鉴定出19种元素，并划分为常量元素和微量元素。PCA成分显示所有谷物类型有效分离，且元素组成具有一定程度的互补性。值得注意的是，与主要作物相比，谷子在 19 种分析元素中的 11 种元素中的浓度显著较高（57.89%），因此将其归类为富硒和高钙元素。相比之下，糜子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。高粱中的常量元素镁（1743.37 mg/kg）、磷（4109.87 mg/kg）和钾（5461.59 mg/kg）显著高于其他谷类作物（图2C和表S2）。总体而言，小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 矿质元素在3种次要粗粮和3种主食作物中的含量
3.次要粗谷物比主食作物含有更高水平的次生代谢物
该研究使用UPLC-MS/MS检测平台对三种主食和三种次要粗谷物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；而小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。这些发现揭示了小杂粮在提供独特生物活性成分方面的显著优势，为其超越传统营养价值的健康促进作用提供了分子层面的证据。
图3 次要粗谷物和主食作物的全代谢组比较分析
4.鉴定优于主食作物的次要粗谷物中特征代谢物
研究者利用正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和火山图进行两两比较，筛选出在各小杂粮与所有其他五种谷物对比中共同上调的代谢物。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。这些特定的代谢物不仅为区分小杂粮品种提供了分子依据，更重要的是，它们从化学物质层面强有力地解释了小杂粮作为功能性食品在预防和管理慢性疾病方面的独特价值与作用基础。
图4 次要粗谷物相对于其他五种谷物的优越性的热图
5.优于主食作物的次要粗谷物中潜在的独特生物标志物
七种代谢物被确立为最显著的标志性成分：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。文献表明，咖啡醇具有抗炎、抗血管生成和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，例如抑制非小细胞肺癌细胞生长、诱导B细胞淋巴瘤细胞凋亡等，这为高粱赋予了其他谷物所不具备的特定健康功效。
图5 次要粗谷物和主食作物之间差异代谢物的火山图
6.与主食作物相比，次要粗谷物表现出类黄酮积累上调
研究针对在与三种主粮作物（水稻、小麦、玉米）的对比中显著上调的次生代谢产物进行了统计分析，结果清晰地显示了类黄酮的主导地位：在高粱中，其上调解的代谢物中类黄酮占比高达56.93%至68.59%，并且在所有比较中共同上调的144种代谢物里，类黄酮的比例达到了71.53%（103种）；与此同时，谷子和糜子中上调的代谢物里，类黄酮也占据了最高或次高的比例。类黄酮生物合成途径中，除了少数由特定酶（如黄酮O-甲基转移酶FOMT、芹菜糖基转移酶AgApi）催化合成的代谢物（如芹菜素、野漆树苷）外，绝大多数类黄酮代谢物在至少一种小杂粮中均表现出显著的积累。
图6 次要粗谷物（谷子、糜子和高粱）和主要粮食作物（水稻、小麦和玉米）中的类黄酮、黄酮和黄酮醇生物合成途径
小结
该研究是一项系统的比较营养学分析，旨在从宏观到微观层面全面评估三种小杂粮（谷子、糜子、高粱）相较于三种主粮作物（水稻、小麦、玉米）的营养价值。研究采用了多组学整合策略，结合了基础营养成分分析、离子组学（矿物元素分析）和代谢组学（小分子代谢物分析） 方法，为小杂粮的健康益处提供了坚实、多维度的科学证据。
中科优品推荐
【中科新生命】自主研发的【P550植物高通量靶向次生代谢组】可一次对7大类（萜类、黄酮类、植物激素类、生物碱类、苯丙素类、酚类、花青素类）与农艺性状密切相关的次生代谢产物进行绝对定量。每个物质均一对一标品开发，采用代谢组MRM金标准数据采集和标准曲线定量模式，真正突破植物代谢物高通量检测瓶颈，获得次生代谢物的精准定性定量结果。
滑动图片查看更多>>>
关于中科新生命
上海中科新生命生物科技有限公司（APTBIO）创立于 2004 年，由原中国科学院上海生命科学研究院蛋白质组研究中心孵化而来，是国内质谱多组学应用领域的开拓者。公司以 “AI + 质谱多组学” 双核驱动创新，构建智能化组学生态。拥有自主知识产权的质谱检测平台与 AI 大数据分析系统，聚焦科技服务、生物医药及大健康消费三大领域，为全球科研机构、医院、药企提供从基础研究到临床转化的一站式解决方案。融合多组学技术与人工智能，围绕生物标志物发掘、药物靶点筛选及个性化诊疗等方向，构建具有国际竞争力的组学数据库与算法模型，推动转化医学进程，加速创新药物研发，成为推动生命科学数字化升级的核心引领者。
