微波處理對(duì)綠豆萌發(fā)及豆芽品質(zhì)的影響

趙萌萌，李陽博，張 茜

（1. 蘭州交通大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，甘肅省極端環(huán)境微生物資源與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730070；2. 中國(guó)農(nóng)科院蘭州畜牧與獸藥研究所，甘肅 蘭州730070）

綠豆是深受人們喜愛的傳統(tǒng)豆類，由綠豆萌發(fā)而來的綠豆芽營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高[1]。但是，某些商家為了提高綠豆芽的萌發(fā)率，防止其腐爛變質(zhì)，在綠豆芽的制作過程中添加一些化學(xué)試劑，如尿素、亞硝酸鹽等。這一措施雖然在一定程度上提高了綠豆的萌發(fā)率，但對(duì)綠豆芽的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值有較大影響，同時(shí)化學(xué)試劑殘留也嚴(yán)重危害到食品安全。近年來，一種安全無害的物理方法——微波處理，在食品科學(xué)、生命科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。種子經(jīng)過微波處理，其活力、萌發(fā)率、幼苗生長(zhǎng)速率及種子的抗逆能力等指標(biāo)都顯著提高[2-6]。

試驗(yàn)采用微波法處理綠豆，測(cè)定種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、萌發(fā)率，以及蛋白質(zhì)、Vc、總黃酮和氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分的含量變化，以研究微波處理對(duì)綠豆萌發(fā)的影響，為綠豆芽的安全生產(chǎn)提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試綠豆購于北京華聯(lián)超市，選取大小均一、飽滿、無生理缺陷的綠豆為試驗(yàn)材料。試驗(yàn)試劑有內(nèi)標(biāo)物SAR 和17種氨基酸混合標(biāo)樣以及衍生劑OPA 和FMOC（購自Agilent 公司），還有一些其他常規(guī)試劑。

試驗(yàn)主要設(shè)備有1100 型高效液相色譜儀（含脫氣機(jī)、四元梯度泵、自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣、柱溫箱、DAD 檢測(cè)器，Agilent 公司）、722 型分光光度計(jì)（上海天普分析儀器有限公司）、MM 823LA6-NS 型微波爐（功率116 W，美的集團(tuán)）、離心機(jī)（ICE 公司）、恒溫水浴鍋（北京長(zhǎng)安科學(xué)儀器廠）、恒溫培養(yǎng)箱（常州華冠儀器制造有限公司）、BP211D 型分析天平（Sartorius 公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將供試綠豆放入70%酒精溶液中浸泡除菌15 min，經(jīng)無菌水洗滌5～6 次，放入盛有500 m L 無菌水的錐形瓶中，于25℃下恒溫水浴浸泡6 h。微波頻率為915 MHz，以10 s 為間隔在0～50 s 之間設(shè)計(jì)6個(gè)處理，以微波處理0 s 為對(duì)照，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)平行對(duì)照，重復(fù)3 次[7-8]。將經(jīng)過微波處理的綠豆樣品放入25℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每24 h 加入無菌水20 m L。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)及方法 （1）發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)測(cè)定。以5 d 為一個(gè)周期，觀察綠豆萌發(fā)情況，以胚軸突破種皮1 mm 為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)測(cè)定胚軸長(zhǎng)度，并計(jì)算發(fā)芽率（G）、發(fā)芽指數(shù)（GI）、活力指數(shù)（VI）[9-10]。計(jì)算公式如下：發(fā)芽率=正常發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)；發(fā)芽指數(shù)=發(fā)芽種子數(shù)/發(fā)芽天數(shù)；活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×胚軸總長(zhǎng)。（2）營(yíng)養(yǎng)成分含量測(cè)定?？傸S酮含量測(cè)定：利用黃酮類物質(zhì)與顯色劑NaNO2-Al（NO3）3生成紅色鋁螯合物在510 nm 波長(zhǎng)處的吸光度峰值為標(biāo)志物進(jìn)行測(cè)定[11-12]。采用蒽酮法測(cè)定豆芽中的糖含量[13]，采用3,5-二硝基水楊酸法測(cè)定總淀粉酶活力[14-15]，采用2,4-二硝基苯肼法測(cè)定Vc 含量[16-17]，采用考馬斯亮藍(lán)G-250 法測(cè)定蛋白質(zhì)含量[18]，參考凌猛等[19]、Hemalatha 等[20]的方法測(cè)定蛋白酶活力，參考魏京廣等[21]的RP-HPLC 法測(cè)定氨基酸含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波處理對(duì)綠豆萌發(fā)情況的影響

2.1.1 萌發(fā)率 由表1 可知，在25℃恒溫培養(yǎng)12 h時(shí)，微波處理20～30 s 的綠豆萌發(fā)率均達(dá)95.00%以上，發(fā)芽指數(shù)均超過19.00，活力指數(shù)超過27.00；其次為微波處理10 s 的綠豆，萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別為86.75%、17.35 和23.46；而其他處理綠豆的萌發(fā)率均在80.00%以下，發(fā)芽指數(shù)均低于16.00，活力指數(shù)不超過22.30。其中，尤以30 s 的處理，促萌發(fā)效果最好。

表1 各處理綠豆萌發(fā)情況比較

2.1.2 胚軸長(zhǎng)度 從圖1 中可以看出，微波處理10～40 s 后，綠豆芽的胚軸長(zhǎng)度顯著長(zhǎng)于對(duì)照，培養(yǎng)第5 天微波處理30 s 的綠豆胚軸長(zhǎng)度達(dá)39.23 mm，比對(duì)照組的長(zhǎng)9.9 mm。而微波處理50 s，其效果與對(duì)照差異不大。

圖1 各處理綠豆芽胚軸長(zhǎng)度隨萌發(fā)時(shí)間的變化

2.1.3 重量 從圖2 中可以看出，綠豆芽的質(zhì)量隨萌發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)顯著增加，除50 s 微波處理以外，其他試驗(yàn)組的豆芽質(zhì)量都重于CK 組。其中，尤以30 s 微波處理的綠豆芽重量最重，其重量增加的速度及增加量也最大。

綜上所述，短時(shí)間的微波處理對(duì)綠豆種子的萌發(fā)確有促進(jìn)作用，而微波處理時(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則對(duì)綠豆萌發(fā)有抑制作用。

2.2 微波處理對(duì)綠豆芽營(yíng)養(yǎng)成分含量的影響

2.2.1 可溶性糖含量 從圖3 中可以看出，可溶性糖含量隨著萌發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減少，這是由于綠豆萌發(fā)時(shí)是依靠消耗糖類來提供能量?？傮w而言，萌發(fā)第3 天和第4 天，綠豆芽的糖消耗速度最快。各處理中以微波處理30 s 的糖消耗最快，這是因?yàn)樵撎幚砭G豆的生長(zhǎng)量最大、萌發(fā)速度最快導(dǎo)致的。這表明，適當(dāng)?shù)奈⒉ㄌ幚韺?duì)綠豆中糖類物質(zhì)的分解有促進(jìn)作用。

圖3 各處理綠豆芽可溶性糖含量隨萌發(fā)時(shí)間的變化

2.2.2 總淀粉酶活力 從圖4 中可以看出，各處理綠豆芽總淀粉酶活力隨萌發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。除50 s 微波處理外，各試驗(yàn)組的淀粉酶活力均較對(duì)照組高。淀粉酶活力高可以使黃豆中更多的淀粉被降解為單糖，有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。這從另一角度也證實(shí)了圖3 中糖含量變化的情況。

圖4 各處理綠豆芽淀粉酶活力隨萌發(fā)時(shí)間的變化

2.2.3 蛋白質(zhì)含量 由圖5 可知，各處理綠豆芽中的蛋白質(zhì)含量在測(cè)定的5 d 內(nèi)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)槲⒉ㄌ幚泶碳ち朔N子中蛋白酶的活性，促進(jìn)蛋白質(zhì)分解為氨基酸，故蛋白質(zhì)含量下降。由此可見，微波同樣具有促進(jìn)蛋白質(zhì)降解的功效。

2.2.4 蛋白酶活力 蛋白酶的活力測(cè)定結(jié)果表明（圖6），30 s 微波處理綠豆芽中的蛋白酶活力顯著提高，酶活力最高可達(dá)62.2 U/mg，有效促進(jìn)了蛋白質(zhì)的降解。萌發(fā)后期，蛋白酶的活力有所下降，說明從萌發(fā)第3 天開始，蛋白質(zhì)的降解速率開始減緩，豆芽的生長(zhǎng)進(jìn)入后期。

圖5 各處理綠豆芽蛋白質(zhì)含量隨萌發(fā)時(shí)間的變化

圖6 各處理綠豆芽蛋白酶活力隨萌發(fā)時(shí)間的變化

2.2.5 Vc 含量 綠豆在未萌發(fā)時(shí)，Vc 含量均不高，但在其萌發(fā)的過程中，參與Vc 代謝的某些酶大量產(chǎn)生和激活，Vc 合成量顯著增加。由圖7 可知，微波處理可以進(jìn)一步提高酶的活力，促進(jìn)Vc 的合成，其中尤以30 s 微波處理的效果最佳，最大Vc 含量達(dá)200 μg/g。

圖7 各處理綠豆芽Vc 含量隨萌發(fā)時(shí)間的變化

圖8 各處理綠豆芽黃酮含量隨萌發(fā)時(shí)間的變化

2.2.6 黃酮含量 黃酮類化合物是一種高生物活性成分，具有抗癌、提高免疫力、平衡內(nèi)分泌、調(diào)節(jié)心血管等多種重要生理功能。從圖8 中可以看出，豆芽萌發(fā)過程中黃酮的含量呈先增后減的趨勢(shì)，含最大量可達(dá)395.6 μg/g。各處理中以30 s 微波處理的綠豆芽黃酮含量始終保持最高。這可能是因?yàn)槲⒉ㄌ幚泶碳ち它S酮生物合成過程中的關(guān)鍵酶活性，從而促進(jìn)了黃酮類物質(zhì)的合成。

2.2.7 氨基酸組成 從表2 中可以看出，微波處理20 s 和30 s，綠豆芽中含有蛋白標(biāo)準(zhǔn)品中的全部17種氨基酸，而對(duì)照處理的綠豆芽中沒有必需氨基酸之一——蘇氨酸，也沒有精氨酸和天冬氨酸。其中，30 s微波處理的綠豆芽中第一限制氨基酸——賴氨酸的含量為11.063 mg/g（干重），占總氨基酸含量的11.31%，為各處理中最高，氨基酸總含量達(dá)到97.828 mg/g，必需氨基酸含量43.113 mg/g，占氨基酸總量的44.07%。這一結(jié)果最接近于WHO 規(guī)定的E/（E+N）=40%（E:essential;N:normal）的參考蛋白模式[22]。值得注意的是，凡經(jīng)過微波處理后萌發(fā)的樣品，其賴氨酸含量均明顯增加。

表2 各處理綠豆芽基本氨基酸含量的比較 （μg/g）

續(xù)表2

3 結(jié) 論

微波生物學(xué)作用的物理基礎(chǔ)是加熱效應(yīng)，介質(zhì)吸收電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)樯锓肿拥膭?dòng)能，使組織溫升。種子中的水分子、蛋白分子和其他生物大分子都可以看做是介質(zhì)中的偶極子，偶極子接受動(dòng)能而與周圍其他粒子和分子發(fā)生碰撞，因而做功、產(chǎn)熱。該作用可能會(huì)將細(xì)胞的細(xì)胞壁和質(zhì)膜擊穿，提高細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的穿透性，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交換以及新陳代謝[23-24]。研究證實(shí)：以適當(dāng)劑量的微波對(duì)綠豆種子進(jìn)行處理，出現(xiàn)明顯促生長(zhǎng)效應(yīng)。種子萌發(fā)相關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)均有明顯提高。其原因應(yīng)歸于微波熱效應(yīng)，使種子細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的通透性出現(xiàn)可逆性的變化，使種子萌發(fā)過程中的多種關(guān)鍵酶的活性得到廣泛激發(fā)。

利用實(shí)驗(yàn)室常用的微波方法處理豆類植物種子，能顯著提高種子的萌發(fā)率以及萌發(fā)后芽類食品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，如果將此方法在生產(chǎn)中進(jìn)行推廣，無疑是一種簡(jiǎn)便、環(huán)保、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、高效的方法。從萌發(fā)相關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)、處理時(shí)間、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以及簡(jiǎn)便實(shí)用等多方面綜合考慮，建議以915 MHz 微波處理30 s，培養(yǎng)周期3 d 為最佳工藝。

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