3種青稞發(fā)芽過程中營養(yǎng)物質(zhì)的變化

王波，張文會

（西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)與食品科學(xué)研究所，西藏拉薩850032）

青稞（Hordeum vulgare ssp.Vulgare）即裸大麥，是禾本科大麥屬作物，在我國主要分布西藏、青海、四川的甘孜州和阿壩州、云南的迪慶、甘肅的甘南等青藏高原地區(qū)，自古以來就是藏區(qū)人民的主要糧食作物之一[1]。由于其生長在高海拔、高寒、缺氧、強(qiáng)光照的極端環(huán)境下，青稞和其他谷物不同，是一種高蛋白、高纖維、低脂肪、低糖的谷物資源，這符合現(xiàn)代人“三高兩低”的飲食結(jié)構(gòu)[2]。研究發(fā)現(xiàn)，大麥在發(fā)芽過程中，可分解一些抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生新物質(zhì)或增加已有營養(yǎng)物質(zhì)的含量[1]，有助于大麥營養(yǎng)物質(zhì)的富集，并且可以極大地提高各種酶的活性，使其保健功效發(fā)揮更充分[3]。目前，已經(jīng)有了針對大麥發(fā)芽過程中蛋白質(zhì)[4-6]、酚類物質(zhì)[3]、淀粉酶[6]、多酚氧化酶[8]、內(nèi)源激素和內(nèi)源酸[9-10]以及氨基丁酸、總黃酮和生物堿[11]等的研究，青稞作為大麥的一種，具有獨特的品種特性和營養(yǎng)價值，但是針對青稞發(fā)芽過程中營養(yǎng)物質(zhì)變化的相關(guān)研究報道較少，不利于對西藏青稞生理變化的了解和后續(xù)加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本試驗以部分西藏主栽青稞品種為原料，研究青稞發(fā)芽過程中主要營養(yǎng)成分含量的變化，增加對西藏自主青稞品種了解的同時，為發(fā)芽青稞食品的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品與試劑

藏青2000、冬青18、隆子黑青稞：西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)研究所；鹽酸、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、乙醚、石油醚、丙酮、蒽酮、乙醇、酒石酸鉀鈉、硫酸銅、亞硝酸鈉、硝酸鋁：均為國產(chǎn)分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；γ-氨基丁酸標(biāo)品（純度≥99.9%）、剛過紅、β-葡聚糖標(biāo)品（純度≥99%）：美國Sigma公司；蘆丁標(biāo)品（純度≥98%）：成都普菲德生物科技有限公司。

1.1.2 儀器

DHG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；HH-數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海逸龍科技有限公司；B-4便攜式pH計：上海精密科技儀器有限公司；AB104-N型分析天平：梅特勒-托利上海有限公司；DE-500 g萬能高速粉碎機(jī)：永康市滄瀾工貿(mào)有限公司；KDT23紫外可見分光光度計：上?？频蔷軆x器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

3種青稞種子經(jīng)篩選后，分別取相同重量于5 mL/L的次氯酸鈉溶液中浸泡0.5 h，然后使用蒸餾水浸泡8 h后，平鋪于發(fā)芽盤上，每個品種各14盤。

1.2.2 樣品采集與處理

干種作為第1天，浸泡完成作為第2天，之后7 d每天隨機(jī)取兩盤，于鼓風(fēng)干燥箱中120℃殺青，在45℃下烘干5 h后，35℃烘干至恒重，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎磨細(xì)后，用于蛋白質(zhì)、淀粉、可溶性糖、粗纖維、氨基丁酸和總黃酮等指標(biāo)的測定。

1.2.3 指標(biāo)測定

淀粉：GB 5009.9-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測定》中酸式水解法；蛋白質(zhì)：GB 5009.5-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》中凱氏定氮法；脂肪：GB 5009.6-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》中索氏抽提法；膳食纖維：GB/T 5009.10-2003《植物類食品中粗纖維的測定》；可溶性糖含量依據(jù)蒽酮比色法測定[12]；γ-氨基丁酸：按趙大偉等[13]的方法測定 γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）的含量；總黃酮：采用硝酸鋁絡(luò)合比色法測定總黃酮含量[14]；β-葡聚糖：按照溫科[15]的方法，使用剛果紅法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2007處理和計算數(shù)據(jù)，采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析和多重比較，采用OriginPro軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 青稞籽粒發(fā)芽過程中蛋白質(zhì)含量的變化

青稞發(fā)芽過程中蛋白質(zhì)含量的變化見圖1。

圖1 青稞發(fā)芽過程中蛋白質(zhì)含量的變化Fig.1 Change of protein content in highland barley during germination process

在大麥籽粒中的蛋白質(zhì)含量約占總質(zhì)量的8%～15%[16-17]。如圖1所示，試驗用青稞籽粒中蛋白質(zhì)含量約為11%，在發(fā)芽過程中，其含量逐漸降低，至第3天分別下降了8.67%、8.82%和8.58%，而后變化平緩略上升。其中，不同品種青稞發(fā)芽過程中蛋白質(zhì)含量變化略有差異，但總體趨勢一致，不同品種青稞之間差異不顯著（P＞0.05）。蛋白質(zhì)含量的降低，主要是因為經(jīng)過一系列的蛋白酶水解酶部分降解為低分子肽類和氨基酸[18-21]，這些分解產(chǎn)物在不斷分解和合成過程中，分泌到胚部合成幼根、幼芽中的蛋白質(zhì)[22]。而后期蛋白質(zhì)含量回升，可能是因為幼苗中蛋白質(zhì)的重新合成。

2.2 青稞籽粒發(fā)芽過程中淀粉含量的變化

青稞發(fā)芽過程中淀粉含量的變化見圖2。

圖2 青稞發(fā)芽過程中淀粉含量的變化Fig.2 Change of starch content in highland barley during germination process

淀粉通過麥芽酶α-淀粉酶，β-淀粉酶，極限糊精酶和α-葡糖苷酶進(jìn)行水解[23]。由圖2可知，青稞籽粒中淀粉含量隨著發(fā)芽時間呈下降趨勢，其中第2天到第3天變化最大，分別下降了3.09%、4.08%和3.27%，其原因是大麥發(fā)芽后，α-淀粉酶開始合成并逐漸積累，且發(fā)芽24 h到48 h間α-淀粉酶活性迅速增加[7]。而淀粉受淀粉酶的作用而降解成低分子物質(zhì)，如低糖和糊精，這些分解產(chǎn)物其中大部分供給新幼根和幼芽，部分供給呼吸作為能源，部分以糊精和糖類形式留在胚乳中[22]。

2.3 青稞籽粒發(fā)芽過程中脂肪含量的變化

青稞發(fā)芽過程中脂肪含量的變化見圖3。

圖3 青稞發(fā)芽過程中脂肪含量的變化Fig.3 Change of fat content in highland barley during germination process

如圖3所示，發(fā)芽過程中，脂肪含量呈現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢，其中藏青2000、隆子黑青稞和冬青18分別在第8天、第8天和第7天降至最低，此時脂肪含量分別下降了40.99%、51.79%和55.94%，而后回升至初始水平的67.14%、55.00%和49.30%，且在第7天、第8天和第9天，藏青2000中脂肪含量與其他兩個品種的差異顯著（P＜0.05）。前期青稞中脂肪含量的降低，主要在于發(fā)芽過程中，脂肪被氧化或被脂肪酶分解[22]，種子在迅速萌發(fā)中呼吸作用的增強(qiáng)也是導(dǎo)致脂肪消耗的原因之一[24]，而后期根和芽的形成，可能是致使脂肪含量回升的原因。

2.4 青稞籽粒發(fā)芽過程中膳食纖維含量的變化

青稞發(fā)芽過程中膳食纖維含量的變化見圖4。

圖4 青稞發(fā)芽過程中膳食纖維含量的變化Fig.4 Change of dietary fiber content in highland barley during germination process

由圖4可知，青稞籽粒中膳食纖維含量在發(fā)芽過程中先減少而后增加，截止第9天，膳食纖維含量分別增加了12.25%、12.24%和12.93%。發(fā)芽導(dǎo)致纖維素酶等相關(guān)酶活性增強(qiáng)[25]，致使初期膳食纖維含量的降低；而后芽和根的形成，可能是促使膳食纖維含量增加的原因。對于青稞中膳食纖維含量在發(fā)芽過程中的變化規(guī)律，鮮見文獻(xiàn)報道。

2.5 青稞籽粒發(fā)芽過程中總黃酮含量的變化

青稞發(fā)芽過程中總黃酮含量的變化見圖5。

圖5 青稞發(fā)芽過程中總黃酮含量的變化Fig.5 Change of total flavonoid content in highland barley during germination process

如圖5所示，藏青2000和冬青18發(fā)芽期間總黃酮含量變化趨勢較為一致，有升有降；而隆子黑青稞可能因為富含花青素的原因，所以總黃酮含量整體呈持續(xù)上升的趨勢。其中藏青2000、隆子黑青稞和冬青18總黃酮分別在第5天、第4天和第2天到最高，分別是初始值的121.43%、136.59%和125.64%。根據(jù)曾亞文[11]等的報道，發(fā)芽過程中總黃酮的含量沒有固定的變化趨勢，整體變化幅度較大，和本研究的結(jié)果相似。

2.6 青稞籽粒發(fā)芽過程中γ-氨基丁酸含量的變化

青稞發(fā)芽過程中γ-氨基丁酸含量的變化見圖6。

圖6 青稞發(fā)芽過程中γ-氨基丁酸含量的變化Fig.6 Change of γ-aminobutyric content in highland barley during germination process

γ-氨基丁酸（GABA）是一種功能性非蛋白質(zhì)氨基酸。由圖6可知，3種青稞籽粒GABA含量在發(fā)芽后有所增加，至第6天達(dá)到最高，相比于第一天，分別增加了0.37、0.45倍和0.39倍。其中，隆子黑青稞GABA的含量高于其他青稞品種，這與曹斌[26]等的研究結(jié)果一致，其研究發(fā)現(xiàn)深色籽粒群體的GABA含量顯著高于淺色籽粒群體。發(fā)芽后GABA含量的增加，可能是因為發(fā)芽過程中蛋白質(zhì)的水解形成了一定量的谷氨酸，新生成的谷氨酸又為谷氨酸脫羧酶提供了充足的底物[27]，而谷氨酸脫羧酶作為GABA積累的關(guān)鍵酶，可將谷氨酸轉(zhuǎn)化為GABA[28]。本研究結(jié)果與曾亞文等[11]的研究結(jié)果相似，均表明發(fā)芽2天后，GABA的含量高于青稞籽粒。

2.7 青稞籽粒發(fā)芽過程中β-葡聚糖含量的變化

青稞發(fā)芽過程中β-葡聚糖含量的變化見圖7。

圖7 青稞發(fā)芽過程中β-葡聚糖含量的變化Fig.7 Change of β-glucan content in highland barley during germination process

由圖7可知，β-葡聚糖含量在發(fā)芽前期迅速降低，后期變化平緩且逐漸上升。其中，前3天下降最快，分別降低了43.75%、43.75%和46.94%。除去干種和浸種，本研究認(rèn)為發(fā)芽過程中β-葡聚糖含量在24 h下降最快。對于大麥發(fā)芽過程中β-葡聚糖含量的降解速率也略有差異，張樹亮等[29]的研究認(rèn)為大麥β-葡聚糖在發(fā)芽72 h內(nèi)降解最快，且發(fā)芽后期β-葡聚糖含量趨于平緩，溫科等[15]認(rèn)為在48 h～72 h降解最快，Marconi等[30]報道在發(fā)芽36、72 h后降解率分別為73%和92%，而Vis等[31]的研究發(fā)現(xiàn)大麥和青稞的β-葡聚糖含量在發(fā)芽96 h過程中沒有發(fā)生顯著的改變。而原因在于青稞籽粒經(jīng)浸泡膨脹吸水，在環(huán)境適宜的條件下，β-葡聚糖酶活性增強(qiáng)，促使β-葡聚糖降解[32]。

3 討論與結(jié)論

發(fā)芽處理被認(rèn)為是一種方便且有效的改善豆類和谷物食用品質(zhì)和營養(yǎng)價值的方法。青稞的發(fā)芽過程，是一個生理活化的過程，原先以結(jié)合態(tài)儲存在干籽粒中的大量的酶，在一定濕度和溫度下被激活，由結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，從而發(fā)生酶解反應(yīng)[33]，促使青稞的營養(yǎng)狀態(tài)和食用品質(zhì)發(fā)生改變。

在青稞籽粒的發(fā)芽過程中，蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪等主要營養(yǎng)物質(zhì)含量的降低，主要是因為未發(fā)芽時，籽粒中含有很少量的酶，并且大多以無活性的酶原的形式存在[4]。只有在發(fā)芽開始時，利用胚釋放的赤霉酸（gibberellic acid，GA）的催化作用，在糊粉層合成和釋放大量的水解酶類，在這些酶類的作用下，完成了營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化[34-36]。而在此發(fā)芽過程中，膳食纖維含量經(jīng)短暫降低后迅速增加，這與羅艷平等[37]的研究結(jié)果相似，其在研究燕麥發(fā)芽過程中營養(yǎng)物質(zhì)變化時，也表明在發(fā)芽過程中膳食纖維含量略有增加。但是蔣芮等[38]在研究發(fā)芽對黑大麥營養(yǎng)物質(zhì)的變化時，卻發(fā)現(xiàn)總膳食纖維含量減少。目前，針對青稞發(fā)芽過程中膳食纖維含量變化的研究較少，而本研究中膳食纖維的含量先降低隨后增加，可能是因為前期發(fā)芽過程中半纖維素酶的作用，使得黑大麥中的半纖維素分解成糖類[39]，使得膳食纖維含量降低；而后麥粒中的半纖維素分解形成了新的糖類，促使了可溶性膳食纖維含量的上升[17]，從而導(dǎo)致膳食纖維含量增加。

GABA屬于一種非蛋白氨基酸，是谷氨酸在谷氨酸脫羧酶作用下形成的[40]。本研究中，青稞發(fā)芽后GABA含量有所增加，目前尚不清楚大麥籽粒在發(fā)芽過程中GABA的變化原因[11]。陳雪[41]認(rèn)為蛋白質(zhì)和內(nèi)源酶都是影響GABA含量的重要因素，其在研究糙米發(fā)芽的過程中，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)分解形成的谷氨酸，在內(nèi)源酶的作用下脫羧會生成GABA。而青稞發(fā)芽過程中GABA含量的變化機(jī)理仍需進(jìn)一步研究?？傸S酮含量在發(fā)芽過程中呈現(xiàn)出無規(guī)律的變化，但是發(fā)芽后整體含量略有提升。這可能是因為發(fā)芽過程中在植物代謝相關(guān)酶的作用下，合成的肉桂酸等化合物能夠進(jìn)一步合成黃酮等相關(guān)多酚，因此在發(fā)芽過程中總黃酮含量也顯著上升[42]。針對大麥籽粒在發(fā)芽過程中β-葡聚糖的變化原因尚無定論，其可能是因為大麥在發(fā)芽時，胚乳糊粉層細(xì)胞受到胚上皮層細(xì)胞分泌的赤霉酸（GA）的刺激，逐步合成一系列的β-葡聚糖酶，并隨水分滲透進(jìn)入胚乳內(nèi)，水解大麥胚乳細(xì)胞的細(xì)胞壁上和細(xì)胞間的β-葡聚糖[43]。另外，本研究中青稞籽粒及發(fā)芽過程中γ-氨基丁酸、β-葡聚糖和總黃酮的含量均低于曾亞文等[11]的研究結(jié)果，可能是因為發(fā)芽條件的差異，具體原因仍需要進(jìn)一步的研究。

本研究結(jié)果表明，在發(fā)芽過程中青稞籽粒的營養(yǎng)物質(zhì)有所變化，其中蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉和β-葡聚糖在發(fā)芽前期都有所降低，而膳食纖維、總黃酮和GABA都有所增加，整體來說，發(fā)芽有助于提高青稞籽粒自身的營養(yǎng)價值，尤其在發(fā)芽第4天（除過干種和浸種），其營養(yǎng)價值相對較高，可用作食品加工的特殊原料。另外，本研究內(nèi)容較為寬泛，僅僅針對主要營養(yǎng)物質(zhì)的變化，而欠缺對某一細(xì)致營養(yǎng)成分的具體研究，如蛋白質(zhì)分解后形成的氨基酸種類，膳食纖維、總黃酮和GABA含量的具體變化機(jī)理等，所以，仍需更多的研究來解析發(fā)芽青稞營養(yǎng)物質(zhì)的變化機(jī)制，以期更好的為其食品化發(fā)展提供指導(dǎo)。