苦蕎發(fā)芽過程中游離氨基酸含量的變化

夏 清，彭 聰，宋 超，彭鐮心,趙 鋼

(1 四川中醫(yī)藥高等?？茖W校，四川 綿陽 621000；2 成都大學 生物產(chǎn)業(yè)學院,四川 成都 610106)

苦蕎發(fā)芽過程中游離氨基酸含量的變化

夏 清1，彭 聰2，宋 超2，彭鐮心2,趙 鋼2

(1 四川中醫(yī)藥高等專科學校，四川 綿陽 621000；2 成都大學 生物產(chǎn)業(yè)學院,四川 成都 610106)

【目的】 探討苦蕎不同發(fā)芽時期游離氨基酸含量的變化規(guī)律，為苦蕎的綜合利用及相關功能性產(chǎn)品的開發(fā)提供依據(jù)?！痉椒ā?采用氨基酸自動分析儀，分別對黔苦5號、沽源苦蕎、西蕎1號、川蕎1號4個苦蕎品種種子發(fā)芽0，3，6，9，12 d的游離氨基酸進行定量檢測，分析氨基酸間含量變化的相關性；通過主成分分析，判斷發(fā)芽過程中氨基酸總量發(fā)生變化的主要特征氨基酸；應用聚類分析，研究游離氨基酸的變化規(guī)律?！窘Y果】 苦蕎發(fā)芽前后游離氨基酸含量變化較大，發(fā)芽12 d后，黔苦5號、沽源苦蕎、西蕎1號、川蕎1號總氨基酸含量分別由發(fā)芽前的5.40，5.31，4.03，3.82 mg/g增加至16.26，19.27，17.91，15.79 mg/g；蘇氨酸、谷氨酸和亮氨酸含量變化與多種氨基酸呈相反趨勢，絲氨酸、天冬氨酸等9種氨基酸是苦蕎發(fā)芽過程中含量發(fā)生變化的主要特征氨基酸，發(fā)芽6，9，12 d時4種苦蕎芽的氨基酸含量不能明顯區(qū)分?！窘Y論】 苦蕎發(fā)芽前后氨基酸變化較大，可根據(jù)產(chǎn)品需要選擇發(fā)芽時間。

苦蕎；發(fā)芽；游離氨基酸；化學計量學

蕎麥(buckwheat)屬蓼科(Polygonaceae)蕎麥屬(Fagopyrum)1年生或多年生雙子葉植物，廣泛分布于中國、俄羅斯、烏克蘭、法國、美國、波蘭、巴西、澳大利亞等國[1-2]?？嗍w(Fagopyrumtataricum(L.) Gaertn)是傳統(tǒng)的藥食兩用作物，早在《本草綱目》中就有記載?？嗍w除含有多種有效成分，如黃酮、D-手性肌醇(DCI)、γ-氨基丁酸(GABA)、大黃素[3-5]等外，還含有豐富且更為平衡的氨基酸、維生素、礦物質等成分[6-9]。苦蕎具有抗氧化、抗疲勞、抗腫瘤、降血糖、降膽固醇等活性[10-13]。目前市場上以苦蕎為原料開發(fā)的產(chǎn)品日益增多，苦蕎籽發(fā)芽后多酚類、氨基酸、維生素、礦物質等均會發(fā)生較大變化[14]，營養(yǎng)藥用價值比苦蕎籽更高，因此可作為一種新型的原料開發(fā)功能性產(chǎn)品。

氨基酸在蕎麥不同部位及不同生長期中的分布均有較大差異。Choi等[15]研究甜蕎芽與苦蕎芽中游離氨基酸的分布后發(fā)現(xiàn)，苦蕎芽中必需氨基酸含量高于甜蕎；進一步研究表明，蕎麥根、莖中谷氨酰胺的含量分別為30%～37%和40%～42%，甜蕎根、莖、葉3個器官中氨基酸與苦蕎最大的不同是絡氨酸分布的差異。蕎麥發(fā)芽過程中氨基酸變化十分復雜。針對蕎麥種子萌發(fā)過程中氨基酸變化的研究結果表明，由于水解作用，總蛋白含量在萌發(fā)過程中逐漸下降，萌發(fā)7 d后苦蕎與甜蕎總蛋白含量分別下降30.9%和35.42%，所測定的17種氨基酸總量分別增加4.2%和7.89%[14]。氨基酸的組成、比例對蕎麥蛋白營養(yǎng)有重要影響，蕎麥因擁有豐富且平衡的氨基酸而獲得了與雞蛋、牛奶接近的營養(yǎng)評分[16]。甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸等為呈甜味的氨基酸，組氨酸、精氨酸等為呈苦味的氨基酸，游離氨基酸含量的改變也會影響蕎麥芽的風味。因此，蕎麥種子發(fā)芽后發(fā)生的一系列生化代謝反應，包括游離氨基酸的組成改變，將會對蕎麥的品質產(chǎn)生重要影響。目前，對苦蕎發(fā)芽過程中游離氨基酸含量變化的研究較少。為此，本試驗分析了苦蕎種子發(fā)芽過程中各游離氨基酸含量的變化規(guī)律,以期為提高苦蕎的綜合利用價值及相關功能性產(chǎn)品的開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 苦蕎種子 黔苦5號(K1)、沽源苦蕎(K2)、西蕎1號(K3)、川蕎1號(K4)種子，均于2012-11采收自成都大學試驗田，經(jīng)趙鋼教授鑒定。

1.1.2 設備及試劑 日立L-8800氨基酸分析儀，METTLER AB135-S 十萬分之一天平(瑞士)；氨基酸混合標準液(日本和光純藥工業(yè)株式會社生產(chǎn))，其他試劑均為分析純。

1.2 方 法

1.2.1 樣品處理 取黔苦5號、沽源苦蕎、西蕎1號、川蕎1號種子，30 ℃浸泡2 h，用體積分數(shù)2%次氯酸鈉消毒，蒸餾水沖洗干凈后置于放有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)(溫度20 ℃，光照12 h/d，濕度80%)。每天向培養(yǎng)皿中加入適量水，保持濾紙濕潤狀態(tài)。分別于培養(yǎng)0(對照)，3，6，9，12 d時取樣，取樣時去掉不可食用的苦蕎殼及根。將各處理樣品于50 ℃烘干至恒質量，粉碎并過孔徑為0.425 mm的分樣篩后備用。試驗重復3次。

1.2.2 游離氨基酸含量的測定 精確稱取0.3 g 1.2.1中各處理樣品(0，3，6，9，12 d苦蕎芽)，置于50 mL具塞三角瓶中，加入0.1 mol/L HCl 30 mL浸泡24 h，過濾，濾液以0.1 mol/L HCl 定容至50 mL；取適量濾液，按照1∶3的體積比加入體積分數(shù)10%的磺基水楊酸溶液(水溶液)，充分混合至離心管中， 14 000 r/min離心20 min，取上清液過0.45 μm有機相濾頭后備測。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計 采用SPSS 19.0軟件，對苦蕎芽各游離氨基酸含量間的相關性進行分析，并對不同時期苦蕎芽氨基酸含量進行主成分分析與聚類分析。

2 結果與分析

2.1 苦蕎不同發(fā)芽時期的游離氨基酸含量

4種苦蕎在不同發(fā)芽時期游離氨基酸含量的測定結果見表1。由表1可知，苦蕎種子中含有豐富的精氨酸、纈氨酸與蘇氨酸，且含量與苦蕎品種有關。西蕎1號(K1)、川蕎1號(K4)種子均以纈氨酸含量最高，而黔苦5號(K1)、沽源苦蕎(K2)種子以精氨酸含量最高?？嗍w發(fā)芽后天冬氨酸、絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、絡氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸等氨基酸含量總體高于發(fā)芽前,蘇氨酸含量則隨著發(fā)芽時間延長而降低,谷氨酸、亮氨酸呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，其他氨基酸則在不同品種中表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律?？嗍w發(fā)芽后丙氨酸含量提升幅度最大，其中沽源苦蕎(K2)從種子萌發(fā)前的未能檢測到,上升至發(fā)芽12 d后的6.01 mg/g。賴氨酸為谷物中存在的主要限制氨基酸，能促進人體發(fā)育、增強免疫功能，苦蕎發(fā)芽6 d后，賴氨酸含量明顯增高，隨后變化趨于平緩，可見苦蕎芽可作為人體飲食中賴氨酸的一個重要來源。發(fā)芽12 d后，黔苦5號、沽源苦蕎、西蕎1號、川蕎1號總氨基酸含量分別從發(fā)芽前的5.40，5.31，4.03，3.82 mg/g增加至 16.26，19.27，17.91，15.79 mg/g。

注：nd表示未能檢測到。Note:nd.Not detected.

2.2 苦蕎芽中氨基酸含量間的相關性分析

苦蕎芽中氨基酸含量間的相關性分析結果如表2所示。

注(Note)：*.P<0.05,**.P<0.01。

由表2可知，苦蕎芽中蘇氨酸與天冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸呈較強的負相關，說明蘇氨酸含量的變化趨勢與這4種氨基酸含量相反；天冬氨酸與絲氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸呈強正相關，說明它們在發(fā)芽過程中呈現(xiàn)相似的變化趨勢。了解苦蕎發(fā)芽過程中各種氨基酸的變化關系，有助于根據(jù)實際需要選擇合適的發(fā)芽時間。

2.3 不同時期苦蕎芽氨基酸含量的主成分分析

從表3可知，前4個主成分能解釋苦蕎芽氨基酸含量83.35%的信息，第1主成分能解釋苦蕎芽氨基酸含量54.63%的信息，且與天冬氨酸、絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸、異亮氨酸、絡氨酸和賴氨酸呈強正相關，與蘇氨酸呈強負相關；第2主成分與甲硫氨酸呈強正相關。說明這9種氨基酸是苦蕎發(fā)芽過程中含量發(fā)生變化的主要特征氨基酸。

從圖1-A可知，天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸、異亮氨酸、絡氨酸和賴氨酸在主成分1中有相似的載荷，說明其對主成分1的貢獻相似。由圖1-B可知，未發(fā)芽種子與發(fā)芽后種子氨基酸能顯著區(qū)分，但發(fā)芽6，9，12 d的種子未能顯著區(qū)分，可能是由于不同苦蕎品種的氨基酸代謝、反應速度不一致所致。

注：黑體數(shù)據(jù)表示變量與主成分有強相關性(|載荷值|>0.8)。

Note:Bold data indicate strong correlation with principal component(|loading|>0.8).

2.4 不同時期苦蕎芽氨基酸含量的聚類分析

對不同發(fā)芽時期苦蕎芽的氨基酸含量進行聚類分析(ward法，歐氏距離)，結果見圖2。由圖2可知，未發(fā)芽苦蕎種子以及發(fā)芽3 d后種子能各自聚為一類，而發(fā)芽6，9，12 d的種子未能顯著區(qū)分，與主成分分析結果一致，說明不同品種苦蕎發(fā)芽前后游離氨基酸含量變化較大，但其變化速度卻因品種而異。

3 討論與結論

蕎麥發(fā)芽過程中會發(fā)生復雜的生理生化反應，其中蛋白質變化是發(fā)芽過程中的重要變化。一部分蛋白質受酶催化水解為低分子肽類和氨基酸，其中有些氨基酸又參與分解代謝。本研究結果表明，蕎麥萌發(fā)時，蛋白質等大分子逐漸降解，氨基酸種類雖然沒發(fā)生變化，但其含量卻發(fā)生較大變化?？嗍w發(fā)芽后游離氨基酸含量比例發(fā)生改變，總含量升高，對改變苦蕎的營養(yǎng)特性有重要的意義。蕎麥芽中含有豐富的人體必需氨基酸纈氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸及半必需氨基酸精氨酸，苯丙氨酸是體內合成甲狀腺素的來源, 可轉變?yōu)槔野彼?；精氨酸有降壓作?缺乏精氨酸則會引起肝臟中膽固醇和甘油三酯含量升高[17]。因此，充分利用蕎麥萌發(fā)過程中各類氨基酸含量的變化，開發(fā)不同類型的產(chǎn)品是可行的。

張美莉等[18]對苦蕎和甜蕎萌發(fā)后的氨基酸含量變化進行了分析，結果表明，苦蕎在萌發(fā)的各個時期,18 種氨基酸中以谷氨酸含量最高,其次是精氨酸、天冬氨酸。王麗娟[19]測定了9個品種蕎麥的氨基酸含量，也是谷氨酸的含量最高。本研究中，游離谷氨酸含量比游離精氨酸、丙氨酸等氨基酸含量低，說明谷氨酸在蕎麥中主要以結合態(tài)形式存在。

蕎麥芽中游離氨基酸的含量變化除了與蕎麥品種有關外，還與光照等條件有關。Sun-Ju等[20]分析了光照對甜蕎與苦蕎芽中游離氨基酸的影響，結果表明，不同光照時間對甜蕎、苦蕎中游離氨基酸含量有顯著影響。因此，選擇合適的蕎麥品種與發(fā)芽條件，是提高蕎麥芽品質的重要途徑。

[1] 趙 鋼,陜 方.中國苦蕎 [M].北京：科學出版社,2009.

Zhao G,Shan F.Tartary buckwheat of China [M].Beijing:Science Press,2009.(in Chinese)

[2] Wijngaard H H,Arendt E K.Buckwheat [J].Cereal Chemistry,2006,83(4):391-401.

[3] Ikeda K.Buckwheat:Composition,chemistry,and processing [J].Advances in Food and Nutrition Research,2002,44:395-434.

[4] Yang N,Ren G X.Determination of D-chiro-Inositol in tartary buckwheat using high-performance liquid chromatography with an evaporative light-scattering detector [J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2008,56(3):757-760.

[5] Peng L X,Wang J B,Hu L X,et al.Rapid and simple method for the determination of emodin in tartary buckwheat (Fagopyrumtataricum) by high-performance liquid chromatography coupled to a diode array detector [J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2013,61(4):854-857.

[6] Pomeranz,Y,Robbinas,G S.Amino acid composition of buckwheat [J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,1972,20(2):270-274.

[7] Bonafaccia G,Gambelli L,Fabjan N,et al.Trace elements in flour and bran from common and tartary buckwheat [J].Food Chemistry,2003,83(1):1-5.

[8] Huang Y F,Peng L X,Liu Y,et al.Evaluation of essential and toxic element concentrations in different parts of buckwheat [J].Czech Journal of Food Science,2013,31(3):249-255.

[9] Jin H M,Wei P.Anti-fatigue properties of tartary buckwheat extracts in mice [J].International Journal of Molecular Sciences,2011,12(8):4770-4780.

[10] Guo X N,Zhu K X,Zhang H,et al.Anti-tumor activity of a novel protein obtained from tartary buckwheat [J].International Journal of Molecular Sciences,2010,11(12):5201-5211.

[11] Zhao G,Peng L X,Wang S,et al.HPLC fingerprint-antioxidant properties study of buckwheat [J].Journal of Integrative Agriculture,2012,11(7):1111-1118.

[12] Yao Y,Shan F,Bian J S,et al.D-chiro-inositol-enriched tartary buckwheat bran extract lowers the blood glucose level in KK-A(y) mice [J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2008,56(21):10027-10031.

[13] Lin L Y,Peng C C,Yang Y L,et al.Optimization of bioactive compounds in buckwheat sprouts and their effect on blood cholesterol in hamsters [J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2008,56(4):1216-1223.

[14] 林汝法.苦蕎舉要 [M].北京：中國農業(yè)科學技術出版社,2013.

Lin R F.Tartary buckwheat highlights [M].Beijing:China Agricultural Science and Technology Press,2013.(in Chinese)

[15] Choi J S,Kwon S O,Nam J,et al.Different distribution and utilization of free amino acids in two buckwheats:FagopyrumesculentumandFagopyrumtataricum[C]//Processing of the 11 th International Symposium on Buckwheat.Orel,Russia:All-Russia Research Institutes and Groat Crops,2010:259.

[16] Pomeranz Y,Robbinas G S.Amino acid composition of buckwheat [J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,1972,20(4):270-274.

[17] Nakajo M,Shinaoka I.Physiological effect of soba protein extract and its utilization [J].Shokuhin Koaya,1996, 39(6):59- 65.

[18] 張美莉，吳繼紅，趙 鐳，等.苦蕎和甜蕎萌發(fā)后氨基酸含量變化及其營養(yǎng)評價 [J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2005,31(3):115-118.

Zhang M L,Wu J H,Zhao L,et al.Changes of amino acid content ofF.tartaricumGaerth andF.esculentumMoench after germination and the nutritional evaluation [J].Food and Fermentation Industries,2005,31(3):115-118.(in Chinese)

[19] 王麗娟.蕎麥中氨基酸含量的分析 [J].氨基酸和生物資源，1995,17(3):48-50.

Wang L J.Analysis of amino acid contents in buckwheat [J].Amino Acids and Biotic Resources,1995,17(3):48-50.(in Chinese)

[20] Sun-Ju K,Chiami K,Tatsuro S,et al.Effect of natural light periods on rutin,free amino acid and vitamin C contents in the sprouts of common (FagopyrumesculentumMoench) and tartary (F.tataricumGaertn.) buckwheats [J].Food Science and Technology Research,2006,12(3):199-205.

Changes in concentrations free amino acids during germination of tartary buckwheat

XIA Qing1,PENG Cong2,SONG Chao2,PENG Lian-xin2,ZHAO Gang2

(1SichuanCollegeofTraditionalChineseMedicine,Mianyang,Sichuan621000,China;2CollegeofBiotechnologyIndustries,ChengduUniversity,Chengdu,Sichuan610106,China)

【Objective】 This study evaluated changes in concentrations of free amino acids at different germination stages of tartary buckwheat (Fagopyrumtataricum) to provide reference for comprehensive utilization and production development of tartary buckwheat.【Method】 Free amino acids concentrations at different germination stages (0,3,6,9 and 12 d) of four tartary buckwheat varieties,Qianku No.5,Guyuan kuqiao,Xiqiao No.1 and Chuanqiao No.1,were measured by amino acid analyzer and evaluated by correlation analysis,principal component analysis and hierarchical cluster analysis.【Result】 Free amino acids concentrations were significantly different in different germination stages of tartary buckwheat.The total amino acids contents for Qianku No.5,Guyuan kuqiao,Xiqiao No.1 and Chuanqiao No.1 increased from 5.40,5.31,4.03,and 3.82 mg/g in seeds to 16.26,19.27,17.91,and 15.79 mg/g in sprouts (12 d),respectively.Threonine,glutamate and leucine had negative correlations with many other amino acids.9 amino acids including serine and aspartate were the major characteristic amino acids during buckwheat germination.【Conclusion】 The contents of amino acids changed significant during germination.Thus,suitable sprouting time should be selected according to the demand of production.

Fagopyrumtataricum(tartary buckwheat);sprouts;free amino acid;chemometrics

2013-11-14

國家現(xiàn)代農業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項 (CARS-08-D-3)；四川省教育廳項目(13ZB0343)；2011年四川省“高等教育質量工程”建設項目

夏 清(1982-)，男，四川綿陽人，講師，碩士，主要從事中藥藥劑研究。E-mail：153655003@qq.com

彭鐮心(1981-),男，廣東中山人，講師，碩士，主要從事苦蕎功能性成分及深加工研究。 E-mail：penglianxin@cdu.edu.cn

時間:2015-01-19 09:19

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.03.020

S517.01

A

1671-9387(2015)03-0199-06

網(wǎng)絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150119.0919.020.html