芝麻種子萌發(fā)過程中主要組分的變化

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(1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001； 2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 芝麻研究中心，河南 鄭州 450002)

芽苗菜是各種谷類、豆類、樹類的種子經(jīng)過特殊的培育過程得到的可以作為蔬菜直接食用的一類保健食材[1-2]，因富含膳食纖維、多種營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性成分而成為重要的蔬菜品種[3]，芽苗菜種類較多，常見有黃豆芽、綠豆芽等，富含粗纖維素，具有通便減肥的作用[4]，同時富含維生素C、多種氨基酸和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)。此外，芽苗菜中多酚類物質(zhì)含量豐富，且多酚是植物中含量僅次于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的多羥基酚類物質(zhì)，其與無機鹽、維生素有許多相似之處，被人稱之為繼第六類營養(yǎng)素膳食纖維之后的第七類營養(yǎng)素，這類物質(zhì)均來自于天然植物，幾乎無毒副作用[5-7]。芽苗菜不僅營養(yǎng)物質(zhì)豐富，而且具有特殊的醫(yī)療保健功能[8]，經(jīng)常食用芽苗菜具有降低血脂、血糖，提高人體免疫力等效果。

芝麻屬胡麻科芝麻屬栽培芝麻種，為1年生草本植物，營養(yǎng)、保健和醫(yī)用價值較高。芝麻在我國已有2 000多年的栽培史，是我國主要油料作物之一[9]。芝麻籽粒中含有約20%的蛋白質(zhì)以及豐富的粗纖維、礦物質(zhì)、氨基酸和多種維生素。近年來，有關(guān)芝麻產(chǎn)品的研究主要集中在芝麻醬、芝麻香油等產(chǎn)品，對芝麻芽苗菜的研究甚少。芝麻種子萌發(fā)是芝麻生長過程中的重要階段，其籽粒內(nèi)部的生命活動使其各種功能營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生變化，在有關(guān)芝麻芽的研究中，Ha等[10]認(rèn)為,芝麻種子經(jīng)發(fā)芽后抗氧物活性更強，其總抗氧化能力顯著增加，因此，可將芝麻芽苗菜作為功能性食品的來源。而芝麻素、芝麻林素是芝麻中主要的功能性物質(zhì)，具有消除體內(nèi)自由基、降低血清中膽固醇含量等多種生理活性功能[11]。許蘭杰等[12]研究發(fā)現(xiàn)，芝麻種子發(fā)芽前后，芝麻素和芝麻林素呈“快—慢”的降解規(guī)律。芝麻種子萌發(fā)過程中脂肪含量下降，因此Hahm等[13]認(rèn)為，芝麻適當(dāng)萌動可以作為降脂應(yīng)用的理想選擇，且劉玉蘭等[14]研究得出，芝麻經(jīng)適度萌動和焙炒后所提取的芝麻油品質(zhì)更優(yōu)。近年來，對芝麻組分間相關(guān)性的研究較多。汪學(xué)德等[15]研究發(fā)現(xiàn)，芝麻脂肪含量與芝麻素含量呈極顯著正相關(guān)，與蛋白質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，但芝麻種子萌發(fā)過程中主要組分的整體變化及相關(guān)性分析研究鮮有報道，使得芝麻芽苗菜沒有得到廣泛食用。鑒于此，測定不同萌發(fā)時間的芝麻主要組分含量，研究芝麻種子發(fā)芽過程中主要功能營養(yǎng)物質(zhì)的變化規(guī)律并進行相關(guān)性分析，為芝麻芽潛在價值的充分利用提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 主要材料和試劑

供試材料為駐芝19號、贛芝10號和鄭芝HL05 3個芝麻品種的籽粒，由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院芝麻研究中心提供，置于-20 ℃冰柜保藏待用。

主要試劑：氣相色譜儀所用試劑正己烷為色譜純，其余試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

MGC-250光照培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；7890B型氣相色譜儀，美國Agilent公司；FOSS Fibertec TM 2010全自動粗纖維儀，丹麥FOSS公司；FOSS8400全自動凱氏定氮儀，丹麥FOSS公司；KQ-300DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；PD-151數(shù)位游標(biāo)卡尺，寶工寶業(yè)股份有限公司；FW-80型高速萬能粉碎機，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；XMTD-8222型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；UV-6000PC紫外分光光度計，上海元析儀器有限公司；FA2004型電子天平，上海上天精密儀器有限公司；LGJ-18真空冷凍干燥機，北京市松源華興科技發(fā)展有限公司。

1.3 試驗設(shè)計

將3個芝麻品種籽粒進行過篩除雜，去除干癟殘粒。將挑選過的芝麻籽粒用蒸餾水沖洗3次，洗凈后均勻平鋪在發(fā)芽盤中，以芝麻籽粒間不重疊為宜，發(fā)芽盤鋪有雙層濾紙，每個發(fā)芽盤中均加入1 L蒸餾水以保持濾紙濕潤，于黑暗、35 ℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)芽，分別在芝麻種子萌發(fā)0、12、24、36、48、60、72 h取樣并換水，0 h為原料種子，取樣時隨機選取每個品種發(fā)芽盤中的芝麻芽，每個時間點取樣量的鮮質(zhì)量約200 g，樣品經(jīng)冷凍干燥、粉碎、過孔徑0.425 mm篩后備用。

1.4 測定指標(biāo)與方法

芝麻芽的水分含量測定參照GB 5009.3—2016，蛋白質(zhì)含量測定參照GB 5009.5—2016；脂肪含量測定參照GB 5009.6—2016；粗纖維含量測定參照GB/T 5009.10—2003；總糖含量測定參照硫酸苯酚法[16]；灰分含量測定根據(jù)GB 5009.4—2016。

芝麻芽的生長特性指標(biāo)測定：隨機挑選30個芝麻芽，用游標(biāo)卡尺測量胚軸長、胚根長、軸徑長、鮮質(zhì)量。生長特性指標(biāo)結(jié)果為30組測量的平均值。

總酚含量測定參照田文禮等[17]的方法并略有改動，具體方法：取0.5 g左右的粉碎樣品，采用70%的甲醇分3次進行提取，每次分別渦旋5 min、超聲20 min、離心5 min，定容至25 mL容量瓶中，放置過夜，取0.3 mL提取液，與1 mL稀釋的福林酚反應(yīng)并混勻，加入3 mL 10%Na2CO3，加蒸餾水至10 mL，室溫靜置2 h，于765 nm處測吸光度值。

脂肪酸組成及含量分析參照GB/T 17376—2008及GB/T 17377—2008。采用三氟化硼甲酯化[18]制備脂肪酸甲酯，以備氣相色譜分析。色譜條件為：FID 檢測器，色譜柱為 HP-88 毛細(xì)管柱(100 m×0.25 mm×0.2 μm)，檢測器溫度280 ℃，進樣口溫度250 ℃，載氣流速1 mL/min，H2流速30 mL/min，空氣流速400 mL/min，分流比50∶1，升溫程序為初溫170 ℃，直接4 ℃/min 升至220 ℃，不保溫，再以1 ℃/min升溫至240 ℃，進樣量2 μL。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2003、SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計分析，采用 Origin 8.0軟件進行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 芝麻種子萌發(fā)過程中生長特性指標(biāo)的變化

種子萌發(fā)過程中，胚乳中復(fù)雜的貯藏物質(zhì)分解為簡單的物質(zhì)，這些貯藏物質(zhì)水解后形成的最終產(chǎn)物在胚中用來合成生命物質(zhì)，形成新的器官，即長根、長莖、長葉[19]。芝麻芽主要由胚芽、胚根和胚軸組成。由圖1—2得出，芝麻種子在萌發(fā)過程中鮮質(zhì)量、胚根長度、胚軸長度呈升高趨勢，贛芝10號、駐芝19號、鄭芝HL05鮮質(zhì)量分別由萌發(fā)1 d的0.006、0.007、0.006 g/株增加至萌發(fā)3 d的0.035、0.033、0.030 g/株，胚軸長度由0 mm分別增加至33.17、32.05、31.58 mm，胚根長度分別由萌發(fā)1 d的1.34、1.20、1.27 mm增加至萌發(fā)3 d的44.69、43.28、42.83 mm。綜上，胚根長度、胚軸長度在萌發(fā)1 d后急劇增加，而胚軸在萌發(fā)1 d內(nèi)未長出，隨著芝麻種子萌發(fā)，芝麻芽軸徑無明顯變化，推測芝麻種子萌發(fā)1 d后其內(nèi)部生命活動活躍，主要組分發(fā)生明顯的分解與合成。

圖1 芝麻種子萌發(fā)過程中鮮質(zhì)量和胚軸長度的變化

圖2 芝麻種子萌發(fā)過程中軸徑和胚根長度的變化

2.2 芝麻種子萌發(fā)過程中主要化學(xué)組分的變化

芝麻種子萌發(fā)是一個復(fù)雜的生命活動過程，其主要營養(yǎng)物質(zhì)有一定的分解和合成，以供其萌發(fā)所需。芝麻種子在萌發(fā)過程中粗脂肪、粗蛋白、粗纖維、總糖、灰分含量變化如圖3—5所示。可以看出，萌發(fā)72 h內(nèi)，駐芝19號、贛芝10號、鄭芝HL05的粗脂肪含量下降，分別由52.39%、51.52%、50.24%降低至24.10%、20.59%、25.21%；總糖含量上升，分別由12.09%、10.82%、10.77%增加至30.45%、30.03%、23.20%；粗纖維含量上升，分別由3.42%、3.45%、3.02%增加到8.10%、9.14%、8.12%；粗蛋白和灰分含量變化不明顯；總酚含量分別由 1.74、2.28、6.24 mg/g上升至13.80、14.15、13.49 mg/g。綜上，芝麻種子萌發(fā)至72 h，粗脂肪含量下降50%左右，總糖含量增加2～3倍，粗纖維含量增加2.5～3.0倍，3個品種芝麻總酚含量增加了約7～12 mg/g。芝麻種子萌發(fā)0～24 h，粗脂肪含量緩慢降低，總糖、粗纖維含量緩慢增加，24 h后粗脂肪含量迅速降低，總糖、粗纖維含量迅速增加，表明芝麻種子萌發(fā)24 h主要組分發(fā)生顯著分解與合成。

萌發(fā)0 h為原料芝麻種子，數(shù)據(jù)均以干基計算，下同

圖4 芝麻種子萌發(fā)過程中粗纖維和總糖含量的變化

圖5 芝麻種子萌發(fā)過程中灰分和總酚含量的變化

2.3 芝麻種子萌發(fā)過程中主要化學(xué)組分含量及生長特性指標(biāo)間的相關(guān)性

對芝麻種子萌發(fā)過程中粗脂肪、粗蛋白、灰分、粗纖維、總糖含量以及芝麻芽胚軸長度、胚根長度、軸徑進行簡單相關(guān)分析，結(jié)果如表1所示?？梢?，在各萌發(fā)時期，芝麻種子粗蛋白含量與粗脂肪含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他指標(biāo)無顯著相關(guān)性；總糖含量與粗脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與粗纖維含量、胚軸長度、胚根長度、軸徑呈極顯著正相關(guān)；粗纖維含量與粗脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與胚軸長度、胚根長度、軸徑呈極顯著正相關(guān)；粗脂肪含量與胚軸長度、胚根長度、軸徑均呈極顯著負(fù)相關(guān)。相關(guān)性分析結(jié)果表明，芝麻種子萌發(fā)過程中主要組分指標(biāo)與生長特性指標(biāo)密切相關(guān)，各指標(biāo)間相互影響又相互制約。

表1 芝麻種子萌發(fā)過程中主要化學(xué)組分含量及生長指標(biāo)間的相關(guān)性分析

注：**、*分別表示在0.01、0.05水平上顯著相關(guān)。

2.4 芝麻種子萌發(fā)過程中脂肪酸組成及含量

從表2可以看出，芝麻種子萌發(fā)過程中主要脂肪酸組成為油酸、亞油酸、棕櫚酸和硬脂酸，其中油酸和亞油酸含量較多，均在40%以上，其次是棕櫚酸、硬脂酸、亞麻酸和花生酸。隨著萌發(fā)時間延長，芝麻種子萌發(fā)對其油脂主要脂肪酸組成無影響，但亞油酸含量減少，駐芝19號、贛芝10號、鄭芝HL05亞油酸含量分別由43.93%、44.17%、44.51%降低至42.68%、42.89%、43.13%，差異顯著；亞麻酸含量增加，分別由0.23%、0.22%、0.37%增加至0.68%、0.62%、0.69%，棕櫚酸、硬脂酸、油酸含量萌發(fā)前后變化相對較小。

表2 芝麻種子萌發(fā)過程中脂肪酸組成及含量 %

注：同列肩標(biāo)不同小寫字母表示同一品種不同萌發(fā)時間差異顯著(P<0.05)。

3 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，芝麻種子萌發(fā)24 h后胚根長度、胚軸長度、鮮質(zhì)量增加，芝麻種子萌發(fā)初期胚根先生長，胚軸在萌發(fā)24 h后急劇生長，軸徑無顯著變化，推測芝麻種子萌發(fā)過程中主要組分發(fā)生顯著分解與合成的轉(zhuǎn)折點是萌發(fā)24 h。主要化學(xué)成分變化結(jié)果表明，芝麻種子萌發(fā)24 h后粗脂肪含量迅速下降，萌發(fā)72 h粗脂肪含量下降50%左右，相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，芝麻種子萌發(fā)過程中胚根長度、胚軸長度與粗脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，故芝麻種子萌發(fā)過程中粗脂肪含量隨胚根長度、胚軸長度的增加而下降，與郭令鳥等[20]研究中脂肪含量隨胚根長度增加而持續(xù)下降的結(jié)果一致；3個芝麻品種總糖含量呈增加趨勢，萌發(fā)0～24 h總糖含量增加緩慢，萌發(fā)24 h后迅速增加，萌發(fā)至72 h總糖含量增加2～3倍，粗蛋白含量整體呈增加趨勢，總糖、粗蛋白含量均與粗脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。Alonso等[21]研究認(rèn)為，豆類發(fā)芽中蛋白質(zhì)含量的升高是由于碳水化合物的利用；李清芳等[22]研究表明，大豆種子萌發(fā)過程中脂肪的分解進程與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)。據(jù)此推測，芝麻在萌發(fā)過程中粗脂肪通過一系列變化被酶分解成甘油和脂肪酸，最后生成糖類并提高蛋白質(zhì)含量。芝麻種子萌發(fā)24 h后，粗纖維含量迅速增加，萌發(fā)至72 h 3個芝麻品種的粗纖維含量增加2.5～3.0倍，相關(guān)性分析結(jié)果顯示，芝麻粗纖維含量與胚軸長度、胚根長度、軸徑呈極顯著正相關(guān)，這與黃惠華等[23]研究中茶樹春梢生長期節(jié)莖的粗纖維含量與節(jié)莖的長度呈顯著或極顯著正相關(guān)的結(jié)果一致。3個品種芝麻種子萌發(fā)0～72 h，總酚含量增加約7～12 mg/g，提高了芝麻芽抗氧化活性，因此，可將芝麻芽作為天然酚類抗氧化劑的良好來源。

芝麻種子萌發(fā)至72 h主要脂肪酸組成無變化，脂肪酸含量存在差異，其中亞油酸含量減少1個百分點左右，亞麻酸含量增加，這可能是由于芝麻萌動需要能量，脂肪發(fā)生水解，游離脂肪酸增加，酯化的油酸轉(zhuǎn)化成亞油酸，進而轉(zhuǎn)化為亞麻酸[24]，因此表現(xiàn)為亞麻酸含量增加；隨著進一步萌動需要，亞油酸被氧化為二氧化碳和水，被新的生長部分利用，故亞油酸含量降低。芝麻種子萌發(fā)至72 h，總不飽和脂肪酸含量大于80%，可見，芝麻芽富含人體需要的不飽和脂肪酸。

綜上所述，芝麻種子萌發(fā)過程中主要組分變化的轉(zhuǎn)折點是萌發(fā)24 h，萌發(fā)0～72 h粗脂肪含量下降50%左右，粗纖維含量增加2.5～3.0倍，總糖含量增加2～3倍，總酚含量增加了約7～12 mg/g。芝麻種子萌發(fā)前后主要脂肪酸組成無明顯變化，總不飽和脂肪酸含量大于80%。可見，芝麻芽富含纖維素、總糖、總酚和不飽和脂肪酸。