發(fā)芽花生生產(chǎn)工藝、發(fā)芽過程中營養(yǎng)成分變化及加工利用研究進展

夏小勇,郭 芹,劉紅芝,胡 暉,劉俊梅,*,王 強,*

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院,吉林長春 130118; 2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室/中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,北京 100193)

花生(ArachishypogaeaL.)又名“長生果”,是我國重要的油料作物、經(jīng)濟作物和出口創(chuàng)匯農(nóng)作物[1]。花生中含有豐富的脂肪、蛋白質(zhì)、維生素C(VC)、白藜蘆醇(Resveratrol)等營養(yǎng)物質(zhì)[2]。發(fā)芽花生是指花生種子經(jīng)萌發(fā)之后,短時間內(nèi)生長為花生芽或者食用幼苗的一種芽苗類蔬菜[3]。芽苗類蔬菜以其生產(chǎn)過程無污染、味道鮮美可口、食用安全、價格低廉等特點,已成為國內(nèi)外消費者的食用熱點。在眾多的芽苗類蔬菜中,發(fā)芽花生不僅滿足了人們安全、綠色、營養(yǎng)的消費需要,而且口感清脆,具有花生特有的風味,備受追捧。近年來,國內(nèi)外眾多科研工作者對發(fā)芽花生進行了研究[4-5],并將其用于食品加工領域,取得了良好的研究進展。本文在汲取國內(nèi)外研究成果和學術觀點的基礎上,概述了發(fā)芽花生生產(chǎn)工藝、發(fā)芽過程中營養(yǎng)成分變化以及加工利用等方面的研究進展,指出發(fā)芽花生產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段存在的問題,并提出了合理化建議,以期推動發(fā)芽花生產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展,同時為發(fā)芽花生的深入研究提供理論參考。

1 發(fā)芽花生的生產(chǎn)工藝

發(fā)芽花生的生產(chǎn)工藝有基質(zhì)栽培[6]和水培[7]兩種,工藝流程包括品種篩選、籽粒精選、浸種、催芽、播種管理、收獲等過程,具體工藝流程見圖1。其中,品種篩選、浸種和播種管理環(huán)節(jié)在發(fā)芽花生的生產(chǎn)和研究中具有重要作用。

圖1 發(fā)芽花生生產(chǎn)工藝流程Fig.1 The production processes of germinated peanuts

1.1 品種篩選

品種篩選是發(fā)芽花生生產(chǎn)及研究的重要物質(zhì)基礎[8],適宜的品種不僅能從源頭上改善發(fā)芽花生的營養(yǎng)品質(zhì),還能提高其產(chǎn)量。我國花生種質(zhì)資源豐富,共計8000余份種質(zhì)資源,300多個主栽品種[9],已有專家學者針對花生其他加工用途進行了品種篩選,但在發(fā)芽花生方面對種質(zhì)資源的研究較少,其主要原因是與其他加工用途相比,發(fā)芽花生的研究起步較晚,尚未形成規(guī)模化發(fā)展,導致種質(zhì)資源的研究相對匱乏。發(fā)芽花生中白藜蘆醇含量、營養(yǎng)成分含量及發(fā)芽特性等因素,已成為品種篩選的重要指標。

于淼[10]對桂花1026、桂花紅95、白沙1016、魯花19、花育20、阜花12號、阜花16號、阜花17號、阜花18號、阜花19號10個花生品種進行了發(fā)芽花生的制備,以白藜蘆醇含量為指標(如圖2所示)，篩選出阜花19號為最好的富集白藜蘆醇的花生品種,其次是桂花1026、阜花16號和阜花17號。

圖2 不同品種發(fā)芽花生中白藜蘆醇含量Fig.2 Resveratrol content in different varieties of germinated peanuts

于麗娜等[11]以花育23、四粒紅、花育20、花育52、花育33為原料生產(chǎn)花生芽,分析了其各營養(yǎng)成分含量變化,結果發(fā)現(xiàn)四粒紅生長最快,其花生芽的營養(yǎng)成分含量最高:蛋白質(zhì)含量為36.51%,維生素含量達到40.05 mg/100 g,白藜蘆醇含量為34.20 μg/g,總糖含量為87.31 μg/g;含油量為37.18%,顯著低于其他四個品種(p<0.05),更適合作為鮮食花生芽菜和休閑花生食品,也適宜作為人工栽培可食用花生芽推向市場。SukBok等[12]研究了韓國37個花生品種的發(fā)芽特性,以發(fā)芽率、發(fā)芽得率等發(fā)芽特性、白藜蘆醇含量為指標,篩選出“Jokwang”是最適宜生產(chǎn)發(fā)芽花生的花生品種,其發(fā)芽率為100%,發(fā)芽得率為820%,白藜蘆醇含量為63.3 μg/g。由此可見,在發(fā)芽花生種質(zhì)資源方面,目前針對發(fā)芽花生品種篩選的研究較少,發(fā)芽花生的評價方法與篩選標準尚不完善,因此,發(fā)芽花生種質(zhì)資源的深入研究,科學、標準的品質(zhì)評價方法建立,加工適宜性的明確將成為下一步的研究重點。

1.2 浸種技術

浸種決定著花生種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢的高低,同時對發(fā)芽花生中白藜蘆醇含量也產(chǎn)生影響。影響浸種技術的因素主要有外源添加劑、浸種溫度和浸種時間。杜新民等[13]研究了外源添加劑對花生種子浸種的影響,發(fā)現(xiàn)4 mg/L Na2SeO3浸種20 h時,可顯著提高花生種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢,促進發(fā)芽花生生長,提高其產(chǎn)量。Yu M等[14]對浸種溫度和浸種時間進行了研究,發(fā)現(xiàn)浸種溫度與浸種時間對發(fā)芽花生中白藜蘆醇含量影響顯著(p<0.05),且浸種溫度比浸種時間的影響要明顯,確定了適宜的浸種溫度和時間:水溫30 ℃,浸泡6 h,此條件下生長的發(fā)芽花生中白藜蘆醇含量達31.2 μg/g。相比于種質(zhì)資源的研究,浸種方面的研究較少,研究方法也較單一,不同外源添加劑種類對種子浸種的影響有待研究。

1.3 播種管理

播種管理是基質(zhì)栽培和水培兩種生產(chǎn)工藝最具差異化的體現(xiàn),基質(zhì)栽培是指將萌芽后的種子種植在濕潤的珍珠巖、鋸末或河沙等基質(zhì)上生長,而水培工藝則是將萌芽后的種子播種在特制的水培箱孔徑中,底部加水進行生長。影響播種管理的因素主要有播種密度[15]、光照[16]、溫度[17]和水[18]。

播種密度不僅決定芽苗菜產(chǎn)量，也直接決定其品質(zhì)[19]。目前,尚無文獻報道播種密度對基質(zhì)栽培生產(chǎn)發(fā)芽花生的影響,但在實際生產(chǎn)過程中,基質(zhì)栽培的播種密度在4900～6000粒/m2較為適宜。水培工藝生產(chǎn)發(fā)芽花生使用的是水培箱,箱內(nèi)板上孔徑排列均勻,播種時無需考慮播種密度的大小。此外,不論基質(zhì)栽培法還是水培法生產(chǎn)發(fā)芽花生,花生種子從催芽、播種到收獲過程,均需在無光條件下進行,見光會導致花生種子發(fā)生光合作用,致使花生子葉部分變綠,出現(xiàn)色斑,食用時發(fā)苦發(fā)澀,嚴重影響發(fā)芽花生質(zhì)量[20]?；ㄉl(fā)芽的最佳生長溫度在25～30 ℃之間,溫度過低將導致下胚軸生長過慢,溫度過高則易產(chǎn)生霉菌,形成交叉感染,影響產(chǎn)量[21]?；|(zhì)栽培在播種完畢后需定時向上方基質(zhì)淋水,保持基質(zhì)濕潤,以滿足發(fā)芽花生生長過程所需水量,但目前關于基質(zhì)栽培的淋水周期及淋水量的研究缺乏,實際生產(chǎn)中生產(chǎn)者多憑經(jīng)驗決定淋水周期及淋水量,同時,關于淋水溫度的要求同樣缺乏研究性結果。值得注意的是,水培法生產(chǎn)在播種完畢后只需一次注水即可滿足整個生長過程的所需用水[7]。

上述兩種生產(chǎn)工藝都能生產(chǎn)出下胚軸直挺、口感脆嫩的發(fā)芽花生,但兩種工藝各有利弊?；|(zhì)栽培無需考慮種子大小,在播種時可實現(xiàn)撒播,有效提高播種速度,但基質(zhì)栽培在收獲時較為麻煩,需用水清洗掉發(fā)芽花生粘帶的基質(zhì),這有可能造成花生紅衣的脫落,影響產(chǎn)品外觀,同時所用的基質(zhì)也無法循環(huán)使用,一定程度上造成了浪費;相比而言,水培工藝管理簡單、收獲方便,但在選種時需考慮種子大小,種子不宜過大或過小,此外,水培工藝播種時必須將種子胚芽朝下,進行點播,播種速度較慢。

綜上所述,發(fā)芽花生在品種篩選、浸種技術、播種密度、光照、溫度、水分等方面,缺乏科學系統(tǒng)的研究,規(guī)律性和機制性的研究有待加強,高效靈活的生產(chǎn)工藝亟待突破。

2 花生發(fā)芽過程中主要營養(yǎng)成分的變化

2.1 脂肪和脂肪酸的變化

脂肪是花生中含量最高的成分,含量約占32.3%～60.2%[22]?；ㄉl(fā)芽過程根據(jù)品種不同,脂肪含量降低約5.68%～11.39%。楊選等[23]的研究發(fā)現(xiàn),花生在發(fā)芽24 h后,粗脂肪含量顯著降低,發(fā)芽48 h后,脂肪含量基本無變化,主要是由于脂肪酶在花生發(fā)芽初期被激活,加速脂肪的降解,為發(fā)芽花生呼吸提供能量,以促進新芽生長,這與鮑會梅[24]的研究結果一致?；ㄉ械闹舅嶂饕凶貦八帷⒂仓?、亞油酸、花生酸、山芥酸、木蠟酸、油酸和花生烯酸[22],楊選等[23]研究了發(fā)芽過程中脂肪酸的變化,發(fā)芽48 h,棕櫚酸、硬脂酸、亞油酸和花生酸含量分別降低約13.67%、9.50%、2.76%和2.99%;而山芥酸、木蠟酸、油酸和花生烯酸含量分別增加約38.61%、27.19%、3.28%和21.43%。其中油酸、硬脂酸、棕櫚酸和花生酸在花生發(fā)芽0～36 h所占比例較高;而烯酸、油酸、木蠟酸和山芥酸在花生發(fā)芽48～72 h所占比例較高,這與吳慧敏等[25]的研究結果一致。由此可見,盡管花生發(fā)芽后總脂肪含量降低,但脂肪酸成分及所占的比例變化不大,實際生產(chǎn)中可根據(jù)不同的脂肪酸需求選擇適宜的發(fā)芽時間。

2.2 蛋白質(zhì)、肽和氨基酸的變化

蛋白質(zhì)是花生種子中第二大組分,含量約占24%～36%[22]。于麗娜等[11]研究發(fā)現(xiàn),花生種子在發(fā)芽過程中,蛋白質(zhì)含量呈先降低后增加的趨勢,發(fā)芽96 h,比未發(fā)芽時含量增加了5%。而張浩等[26]研究發(fā)現(xiàn),“百日紅”花生種子蛋白質(zhì)含量在發(fā)芽48 h時提高了5%,之后逐漸下降。徐世杰等[27]研究發(fā)現(xiàn),“小白沙”花生在發(fā)芽初期,蛋白質(zhì)呈下降趨勢,發(fā)芽24 h后,蛋白質(zhì)含量急劇下降?？梢?花生發(fā)芽過程蛋白質(zhì)含量變化的差異與發(fā)芽花生的品種有關,發(fā)芽后期蛋白質(zhì)含量降低可能是由于蛋白酶抑制劑被降解,蛋白酶被激活,大分子蛋白質(zhì)降解為更易被人體吸收的多肽或氨基酸等小分子物質(zhì)[28]。發(fā)芽能提高花生蛋白質(zhì)的溶解度,張浩等[26]研究發(fā)現(xiàn),發(fā)芽96 h,花生蛋白質(zhì)的持水力增加81%,其中在發(fā)芽48～72 h能有效地形成濃縮蛋白,可作為嬰兒斷奶食品和烘焙食品的配方原料,72～96 h間變化不顯著;溶解度的增加也有利于提高發(fā)芽花生蛋白的乳化性和發(fā)泡能力,可作為食品輔料添加到面包和乳狀類食品中,保持面包形態(tài)并提高食品風味。此外,發(fā)芽還可改善花生蛋白的內(nèi)聚力、膠黏性和回彈性等凝膠特性[29],擴大了其在食品加工領域的適用性,但發(fā)芽花生蛋白的發(fā)泡穩(wěn)定性和持有力下降,限制了其在需要形成泡沫的蛋白質(zhì)-油脂體系中的應用,在實際生產(chǎn)中要避免相關的使用。

現(xiàn)有研究也證實,花生發(fā)芽96 h,多肽含量比未發(fā)芽增加了1.0～1.18倍,氨基酸含量增加了6.33～7.6倍[26-27],其中人體必需氨基酸含量增加了7.18倍,限制性氨基酸,如蘇氨酸和蛋氨酸的含量分別增加了6.88倍和9.27倍[26],但未檢測出色氨酸,說明發(fā)芽可改善氨基酸組成,部分提高花生蛋白的營養(yǎng)價值。

2.3 糖類物質(zhì)及VC的變化

花生中糖類物質(zhì)含量約占6%～19%[22]。鮑會梅[24]研究發(fā)現(xiàn)總糖含量在發(fā)芽最初階段快速下降,發(fā)芽96 h時降低了47.66%,其中可溶性糖含量隨著發(fā)芽時間先下降后上升,最終穩(wěn)定在一定水平,這與王小燕等[30]的研究結果一致。孫麗平等[31]的研究結果表明,花生發(fā)芽過程中,半乳糖醛酸含量、葡萄糖含量和阿拉伯糖等單糖含量顯著增加,其他單糖未發(fā)生顯著變化。紀紅等[32]研究發(fā)現(xiàn),花生發(fā)芽過程中,VC含量逐漸增加,發(fā)芽120 h時達到最高(5.15～5.75 mg/100 g),之后逐漸降低;鮑會梅[24]的研究表明,花生發(fā)芽過程VC的含量與發(fā)芽時間成正比,發(fā)芽96 h,其含量為9.80 mg/100 g;袁澤等[33]的研究表明,發(fā)芽后的花生中VC的含量是未發(fā)芽花生的10倍之多,比前兩者的研究多提高了約5.3～6.8倍,這種差異可能與發(fā)芽花生的品種有關?；ㄉl(fā)芽過程中糖類物質(zhì)的下降和VC含量的增加提高了人體對花生中這兩種物質(zhì)的吸收利用。

2.4 白藜蘆醇的變化

花生富含白藜蘆醇,白藜蘆醇因具有抗腫瘤[34]、抗氧化[35]、保護心腦血管[36]等重要生理功能而被廣泛研究?；ㄉl(fā)芽過程中,白藜蘆醇含量顯著增加,可達5.18～44.73 μg/g,約是未發(fā)芽花生的3～8倍[37]。于麗娜等[11]對發(fā)芽花生不同部位的白藜蘆醇含量進行了研究,發(fā)現(xiàn)發(fā)芽花生胚乳和根的白藜蘆醇含量較高,莖的白藜蘆醇含量較低,而林賢偉等[38]的研究發(fā)現(xiàn),發(fā)芽花生三個部位中根和莖的白藜蘆醇含量較高,子葉中含量較低,分別為花生子葉22.18 μg/g、莖72.65 μg/g和根115.6 μg/g,其結果與于麗娜等的研究有差異,需要進一步研究。于淼[10]對外源誘導花生發(fā)芽過程中白藜蘆醇的富集機理進行了初步研究,結果表明,超聲誘導能提高花生種子中白藜蘆醇合成酶苯丙氨酸酶(PAL)的活性和RS基因的表達,加速白藜蘆醇前體物質(zhì)游離苯丙氨酸(PHE)的降解,進而促進白藜蘆醇的生成,加速白藜蘆醇的富集。綜上所述,花生發(fā)芽能富集花生中的白藜蘆醇,并且食用發(fā)芽花生有利于提高膳食中白藜蘆醇的攝入。

3 發(fā)芽花生的加工利用及應用前景

目前,發(fā)芽花生在食品中的應用主要分為兩部分:國內(nèi)研究學者多將發(fā)芽花生直接應用于食品加工方面,國外研究學者將發(fā)芽花生提取物制備成膳食補充劑添加到食品中,以提高產(chǎn)品品質(zhì)、豐富營養(yǎng)成分。發(fā)芽花生的加工利用見表1。

表1 發(fā)芽花生在食品中的應用Table 1 The application of germinated peanuts in food

3.1 發(fā)芽花生在食品中的應用

發(fā)芽花生口感清脆,風味獨特,可直接加工成相關產(chǎn)品。劉海燕等[39]以花生芽為原料,研究了發(fā)酵花生芽漿的制備工藝,制備的發(fā)酵花生芽漿不僅有濃郁的花生香味,還具有延緩運動性疲勞的作用。吳廣輝等[40]將發(fā)芽花生添加到肉腸中制備了發(fā)芽花生低溫乳化腸,豐富了腸類制品的種類。梁德生等[41]以白藜蘆醇含量為指標優(yōu)化了發(fā)芽條件,并以感官評價為指標開發(fā)了發(fā)芽花生果凍;周慧恒等[42]研發(fā)了發(fā)芽花生超微咀嚼片,風味適中,口感爽口,工藝簡便可行,便于規(guī)?；a(chǎn)。盡管發(fā)芽花生的應用已拓展到飲料、肉制品、休閑零食等方面,產(chǎn)品類型多樣,但相關產(chǎn)品仍停留在基礎加工方面,未實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

3.2 發(fā)芽花生提取物在食品中的應用

發(fā)芽花生富含白藜蘆醇,充分挖掘和發(fā)揮這一獨特優(yōu)勢,能有效提高發(fā)芽花生附加值,拓寬應用范圍。Lee等[43]將發(fā)芽花生提取物(peanut sprout extract,PSE)和發(fā)芽花生粉末(peanut sprout powder,PSP)添加于面包中對其質(zhì)量特性和抗氧化性進行了研究,添加PSE和PSP后制作的面包,在顏色、硬度等方面顯著提高,面包中白藜蘆醇含量和抗氧化性顯著增加,但添加PSP面包的味道較普通面包接受度略低,因此確定了PSE和PSP的適宜添加量為1.0%～2.5%。Lee等[44]通過響應面法制備了發(fā)芽花生提取物微膠囊(powdered peanut sprout extract microcapsules,PPSEM),可將其作為功能性食品基料進一步利用。Lee等[45]在酸奶中添加了發(fā)芽花生微膠囊,發(fā)現(xiàn)低濃度的PPSEM(0.25～0.5%,w/v)未使酸奶的色澤和粘度發(fā)生明顯改變,還可在酸奶中緩慢釋放白藜蘆醇等酚類物質(zhì),增加了酸奶中的營養(yǎng)物質(zhì)。此外,將發(fā)芽花生提取物微膠囊粉添加到牛奶中[46]也表現(xiàn)出了同樣的結果,為制備營養(yǎng)補充劑型奶制品提供了借鑒。

可見,在發(fā)芽花生的加工利用方面,國內(nèi)外研究學者的研究方向暫不一致。國內(nèi)對發(fā)芽花生的利用還停留在初加工階段,而國外已開始重視發(fā)芽花生的精深加工利用。盡管如此,現(xiàn)階段發(fā)芽花生的開發(fā)利用仍十分有限,且相關產(chǎn)品均未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,隨著發(fā)芽花生產(chǎn)業(yè)的興起,發(fā)芽花生即食產(chǎn)品、功能食品等精深加工產(chǎn)品及相關加工技術的研究勢在必行。

3.2 發(fā)芽花生應用前景

近年來,食品安全問題層出不窮,綠色有機食品備受追捧。芽苗類蔬菜以其生產(chǎn)過程無污染、味道鮮美可口、食用安全、價格低廉等特點[47],順勢而起,加之“寧可食無肉,不可餐無蔬”的飲食理念深入人心,芽苗類蔬菜已成為國內(nèi)外消費者的食用熱點。為數(shù)眾多的芽類食品中,發(fā)芽花生不僅滿足了人們安全、綠色、營養(yǎng)的消費需求,而且口感清脆,具有花生特有的風味,深受消費者青睞。鮮食發(fā)芽花生既為人們的生活提供新鮮蔬菜保障,又可滿足不同人群日常飲食的消費需求,具有廣闊的市場前景。

當前,肉制品的需求也逐漸飽和,休閑蔬菜制品的需求不斷增加,蔬菜的休閑化不斷衍生[48],休閑蔬菜制品種類逐年增多,以其食用便捷、風味多樣的特點受到了廣大消費者的喜愛。發(fā)芽花生作為一種新興的芽苗菜,可借鑒現(xiàn)代食品加工技術,開發(fā)發(fā)芽花生即食產(chǎn)品,不僅能夠豐富休閑蔬菜制品種類,還能延長發(fā)芽花生產(chǎn)業(yè)鏈,提高經(jīng)濟效益和附加值。

隨著現(xiàn)代生物技術的不斷提高,以發(fā)芽花生為原料進行活性物質(zhì)提取物的制備,并將其應用于食品加工領域,能夠豐富產(chǎn)品營養(yǎng)素來源,對于開發(fā)功能性食品、提高產(chǎn)品理化營養(yǎng)品質(zhì)具有重要意義。此外,已有研究表明,發(fā)芽花生提取物具有抗肥胖、降血脂、神經(jīng)保護等功能活性[49-51],因此,利用營養(yǎng)組學、循證醫(yī)學等前沿研究手段,探究發(fā)芽花生提取物在生物體內(nèi)的變化及代謝途徑,充分挖掘其在抗腫瘤、抗炎等其他功能活性的潛在作用,為揭示發(fā)芽花生的生物學作用、構效關系提供新的科技支撐,對于拓寬發(fā)芽花生的應用范圍具有重要意義。

4 存在問題與展望

發(fā)芽花生口感脆嫩,營養(yǎng)豐富,富含白藜蘆醇,是花生新食品開發(fā)的研究熱點之一。隨著人們對低脂高營養(yǎng)、綠色無污染食品的追求,發(fā)芽花生具有可觀的發(fā)展應用前景。盡管現(xiàn)階段發(fā)芽花生的研究已取得部分進展,但仍存在以下幾方面問題:生產(chǎn)工藝參差不齊,規(guī)范化的生產(chǎn)技術尚未成熟,加之缺乏與之相匹配的產(chǎn)業(yè)化設備,距離實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)仍有一段距離;加工適宜性尚不明確,缺乏科學、標準的品質(zhì)評價方法,專用品種的篩選研究鮮有報道;產(chǎn)品類型少,深加工開發(fā)滯后,不同加工條件對發(fā)芽花生中營養(yǎng)成分的變化規(guī)律尚不清晰,限制了發(fā)芽花生加工利用途徑。

針對上述問題,今后對發(fā)芽花生的研究應側重在以下幾個方面:規(guī)范生產(chǎn)技術,明確最優(yōu)生產(chǎn)工藝,研發(fā)適合規(guī)?；a(chǎn)及加工的專用設備;開展發(fā)芽花生種質(zhì)資源基礎研究,明確加工適宜性,建立發(fā)芽花生品種篩選評價標準,發(fā)芽花生專用品種的篩選勢在必行;研究發(fā)芽花生在不同加工條件下對其營養(yǎng)成分的變化規(guī)律,開發(fā)營養(yǎng)、美味的即食產(chǎn)品及功能性食品必將成為今后的研究熱點。