發(fā)芽處理對(duì)谷物主要成分含量變化的影響

馬先紅，魏玉玲，李京徽，連麗麗,*

（1.吉林化工學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.長春中之杰食品有限公司，吉林 長春 130118）

發(fā)芽是指種子在合適的條件下開始萌發(fā)，并逐漸生長形成為一株完整的幼苗。發(fā)芽谷物是我國傳統(tǒng)的藥材與食物。據(jù)記載，谷芽作為中藥距今已有2 300多年的歷史，《中國藥典》中記載：谷芽別名粟芽，性甘，有消食健胃的功效，用于改善消化不良?！侗静菥V目》中對(duì)綠豆芽的記載為：諸豆生芽、皆腥韌不堪，惟此豆之芽，白美獨(dú)異，今人視為尋常，而古人未知者也。但受濕熱郁浥之氣，故頗發(fā)瘡動(dòng)氣，與綠豆之性，稍有不同。《中藥大辭典》中記載：赤小豆芽，性微涼，對(duì)治療便血、妊娠胎漏有作用。

當(dāng)前，發(fā)芽被認(rèn)為是一種簡單、廉價(jià)、低碳的谷物加工方式，更是一種有效改善谷物營養(yǎng)成分和加工品質(zhì)的方法[1-2]。有生命力的谷物種子吸水后，經(jīng)過一定時(shí)期的呼吸作用，激活并合成了一些生物內(nèi)源酶，使種胚從種皮中生長出來，露出胚根。隨著發(fā)芽的進(jìn)行，在生物內(nèi)源酶的作用下，谷物中的蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物等一些大分子物質(zhì)被分解，維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)素被釋放，進(jìn)而使谷物成分發(fā)生了一定的變化[3-4]。

1 發(fā)芽處理對(duì)谷物淀粉的影響

天然淀粉存在很多缺陷，限制了它的應(yīng)用。因此很多學(xué)者使用了一些化學(xué)方法[5]、物理方法[6-7]、生物方法[8]和酶法[9-10]等改變了淀粉的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了淀粉的應(yīng)用范圍?；瘜W(xué)法是相對(duì)成熟的淀粉改性方法，但其缺點(diǎn)是存在溶劑殘留等問題，一些國家已經(jīng)禁止或限制了化學(xué)改性淀粉在食品中的應(yīng)用[11]。常用的物理改性的方法主要有高壓處理、濕熱處理等。物理改性淀粉雖然沒有溶劑殘留，但對(duì)設(shè)備的要求較嚴(yán)格。生物法是通過改變淀粉生物合成途徑中目標(biāo)酶的基因來改良淀粉特性的。但是，生物法的要求高，目的單一，不能多方面地改善淀粉的特性。酶法是一種比較溫和、高效和環(huán)保的方法。發(fā)芽是一種利用生物內(nèi)源酶作用的一種淀粉改性方法。

根據(jù)王倩雯等[12]的研究可知，蕓豆發(fā)芽過程中，淀粉含量的總體變化趨勢(shì)是下降的（表1）。蕓豆籽粒中的淀粉酶被活化，使淀粉由原來的結(jié)合狀態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)，從而淀粉含量有增加的趨勢(shì)，未發(fā)芽的蕓豆中淀粉含量為52.51%，當(dāng)浸泡12 h后蕓豆中淀粉含量增加到55.67%，變化明顯。淀粉有水解和磷酸降解兩種降解方式，在蕓豆萌發(fā)的初期，淀粉磷酸化酶活性較高，淀粉轉(zhuǎn)化的主要途徑是磷酸降解途徑，此降解過程為可逆過程，當(dāng)反應(yīng)物中含有大量葡萄糖-1-磷酸時(shí)，就會(huì)形成淀粉。發(fā)芽初期，芽長在0.51～1.00 cm時(shí)，淀粉含量增加到57.08%，隨著萌發(fā)的進(jìn)行，當(dāng)芽長在2.01～2.50 cm時(shí)，淀粉含量明顯下降，當(dāng)芽的長度大于3.51 cm時(shí)，淀粉含量下降到42.47%。

糙米是稻谷脫殼后不經(jīng)過加工或經(jīng)過較少加工的全谷粒米。于曉曉[13]研究了糙米在發(fā)芽0～5 d總淀粉、直鏈淀粉及支鏈淀粉含量變化，發(fā)現(xiàn)總淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉含量隨著發(fā)芽時(shí)間的延長均呈下降趨勢(shì)（表1），而且總淀粉和支鏈淀粉含量下降的幅度較大。糙米發(fā)芽后，淀粉含量降低的主要原因是α-淀粉酶、β-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶等一系列淀粉酶得到活化，活化后的酶促進(jìn)了淀粉降解，為種子發(fā)芽提供能量。

豇豆為豆科豇豆屬一年生纏繞、草質(zhì)藤木或近直立草本植物。劉金芳等[14]的研究表明，海豇2號(hào)（H2）及海秀7號(hào)（H7）的淀粉含量隨著發(fā)芽時(shí)間的延長而呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，而海豇1號(hào)（H1）出現(xiàn)了微增后下降的趨勢(shì)，可能是由于品種不同導(dǎo)致的差異；在發(fā)芽5 d后，H1、H2及H7的淀粉含量均有所降低，原因可能是在發(fā)芽過程中淀粉酶的活性提高，淀粉被分解所致（表1）。

表1 發(fā)芽處理對(duì)谷物淀粉含量的影響Table 1 Effect of germination on grain starch content 單位：g/100 g

通過上述研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不同谷物發(fā)芽過程中其淀粉含量的變化是不同的，例如糙米中兩種不同淀粉含量都呈下降趨勢(shì)，總淀粉含量下降；蕓豆則是呈現(xiàn)出波浪式變化，在芽長為0.51～1.00 cm時(shí)達(dá)到最大值，而后下降；豇豆則在不同品種上出現(xiàn)了不同的變化，海秀7號(hào)（H7）和海豇2號(hào)（H2）的淀粉含量的總體變化趨勢(shì)均為下降，而海豇1號(hào)（H1）則為先上升，在發(fā)芽第2天達(dá)到峰值后下降。

2 發(fā)芽處理對(duì)谷物蛋白質(zhì)的影響

大豆通稱黃豆，是豆科大豆屬一年生草本植物。經(jīng)朱春燕[15]的研究可知，大豆（皖豆6號(hào)）中的粗蛋白在發(fā)芽的1 d時(shí)含量明顯增加，2 d時(shí)增加速率開始減緩，隨著時(shí)間的推移，粗蛋白含量持續(xù)緩慢增長，在發(fā)芽5 d時(shí)達(dá)到最大值（46.5%）（表2）。經(jīng)過發(fā)芽處理后，大豆（皖豆6號(hào)）中的可溶性蛋白也有所增加，在發(fā)芽1 d時(shí)增加相對(duì)比較明顯，接下來的幾天持續(xù)緩慢增長，在發(fā)芽6 d時(shí)到達(dá)最大值（29.98%）。大豆（皖豆6號(hào)）中的不可溶性蛋白，隨著大豆的發(fā)芽其含量不斷減少，發(fā)芽6 d時(shí)僅有4.07%，相較于原大豆減少了73.03%。大豆（皖豆6號(hào)）在發(fā)芽過程中，蛋白質(zhì)組分也發(fā)生了變化，在發(fā)芽首日谷蛋白含量下降，隨后上升，在5 d時(shí)達(dá)到峰值，球蛋白、清蛋白及醇溶蛋白都變化不大。在大豆發(fā)芽的過程中，可能是由于大豆中的主要營養(yǎng)成分不斷被消耗，最終導(dǎo)致大豆芽中的蛋白質(zhì)增加。大豆在發(fā)芽初期蛋白酶活性最大。在發(fā)芽初期以大分子蛋白為主，隨著發(fā)芽時(shí)間的延長，則改為以小分子蛋白為主。

燕麥?zhǔn)呛瘫究蒲帑湆僖荒晟荼局参?。鮑會(huì)梅[16]采用凱式定氮法測(cè)定了燕麥在20℃時(shí)發(fā)芽8 d過程中的蛋白質(zhì)含量變化（表2）。結(jié)果表明，在前2天內(nèi)燕麥中的蛋白質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)，2～6 d呈上升趨勢(shì)，6～8 d則又呈下降趨勢(shì)。發(fā)芽6 d時(shí)，蛋白質(zhì)含量達(dá)到最大值20.5%，比未發(fā)芽的燕麥約增加了3.5%。發(fā)芽初期，燕麥種子處于休眠期，當(dāng)溫度適宜，水分充足時(shí)，種子開始發(fā)芽，種子內(nèi)部發(fā)生呼吸作用，酶開始活化，有機(jī)物之間開始相互轉(zhuǎn)化，種子在發(fā)芽時(shí)會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)分解，在蛋白酶的作用下，蛋白質(zhì)被分解成為氨基酸和肽，這個(gè)過程使發(fā)芽種子的營養(yǎng)成分較未發(fā)芽時(shí)明顯增加。

鷹嘴豆是豆科鷹嘴豆屬一年生或多年生攀緣草木，其營養(yǎng)成分含量高，其中蛋白質(zhì)含量為18.42%。杜高發(fā)等[17]研究發(fā)現(xiàn)，鷹嘴豆在發(fā)芽過程中蛋白質(zhì)含量整體呈下降趨勢(shì)（表2），前期下降相對(duì)平緩，后期大幅下降。這主要是因?yàn)樵诟稍镫A段的鷹嘴豆種子處于休眠狀態(tài)，在合適的溫度濕度條件下，種子逐漸萌發(fā)，蛋白質(zhì)的大分子轉(zhuǎn)化成發(fā)芽過程中新陳代謝所需要的小分子物質(zhì)。經(jīng)過9 d的發(fā)芽時(shí)間，蛋白質(zhì)含量由最初的18.42%降低至13.50%。

通過上述研究結(jié)果可知：不同谷物發(fā)芽過程中其蛋白質(zhì)含量的變化是不同的，例如鷹嘴豆在發(fā)芽過程中蛋白質(zhì)含量是減少的，燕麥中的蛋白質(zhì)含量呈波浪式變化，而Ghumman等[18]的研究中小扁豆和馬豆的蛋白含量都小幅度上升（表2）；且同一谷物中不同種類的蛋白變化也有所不同，例如大豆中的粗蛋白和可溶性蛋白都是增多的，而不可溶性蛋白則大量減少。

表2 發(fā)芽處理對(duì)谷物蛋白質(zhì)含量的影響Table 2 Effect of germination on grain protein content 單位：%

3 發(fā)芽處理對(duì)谷物脂肪的影響

花生原名落花生，屬薔薇目豆科一年生草本植物。楊天等[19]研究發(fā)現(xiàn)5個(gè)品種的花生在發(fā)芽過程中，脂肪被分解，為種子的發(fā)芽生長提供能量，從而導(dǎo)致其含量下降（見表3）。未發(fā)芽的花生脂肪含量占花生干重的42.54%～48.36%。除花育20號(hào)花生在發(fā)芽48 h脂肪含量達(dá)到最大值以外，其他品種在發(fā)芽24 h時(shí)達(dá)到最大值。然后隨著發(fā)芽時(shí)間的延長各品種花生的脂肪含量下降。

蕓豆是一種可食用的豆科植物，學(xué)名菜豆，屬薔薇目豆科菜豆屬。根據(jù)王倩雯等[12]的研究可知，蕓豆發(fā)芽期間脂肪含量總體呈下降趨勢(shì)（表3），脂肪在蕓豆發(fā)芽的過程中被分解利用，一部分作為能源供給生長需求，一部分則參與發(fā)芽過程中的物質(zhì)合成。

Ferreira等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，在鷹嘴豆發(fā)芽的過程中，脂肪含量變化不大（表3）。

表3 發(fā)芽處理對(duì)谷物脂肪含量的影響Table 3 Effect of germination on grain fat content 單位：g/100 g

通過上述研究結(jié)果表明：不同谷物發(fā)芽過程中脂肪含量的變化不同，例如蕓豆呈現(xiàn)出先減少再增加，之后再下降的趨勢(shì)；而花生的5個(gè)不同品種則均呈現(xiàn)出先上升再下降的趨勢(shì)；鷹嘴豆的發(fā)芽對(duì)脂肪含量的影響微乎其微。

4 發(fā)芽處理對(duì)谷物礦物質(zhì)的影響

邵玉芳等[21]采用原子吸收分光光度法測(cè)定溶液可以透過的鈣和鐵含量，計(jì)算生物可給率，發(fā)現(xiàn)未發(fā)芽的全籽粒燕麥中鈣的生物可給率為35.5%，鐵則為11.0%，經(jīng)過發(fā)芽處理84 h的鈣和鐵的生物可給率有明顯的增加，分別達(dá)到了63.9%和44.6%。

經(jīng)王慧[22]的研究可知，大豆中的植酸活性隨發(fā)芽的進(jìn)行而增強(qiáng)，從而產(chǎn)生水溶性磷，同時(shí)磷、鉀、鈉、鈣含量降低，僅有少數(shù)的品種會(huì)出現(xiàn)發(fā)芽過程中鉀、鈉含量增加（表4）。

黑大麥?zhǔn)瞧胀ù篼湹囊环N變種。由蔣芮等[23]的研究可知，黑大麥中富含豐富的微量元素（表4），黑大麥發(fā)芽過程中其鈣、鐵及錳等元素增加，而鉀、銅、鋅等元素則略有所下降。發(fā)芽黑大麥鈣、鐵及錳含量的增加，提高了其營養(yǎng)價(jià)值。

表4 發(fā)芽處理對(duì)谷物礦物質(zhì)含量的影響Table 4 Effects of germination on grain mineralscontent 單位：mg/100 g

通過上述研究結(jié)果可知：發(fā)芽處理對(duì)不同谷物中礦物質(zhì)的變化影響是不同的，例如燕麥中的鈣含量和鐵含量是持續(xù)降低的；大豆中的磷、鉀、鈉、鈣含量沒有明顯的變化規(guī)律；黑大麥中鉀、銅、鋅含量降低，鈣、鐵、錳含量增加。

5 發(fā)芽處理對(duì)谷物維生素的影響

吳鳳鳳[24]研究發(fā)現(xiàn)，在糙米發(fā)芽期間其γ-谷維素和VE含量呈先上升后下降的趨勢(shì)（表5）。鮑會(huì)梅[25]采用2,6-二氯靛酚測(cè)定法測(cè)定了黑豆在20℃時(shí)發(fā)芽7 d的VC含量變化，發(fā)現(xiàn)黑豆在未發(fā)芽時(shí)幾乎檢測(cè)不到VC，在發(fā)芽過程中VC含量呈上升趨勢(shì)，發(fā)芽48～120 h時(shí)VC含量有明顯增長，發(fā)芽至168 h時(shí)VC含量為6.35 mg/100 g（表5）。

鮑會(huì)梅[26]測(cè)定糙米在25℃時(shí)發(fā)芽72 h過程中VB6和VC含量分變化（表5），發(fā)現(xiàn)糙米在發(fā)芽過程中VB6含量持續(xù)升高，在72 h時(shí)VB6含量達(dá)到最大值，VC含量在發(fā)芽24 h時(shí)達(dá)到最大值，后開始下降。說明糙米發(fā)芽可以提高維生素含量，進(jìn)而改善糙米品質(zhì)。

Krapf等[27]對(duì)燕麥進(jìn)行了發(fā)芽研究，發(fā)芽后VC含量顯著增加，除了在30℃下發(fā)芽，其余溫度（10、14、20、25℃）下VC含量均隨發(fā)芽時(shí)間的延長而增加，且在20℃時(shí)增長最明顯（表5）。

表5 發(fā)芽處理對(duì)谷物維生素含量的影響Table5 Effects of germination on vitamin content in grains 單位：mg/100 g

通過以上研究結(jié)果表明：發(fā)芽處理對(duì)不同谷物中維生素變化的影響是不同的，例如在糙米發(fā)芽期間的γ-谷維素和VE含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，VB6含量則持續(xù)升高；黑豆在未發(fā)芽時(shí)幾乎檢測(cè)不到VC，在黑豆發(fā)芽的過程中VC含量呈上升趨勢(shì)；燕麥VC含量在10、14、20、25℃發(fā)芽時(shí)呈上升趨勢(shì)。

6 展望

發(fā)芽處理作為一項(xiàng)極為重要的加工技術(shù)，因其純天然、損失小、營養(yǎng)高等特點(diǎn)，受到海內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注和研究。當(dāng)干燥的谷物吸收到外界的水分之后開始溶脹，谷物內(nèi)的酶被活化，代謝速度加快，產(chǎn)生一系列代謝產(chǎn)物，發(fā)生了復(fù)雜的物理、化學(xué)及結(jié)構(gòu)變化，從而進(jìn)一步改善了谷物的營養(yǎng)成分、功能特性及風(fēng)味。發(fā)芽可以改變谷物的化學(xué)成分，使谷物中的淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)元素等營養(yǎng)成分發(fā)生改變，同時(shí)增加了活性代謝成分的含量，所以發(fā)芽是改良并提升谷物食品品質(zhì)的高效方法。目前發(fā)芽谷物在飲品、面點(diǎn)、餅干、酒類上的應(yīng)用較為廣泛[1-2]。但當(dāng)前發(fā)芽谷物的研究也存在一些問題。首先發(fā)芽對(duì)谷物中淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分影響不同，這可能與谷物自身營養(yǎng)成分、選用的谷物發(fā)芽方法、谷物內(nèi)源酶的不同有關(guān)，需要廣大學(xué)者更深入系統(tǒng)地進(jìn)行研究；其次，谷物發(fā)芽所需設(shè)備缺乏，需要設(shè)備研發(fā)人員開發(fā)相關(guān)設(shè)備來滿足科研和生產(chǎn)加工的需要；最后，發(fā)芽谷物食品在市場(chǎng)上還很少見，所以發(fā)芽谷物食品的科學(xué)研究應(yīng)盡快應(yīng)用到生產(chǎn)中。