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發(fā)芽對黑大麥游離氨基酸及其他營養(yǎng)成分的影響

2018-04-12 22:43李雅婷歐陽鵬凌余滿堂李啟蓮宋立華
食品工業(yè)科技 2018年6期
關(guān)鍵詞:大麥游離膳食

蔣 芮,李雅婷,歐陽鵬凌,余滿堂,李啟蓮,宋立華,*

(1.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院食品科學(xué)與工程系,上海 200240;2.豐澤華綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)合作社,青海西寧 810000)

黑大麥(HordeumdistichumL.)[1]是一種比普通大麥營養(yǎng)價值更高的有色谷物,其蛋白質(zhì)含量比普通大麥高2.85%,谷物限制性氨基酸——蛋氨酸和賴氨酸的含量分別比普通大麥高10.53%和7.9%,另外17種氨基酸中有14種比普通大麥高出2%~10%[2]。可見,黑大麥?zhǔn)菢O具開發(fā)價值的谷物食品。

已有研究表明發(fā)芽處理可有效提高大麥中各種游離氨基酸的含量[3]。另外,谷物種子發(fā)芽過程中,會產(chǎn)生一系列生理生化變化,表現(xiàn)為淀粉和蛋白質(zhì)等物質(zhì)水解,植酸、蛋白酶抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子減少,維生素及礦物質(zhì)含量增加等,從而使其營養(yǎng)價值和風(fēng)味得到提高和改善[4]。但發(fā)芽對黑大麥中游離氨基酸及其他營養(yǎng)成分的影響尚未見相關(guān)報道。本文研究了黑大麥最佳發(fā)芽工藝以及發(fā)芽過程中游離氨基酸和其他主要營養(yǎng)成分的變化,為黑大麥功能性食品的開發(fā)提供實驗數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑大麥 青海省西寧市澤華綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)合作社;次氯酸鈉、10%(v/v)稀鹽酸、10%(v/v)三氯乙酸、氫氧化鈉、鐵氰化鉀、正丁醇、茚三酮、硝酸 均為分析純,購自國藥集團(tuán);氨基酸混合標(biāo)準(zhǔn)品 Type B(01608641),和光純藥工業(yè)株式會社。

LRH150型培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;Sceintz48型高通量組織破碎儀 寧波新芝生物科技股份有限公司;L8900型日立全自動氨基酸分析儀、日立專用離子交換樹脂柱(3 μm,4.6 mm×60 mm) 日立高新技術(shù)株式會社;Waters e2695型高效液相色譜、C18(250 mm×4. 6 mm,5 μm) 沃特世科技(上海)有限公司;TGL16/TGL16型臺式高速冷凍離心機(jī) 湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司;Kjeltec 8100型自動凱氏定氮儀 福斯分析儀器公司;PE AA800型原子吸收光譜儀火焰檢測器 珀金埃爾默儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 黑大麥發(fā)芽工藝參數(shù)優(yōu)化 工藝流程:籽粒篩選→凈水清洗→次氯酸殺菌→浸泡→恒溫萌芽→80 ℃凍存。

操作要點:選擇色澤一致、籽粒飽滿均勻、無外傷的黑大麥籽粒,超純水清洗表面灰土,棄去浮渣,用0.001 g/mL次氯酸鈉溶液殺菌30 s,無菌水清洗3次,浸泡一定時間、恒溫發(fā)芽培養(yǎng)、-80 ℃凍存[5]。

在前期預(yù)實驗的基礎(chǔ)上,以浸泡時間、發(fā)芽溫度及培養(yǎng)時間為主要影響因素,設(shè)計三因素三水平正交實驗(如表1所示)。

表1 黑大麥發(fā)芽工藝正交實驗設(shè)計表Table 1 Orthogonal experiment of germination process of black barley

根據(jù)正交實驗條件,用無菌水浸泡后移至培養(yǎng)箱中恒溫發(fā)芽,期間觀察種子的形態(tài),計算發(fā)芽率。發(fā)芽率按照以下公式計算:

發(fā)芽率(%)=(Nij)/N×100

式中:i未發(fā)芽種子數(shù);j露白種子數(shù);N供試種子總數(shù)。

1.2.2 游離氨基酸的測定 收集發(fā)芽黑大麥,冷凍干燥后,低溫粉碎過80目篩,用于以下成分測定。

游離氨基酸的測定參照Xu等[6]的方法進(jìn)行。分別準(zhǔn)確稱量未發(fā)芽黑大麥、浸泡8 h籽粒和發(fā)芽黑大麥(24、48、72 h)的低溫粉碎粉末100 mg,加入稀鹽酸1 mL(0.1 mol/L),組織研磨儀研磨(60 Hz,5 min);離心(8000 r/min,8 min)后取上清200 μL,加10%三氯乙酸200 μL,渦旋混勻,4 ℃下反應(yīng)1 h后,12000 r/min離心30 min(4 ℃),取上清200 μL,加入5.75 μL NaOH(8 mol/L),調(diào)pH至2±0.5;12000 r/min離心30 min(4 ℃),取上清100 μL,0.45 μm微孔濾膜過濾,取40 μL濾液進(jìn)樣分析,茚三酮柱后衍生法定性定量。結(jié)果以每毫克樣品所含氨基酸納摩爾數(shù)表示(nmol/mg)。

1.2.3 黑大麥發(fā)芽過程中其他營養(yǎng)成分的含量測定 微量元素的測定:分別稱取0.5 g未發(fā)芽黑大麥和發(fā)芽72 h帶芽籽粒的低溫粉碎粉末于坩堝中,在電爐上低溫碳化至無煙,移入馬沸爐中550 ℃灰化完全,取出稍冷后滴加HNO3(1∶1)2 mL置于電爐上微沸溶解,移入50 mL容量瓶中以水定容,搖勻,同時制作空白。利用原子吸收光譜火焰檢測器測定。

蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、維生素B1、維生素B2和膳食纖維[712]等營養(yǎng)成分均采用國標(biāo)方法檢測,樣品為未發(fā)芽黑大麥和發(fā)芽72 h帶芽籽粒的低溫粉碎粉末。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 所有實驗均進(jìn)行3次及以上的重復(fù),數(shù)據(jù)差異性分析及作圖采用GraphPad Prism 6軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑大麥發(fā)芽工藝參數(shù)的優(yōu)化

種子的發(fā)芽條件主要取決于其含水量和環(huán)境溫度[13]。延長浸泡時間可增加種子的含水量,一般大麥最佳發(fā)芽含水量為39%~44%[14];其次,在含水量滿足萌發(fā)要求的情況下,由于溫度影響酶的活性,從而影響到種子內(nèi)部物質(zhì)的轉(zhuǎn)運,因此,發(fā)芽溫度也顯著影響種子的發(fā)芽率[15],但不同的谷物種子對發(fā)芽溫度的要求有所不同;此外,谷物不同發(fā)芽要求的培養(yǎng)時間不同,因此本實驗以浸泡時間、發(fā)芽溫度及培養(yǎng)時間為參數(shù),設(shè)計了正交實驗,觀察影響黑大麥發(fā)芽率的關(guān)鍵因素和最佳條件。

正交實驗結(jié)果如表2所示,由表2中數(shù)據(jù)可看出,各實驗因素中發(fā)芽溫度對發(fā)芽率影響最大,其次是培養(yǎng)時間,浸泡時間影響最小。正交實驗建立的黑大麥最佳發(fā)芽條件為A2B2C2:浸泡8 h,發(fā)芽溫度15 ℃,培養(yǎng)時間48 h,此時發(fā)芽率達(dá)62.14%。徐本美等[16]研究也證明發(fā)芽溫度為15 ℃時有利于大麥的萌發(fā),與本研究結(jié)果相同。大麥種子發(fā)芽需低溫條件,且萌發(fā)啟動緩慢,萌發(fā)時間較長,這可能與麥類植物的耐寒特性有關(guān)[17]。但另有研究發(fā)現(xiàn)糙米的最適萌發(fā)溫度為35 ℃左右[18],而粟米則在33 ℃左右[19],均顯著高于大麥,說明谷物不同,其所需最佳發(fā)芽溫度也有差異。

表2 黑大麥發(fā)芽工藝正交實驗結(jié)果 Table 2 Orthogonal test results of germination process of black barley

2.2 黑大麥發(fā)芽對游離氨基酸的影響

本實驗還檢測了發(fā)芽24、48和72 h黑大麥中游離氨基酸的含量,實驗結(jié)果表明發(fā)芽48 h時黑大麥中的氨基酸含量介于24 h與72 h之間,發(fā)芽72 h對各營養(yǎng)成分含量具有較明顯的影響,故此處僅列出發(fā)芽時間較短及較長的狀態(tài)下對各營養(yǎng)成分的影響。如圖1所示為發(fā)芽前后游離氨基酸總量的變化趨勢。從圖1中可看出,黑大麥在發(fā)芽過程中,游離氨基酸總量隨發(fā)芽時間的延長而顯著增加(p<0.05),未發(fā)芽黑大麥中的含量為9.589 nmol/mg,發(fā)芽72 h后的含量是發(fā)芽前的2.642倍,為25.331 nmol/mg。這是由于發(fā)芽過程是一種復(fù)雜的生理生化變化過程,為了保證發(fā)芽過程所需的物質(zhì)和能量,發(fā)芽初期胚部吸水后可誘導(dǎo)淀粉酶和蛋白酶的活性增加,分解胚乳中的蛋白質(zhì)和淀粉,其中蛋白質(zhì)被降解為小分子肽,然后進(jìn)一步水解為游離氨基酸[20]。因此,在黑大麥發(fā)芽過程中會出現(xiàn)游離氨基酸總量上升的現(xiàn)象。這一過程受到籽粒品種(質(zhì))、發(fā)芽條件等多種因素的影響[21]。

圖1 黑大麥發(fā)芽過程中游離氨基酸總量的變化Fig.1 Changes of free amino acids in germination of black barley注:“*”表示與未發(fā)芽黑大麥相比差異顯著,p<0.05;圖2~圖4同。

從氨基酸的分類來看,本實驗中三類氨基酸(必需、半必需及非必需)在黑大麥發(fā)芽過程中均顯著增加(p<0.05)(圖2)。其中,與發(fā)芽前相比,發(fā)芽72 h后非必需氨基酸、必需氨基酸分別從6.858、2.061 nmol/mg增加到11.222、11.882 nmol/mg,是發(fā)芽前的1.64倍和5.76倍。必需氨基酸和非必需氨基酸的比例由0.30增加到1.06,是發(fā)芽前的3.52倍(未列出)。蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值主要由必需氨基酸的含量決定,必需氨基酸和非必需氨基酸比例的增加表明發(fā)芽處理可顯著提高黑大麥中氨基酸的生物利用率,增強(qiáng)其營養(yǎng)價值。此外,半必需氨基酸和條件必需氨基酸也在發(fā)芽過程中從0.688 nmol/mg增加到2.269 nmol/mg,是發(fā)芽前的3.30倍,這與徐建國[22]研究中關(guān)于燕麥發(fā)芽過程氨基酸變化趨勢相一致。表明發(fā)芽后黑大麥的營養(yǎng)品質(zhì)得到改善。

圖2 黑大麥發(fā)芽過程中必需、半必需和非必需氨基酸的變化 Fig.2 Changes of essential,semiessential and nonessential amino acids in germination of black barley

除上述必需和非必需氨基酸比例的變化外,黑大麥發(fā)芽過程中鮮味、甘味、支鏈和芳香族氨基酸含量也有所變化(如圖3所示)。隨著發(fā)芽時間的延長,鮮味氨基酸含量的變化表現(xiàn)為先降低后增加的趨勢,發(fā)芽24 h后,其含量降低到2.582 nmol/mg,72 h后又回升至3.025 nmol/mg;而甘味、支鏈和芳香族氨基酸含量在發(fā)芽過程中一直呈增加趨勢,未發(fā)芽黑大麥中其含量分別為4.082、0.914和0.677 nmol/mg,72 h后,是發(fā)芽前的2.719、7.156和3.962倍,分別為11.100、6.543和2.683 nmol/mg。

圖3 黑大麥發(fā)芽過程中鮮味、甘味、支鏈和芳香族氨基酸的變化Fig.3 Changes of flavor,sweet,branched chain and aromatic amino acids in germination of black barley

氨基酸是維持人體生命活動的必需物質(zhì),除生理功能外還具有特殊的呈味作用,如谷氨酸的鈉鹽即為味精的主要成分,是天然氨基酸中鮮味最強(qiáng)的物質(zhì),天冬氨酸及其鈉鹽也具有鮮味,此外甘氨酸因具有甜味在調(diào)味品中作為甜味料得到廣泛應(yīng)用[23]。黑大麥發(fā)芽過程中鮮味氨基酸谷氨酸和天冬氨酸含量無顯著變化,與姚森等[24]研究有相似之處;但甘氨酸含量隨發(fā)芽時間的延長而增加,因此發(fā)芽在一定程度上有利于改善黑大麥的風(fēng)味。

亮氨酸、纈氨酸和異亮氨酸統(tǒng)稱為支鏈氨基酸,具有特殊的營養(yǎng)功能,可調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)和氨基酸代謝,促進(jìn)胰島素和生長激素釋放,能使術(shù)后創(chuàng)傷病人更快達(dá)到氮平衡,具有一定的抗疲勞作用,并對肝硬化有積極影響,還在肝性腦病的治療中起重要作用[2529]。Shimomura等[30]研究表明,運動前后補(bǔ)充支鏈氨基酸對減少運動引起的肌肉損傷和促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)合成具有有益的作用。黑大麥發(fā)芽后支鏈氨基酸含量顯著上升,表明發(fā)芽處理可使黑大麥功能性活性成分增加,營養(yǎng)品質(zhì)得到極大提高。

2.3 黑大麥發(fā)芽過程中其他營養(yǎng)成分的含量變化

除上述氨基酸的變化外,發(fā)芽還引起其他營養(yǎng)成分含量的變化。表3為未發(fā)芽黑大麥和發(fā)芽72 h帶芽籽粒的其他營養(yǎng)成分的檢測結(jié)果。

表3 發(fā)芽對黑大麥基礎(chǔ)營養(yǎng)成分含量的影響 Table 3 Effect of germination on main nutrients content in black barley

由表3中數(shù)據(jù)可看出,發(fā)芽可提高黑大麥中蛋白質(zhì)的含量(p<0.05),這可能由于發(fā)芽改變了蛋白酶的活性[31],進(jìn)而影響了蛋白的合成。發(fā)芽對黑大麥脂肪含量雖無顯著影響(p>0.05),但有增高的趨勢,這一結(jié)果與發(fā)芽燕麥的變化相同[32]。發(fā)芽后維生素B1和維生素B2的含量顯著增加,表現(xiàn)為發(fā)芽72 h后,維生素B1和B2的含量分別達(dá)到0.13 mg/100 g和0.20 mg/100 g,分別相當(dāng)于未發(fā)芽黑大麥的13倍和6.76倍。這可能由于黑大麥在發(fā)芽過程中為了滿足自身代謝活動的需要而合成了維生素B1和B2。這一現(xiàn)象與其他麥類[33]和豆類[34]發(fā)芽過程中B族維生素含量變化研究的結(jié)果趨勢一致。但發(fā)芽使黑大麥中的淀粉含量顯著降低(p<0.05),這可能由于未發(fā)芽黑大麥經(jīng)過浸泡后水分含量急劇上升,淀粉酶被激活,隨著發(fā)芽時間的延長,在淀粉酶的作用下淀粉被降解為小分子多糖,Moongngarm等[35]發(fā)現(xiàn)發(fā)芽24 h時,糙米中α淀粉酶活性增強(qiáng)。

黑大麥中還含有豐富的微量元素,由表4可知,黑大麥發(fā)芽過程中鈣、鐵和錳元素分別是未發(fā)芽黑大麥的1.276、1.386和1.527倍(p<0.05),鉀、銅、鋅元素則都顯著下降。這一變化趨勢與發(fā)芽大豆中微量元素的變化趨勢略有不同[36],表明食品原料不同,發(fā)芽對微量元素含量的影響也不同。

表4 發(fā)芽對黑大麥微量元素含量的影響Table 4 Effect of germination on elements content in black barley

鈣、鐵和錳是人體中重要的微量元素,維持人的正常代謝活動,鈣是人體骨骼的主要成分,還與神經(jīng)應(yīng)激過程密切相關(guān)[37];鐵是造血系統(tǒng)的主要原料,缺乏可能造成缺鐵性貧血[38];錳參與多種酶的合成,如超氧化物歧化酶、精氨酸酶等,二價錳能激活一百多種酶的活性,如磷酸酶、膽堿酯酶等[39]。發(fā)芽黑大麥中鈣、鐵和錳含量增加,提高了其營養(yǎng)價值。此外,有研究表明發(fā)芽植物中微量元素的含量也可通過浸泡溶液的溶質(zhì)組成與濃度來調(diào)控,采用一定濃度的硫酸亞鐵溶液處理糙米,可提高發(fā)芽糙米中鐵的含量[40]。

膳食纖維有結(jié)合膽汁酸的功能,可將其排出體外,預(yù)防膽結(jié)石的發(fā)生,還能刺激大腸腸壁,促進(jìn)其蠕動,加快糞便排出,縮短了腸道內(nèi)糞便的滯留時間,加速體內(nèi)有毒物質(zhì)的排除,對預(yù)防結(jié)腸癌等疾病有一定作用[41]。黑大麥作為粗糧,膳食纖維含量豐富[42]。由圖4可知,發(fā)芽后黑大麥可溶性膳食纖維含量顯著降低,不溶性膳食纖維增加,總膳食纖維含量減少(p<0.05)。這可能是由于發(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[43],從而使得膳食纖維含量降低。此結(jié)果與發(fā)芽大豆中膳食纖維的變化一致[44]。

圖4 發(fā)芽對黑大麥膳食纖維含量變化的影響Fig.4 Effect of germination on dietary fiber content of black barley

3 結(jié)論

黑大麥經(jīng)過常溫浸泡8 h后,在溫度15 ℃下培養(yǎng)48 h,發(fā)芽率最高達(dá)到62.14%。

黑大麥發(fā)芽72 h,總游離氨基酸、必需、半必需、非必需氨基酸、甘味、支鏈氨基酸含量及必需氨基酸和非必需氨基酸的比例均顯著增加;蛋白質(zhì)、維生素B1和B2也顯著上升,而淀粉含量顯著下降;鈣、鐵和錳等元素顯著增加,鉀、銅、鋅等元素都顯著下降;可溶性膳食纖維和總膳食纖維含量顯著減少,不溶性膳食纖維顯著增加??梢?總體來看通過發(fā)芽處理后黑大麥的營養(yǎng)價值得到改善,可為開發(fā)功能性谷物食品提供了良好的食品原料。

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