食用豆品種萌發過程中γ-氨基丁酸(GABA)含量變化

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(中國農業大學 農學與生物技術學院,北京 100193)

食用豆品種萌發過程中γ-氨基丁酸(GABA)含量變化

陳振,黃維娜,康玉凡*

(中國農業大學 農學與生物技術學院,北京 100193)

為研究不同食用豆品種萌發過程的GABA含量變化趨勢,并為保健芽菜的開發提供技術和材料支持。選擇優良的綠豆、大豆品種各3個,小扁豆和蠶豆品種各2個,進行發芽實驗,通過測定不同萌發天數食用豆中GABA含量,發現不同食用豆間GABA含量的變化趨勢存在較大差異；其中不同萌發天數綠豆GABA含量均較低,蠶豆中GABA含量在萌發第3d達到最大值；而大豆和小扁豆萌發第5d的GABA含量較高,變化范圍為0.51～1.1mg/g·FW。萌發5d的大豆、小扁豆、蠶豆芽體中GABA含量高于子葉中含量。綜合評價,S11、S12、L1、F2芽菜中GABA含量較高,適合開發為保健芽菜優良品種。

食用豆,萌發,GABA,谷氨酸脫羧酶

近年來,隨著生活水平及生活質量的提高,人們越來越關注營養保健和保健食品,富含營養和保健成分的豆類及其芽苗菜正在成為城鄉居民的消費熱點。豆類種子中不僅含有豐富的蛋白質、脂肪、纖維素、半纖維素、果膠、甘露聚糖、豆膠、可溶性纖維等,還含有一些有益于人體健康的生物活性物質,例如大豆異黃酮、酚類物質等[1]。然而,豆類種子中也存在多種抗營養因子如單寧、植酸、蛋白酶抑制劑等,這在某種程度上限制了豆類營養物質的利用。豆類種子經萌發后,抗營養因子被降解,大分子碳水化合物、蛋白質、脂肪等分解為小分子化合物,以利于消化吸收,尤其保健功能成分如維生素、皂苷、多肽、黃酮類、酚類、大豆異黃酮、左旋多巴和γ-氨基丁酸[2-3]等的含量增加。

γ-氨基丁酸是一種天然存在的非蛋白質氨基酸,廣泛分布于動植物體內,是哺乳動物中樞神經系統中重要的抑制性神經傳遞物質,約50%的中樞神經突觸部位以GABA為遞質。高等植物體內GABA的合成主要途徑為谷氨酸在谷氨酸脫羧酶(GAD)催化下經脫羧反應合成。有研究表明,GABA具有降血壓、抗驚厥、鎮痛、改善腦機能、精神安定、促進長期記憶、促進生長激素分泌、腎功能活化、肝功能活化等作用[4]。1994年,Saikusa等[5]首先在實驗發現糙米經過發芽處理,其中的GABA含量增加了4～10倍,引發了關于GABA研究的熱潮。西班牙學者Kuo Yu-haey等[6]研究發現小扁豆、豌豆、大豆種子中GABA含量很少；而萌發1d后豆類種子中GABA的含量會顯著增加,隨著萌發時間的延長,GABA含量逐漸增加;萌發第6天含量達到最大值,分別為0.44,0.32,1.04mg/g md。Oh和Choi[7]還研究了GABA和谷氨酸脫羧酶在大豆幼苗中含量變化情況,發現在根尖部分GABA含量占到了總游離氨基酸的12.3%。而在子葉中只占到4.2%,從而證明了大豆幼苗生長發育最旺盛的組織既是GABA合成最旺盛的,同時也是GABA含量最高的部分。國內學者李巖等[8]發現萌發四天后的蠶豆中GABA顯著增加,不同品種間存在一定差異性；蠶豆種子在33.6℃,pH3.19,空氣流速 1.19 L/min條件下萌發4d后,GABA的含量能達到最大值2.41g/kg md,是蠶豆種子中含量的48倍,適合用于保健蠶豆芽的開發。

食用豆芽菜營養價值豐富,脆嫩清香,是較廉價的保健食品之一。隨著經濟社會的快速發展及人們生活水平的大幅提升,保健作用突出的芽菜需求量也隨之增大。本文通過檢測分析不同食用豆品種GABA成分含量,篩選保健作用優異的品種,為現代芽菜產業健康持續發展提供材料與技術支持。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

在中國農業大學芽菜研究中心多年來對芽用豆類品種評價的基礎上,選取芽用特性優異的綠豆品種3個、大豆品種3個、小扁豆和蠶豆品種各2個,收獲年份均為2010年。實驗材料分別見表1、2、3、4。

表1 3份綠豆材料Table 1 3 copies of mung bean material

表2 3份大豆材料Table 2 3 copies of soybean material

表3 2份小扁豆材料Table 3 2 copies of lentil material

LRH-250光照培養箱 北京博宇寶威實驗設備公司；UV-1200 紫外可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；5810R 高速冷凍離心機 德國 Eppendorf 公司；LGJ-20 冷凍干燥機 北京松源華興科技發展有限公司；FW100高速萬能粉碎機 北京華圣科儀實驗設備有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1 芽菜的培育 模擬工廠化豆芽培養工藝,采用人工氣候箱培養技術:器皿消毒→稱重→淘洗→燙種(僅綠豆)→浸種(6h,23℃)→培養(發芽盒置于23℃恒溫條件下避光培養)→淋水(水溫23℃,每6h淋水一次)→培養5d,第1、3、5d分別取樣,樣品經液氮冷凍處理后,放入-40℃冰箱保存備用。

1.2.2 生理生化指標測定

1.2.2.1 可溶性蛋白含量測定 采用考馬斯亮藍G-250染色法[9]。

1.2.2.2 GABA含量 參考楊勝遠等[10]人的測定方法,并做適當調整,向6個試管中加入0.5mL硼酸緩沖液(pH=9.0,0.2mmol/L)和1mL 6%的重蒸酚,充分搖勻,2～3min后加入1mL 5.2%的NaClO溶液,充分振蕩后沸水浴10min,立即冰浴20min,不斷振蕩,直到出現藍綠色化合物出現。然后10000×g離心5min去雜質,在645nm波長下比色,并記錄。

1.2.2.3 GAD活性 參考景嵐等[11]人測定方法,并做適當調整。取0.5mL 50mmol/L的磷酸緩沖液(pH5.7),其中含l% MSG及0.2mmol/L的PLP,加入0.5mL待測酶液,于37℃水浴中保溫2h；取出后于沸水浴中5min滅酶活,然后加入0.5mL硼酸緩沖液(pH=9.0,0.2mmol/L)和1mL 6%的重蒸酚,充分搖勻,2～3min后加入1mL 5.2%的NaClO溶液,充分振蕩后沸水浴10min,立即冰浴20min,不斷振蕩,直到出現藍綠色化合物出現。取出后10000×g離心5min去雜質,在645nm波長下比色,并記錄。

空白對照實驗:取0.5mL 50mmol/L的磷酸緩沖液(pH5.7),加入0.5mL待測酶液,于沸水浴中5min,然后于37℃水中保溫2h；取出后加入1mL 6%的重蒸酚溶液,1mL有效氯為5.2%的次氯酸鈉溶液,充分振蕩。其余步驟同上。

1.2.3 實驗設計 模擬工廠化豆芽培養工藝,采用人工氣候箱培養技術,進行食用豆芽菜培育,分別在第1、3、5d取樣,樣品經液氮冷凍處理后,放入-40℃冰箱保存備用。進行GABA含量測定,GABA合成關鍵酶GAD活性測定及谷氨酸代謝前體游離氨基酸含量的測定。

1.2.4 數據處理 所有實驗數據重復測定3次。方差分析和顯著性分析應用SPSS(Version 16.0,Inc.；Chicago,IL,USA)軟件。

2 結果與分析

2.1不同萌發天數食用豆中可溶性蛋白含量的變化

圖1為不同萌發天數食用豆中可溶性蛋白含量,整個萌發過程中大豆、綠豆和小扁豆的可溶性蛋白含量的變化趨勢基本一致,均為隨著萌發時間的不斷增加而不斷減少,而蠶豆中可溶性蛋白含量的變化隨萌發天數的進行,先降升高后低然。第1d和3d時,可溶性蛋白含量最高的為大豆,第5d時,綠豆中可溶性蛋白含量降到較低的水平,而大豆和蠶豆中可溶性蛋白含量較高。隨著發芽的進行,種子呼吸強度增強,可溶性蛋白含量顯著增加?？赏茢?食用豆發芽期間由于呼吸作用增強,激活了內源水解酶,蛋白質等大分子貯藏物質水解成游離氨基酸等小分子物質,再轉運至生長部位,然后以不同的方式加以利用,谷氨酸可供GABA合成,隨著代謝合成的加快,可溶性蛋白含量也不斷降低[12]。

圖1 食用豆萌發過程中可溶性蛋白含量變化Fig.1 The soluble protein contents of edible beans during germination

2.2不同萌發天數食用豆中GABA含量的變化

以吸光值為x軸,GABA含量為y軸做標準曲線:y=0.2243x+0.0085(R2=0.9968),得出樣品中GABA含量并作圖。

由圖2可知,綠豆M24、M28中GABA含量隨著萌發時間的增加不斷減少,而M26中GABA含量在萌發1～3d時不斷減小,在3～5d時又不斷增加,其中M24在第3、5d時,GABA含量均高于綠豆其他兩個品種中的含量。3個大豆品種中GABA含量在萌發過程中的變化趨勢存在一定的差異,其中S12中GABA含量在萌發1～3d時不斷升高,在3～5d時又不斷降低,第3d達到最大值0.85mg/g·FW；而S11、S30中GABA含量在萌發1～3d降低,3～5d時,則不斷增加,在第5d,S11中GABA含量達到最大值0.85mg/g·FW。 2個小扁豆品種的GABA含量變化趨勢一致,均是在1～3d不斷降低,而在3～5d是不斷增加。萌發過程2個蠶豆品種中GABA含量變化趨勢一致,均為1～3d不斷增加,而3～5d不斷減少,F2中GABA含量要大于同時期F1中的含量。

圖2 食用豆萌發過程GABA含量變化Fig.2 The histogram of GABA content of edible beans during germination

萌發1、3、5d的綠豆中GABA含量均較低；整個萌發過程中大豆和小扁豆GABA含量均處于較高水平,是GABA含量較多的豆類資源。國內外學者研究發現蠶豆、小扁豆、豌豆、大豆等豆類種子中GABA含量較少,萌發之后,GABA含量顯著增加[6]在食用豆類中,萌發處理也是一種被廣泛用于GABA含量富集的方法,通過種子萌發來提高GABA含量方便、簡單。經浸泡和萌發處理后,種子中GABA含量會顯著增加,主要原因是萌發后的種子中新陳代謝活躍,GABA合成相關酶(谷氨酸脫羧酶、蛋白酶等)活性提高；游離氨基酸含量增加,作為催化反應底物的谷氨酸含量也成倍增加,使反應平衡向合成GABA的方向移動,谷氨酸脫羧酶催化合成GABA加速,提高了GABA的含量；隨著芽體的生長,能量的消耗增多,GABA含量因自身的利用而減少[13]。

2.3不同萌發天數食用豆中谷氨酸脫羧酶(GAD)活性的變化

萌發過程中3個綠豆品種中GAD活性的變化趨勢基本一致,均為隨萌發時間的增加不斷減小(圖3)。萌發過程中3個大豆品種GAD活性存在較大差異,其中S11和S30萌發1～5d GAD活性的變化趨勢一致,均為不斷增加,而S12的GAD活性在1～3d不斷升高,3～5d不斷降低,其中S12的GAD活性較高,要高于同階段其他品種的活性(圖4)。由圖5可知,萌發過程中2個小扁豆品種的GAD活性變化趨勢一致,均為1～3d不斷增強,而3～5d不斷減小,第3d的酶活性最高。蠶豆在萌發過程中GAD活性的變化趨勢和小扁豆的一致,先增強后不斷減小,第3d活性最高(圖6)。

圖3 綠豆萌發過程中GAD活性變化Fig.3 GAD activity change curve of mung bean during germination

圖4 大豆萌發過程中GAD活性變化Fig.4 GAD activity change curve of soybeans during germination

圖5 小扁豆萌發過程中GAD活性變化Fig.5 GAD activity change curve of lentils during germination

圖6 蠶豆萌發過程中GAD活性變化Fig.6 GAD activity change curve of faba beans during germination

比較不同豆類間萌發發過程中GAD活性可知大豆中GAD活性要顯著大于同一萌發階段其他豆類資源中的活性；萌發第3d和5d的綠豆中GAD活性最低。

對萌發第5d的食用豆種子中GABA含量與谷氨酸脫羧酶活性進行相關性分析,可以得出二者相關性系數為0.554(p<0.05),表明萌發過程中,豆類種子中GABA的積累不僅有GAD活性的影響,還有其他因素的影響,比如L-谷氨酸含量、GABA轉氨酶和琥珀酸半醛脫氫酶等。除了這個合成途徑以外,豆類中GABA的積累還和多胺類降解有密切關系[8]。

2.4萌發5d的食用豆子葉和芽體中GABA的含量

為分析萌發的種子中不同部位GABA含量的差異,選擇第5d豆芽中GABA含量最高的4種豆類,分別為S11、M24、L1、F2。由表5中數據可以看出,萌發5d后,M24的子葉中GABA含量最低,S11、L1、F2的子葉中GABA含量沒有顯著差異,其中S11的子葉中含量最高；而在芽體中L1、F2的GABA含量沒有顯著差異,含量最大的為F2,最低的為M24,可知蠶豆芽體是一種富含GABA的蔬菜；4種豆類的豆芽中GABA含量均存在顯著差異,含量由高到低依次為S11、L1、F2、M24。

表5 萌發5d的不同食用豆類豆芽子葉、 芽體及整個植株豆芽中GABA含量Table 5 The GABA content of 5-day germinated bean sprouts

注:同一列數字后面不同字母(A、B、C、D)表示有顯著差異(p<0.05)。

除了綠豆之外,大豆、小扁豆及蠶豆中GABA含量均是芽體中的要大于子葉中的含量,其中含量最高的是蠶豆芽體中的0.912mg/g·FW,是子葉中含量的1.45倍,說明豆芽中GABA含量主要集中在芽體部位。而豆芽中GABA含量最高的是大豆S11,為0.849mg/g·FW,含量最小的是綠豆M24,僅為0.183mg/g·FW,前者是后者的4.6倍左右。

萌發5d的不同食用豆(豆除綠豆外)豆芽中芽體部位GABA含量要顯著高于子葉中的含量,原因可能與GABA的代謝合成有很大關系,子葉是萌發過程中主要營養物質的來源,而豆類主要儲存物質是蛋白質和脂肪,蛋白質分解代謝產生游離氨基酸,然后運輸到代謝活躍的部位,提供芽體生長所需營養,在芽體中合成GABA。

Oh S H[7]研究發現,大豆幼苗根尖中GABA含量占總游離氨基酸含量的12.3%,子葉中只占到4.2%,谷氨酸脫羧酶活性在根尖部位最高,說明大豆幼苗生長發育最旺盛的部位是GABA合成量最大的部位。

4 結論

經過萌發處理之后,食用豆類種子中GABA含量均出現不同程度的增加,營養價值提高,所以食用豆芽菜是一種優良的保健食品。

不同豆類品種萌發過程中GABA含量的變化趨勢差異性較大,大豆和小扁豆中GABA含量較高,萌發第5d GABA變化范圍為0.51～1.1mg/g·FW。萌發5d的大豆、小扁豆、蠶豆芽體中GABA含量要顯著高于子葉中含量。綜合評價,S11、S12、L1、F2芽菜中GABA含量較高,適合開發為保健芽菜優良品種。

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The contents of GABA in edible beans during germination

CHENZhen,HUANGWei-na,KANGYu-fang*

(College of Agronomy and Biotechnology,China Agricultural University,Beijing 100193,China)

In order to study the contents of GABA of different varieties of edible beans during germination,and provide technical and material support to the development of health sprouts. Three soybeans,three mung beans,two lentils and two fava beans respectively that were high-quality varieties for spouting were chosen,and the content of GABA during germination was studied. The trends of GABA content of different beans were different during germination. The content of GABA in germinated mung beans was very low,while in germinated soybeans and lentils were higher,the GABA content of 5-day germinated soybeans and lentils changed in the range of 0.51～1.1mg/g· FW. In germinated beans(except mung beans),the GABA content in bud was higher than that in cotyledons. After comprehensive evaluation,the GABA contents of S11,S12,L1,F2 sprouts are higher,and are suit for the development of the high GABA content sprouts varieties.

edible beans；germination；GABA；GAD

2013-10-08 *通訊聯系人

陳振(1987-)，男，碩士研究生，研究方向：種子科學與工程。

現代農業產業技術體系專項資金資助(CARS-09)。

TS201.2

A

1002-0306(2014)17-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2014.17.001