發芽對豇豆營養成分與微量元素的影響

劉金芳，胡廣林，唐琦，余賽西，李凱

（海南大學材料與化工學院，海南海口570228）

發芽對豇豆營養成分與微量元素的影響

劉金芳，胡廣林*，唐琦，余賽西，李凱

（海南大學材料與化工學院，海南海口570228）

以海豇1號（H1）、海豇2號（H2）和海秀7號（H7）3種豇豆為原料，探討發芽過程中營養成分和微量元素的變化。研究表明：發芽1 d時，除H2外，H1和H7的可溶性蛋白質的含量顯著增加，隨后3種品種均逐漸下降；隨發芽時間的延伸，3種品種豇豆淀粉含量均呈下降趨勢，可溶性總糖含量均是先降低后增加的趨勢，H2和H7還原糖含量出現先增后減趨勢而H1還原糖含量逐漸增加；在發芽3 d時3種品種維生素C含量達最高，H1、H2和H7分別為20.98、19.51、25.88mg/100 g；微量元素（Zn、Fe、Mn、Cu）含量存在基因型差異，3種豇豆隨著發芽時間延長沒有規律性變化但發芽5天后含量均略有增加；發芽4天后，3種品種豇豆的抗營養因子（植酸、單寧）含量分別降低了H1（48.68%，90.56%）、H2（27.27%，91.79%）和 H7（56.23%，90.03%），隨后平緩。

豇豆；發芽；營養成分；微量元素

豇豆（Vigna unguiculata L.Walp）俗稱角豆、姜豆、帶豆，是一種極為常見的莢果細長的豆類作物，在我國廣為種植，是夏秋兩季的主要蔬菜之一。豇豆中，平均含有24%左右的蛋白質，1%～2%的脂肪和50%～67%碳水化合物[1]，富含鐵、磷、鈣、維生素、纖維素等營養成分，并含多種氨基酸，特別是賴氨酸和色氨酸含量比較高，可以彌補禾谷類糧食的不足，是我國和東南亞等許多國家的重要豆類作物，豇豆比大多數其它豆類作物適應性強，耐熱、耐旱及耐膺薄，種植經濟效益較好，是近幾十年來受到世界人民廣泛重視而發展較快的豆類作物。

發芽是一種重要并簡單的食品生物加工技術，豆類發芽后的整體營養價值得到提高[1-3]。在發芽過程中，種子中的酶（如植酸酶、淀粉酶和蛋白酶）被激活，從而釋放出種子中的營養物質，降低抗營養成分的水平[2]。目前對豆類發芽過程中營養成分的研究較多，如王婷婷等[3]和吳海虹等[4]對蠶豆發芽過程中營養成分的變化進行探究；王洪濤等[5]對3種大豆發芽過程中營養成分變化規律研究以及王旭等[6]對綠豆萌發芽過程營養成分探究，但目前很少對豇豆發芽過程營養成分和微量營養成分（微量元素）的探究。本文以海豇1號（H1）、海豇 2號（H2）和海秀 7號（H7）為研究對象，探究發芽過程中豇豆營養成分及微量元素的變化。為豇豆食品的開發提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

海豇1號、海豇2號：海南省農業科學院蔬菜研究所；海秀7號：海口市潮汕種子店；牛血清蛋白（BR）：上海伯奧生物科技有限公司；考馬斯亮藍G250（AR）：上海晶純生化科技有限公司；沒食子酸（RG）：上海麥克林生化科技有限公司；鋅、鐵、錳和銅標準溶液（1 000μg/mL）：國家標準物質研究中心。

1.2 儀器與設備

火焰原子吸收分光光度計（TAS-99）、紫外可見分光光度計（TU-1901）：北京普析通用儀器有限公司；恒溫培養箱（CP-ST50A）：長沙長錦科技有限公司；數顯式電熱恒溫干燥箱（101B）：余姚市遠東數控儀器廠；離心機（DL-5-B）：上海安亭科學儀器廠；超聲波清洗儀（JL-180DTH）：上海杰理科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發芽豇豆樣品的制備

選取顆粒完整、飽滿且種皮色澤正常豇豆60粒用2%次氯酸鈉消毒15min，用蒸餾水清洗3次后，加50mL水于恒溫培養箱中浸泡12 h（浸泡溫度為28℃），再避光培養（發芽溫度為28℃，期間每隔6 h噴淋水1次）。每天采收發芽豇豆，用蒸餾水清洗3次，于（50±5）℃恒溫干燥箱干燥12 h，磨成干粉，過60目篩，置于樣品袋中備用。

1.3.2 豇豆生長指標和營養成分的測定

生長指標：芽長測定參考熊先清等[7]方法；發芽率和含水率測定參考徐娜等[8]方法。

可溶性蛋白質測定：考馬斯亮藍G-250比色法[9]；還原糖、可溶性總糖、淀粉測定：DNS試劑顯色法[10]；VC測定：2，6-二氯靛酚滴定法（GB6195-86）[11]；單寧測定：分光光度法（NY/T 1600-2008）[12]；植酸：氯化鐵沉淀法[13]。

1.3.3 微量元素含量的測定

微量元素測定參考ZOU Tao等[14]方法，稍加改善。準確稱取0.3 g發芽豇豆干粉于高壓密封消解罐內杯中，加入6mL濃HNO3預消解10 h后，加入1.5mL H2O2，組裝好高壓密封消解罐，于150°C電熱恒溫干燥箱中消解4 h，冷卻至室溫后，用二次水定容至50mL，制得樣品消解液，采用火焰原子吸收分光光度法測定發芽豇豆中微量元素（Zn、Fe、Mn、Cu）含量。

1.4 數據處理

采用SPSS 22.0和Origin 7.5進行數據分析，并使用SPSS 22.0統計軟件進行差異顯著性分析（Duncan多重比較，p=0.05）。本試驗中每個試樣作3個平行樣。

2 結果與分析

2.1 發芽過程中豇豆的生長指標的變化

不同基因型豇豆的發芽特性由表1數據所示。

表1 發芽時間對豇豆芽生長的影響Table 1 Effects of germination time on the growth of cowpea

3種豇豆的下胚軸長和含水率均隨著發芽時間延長顯著增加的趨勢（P＜0.05）。發芽5天后，H1，H2和H7的含水率分別是發芽1 d的1.38、1.28、1.31倍，其中H1的含水率最高達84.18%；H1，H2和H7的下胚軸長相比發芽1 d分別增加了6.64、5.98、7.80 cm，其中H7的下胚軸最長達8.10 cm。從表1中可以看出，發芽超過2 d，3種豇豆的發芽率均可達95%以上。故3種發芽豇豆的生長趨勢良好。

2.2 發芽過程中豇豆營養成分和微量元素的變化

2.2.1 發芽過程中可溶性蛋白的變化

發芽過程中，豇豆可溶性蛋白質含量變化如圖1所示。

圖1 發芽過程中豇豆可溶性蛋白質含量變化Fig.1 Change in soluble protein content of cowpea bean during germination

由圖1可知，豇豆種子的初始可溶性蛋白質含量存在品種差異。發芽1 d后，除了海豇2號與初始值相近外，其他兩個品種豇豆可溶性蛋白質顯著增加（P＜0.05），海豇1號和海秀7號增幅分別達17.44%和22.37%。發芽第2天～5天，除了H7在第4天和H2在第5天可溶性蛋白質呈現增加趨勢外，3種豇豆的可溶性蛋白質呈逐漸下降趨勢。豇豆發芽過程中，可溶性蛋白質的含量先增加后下降的原因可能是由于發芽初期貯藏蛋白中的某些不溶性蛋白質在水合狀態下吸水膨脹，內部結構解體轉換為可溶性蛋白質，導致可溶性蛋白質顯著升高[4]。隨著發芽的推進，蛋白酶活性的升高，使大分子的可溶性蛋白進行一定程度的水解[2，4]。

2.2.2 發芽過程中淀粉、還原性糖和可溶性總糖的變化

發芽過程中，豇豆淀粉含量變化如圖2所示。

由圖2可知，3種豇豆淀粉含量隨著發芽時間的延長呈現顯著降低趨勢（P＜0.05）。這與王婷婷等[3]報道的蠶豆發芽期間淀粉含量隨時間延伸減少的現象一致。H1出現微增后再降低，可能是品種差異引起。發芽5天后，相比種子，H1、H2和H7的淀粉的含量分別降低了13.77%、19.46%和23.67%。發芽過程中，豇豆淀粉含量降低可能是由發芽時種子淀粉酶活力顯著提高，淀粉被淀粉酶分解所致[4，15]。

圖2 發芽過程中豇豆淀粉含量變化Fig.2 Change in starch content of cowpea during germination

發芽過程中，豇豆還原糖含量變化如圖3所示。

圖3 發芽過程中豇豆還原糖含量變化Fig.3 Change in reducing sugar content of cowpea during germination

由圖3可知，發芽1 d，3種豇豆還原糖均降低，這可能是還原糖提供發芽所需的能量所致。2 d～5 d時，除了H2在5 d和H7在4 d出現下降趨勢外，還原糖含量迅速增加。發芽5天后，相比種子發芽后的H1、H2和H7還原糖含量分別增加了4.41、1.95、4.78倍。在淀粉酶的作用下，淀粉分解為葡萄糖等小分子還原性糖類[5]。

可溶性糖是植物內重要的滲透壓調節物質，并可能在維持植物蛋白質穩定方面起到重要作用[7]。發芽過程中，豇豆可溶性總糖含量變化如圖4所示。

由圖4知，可溶性總糖隨發芽時間延長變化趨勢均是先降低后增加。H1和H7在第2天降到最低，分別達3.99mg/g和8.53mg/g。H2在4 d降到最低，達12.92mg/g。可溶性總糖呈現下降的趨勢的原因可能是發芽幼苗組織中的可溶性糖逐漸被消耗。之后，出現上升趨勢可能是由于淀粉酶活性逐漸增強，把淀粉分解成葡萄糖、蔗糖等小分子可溶性糖類。

圖4 發芽過程中豇豆可溶性總糖含量變化Fig.4 Change in total soluble sugar content of cowpea during germination

2.2.3 發芽過程中VC的變化

發芽過程中，豇豆VC含量變化如圖5所示。

圖5 發芽過程中豇豆VC含量變化Fig.5 Change in vitamin C content of cowpea during germination

由圖5可知，發芽后，3種豇豆VC含量均顯著提高（P＜0.05）。發芽 3 d時 VC含量達到最大，H1、H2和H7分別達 20.98、19.51、25.88mg/100 g。這種變化趨勢與潘紫霄[15]論述發現大豆在發芽第3天時VC含量達到最大值（25mg/100 g）現象一致。發芽4 d～5 d時，3種豇豆VC含量略有下降，但仍高于1 d VC含量。發芽時VC含量顯著增加表明豇豆萌芽過程中抗壞血酸開始合成代謝[1]。

2.2.4 發芽過程中微量元素的變化

Zn、Fe、Mn、Cu 是人體及植物生長必需的微量元素。Zn是許多酶的活動中心，是生物膜的成分，也是RNA和DNA與核糖體穩定所必需的物質；Fe最主要的生物血功能是參與氧的運輸和造血過程；Mn不僅參與一些酶的構成、參與糖和脂類代謝，而且在蛋白質、DNA和RNA的合成中均起作用；Cu是生物體內許多氧化還原酶的組成部分[16]。由于供給不足和較低的生物利用率，Fe和Zn是人體飲食中經常缺少的礦物質[17]。鐵和鋅的缺乏被認為是世界上非常普遍的營養問題，在全球疾病主要風險因素中分別排名第9和第11[2]。發芽過程中，豇豆微量元素的變化如圖6所示。

圖6 發芽過程中豇豆微量元素含量變化Fig.6 Change in trace elements content of cowpea during germination

由圖6所示，豇豆微量元素含量存在基因型差異。發芽5天后，3種品種Zn含量增加，H1，H2和H7分別增加了5.15%、18.04%、11.05%；Fe含量有所增加，H1，H2和H7分別增加了 22.07%、25.04%、4.17%；Cu含量變化不大，含量微增但沒有顯著增長；Mn含量增加，H1，H2和H7分別增加了14.97%、4.64%、19.13%。結果表明，發芽5 d可以提高豇豆中微量元素含量，但隨發芽時間延長對3種豇豆微量元素含量影響沒有規律性變化趨勢。

2.2.5 發芽過程中抗營養因子植酸和單寧的變化及對植酸/鋅摩爾比的影響

植酸（phytic acid，PA）是一種重要的抗營養因子。在人類的腸道中，植酸能降低礦物質的生物利用度，并通過抑制蛋白酶和淀粉酶來降低蛋白質和淀粉的消化率。具體地說，植酸與膳食必需礦物質鈣、鋅、鐵和鎂形成復合物，使它們在生物學上無法吸收[17-18]。發芽過程中植酸含量變化見圖7。

圖7 發芽過程中豇豆植酸含量變化Fig.7 Change in phytic acid content of cowpea during germination

由圖7可知，發芽后豇豆中植酸的含量顯著降低（P＜0.05），這與前期報道一致[1，4，17]。不同品種之間的含量也存在顯著性差異。發芽4 d時，H1，H2和H7這3種豇豆植酸含量達最低，分別降低了48.68%、27.27%、56.23%。植酸含量變化的原因可能是發芽過程中內源性植酸酶的活性增加，降低了植酸含量，而植酸酶的活性受到品種影響[1]。

單寧與蛋白質、淀粉和消化酶形成復合物，從而降低食物的營養價值[19]。富含單寧的食品通常認為營養價值不高。發芽過程中單寧含量變化見圖8。

由圖8可知，發芽可顯著降低豇豆的單寧含量（P＜0.05）。發芽 1 d，降低幅度最大，H1，H2和 H7分別達 69.67%、59.86%、62.53%。發芽 2 d～5 d，3種豇豆品種的單寧含量繼續降低。發芽5 d時，H1，H2和H7，單寧含量分別降至1.49、1.00、0.93mg/g。

圖8 發芽過程中豇豆單寧含量變化Fig.8 Change in tannin content of cowpea during germination

豆科植物中礦物質利用性不同，可能歸因于礦物質含量、礦物與礦物質的相互作用以及植酸和單寧的存在[20]。在植物性食品中，鋅的生物利用率主要受到植酸的影響，植酸/鋅摩爾比是評價鋅生物利用率的重要指標。植酸/鋅摩爾比低于15，鋅可獲得較高的利用率[7，13，21]。發芽過程中植酸/鋅含量變化見圖9。

圖9 發芽過程中豇豆植酸/鋅含量變化Fig.9 Change in PA/Zn molar of cowpea during germination

由圖9可知，發芽時間大于1 d時，3種品種的植酸/鋅摩爾比均可以低于15。發芽4 d時，H1，H2和H7的植酸/鋅摩爾比達最低，分別為7.88、11.17、9.86。熊先清等[7]研究中，綠豆發芽4 d植酸/鋅的摩爾比從種子的25.50降到10.02。Wang等[17]研究中，發芽6 d后大豆中植酸含量降低了63%，體外模擬消化測得Zn的生物利用率顯著增加。研究表明：發芽能降低植酸含量，提高Zn的生物利用度。

3 結論

種子萌發由吸水膨脹、酶系統的激活、呼吸作用增強及根芽生長等過程組成。萌芽期間，種子發生了一系列生理變化，由于不能從外界獲取能量，須依靠自身的貯藏物質如淀粉、蛋白質的水解來提供芽苗生長和發育所需的能量。研究結果表明，發芽5 d，3種品種豇豆的生長趨勢良好。發芽1 d時，除H2外，H1和H7的可溶性蛋白質的含量顯著增加，隨后3種品種均逐漸下降。萌發過程中，3種品種豇豆淀粉含量均呈下降趨勢，可溶性總糖均是先降后增的趨勢，H2和H7還原糖含量出現先增后減趨勢而H1還原糖含量逐漸增加。3種品種維生素C含量的變化均是先增后減趨勢，在發芽3 d時達最大含量。微量元素（Zn、Fe、Mn、Cu）含量存在基因型差異，隨著發芽時間延長沒有規律性變化，但含量有所增加。發芽使3種品種豇豆的抗營養因子（植酸、單寧）均顯著降低，發芽4 d降低最顯著。發芽1 d后3種品種豇豆植酸/鋅的摩爾比均低于15，故發芽顯著提高了Zn的生物利用率。從試驗結果可以看出，發芽3 d～4 d的豇豆有相對較好生長趨勢、營養物質含量和較高的微量元素的生物利用率。故可在今后的豇豆食品開發中作為參考依據。此外，也可根據不同需要選取不同萌發期的豇豆進行各種深加工。

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Effects of Germination on Nutritional Composition and Trace Elements in Cowpea

LIU Jin-fang，HU Guang-lin*，TANG Qi，YU Sai-xi，LI Kai
（College of Materials and Chemical Engineering，Hainan University，Haikou 570228，Hainan，China）

Cowpea（Vigna unguiculata）cultivars Haijiang No.1（H1），Haijiang No.2（H2）and Haixiu No.7（H7），as raw materials，were used to investigate the change of germination on nutritional composition and trace elements during the process of germination.The results showed that soluble proteins of H1 and H7（except for H2）significantly were increased after 1 d of germination，and then were gradually decreased in the three cultivars.With the extension of the germination time，three cultivars of cowpea starch all were decreased，and total soluble sugar were decreased first and then increased.The content of reducing sugar in H2 and H7 were increased first and then decreased and H1 reducing sugar content was gradually increased.The content of vitamin C （VC）in H1，H2 and H7 reached a maximum level of 20.98，19.51，25.88mg/100 g after 3 d of germination，respectively.Significant difference on trace elements（Zn，Fe，Mn，Cu）among 3 genotypes was observed，and there was no regular change during germination but contents were a slight increased after 5 d of germination.After 4 d of germination，the anti-nutritional factors（phytic acid，tannin）of the three varieties of H1，H2 and H7 were decreased by（48.68%，90.56%），（27.27%，91.79%）and（56.23%，90.03%），respectively，and then gently.

cowpea；germination；nutritional composition；trace elements

劉金芳，胡廣林，唐琦，等.發芽對豇豆營養成分與微量元素的影響[J].食品研究與開發，2018，39（1）：100-105

LIU Jinfang，HU Guanglin，TANG Qi，et al.Effects of Germination on Nutritional Composition and Trace Elements in Cowpea[J].Food Research and Development，2018，39（1）：100-105

10.3969/j.issn.1005-6521.2018.01.020

國家自然科學基金資助項目（31460390）

劉金芳（1990—），女（漢），在讀碩士研究生，研究方向：微量元素生物強化。

*通信作者：胡廣林（1967—），男，教授，博士，主要從事食品營養成分方面的工作。

2017-07-22