發芽對青稞的營養成分和抗氧化活性的影響

(成都師范學院化學與生命科學學院,四川成都 611130)

青稞(HordeumvulgareLinn.var. nudum Hook. f.),又稱裸大麥,屬于禾本科植物,一般生長在海拔4200～4500 m的高原地區[1],主要分布在我國的西藏、青海、四川甘孜州等地區。與其他谷物類食品相比,青稞有高的蛋白質和氨基酸含量,豐富的膳食纖維和B族維生素,以及鈣、磷、鐵等微量元素[2]。并且青稞因富含β-葡聚糖而具有調節人體血糖和血脂的作用,從而起到預防糖尿病和心血管病等慢性疾病的作用。目前的研究表明[3-4],長期食用青稞類的谷物將產生降膽固醇、抑制瘤生長、預防冠心病和糖尿病等健康益處。

隨著全谷類食物在人類膳食結構中的重要性被逐漸認識,青稞因其獨特的營養成分和保健功能而受到了國內外食品行業的關注,被認為是今后一定時期內新型食品開發的熱點[5]。研究表明隨著谷物發芽,其營養和化學成分會隨之改變。發芽過程意味著一系列復雜的生化和理化反應,其能夠引起谷物化學成分和形態的變化[6]。發芽是蛋白質、維生素和礦物質以及維護健康的營養物質的良好來源,如酚類化合物和含硒成分[7]。此外,大量資料也顯示種子發芽是天然提高食品營養價值和健康品質的加工方法之一[8]。目前,發芽作為一種簡便、快捷、安全提高谷物營養價值和抗氧化活性的方法已被廣泛應用于薏米[9]、小麥[10]、黃豆[11]等食品中。如果能通過發芽改善青稞的營養價值和植物化學成分,使其加工成具有一定功能價值的食品,必將能拓展青稞的應用市場。本實驗旨在通過對發芽前后青稞的基礎營養成、總酚、總黃酮及體外抗氧化活性進行評價來分析發芽對青稞營養和功能特性的影響,以期為青稞的加工應用及相關功能食品的開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青稞 購置于本地市場；2,2-二苯基-1-三硝基苯肼(DPPH)、沒食子酸、抗壞血酸、蘆丁、直鏈淀粉(土豆來源)標準品(純度≥99%) 均購置于上海源葉生物科技有限公司;其他試劑 均為分析純。

TD-5M離心機 四川蜀科儀器有限公司;JP-500B-8萬能粉碎機 永康市久品工貿有限公司;K9860型全自動凱氏定氮儀 河南九和共創儀器有限公司;SOX406脂肪測定儀 山東海能科學儀器有限公司;HWL-10MC馬弗爐 山東華威爐業有限公司;SpectraMax i3x酶標儀 美國Molecular Devices公司;Alpha-1860Plus紫外可見分光光度計 上海譜元儀器有限公司;ME204電子天平 美國梅特勒-托利多公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 發芽青稞粉制備 根據Vale等[12]早前的研究方法來進行青稞發芽實驗。稱取300.0 g青稞種子用5% NaCl溶液清洗,然后用清水浸泡18 h后,將青稞置于20 ℃的恒溫培養箱中黑暗培養72 h,緊接著將發好芽的青稞置于-80 ℃冷凍4 h后置于冷凍干燥機中干燥30 h。用粉碎機將干燥好的青稞芽磨粉,并過80目篩子。所得青稞粉置于真空塑料袋中在-20 ℃下貯存備用。

1.2.2 基礎營養成分測定 樣品中蛋白質含量按照GB/T 5009.5-2016 《食品中蛋白質的測定》中的凱氏定氮法進行測定[13];樣品中脂肪含量按照GB/T 5009.6-2016《食品中脂肪的測定》中的索氏抽提法進行測定[14];樣品中灰分含量按照GB/T 5009.4-2016《準食品中灰分的測定》中的灼燒法進行測定[15]。

1.2.3 直鏈淀粉測定 采用雙波長法測定青稞中的直鏈淀粉含量[16]。稱取0.100 g直鏈淀粉標準品溶于10 mL 0.5 mol/L KOH溶液,在80 ℃水浴中溶解后用蒸餾水定容至100 mL,得到直鏈淀粉標注貯備液(1 mg/L)。標準曲線制備:分別取標準貯備液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL于50 mL容量瓶中并加入30 mL蒸餾水后,用0.1 mol/L HCl調pH至3.0,加入碘試劑0.5 mL,用蒸餾水定容得到濃度為0、4、8、12、16、2、24 μg/mL的標準溶液。以加入0.1 mol/L HCl和碘試劑的水溶液作為空白對照。用紫外可見分光光度計分別在波長λ1=630 nm和λ2=480 nm下測定吸光度值。實驗所得標準曲線為y=0.012x+0.0116(R2=0.996)。稱取1.00 g樣品于抽提杯中并加入30 mL乙醚,在脂肪測定儀中脫脂3 h后,再加入85%乙醇進行脫糖3 h。將進行脫脂和脫糖后的粉末放入98 ℃恒溫干燥箱中干燥至恒重。取0.100 g干燥后的青稞粉末溶于10 mL 0.5 mol/L的KOH溶液,在80 ℃水浴中溶解后用蒸餾水定容至50 mL,混勻后吸取2.5 mL混合液,用與標品相同的處理方式處理后對其吸光度進行測定。

1.2.4 樣品提取液制備 稱取2.0 g青稞粉于50 mL離心管中,加入20 mL 80%乙醇渦旋30 s后超聲提取30 min,在4500 r/min條件下離心15 min 然后取上清液過0.45 μm的濾膜得到濾液,將濾液貯存備用。

1.2.5 總酚含量測定 通過Singleton等[17]的Folin-Ciocalteu比色法并略作修改來確定三種青稞的總酚含量。取25 μL樣品與125 μL質量分數為10%的福林酚試劑加入96孔板中靜置8～10 min后,加入125 μL質量分數為7.5%的Na2CO3溶液,避光反應30 min后在波長為765 nm處測定其吸光度。實驗以沒食子酸為標準品來計算青稞中的總酚含量,其標準曲線的線性范圍為0～0.30 mg/mL,標準曲線為y=0.007x+0.112(R2=0.998)。結果表示為沒食子酸當量(mg GAE/g)。

1.2.6 總黃酮含量測定 參考袁旭等[18]的研究方法測定青稞中總黃酮含量。取50 μL樣品提取液于96孔板中加入20 μL 0.5 mol/L NaNO3溶液后孵育5 min后,再加入20 μL 0.3 mol/L AlCl3·6H2O溶液靜置6 min,最后加入200 μL 0.5 mol/min NaOH溶液混合均勻后,于波長500 nm處測定其吸光度。以蘆丁為標準品來計算樣品中的總黃酮含量,其標準曲線的線性范圍為0～0.5 mg/mL,標準曲線為y=1.475x+0.0450(R2=0.998)。結果表示為蘆丁當量(mg RE/g)。

其中:Aa表示DPPH和甲醇混合溶液的吸光度;As表示DPPH和樣品混合溶液的吸光度,Ab表示甲醇和樣品混合溶液的吸光度。

表1 發芽青稞的基礎營養成分分析Table 1 Basic nutrient composition analysis of barley

注:*表示顯著差異性(P<0.05)。

1.2.8 鐵離子還原能力(Ferric reducing antioxidant power,FRAP) 根據Yingbin Shen等[20]的方法略作修改來進行鐵還原氧化能力測定。新鮮制備的FRAP試劑(2.5 mL 10 mmol溶解于40 mL HCl溶液中的TPTZ溶液,2.5 mL 20 mmol/L的FeCl3溶液和25 mL 0.1 mol/L pH=3.6的乙酸緩沖液)在37 ℃下孵育10 min。然后,取0.05 mL青稞提取液與2 mL FRAP試劑于10 mL容量瓶中,并用蒸餾水定容后,在室溫下孵育20 min。使用UV分光光度計在波長593 nm測定其吸光度。取2 mL FRAP試劑用蒸餾水定容至10 mL,并以此為空白。實驗以VC作為標品,其線性范圍為0～1000 μmol/L,標準曲線為y=0.0007x+0.0651(R2=0.999)。結果表示為微摩爾抗壞血酸當量(μmol VC/g)。

1.3 數據處理

所有實驗均重復三次,其結果表示為平均值±標準差。用IBM SPSS 22.0軟件進行獨立樣本t檢驗,顯著性水平為0.05。采用Origin Pro 2017軟件進行制圖。

2 結果與分析

2.1 發芽青稞基礎營養成分的變化

由表1可知,發芽后青稞的蛋白質、灰分含量顯著增加,脂肪、直鏈淀粉含量顯著降低。與發芽前的青稞相比,發芽后青稞蛋白質含量增加了23.4%。發芽后更高的蛋白質含量可能是由于發芽后青稞的整體組成成分發生改變引起的[21]。發芽后青稞灰分含量比未發芽的青稞灰分含量增加了31.5%,造成這種差異的可能原因是發芽過程中青稞中可溶固形物的減少和干物質的損失[21]。

與未發芽青稞相比,發芽后青稞的脂肪和直鏈淀粉含量分別減少為未發芽青稞種子的19.2%和13.8%。發芽青稞脂肪含量的減少可歸因于脂質的水解,即發芽過程中青稞通過脂質水解來為其發生的生物、物理和化學變化提供能量,從而促進青稞芽的生長。而發芽后直鏈淀粉含量的減少可能是由于種子萌發期間呼吸代謝中的淀粉酶活性增強,促進淀粉水解為單糖來為青稞萌發提供能量。Fengfeng Wu等[22]也研究報道了糙米在發芽過程中其直鏈淀粉含量的降低。

2.2 發芽青稞總酚和總黃酮含量的變化

如表2所示,發芽前后青稞的總酚含量存在顯著差異(P<0.05),發芽后青稞的總酚含量比發芽前增加了85.0%。與未發芽青稞相比,發芽后更高的總酚含量可能是由于青稞萌發過程中酶水解引起了酚類化合物的生物合成。這與早前Alvarez-Jubete等[23]所報道的發芽能顯著提高小麥中的總酚含量的結果相一致。

由表2可知,發芽前后青稞的總黃酮含量存在顯著差異(P<0.05),發芽后的總黃酮含量比發芽前的增加了101.7%。這可能是因為發芽過程中青稞在各種酶的催化作用下進行了生物合成與轉化從而形成了新的次級代謝產所致。

表2 青稞的總酚、總黃酮以及抗氧活性分析Table 2 Analysis of total phenolics,total flavonoids and antioxidant activity of highland barley

注:*表示顯著差異性(P<0.05)。

2.3 發芽青稞抗氧化活性的變化

圖1 發芽前后青稞在不同濃度下的DPPH自由基的清除率Fig.1 DPPH free radical scavenging rate of highland barley before and after germination

表3 總酚、總黃酮與DPPH、FRAP的相關性分析Table 3 Correlation analysis between total phenolics,total flavonoids and DPPH,FRAP

注:TPC-FRAP和TPC-DPPH分別表示總酚含量與鐵離子還原能力和自由基清除率的相關性,TFC-FRAP和TFC-DPPH分別表示總黃酮含量與鐵離子還原能力和自由基清除率的相關性;*表示相關性顯著(P<0.05),**表示相關性極顯著(P<0.01)。

2.3.2 鐵離子還原能力的變化 由圖2可知,發芽后不同濃度青稞的FRAP值范圍為0.33～1.13 μmol VC/g,比未發芽青稞的FRAP值(0.22～0.86 μmol VC/g)增加了25.42%～50.00%,說明發芽后的青稞具有更強的鐵離子還原能力。萌發后青稞鐵離子還原能力的增強可能是由于發芽青稞中生物活性物質含量增加所導致的青稞中酚類含量增加引起的。據研究資料顯示,鐵離子還原能力與總酚含量密切相關。此外,Alothman等[24]的研究表明發芽谷類物質的抗氧化特性可作為功能性食品的組成成分。

圖2 發芽前后不同濃度青稞的FRAP值Fig.2 FRAP values of different concentrations of highland barley before and after germination

2.4 相關性分析

由表3可知,青稞中的總酚含量與DPPH和FRAP的相關系數范圍為0.859～0.995,總黃酮含量與DPPH自由基清除能力和鐵離子還原能力相關系數范圍為0.803～0.988,這說明總酚、總黃酮含量與其抗氧化活性存在著顯著的相關。Zielinski等[25]的研究也報道了酚類化合物是影響谷物抗氧化活性的重要因素。

3 結論

通過對蛋白質、脂肪、灰分、直鏈淀粉等基礎營養成分的分析表明,發芽能顯著提高青稞中的蛋白質和灰分的含量,降低直鏈淀粉和脂肪的含量。與未發芽青稞相比,發芽青稞具有更高的抗氧化活性和總酚、總黃酮含量,且青稞的抗氧化活性與總酚和總黃酮含量有著顯著的相關性。由此說明,發芽能有效改善青稞的營養成分和抗氧化活性,能夠從整體上提高青稞的營養價值。將發芽青稞加工成系列功能性食品,不僅能夠促進青稞在食品行業的應用,更能增加青稞食品的多樣性。通過本研究結果,我們希望能夠幫助人們更深入了解萌發引起的變化,提高我們對青稞健康價值的認識,指導其健康消費,從而促進其的發展和利用。