豆類種子及其芽苗菜的營養(yǎng)品質(zhì)、功能性成分及抗氧化性研究

趙天瑤，王麗云，姜宏偉，康玉凡

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，北京，100193)

豆類營養(yǎng)價值豐富，是主要的植物性蛋白來源，在人們的生活和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要的地位。豆類不僅含有脂肪、纖維素、糖類和礦質(zhì)元素等[1]，同時包含一些益于人類健康的次生代謝產(chǎn)物，即生物活性物質(zhì)[2]。主要豆類有綠豆、大豆、紅豆、豌豆、蠶豆、小扁豆、蕓豆、鷹嘴豆等。黑豆具有高蛋白、低熱量的特性，其蛋白質(zhì)含量相當(dāng)于肉類的2倍，被譽為“植物蛋白肉”，同時含有黑豆色素和異黃酮等植物化學(xué)物質(zhì)[3]。紅豆含有淀粉、蛋白質(zhì)和較少的脂肪，具有通腸、利小便、消熱解毒等保健作用，對于調(diào)理血壓和血糖也有良好的效果[4]。豌豆含有多糖、微量營養(yǎng)元素、胡蘿卜素、維生素B1和B2等，營養(yǎng)價值全面而均衡，是重要的糧食、蔬菜、飼料、綠肥和養(yǎng)地作物[5]。

芽苗菜是指利用植物種子或其他營養(yǎng)儲存器官，在黑暗或者光照條件下直接生長出可供食用的嫩芽、芽苗、幼梢或幼莖[6]，其生產(chǎn)周期短、成本低、生物效率高，且富含對人類有益的生物活性物質(zhì)，因而受到消費者的普遍歡迎。芽苗菜能分解抗?fàn)I養(yǎng)因子[7]，提高蛋白質(zhì)的利用率，促進(jìn)人體對蛋白質(zhì)的吸收和利用，平衡膳食結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，黑豆芽苗菜清香爽口，富含礦物質(zhì)及多種維生素、糖類，具有補(bǔ)肝名目、清熱消腫等食療功效。豌豆苗中富含水溶性維生素P、維生素C和維生素E，可以促進(jìn)人體新陳代謝，提高免疫力。紅小豆苗富含優(yōu)質(zhì)蛋白、8種人體必需氨基酸，還含有豐富的維生素B1和鐵、磷等礦物質(zhì)，經(jīng)常食用能保持人體血液的酸堿平衡[6]。

目前關(guān)于豆類及其萌發(fā)以后的營養(yǎng)成分變化多集中在綠豆芽和大豆芽上[8-9]，或是同一個豆類不同品種之間的比較[10-11]，對于不同豆類及其芽苗菜的功能性成分報道較少。本研究選擇了黑大豆、紅小豆和豌豆，研究其種子及萌發(fā)后形成芽苗菜的生長特性、營養(yǎng)品質(zhì)、功能性成分及抗氧化性，旨在為豆類及其芽苗菜的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黑大豆、豌豆，鄭州新農(nóng)村蔬菜食品有限公司；紅小豆白紅3號，吉林省白城農(nóng)科院。

1.2 儀器與設(shè)備

RADWAG萬分之一天平，波蘭瑞德威公司；PRX-450C人工氣候箱、冷凍干燥機(jī)，上海比朗儀器制造有限公司；Centrifuge 5810 R冷凍離心機(jī)，德國Eppendorf公司；UV-1600PC紫外分光光度計，上海美譜達(dá)儀器有限公司；Multiskan GO全波長酶標(biāo)儀，美國Thermo 公司；EYG-1000W超聲清洗機(jī)，北京宇翔超聲工業(yè)設(shè)備有限公司；鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；KDY-9810凱氏定氮儀，北京翌康百方科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 芽苗菜的培育

挑選大小均勻、整齊一致、成熟飽滿的黑大豆、豌豆和紅小豆種子各300粒，浸種24 h，待種子充分吸水膨脹以后，均勻播種于帶有濕潤發(fā)芽紙的育苗盤中，并置于溫度(25±2)℃、相對濕度80%的人工氣候培養(yǎng)箱中[12]，黑暗條件下催芽，待苗長長到2 cm左右時開始見光，每天光照12 h，澆水3～4次，生長第6天進(jìn)行取樣，將鮮樣用液氮速凍置于-40 ℃冰箱待用。部分樣品經(jīng)過冷凍干燥處理后，磨粉過60目篩，用于酚類物質(zhì)的提取，以測定總酚、總黃酮含量及抗氧化性。

1.3.2 取樣與測定

于生長第6天測定3個豆類芽苗菜的生長指標(biāo)，包括苗長、總質(zhì)量、可食部分鮮重、可食率和含水量。可溶性糖含量的測定采用苯酚法[13]，以蔗糖作為標(biāo)樣；粗蛋白含量的測定采用凱氏定氮法[14]，每個樣品重復(fù)3次。

采用超聲波輔助法[15]提取3個豆類種子及其芽苗菜的酚類物質(zhì)，總酚含量的測定采用福林-酚試劑法[16]，以沒食子酸為標(biāo)樣建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果以每克干燥樣品中沒食子酸的質(zhì)量(mg/g DW)表示；總黃酮含量的測定采用氯化鋁的方法[17]，以蘆丁為標(biāo)樣建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果以每克干燥樣品中的蘆丁質(zhì)量(mg/g DW)表示。每個樣品重復(fù)3次。

DPPH自由基清除力測定采用YANG等[18]的方法；ABTS自由基清除力的測定參照WANG等[19]的方法，以水溶性維生素E做標(biāo)準(zhǔn)樣品，結(jié)果以與每克干燥樣品相當(dāng)?shù)乃苄跃S生素E物質(zhì)的量(μmol/g DW)表示；FRAP亞鐵還原力按照MüLLER等[20]的方法測定，用FeSO4做標(biāo)樣，結(jié)果以與每克干燥樣品相當(dāng)?shù)腇e2+物質(zhì)的量(mmol/g DW)表示。每個樣品重復(fù)3次。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

運用Excel 2013整理各指標(biāo)的測定結(jié)果，采用SPSS 20.0的Duncan′s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析(P<0.05)，皮爾森相關(guān)性檢測來分析各變量之間的相關(guān)性，每個處理重復(fù)3次，圖表中各結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同豆類種子營養(yǎng)成分、功能性成分及抗氧化性

對黑大豆、紅小豆和豌豆分別進(jìn)行了營養(yǎng)成分、功能性成分及抗氧化性的測定，結(jié)果如表1所示。研究發(fā)現(xiàn)，3個豆類種子的可溶性糖含量在2.81～5.80 mg/g范圍內(nèi)，其中黑大豆的可溶性糖含量最高，紅小豆的最低。粗蛋白含量范圍為0.23～0.40 g/g，黑大豆粗蛋白含量最高，與紅小豆、豌豆差異顯著。總酚含量為2.38～6.48 mg/g DW，各豆類種子的總酚含量差異顯著。總黃酮含量在1.80～8.17 mg/g DW范圍內(nèi)，含量最高的是黑大豆，最低的是豌豆。在抗氧化性方面，DPPH自由基清除力最強(qiáng)的是黑大豆，達(dá)到17.4 μmol/g DW，顯著高于其他2個豆類。ABTS自由基清除力的為45.08～115.94 μmol/g DW，其中黑大豆的ABTS自由基清除力最強(qiáng)。FRAP亞鐵還原力的在15.30～128.61 mmol/g DW，還原力最強(qiáng)的是黑大豆。綜上所述，黑大豆無論是在營養(yǎng)成分，還是功能性成分、抗氧化性方面均顯著高于紅小豆和豌豆，是良好的膳食補(bǔ)充劑，有開發(fā)成益于人類健康的功能性食品的潛力。

表1 不同豆類種子營養(yǎng)成分、功能性成分及抗氧化性

注：不同小寫字母表示同一列值間差異顯著(P<0.05)(下同)

2.2 不同豆類芽苗菜生長特性

于黑大豆苗、紅小豆苗、豌豆苗生長第6天取樣，分別測定其生長指標(biāo)，結(jié)果見表2所示。由表2可知，3個豆類芽苗菜總質(zhì)量、可食部分鮮重和可食率均差異顯著，其中總質(zhì)量為6.16～12.83 g，豌豆苗最高，紅小豆苗最輕。3個豆類芽苗菜可食部分鮮重和干重的變化范圍分別為2.45～5.87、0.20～0.68 g，黑豆苗最重，紅小豆苗最輕；可食率在32.11%～71.03%，其中最高的是黑豆苗，最低的是豌豆苗。此外，豌豆苗的苗長和含水量在3個芽苗菜中均是最高的，黑豆苗是最低的，并且與其他兩個芽苗菜差異顯著。

表2 不同豆類芽苗菜生長特性

2.3 不同豆類芽苗菜營養(yǎng)成分、功能性成分及抗氧化性

3個豆類芽苗菜營養(yǎng)成分、功能性成分及抗氧化性測定結(jié)果見表3。由表3可知，3個豆類芽苗菜的可溶性糖含量為0.34～0.75 mg/g，各芽苗菜可溶性糖含量差異顯著，其中含量最高的是豌豆苗。粗蛋白含量在0.40～0.53 g/g DW之間，無顯著性差異。3個豆類芽苗菜中，黑豆苗的總酚含量最高，達(dá)到4.28 mg/g DW，最低的為豌豆苗，為3.00 mg/g DW。總黃酮含量最高的是豌豆苗，為7.09 mg/g DW，最低的為紅小豆苗。DPPH自由基清除力最高的是黑大豆苗，但是與豌豆苗的清除力沒有顯著性差異，最低的為紅小豆苗。ABTS自由基清除力最強(qiáng)的也是黑大豆苗，達(dá)到110.39 μmol/g DW，最低的是豌豆苗為70.52 μmol/g DW。豆類芽苗菜的FRAP亞鐵還原力變化范圍為57.92～75.52 mmol/g DW，黑大豆苗的還原力最強(qiáng)，其次是豌豆苗，紅小豆苗的最弱。

表3 不同豆類芽苗菜營養(yǎng)成分、功能性成分及抗氧化性

2.4 豆類種子及其芽苗菜營養(yǎng)成分、功能性成分及抗氧化性比較

黑大豆、紅小豆、豌豆10粒種子的質(zhì)量分別為1.10、1.06、2.48 g，由表2可知，萌發(fā)以后3個豆類芽苗菜的可食部分鮮重比其種子質(zhì)量提高了5.35、2.31和1.66倍，3個豆類種子質(zhì)量比其芽苗菜的可食部分干重分別增長了1.61、5.36、9.75倍。在此基礎(chǔ)上，對豆類種子及其萌發(fā)以后形成的芽苗菜進(jìn)行了營養(yǎng)成分、功能性成分及抗氧化性的測定，結(jié)果見圖1。從圖1-A可知，3個豆類種子中含有豐富的可溶性糖，但其萌發(fā)以后，顯著降低了可溶性糖的含量，黑大豆、紅小豆和豌豆可溶性糖含量分別是其芽苗菜含量的16.89、5.07、5.11倍。圖1-B表示的是豆類種子及其芽苗菜的粗蛋白含量，如圖所示，相對于種子而言，萌發(fā)顯著提高了粗蛋白含量，黑大豆苗、紅小豆苗和豌豆苗的粗蛋白含量分別提高了32.77%、109.63%和118.36%。這可能是由于發(fā)芽開始需要消耗部分蛋白質(zhì)，隨著發(fā)芽時間的延長，豆中的總糖、脂肪等成分在發(fā)芽過程中不斷消耗，使得最終豆苗中蛋白質(zhì)的含量增加[10]。

圖2-A顯示了豆類種子及其芽苗菜總酚含量的變化。由圖2-A可知，黑大豆種子在萌發(fā)以后，其總酚含量顯著降低了51.56%；豌豆芽苗菜較豌豆種子而言其總酚含量顯著提高了26.07%；而紅小豆種子和苗的總酚含量沒有顯著性變化。豆類種子及其芽苗菜總黃酮含量見圖2-B，如圖2-B所示，黑大豆萌發(fā)以后總黃酮含量降低了24.14%，而紅小豆和豌豆萌發(fā)以后總黃酮含量分別提高了36.66%和294.30%。

A-可溶性糖含量；B-粗蛋白含量

圖2-C所示的是豆類種子及其芽苗菜的DPPH自由基清除力。研究發(fā)現(xiàn)，黑大豆和紅小豆萌發(fā)以后DPPH自由基清除力分別降低了48.54%和32.02%，豌豆和豌豆芽苗菜DPPH自由基清除力無顯著性差異。3個豆類種子及其芽苗菜的ABTS自由基清除力見圖2-D，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，黑大豆萌發(fā)后，ABTS自由基清除力降低了5.02%，而紅小豆和豌豆萌發(fā)后的ABTS自由基清除力分別增加了66.43%和56.42%。3種豆類種子及其芽苗菜FRAP亞鐵還原力如圖2-E所示。由圖2-E可知，黑大豆苗的FRAP亞鐵還原力顯著低于其種子的，降低了77.34%；紅小豆和豌豆萌發(fā)后，其FRAP亞鐵還原力顯著提高，分別提高了92.43%和278.58%。綜上所述，與種子相比，苗中的酚類含量更高，這歸因于內(nèi)源酶的活化和種子在萌發(fā)期間復(fù)雜的生化代謝，包括酚類物質(zhì)的從頭合成和轉(zhuǎn)化[17, 21]，而抗氧化性增強(qiáng)與抗氧化劑化合物(多酚、花青素等)含量的增加有關(guān)[22]。

A-總酚含量；B-總黃酮含量；C-DPPH自由基清除力；D-ABTS自由基清除力；E-FRAP亞鐵還原力

2.5 相關(guān)性分析

對豆類種子及其芽苗菜的可溶性糖含量、粗蛋白含量、總酚含量、總黃酮含量、DPPH自由基清除力、ABTS自由基清除力和FRAP亞鐵還原力進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果見表4所示。從表4可知，總酚含量與DPPH自由基清除力(r=0.852，P<0.01)、ABTS自由基清除力(r=0.834，P<0.01)和FRAP亞鐵還原力(r=0.924，P<0.01)之間呈顯著正相關(guān)性；總黃酮含量與ABTS自由基清除力(r=0.815，P<0.01)和FRAP亞鐵還原力(r=0.879，P<0.01)之間存在顯著性正相關(guān)；此外，ABTS自由基清除力與FRAP亞鐵還原力(r=0.899，P<0.01)之間呈顯著正相關(guān)。因此，酚類物質(zhì)是天然的抗氧化劑。

表4 相關(guān)性分析

注：X1：可溶性糖含量，mg/g；X2：粗蛋白含量，g/g DW；X3：總酚含量，mg/g DW；X4：總黃酮含量，mg/g DW；X5：DPPH自由基清除力，μmol/g DW；X6：ABTS自由基清除力，μmol/g DW；X7：FRAP亞鐵還原力，mmol/g DW；*和**分別表示5%和1%水平上的顯著性差異

3 討論

3.1 豆類種子的營養(yǎng)品質(zhì)、功能性成分和抗氧化性

豆類是優(yōu)質(zhì)蛋白、膳食纖維等的重要來源，在世界各地的傳統(tǒng)飲食中占據(jù)著重要的地位[23]。研究發(fā)現(xiàn)，黑大豆的蛋白質(zhì)含量高達(dá)45%～55%，其優(yōu)質(zhì)蛋白大約比大豆高出1/4，本研究中黑大豆的粗蛋白含量是顯著高于豌豆和紅小豆的。糖類可以減少蛋白質(zhì)的消耗，機(jī)能需要產(chǎn)生熱源時若糖攝取量充足可以減少蛋白質(zhì)的消耗，利于蛋白質(zhì)發(fā)揮更重要的功能[24]。

豆類中含有的酚類化合物，被認(rèn)為是天然的抗氧化劑[25-26]，可以防止動脈硬化，降低患冠心病、糖尿病和肥胖的風(fēng)險[27]。研究發(fā)現(xiàn)，黑大豆中含有花青素，主要成分是飛燕草素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-葡萄糖苷等，具有清除自由基、螯合金屬離子的作用[28]；紅小豆中的總黃酮提取物主要有槲皮素、楊梅素、兒茶素及其糖苷結(jié)合物等，具有較強(qiáng)的抗氧化作用[29]。本研究中除了DPPH自由基清除力以外，3種豆類種子的酚類含量和抗氧化性大小排序均為黑大豆>紅小豆>豌豆，這與BAI等[30]和任順成等[31]的研究結(jié)果一致。深色種皮的種子因富含花青素而具有較強(qiáng)的抗氧化性，更有利于抵抗與慢性疾病有關(guān)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，是潛在的健康食品[32-33]。本研究采用體外抗氧化評價方法，反映豆類對于各種氧化物的直接清除力，在后續(xù)試驗中將結(jié)合細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，進(jìn)一步研究豆類酚類物質(zhì)在細(xì)胞水平上的抗氧化性[34]。綜上所述，3個豆類種子的營養(yǎng)價值豐富、酚類含量較高且具有較強(qiáng)的抗氧化性，其中黑大豆無論是在營養(yǎng)品質(zhì)還是功能性成分方面，都顯著優(yōu)于紅小豆和豌豆，具有開發(fā)成功能性保健品的潛力。

3.2 豆類芽苗菜生長特性、營養(yǎng)品質(zhì)及功能性成分

豆類種子萌發(fā)形成的芽苗菜營養(yǎng)價值豐富，是蔬菜供應(yīng)淡季的重要蔬菜來源[35]。本研究中，3種豆類芽苗菜生長特性差異顯著：由于黑大豆苗是子葉出土型，故其可食部分鮮重最重，可食率也最高；豌豆苗的種子百粒重較大，同時收獲期的苗長高于其他2個芽苗菜，因此其總質(zhì)量是最高的。3種豆類芽苗菜的生長特性均良好。

豆類種子萌發(fā)后發(fā)生生理代謝變化，其蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)會分解成小分子化合物，同時能積累生物活性物質(zhì)，如酚類物質(zhì)、維生素、γ-氨基丁酸等[36]。本研究結(jié)果顯示，3個芽苗菜的可溶性糖含量以豌豆苗最高，粗蛋白含量最高的是黑大豆，但與其他2個芽苗菜沒有顯著性差異。KHANG等[37]對萌發(fā)5 d后的黑大豆苗、豌豆苗和紅小豆苗的總酚含量、DPPH自由基清除力進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其排序為豌豆苗>紅小豆苗>黑大豆苗，而本研究中黑大豆苗的總酚含量及自由基清除力、亞鐵還原力均高于紅小豆苗和豌豆苗，這可能是因為試驗中所用黑大豆種子含有豐富的酚類物質(zhì)，萌發(fā)后轉(zhuǎn)化的酚類含量也較多。在發(fā)芽的早期階段，碳水化合物和蛋白質(zhì)被降解，伴隨著單糖和游離氨基酸的增加，因此，與細(xì)胞壁成分結(jié)合的酚類物質(zhì)也被釋放[38]。隨著發(fā)芽時間的增加，新的植物細(xì)胞增殖，形成新的細(xì)胞壁，合成的可溶性酚類物質(zhì)可以分泌到細(xì)胞壁中形成新的結(jié)合酚類物質(zhì)，從而總的酚類含量增加[34]。此外，芽苗菜酚類化合物的含量及成分是由許多因素造成的，如生長的氣候條件、農(nóng)業(yè)環(huán)境、芽苗菜貯藏條件、成熟度和品種等[39]。因此，研究不同品種豆類的營養(yǎng)品質(zhì)及生物活性，針對其特性進(jìn)行相應(yīng)的加工，可滿足不斷擴(kuò)大的市場需求。

3.3 豆類種子及其芽苗菜營養(yǎng)品質(zhì)及功能性成分的比較

豆類發(fā)芽過程中由于呼吸作用的增強(qiáng)，脂類、碳水化合物等會大量降解，蛋白酶被激活而將貯藏蛋白分解成供胚發(fā)育的氨基酸，促進(jìn)游離氨基酸的增加，氨基酸轉(zhuǎn)運到胚的生長部位，以不同方式結(jié)合起來，形成各種性質(zhì)的蛋白質(zhì)，從而使蛋白質(zhì)的含量增加[40]。本研究結(jié)果顯示，與未萌發(fā)的種子相比，萌發(fā)顯著提高了3個豆類的粗蛋白含量，降低了其可溶性糖含量，這與其他學(xué)者關(guān)于大豆、山毛豆和綠豆[37]萌發(fā)以后營養(yǎng)品質(zhì)的研究結(jié)果一致。

種子萌發(fā)過程中，隨著新陳代謝的增強(qiáng)，內(nèi)源酶被激活，酶的種類和數(shù)量會逐漸增加，苯丙氨酸裂解酶就是其中之一，它是合成酚類化合物的關(guān)鍵酶[41]，因此，萌發(fā)可顯著提高植物酚類含量及其相關(guān)抗氧化性。本研究中，紅小豆和豌豆芽苗菜的總黃酮含量、ABTS自由基清除力和FRAP亞鐵還原力較其未萌發(fā)種子均有顯著性提高，這與前人關(guān)于豇豆、刀豆、扁豆、山黧豆[42]、鷹嘴豆[43]、綠豆、蘿卜、西蘭花和向日葵等[17]的研究結(jié)果相一致。LPEZ-AMORS等[44]研究發(fā)現(xiàn)小扁豆萌發(fā)以后的酚類含量和抗氧化性顯著下降，這與本文中關(guān)于黑大豆萌發(fā)以后功能性成分及抗氧化的研究結(jié)果一致，這可能是由于品種的基因型差異及種植地區(qū)的氣候條件、栽培管理措施等造成的，有待進(jìn)一步研究。此外，研究發(fā)現(xiàn)酚類物質(zhì)含量與抗氧化性之間存在著顯著的正相關(guān)性，這與其他學(xué)者在小扁豆[45]、大豆和綠豆[35]等方面的研究結(jié)果相一致。今后可從代謝組的角度，進(jìn)一步研究豆類及其芽苗菜的具體酚類物質(zhì)及其優(yōu)勢酚類單體，開發(fā)其內(nèi)在的潛力。

4 結(jié)論

3個豆類中，以黑大豆的營養(yǎng)價值和功能性成分最為豐富。豆類芽苗菜中黑大豆苗具有更豐富的總酚含量及抗氧化能力，而豌豆苗的可溶性糖含量和總黃酮含量較高。萌發(fā)降低了黑大豆的總酚、總黃酮含量和抗氧化性，但卻顯著提高了豌豆和紅小豆的酚類含量及其抗氧化能力。因此，黑大豆種子、萌發(fā)的豌豆及紅小豆是一種珍貴的天然抗氧化資源，凍干的豌豆和紅小豆芽苗菜可以作為功能性食品的原料。