發芽處理對谷物主要成分含量變化的影響

馬先紅，魏玉玲，李京徽，連麗麗,*

（1.吉林化工學院，吉林 吉林 132022；2.長春中之杰食品有限公司，吉林 長春 130118）

發芽是指種子在合適的條件下開始萌發，并逐漸生長形成為一株完整的幼苗。發芽谷物是我國傳統的藥材與食物。據記載，谷芽作為中藥距今已有2 300多年的歷史，《中國藥典》中記載：谷芽別名粟芽，性甘，有消食健胃的功效，用于改善消化不良。《本草綱目》中對綠豆芽的記載為：諸豆生芽、皆腥韌不堪，惟此豆之芽，白美獨異，今人視為尋常，而古人未知者也。但受濕熱郁浥之氣，故頗發瘡動氣，與綠豆之性，稍有不同。《中藥大辭典》中記載：赤小豆芽，性微涼，對治療便血、妊娠胎漏有作用。

當前，發芽被認為是一種簡單、廉價、低碳的谷物加工方式，更是一種有效改善谷物營養成分和加工品質的方法[1-2]。有生命力的谷物種子吸水后，經過一定時期的呼吸作用，激活并合成了一些生物內源酶，使種胚從種皮中生長出來，露出胚根。隨著發芽的進行，在生物內源酶的作用下，谷物中的蛋白質、脂肪和碳水化合物等一些大分子物質被分解，維生素和礦物質等營養素被釋放，進而使谷物成分發生了一定的變化[3-4]。

1 發芽處理對谷物淀粉的影響

天然淀粉存在很多缺陷，限制了它的應用。因此很多學者使用了一些化學方法[5]、物理方法[6-7]、生物方法[8]和酶法[9-10]等改變了淀粉的結構，擴大了淀粉的應用范圍。化學法是相對成熟的淀粉改性方法，但其缺點是存在溶劑殘留等問題，一些國家已經禁止或限制了化學改性淀粉在食品中的應用[11]。常用的物理改性的方法主要有高壓處理、濕熱處理等。物理改性淀粉雖然沒有溶劑殘留，但對設備的要求較嚴格。生物法是通過改變淀粉生物合成途徑中目標酶的基因來改良淀粉特性的。但是，生物法的要求高，目的單一，不能多方面地改善淀粉的特性。酶法是一種比較溫和、高效和環保的方法。發芽是一種利用生物內源酶作用的一種淀粉改性方法。

根據王倩雯等[12]的研究可知，蕓豆發芽過程中，淀粉含量的總體變化趨勢是下降的（表1）。蕓豆籽粒中的淀粉酶被活化，使淀粉由原來的結合狀態變為游離態，從而淀粉含量有增加的趨勢，未發芽的蕓豆中淀粉含量為52.51%，當浸泡12 h后蕓豆中淀粉含量增加到55.67%，變化明顯。淀粉有水解和磷酸降解兩種降解方式，在蕓豆萌發的初期，淀粉磷酸化酶活性較高，淀粉轉化的主要途徑是磷酸降解途徑，此降解過程為可逆過程，當反應物中含有大量葡萄糖-1-磷酸時，就會形成淀粉。發芽初期，芽長在0.51～1.00 cm時，淀粉含量增加到57.08%，隨著萌發的進行，當芽長在2.01～2.50 cm時，淀粉含量明顯下降，當芽的長度大于3.51 cm時，淀粉含量下降到42.47%。

糙米是稻谷脫殼后不經過加工或經過較少加工的全谷粒米。于曉曉[13]研究了糙米在發芽0～5 d總淀粉、直鏈淀粉及支鏈淀粉含量變化，發現總淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉含量隨著發芽時間的延長均呈下降趨勢（表1），而且總淀粉和支鏈淀粉含量下降的幅度較大。糙米發芽后，淀粉含量降低的主要原因是α-淀粉酶、β-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶等一系列淀粉酶得到活化，活化后的酶促進了淀粉降解，為種子發芽提供能量。

豇豆為豆科豇豆屬一年生纏繞、草質藤木或近直立草本植物。劉金芳等[14]的研究表明，海豇2號（H2）及海秀7號（H7）的淀粉含量隨著發芽時間的延長而呈現出下降的趨勢，而海豇1號（H1）出現了微增后下降的趨勢，可能是由于品種不同導致的差異；在發芽5 d后，H1、H2及H7的淀粉含量均有所降低，原因可能是在發芽過程中淀粉酶的活性提高，淀粉被分解所致（表1）。

表1 發芽處理對谷物淀粉含量的影響Table 1 Effect of germination on grain starch content 單位：g/100 g

通過上述研究結果發現：不同谷物發芽過程中其淀粉含量的變化是不同的，例如糙米中兩種不同淀粉含量都呈下降趨勢，總淀粉含量下降；蕓豆則是呈現出波浪式變化，在芽長為0.51～1.00 cm時達到最大值，而后下降；豇豆則在不同品種上出現了不同的變化，海秀7號（H7）和海豇2號（H2）的淀粉含量的總體變化趨勢均為下降，而海豇1號（H1）則為先上升，在發芽第2天達到峰值后下降。

2 發芽處理對谷物蛋白質的影響

大豆通稱黃豆，是豆科大豆屬一年生草本植物。經朱春燕[15]的研究可知，大豆（皖豆6號）中的粗蛋白在發芽的1 d時含量明顯增加，2 d時增加速率開始減緩，隨著時間的推移，粗蛋白含量持續緩慢增長，在發芽5 d時達到最大值（46.5%）（表2）。經過發芽處理后，大豆（皖豆6號）中的可溶性蛋白也有所增加，在發芽1 d時增加相對比較明顯，接下來的幾天持續緩慢增長，在發芽6 d時到達最大值（29.98%）。大豆（皖豆6號）中的不可溶性蛋白，隨著大豆的發芽其含量不斷減少，發芽6 d時僅有4.07%，相較于原大豆減少了73.03%。大豆（皖豆6號）在發芽過程中，蛋白質組分也發生了變化，在發芽首日谷蛋白含量下降，隨后上升，在5 d時達到峰值，球蛋白、清蛋白及醇溶蛋白都變化不大。在大豆發芽的過程中，可能是由于大豆中的主要營養成分不斷被消耗，最終導致大豆芽中的蛋白質增加。大豆在發芽初期蛋白酶活性最大。在發芽初期以大分子蛋白為主，隨著發芽時間的延長，則改為以小分子蛋白為主。

燕麥是禾本科燕麥屬一年生草本植物。鮑會梅[16]采用凱式定氮法測定了燕麥在20℃時發芽8 d過程中的蛋白質含量變化（表2）。結果表明，在前2天內燕麥中的蛋白質含量呈下降趨勢，2～6 d呈上升趨勢，6～8 d則又呈下降趨勢。發芽6 d時，蛋白質含量達到最大值20.5%，比未發芽的燕麥約增加了3.5%。發芽初期，燕麥種子處于休眠期，當溫度適宜，水分充足時，種子開始發芽，種子內部發生呼吸作用，酶開始活化，有機物之間開始相互轉化，種子在發芽時會發生蛋白質分解，在蛋白酶的作用下，蛋白質被分解成為氨基酸和肽，這個過程使發芽種子的營養成分較未發芽時明顯增加。

鷹嘴豆是豆科鷹嘴豆屬一年生或多年生攀緣草木，其營養成分含量高，其中蛋白質含量為18.42%。杜高發等[17]研究發現，鷹嘴豆在發芽過程中蛋白質含量整體呈下降趨勢（表2），前期下降相對平緩，后期大幅下降。這主要是因為在干燥階段的鷹嘴豆種子處于休眠狀態，在合適的溫度濕度條件下，種子逐漸萌發，蛋白質的大分子轉化成發芽過程中新陳代謝所需要的小分子物質。經過9 d的發芽時間，蛋白質含量由最初的18.42%降低至13.50%。

通過上述研究結果可知：不同谷物發芽過程中其蛋白質含量的變化是不同的，例如鷹嘴豆在發芽過程中蛋白質含量是減少的，燕麥中的蛋白質含量呈波浪式變化，而Ghumman等[18]的研究中小扁豆和馬豆的蛋白含量都小幅度上升（表2）；且同一谷物中不同種類的蛋白變化也有所不同，例如大豆中的粗蛋白和可溶性蛋白都是增多的，而不可溶性蛋白則大量減少。

表2 發芽處理對谷物蛋白質含量的影響Table 2 Effect of germination on grain protein content 單位：%

3 發芽處理對谷物脂肪的影響

花生原名落花生，屬薔薇目豆科一年生草本植物。楊天等[19]研究發現5個品種的花生在發芽過程中，脂肪被分解，為種子的發芽生長提供能量，從而導致其含量下降（見表3）。未發芽的花生脂肪含量占花生干重的42.54%～48.36%。除花育20號花生在發芽48 h脂肪含量達到最大值以外，其他品種在發芽24 h時達到最大值。然后隨著發芽時間的延長各品種花生的脂肪含量下降。

蕓豆是一種可食用的豆科植物，學名菜豆，屬薔薇目豆科菜豆屬。根據王倩雯等[12]的研究可知，蕓豆發芽期間脂肪含量總體呈下降趨勢（表3），脂肪在蕓豆發芽的過程中被分解利用，一部分作為能源供給生長需求，一部分則參與發芽過程中的物質合成。

Ferreira等[20]的研究發現，在鷹嘴豆發芽的過程中，脂肪含量變化不大（表3）。

表3 發芽處理對谷物脂肪含量的影響Table 3 Effect of germination on grain fat content 單位：g/100 g

通過上述研究結果表明：不同谷物發芽過程中脂肪含量的變化不同，例如蕓豆呈現出先減少再增加，之后再下降的趨勢；而花生的5個不同品種則均呈現出先上升再下降的趨勢；鷹嘴豆的發芽對脂肪含量的影響微乎其微。

4 發芽處理對谷物礦物質的影響

邵玉芳等[21]采用原子吸收分光光度法測定溶液可以透過的鈣和鐵含量，計算生物可給率，發現未發芽的全籽粒燕麥中鈣的生物可給率為35.5%，鐵則為11.0%，經過發芽處理84 h的鈣和鐵的生物可給率有明顯的增加，分別達到了63.9%和44.6%。

經王慧[22]的研究可知，大豆中的植酸活性隨發芽的進行而增強，從而產生水溶性磷，同時磷、鉀、鈉、鈣含量降低，僅有少數的品種會出現發芽過程中鉀、鈉含量增加（表4）。

黑大麥是普通大麥的一種變種。由蔣芮等[23]的研究可知，黑大麥中富含豐富的微量元素（表4），黑大麥發芽過程中其鈣、鐵及錳等元素增加，而鉀、銅、鋅等元素則略有所下降。發芽黑大麥鈣、鐵及錳含量的增加，提高了其營養價值。

表4 發芽處理對谷物礦物質含量的影響Table 4 Effects of germination on grain mineralscontent 單位：mg/100 g

通過上述研究結果可知：發芽處理對不同谷物中礦物質的變化影響是不同的，例如燕麥中的鈣含量和鐵含量是持續降低的；大豆中的磷、鉀、鈉、鈣含量沒有明顯的變化規律；黑大麥中鉀、銅、鋅含量降低，鈣、鐵、錳含量增加。

5 發芽處理對谷物維生素的影響

吳鳳鳳[24]研究發現，在糙米發芽期間其γ-谷維素和VE含量呈先上升后下降的趨勢（表5）。鮑會梅[25]采用2,6-二氯靛酚測定法測定了黑豆在20℃時發芽7 d的VC含量變化，發現黑豆在未發芽時幾乎檢測不到VC，在發芽過程中VC含量呈上升趨勢，發芽48～120 h時VC含量有明顯增長，發芽至168 h時VC含量為6.35 mg/100 g（表5）。

鮑會梅[26]測定糙米在25℃時發芽72 h過程中VB6和VC含量分變化（表5），發現糙米在發芽過程中VB6含量持續升高，在72 h時VB6含量達到最大值，VC含量在發芽24 h時達到最大值，后開始下降。說明糙米發芽可以提高維生素含量，進而改善糙米品質。

Krapf等[27]對燕麥進行了發芽研究，發芽后VC含量顯著增加，除了在30℃下發芽，其余溫度（10、14、20、25℃）下VC含量均隨發芽時間的延長而增加，且在20℃時增長最明顯（表5）。

表5 發芽處理對谷物維生素含量的影響Table5 Effects of germination on vitamin content in grains 單位：mg/100 g

通過以上研究結果表明：發芽處理對不同谷物中維生素變化的影響是不同的，例如在糙米發芽期間的γ-谷維素和VE含量呈先上升后下降的趨勢，VB6含量則持續升高；黑豆在未發芽時幾乎檢測不到VC，在黑豆發芽的過程中VC含量呈上升趨勢；燕麥VC含量在10、14、20、25℃發芽時呈上升趨勢。

6 展望

發芽處理作為一項極為重要的加工技術，因其純天然、損失小、營養高等特點，受到海內外學者的關注和研究。當干燥的谷物吸收到外界的水分之后開始溶脹，谷物內的酶被活化，代謝速度加快，產生一系列代謝產物，發生了復雜的物理、化學及結構變化，從而進一步改善了谷物的營養成分、功能特性及風味。發芽可以改變谷物的化學成分，使谷物中的淀粉、脂肪、蛋白質、維生素、礦物質元素等營養成分發生改變，同時增加了活性代謝成分的含量，所以發芽是改良并提升谷物食品品質的高效方法。目前發芽谷物在飲品、面點、餅干、酒類上的應用較為廣泛[1-2]。但當前發芽谷物的研究也存在一些問題。首先發芽對谷物中淀粉、脂肪、蛋白質、維生素、礦物質等營養成分影響不同，這可能與谷物自身營養成分、選用的谷物發芽方法、谷物內源酶的不同有關，需要廣大學者更深入系統地進行研究；其次，谷物發芽所需設備缺乏，需要設備研發人員開發相關設備來滿足科研和生產加工的需要；最后，發芽谷物食品在市場上還很少見，所以發芽谷物食品的科學研究應盡快應用到生產中。