超聲波誘導(dǎo)對花生芽理化指標的影響

周玥彤，付欣，于淼*，張佰清*

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽 110866；2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品與加工研究所，遼寧 沈陽 110161）

花生（Arachis hypogaea L.）又名長生果、金果等多種別名，是我國四大油料作物之一。花生營養(yǎng)豐富，含有8種脂肪酸[1]，約25.8%的蛋白質(zhì)、49.2%的脂質(zhì)、16.1%的碳水化合物、6.5%的水分和2.3%的灰分[2]。花生中具有十分豐富的生物活性成分，經(jīng)常食用花生可以改善腦血管功能，增強記憶力[3]。花生芽是花生經(jīng)過發(fā)芽后的一種兼具食療功能的食品，其不需要接觸外界的氣候、營養(yǎng)以及土壤，也不需要打藥施肥，能將自身所儲存的養(yǎng)分形成營養(yǎng)物質(zhì)，是真正的綠色食品[4]。花生芽口感香甜、鮮嫩爽脆，富含多種維生素與微量元素，以及易于被人體吸收的脂肪、植物蛋白質(zhì)等有益成分[5]。研究表明，花生發(fā)芽過程中脂肪酸組成有明顯的變化，不飽和脂肪酸先降低，而后又呈現(xiàn)增加的趨勢[6]，油脂轉(zhuǎn)化為熱量，脂肪含量下降，微生物含量有所上升，營養(yǎng)更加豐富，易被人體吸收，有促進智力發(fā)育、延緩衰老等多種功效[7]。

超聲波的頻率大于20 kHz，是功能食品領(lǐng)域的新興技術(shù)，可以有效地改變蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)[8]。超聲波產(chǎn)生的機械效應(yīng)和空化作用，可以使蛋白質(zhì)功能特性發(fā)生改變[9]。超聲波具有動能，可刺激種子提高發(fā)芽率和發(fā)芽勢，促進生長和縮短作物的成熟期限[10]。超聲處理使得酪蛋白的起泡性和乳化性有所改善，可能是超聲波使酪蛋白分子內(nèi)的螺旋結(jié)構(gòu)部分展開[11]。也有研究發(fā)現(xiàn)超聲處理后花生蛋白的表面疏水性增加，乳化性能也有所提高，其原因可能是超聲誘導(dǎo)蛋白質(zhì)暴露出更多的疏水基團[12]。

本文擬以超聲作為處理手段誘導(dǎo)花生發(fā)芽，對超聲處理前后花生芽的感官指標、理化指標、蛋白酶活及蛋白組分進行檢測比較，研究超聲處理對花生芽品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 原料、試劑及儀器設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

花生（阜花23）：市售；次氯酸鈉、苯酚、三氯乙酸（分析純）：西隴科學(xué)股份有限公司；亞甲基藍指示劑（分析純）：天津市富宇精細化工有限公司；丙酮（分析純）、聚丙烯酰胺凝膠試劑盒：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；β-巰基乙醇（分析純）、低分子量蛋白Marker：北京海利克思科技有限公司。

1.1.2 儀器設(shè)備

RDN-300G植物生長箱：寧波東南儀器設(shè)備有限公司；KQ-300VDE超聲波清洗器：昆山超聲儀器有限公司；L500離心機：湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；紫外可見分光光度計UV-5100：上海元析儀器有限公司；LGJ-25C真空冷凍干燥機：北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司；mini-PROTEAN垂直板電泳儀：美國Bio-Rad公司；AI600UV超靈敏多功能成像儀：GE分析儀器公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 超聲誘導(dǎo)花生發(fā)芽工藝

花生進行篩選除雜，每次選取顆粒飽滿的100顆花生種子，用體積分數(shù)為1%的次氯酸鈉浸泡消毒20min，再用去離子水沖洗3次后將花生置于盛有清水的超聲容器中進行處理，超聲參數(shù)設(shè)置為35℃、30 min、240 W、100 kHz。以未被超聲處理的種子作為對照。在27℃于黑暗條件下浸泡6 h，之后將種子放置在托盤上，底部鋪上濾紙，蓋上紗布在植物生長箱中進行發(fā)芽。早晚進行消毒清洗，每隔24 h取樣。發(fā)芽時間共120 h，試驗重復(fù)3次。鮮樣用去離子水潤洗數(shù)次并吸干表面水分后用于測定理化指標。另一部分樣品進行冷凍干燥，磨粉備用[13]。

1.2.2 花生芽感官指標測定

邀請10名感官評定人員組成評定小組，分別對鮮花生芽進行評分，其中色澤20分、外觀30分、口感及滋味30分，氣味20分，計算總分。花生芽感官評分標準見表1。

表1 花生芽感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standard of peanut sprout

1.2.3 花生芽理化指標測定

發(fā)芽率以根部突破種皮3 mm以上為標準；芽長采用游標卡尺測定；參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》測定含水率；參照GB 5009.4—2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》測定灰分含量；參照GB/T 5009.10—2003《食品安全國家標準植物類食品中粗纖維的測定》測定粗纖維含量；參照苯酚-硫酸法測定總糖含量；參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》測定粗脂肪含量；參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質(zhì)的測定》檢測粗蛋白含量。

1.2.4 蛋白酶活性檢測

鮮花生樣品與50 mmol/L的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽（pH7.4，含 1%聚乙烯吡咯烷酮、10 mmol/L β-巰基乙醇、1 mmol/L 乙二胺四乙酸）按照 1∶8（g/mL）的料液比在0℃下充分研磨混勻，4℃離心30 min，用上清液檢測酶活力。取1 mL濃度為2%的酪蛋白溶液和1 mL的樣品提取物在40℃條件下靜置30 min，在沸騰的水浴下靜置5 min，冷卻后加入3 mL 0.4 mol/L的三氯乙酸（trichloroacetic acid solution，TCA）溶液充分反應(yīng)15 min，離心測定上清液在275 nm處的光密度（optical density，OD）值，未加入TCA溶液的樣品為空白。增加的OD值即為酶活值，數(shù)值每提高0.01即為增加為一個酶活力單位[13]。

1.2.5 聚丙烯酰胺凝膠電泳分析

采用聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gelelectrophoresis，SDS-PAGE）分析空白組和超聲組花生芽蛋白組分的變化。將花生粉末與丙酮以1∶10（g/mL）的料液比進行混合，在4℃磁力攪拌脫脂2 h，之后在4℃條件下以8 000 r/min離心30 min，得沉淀。所得沉淀再重復(fù)脫脂3次～4次。脫脂的花生粉與蛋白上樣緩沖液混合，上樣量為10 μL，低分子量蛋白Marker的上樣5 μL，選用12%的分離膠和5%的濃縮膠。設(shè)定電泳條件為80、120 V，時間分別為40 min和3 h。電泳結(jié)束后，進行染色和脫色，最后用凝膠成像系統(tǒng)進行拍照，對蛋白電泳凝膠圖像進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 花生芽感官評價結(jié)果

花生芽感官評價結(jié)果見表2。

表2 花生芽感官評價結(jié)果Table 2 Sensory evaluation results of peanut sprout

由表2所示，發(fā)芽5 d的兩組花生芽在感官方面無顯著差異。花生芽口感爽脆、香甜可口，具有花生的清香味。超聲組的根莖較為粗壯，無感染雜菌情況。有研究表明，超聲處理具有滅菌的作用，且不會改變食品的風(fēng)味、質(zhì)地、顏色、味道和營養(yǎng)成分[8]。

2.2 超聲處理對花生芽理化指標的影響

2.2.1 花生發(fā)芽過程發(fā)芽率和芽長的變化

空白組與超聲組發(fā)芽過程中發(fā)芽率變化見圖1，空白組與超聲組發(fā)芽過程中芽長變化見圖2。

圖1 空白組與超聲組發(fā)芽過程中發(fā)芽率變化Fig.1 Changes of germination rate during germination in blank group and ultrasonic group

圖2 空白組與超聲組發(fā)芽過程中芽長變化Fig.2 Changes of sprout length during germination in blank group and ultrasonic group

由圖1、圖2可知，兩組花生在發(fā)芽過程中發(fā)芽率及芽長均顯著增加。發(fā)芽5 d時空白組的發(fā)芽率為（88.81±3.49）%，超聲組則達到了（96.59±0.96）%。芽長在發(fā)芽第1天緩慢增長，空白組為（2.55±0.39）mm，超聲組為（4.21±0.60）mm。2 d～4 d芽長增加顯著，在第5天空白組增長到（27.26±1.92）mm，超聲組增長到（32.25±2.49）mm，超聲組明顯高于空白組，且超聲組第4天的芽長已高于空白組第5天的芽長。表明適當(dāng)?shù)某曁幚砻黠@促進了花生種子的萌發(fā)，其原因是超聲波使得細胞膜發(fā)生振動，打破種子的休眠，能量傳遞到種子中，細胞膜和細胞壁的通透性增強，種子內(nèi)淀粉酶和其他關(guān)鍵的酶活性增強，從而促進種子的新陳代謝和萌發(fā)[13]。

2.2.2 花生發(fā)芽過程中水分含量的變化

空白組與超聲組發(fā)芽過程中水分含量變化見圖3。

圖3 空白組與超聲組發(fā)芽過程中水分含量變化Fig.3 Changes of water content during germination in blank group and ultrasonic group

由圖3可知，種子中的水分含量在4%左右。發(fā)芽第1天種子快速吸水，空白組達到（34.59±3.44）%，超聲組達到（40.55±2.17）%。發(fā)芽2 d～5 d水分增加趨于平緩，5 d后空白組為（63.68±1.41）%，超聲組為（81.32±3.54）%。兩組差異的原因是種子在發(fā)芽過程中不斷吸水，使得水分含量上升，而超聲波的空化、振動作用也使得種子的種皮更加軟化，膜通透性增加，從而更利于吸水[15]。

2.2.3 花生發(fā)芽過程中灰分和粗纖維含量的變化

空白組與超聲組發(fā)芽過程中灰分含量變化見圖4，空白組與超聲組發(fā)芽過程中粗纖維含量變化見圖5。

圖4 空白組與超聲組發(fā)芽過程中灰分含量變化Fig.4 Changes of ash content during germination in blank group and ultrasonic group

圖5 空白組與超聲組發(fā)芽過程中粗纖維含量變化Fig.5 Changes of crude fiber content during germination in blank group and ultrasonic group

由圖4、圖5可知，空白組與超聲組的灰分和粗纖維含量均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢且超聲組略高于空白組。空白組的灰分由（2.31±0.08）%增長到（2.51±0.03）%，超聲組增長到（2.75±0.05）%；空白組的粗纖維由（3.45±0.28）%增長到（11.14±0.24）%，超聲組增長到（12.54±0.29）%。相關(guān)研究表明花生在發(fā)芽過程中，維生素、鉀、鈣、鐵、鋅等微量元素的含量都逐漸增加[7]，一定程度的超聲處理，可以改善花生芽的品質(zhì)，增加營養(yǎng)成分的含量[16]。其原因是超聲處理使溫度升高，膜的通透性改變，促使某些關(guān)鍵酶活性增加，種子內(nèi)部儲存的營養(yǎng)成分分解，快速合成新的營養(yǎng)物質(zhì)[17]。在發(fā)芽過程中，長出的根部也提高了纖維含量[13，18]。

2.2.4 花生發(fā)芽過程中總糖含量的變化

空白組與超聲組發(fā)芽過程中總糖含量變化見圖6。

圖6 空白組與超聲組發(fā)芽過程中總糖含量變化Fig.6 Changes of total sugar content during germination in blank group and ultrasonic group

由圖6所示，總糖含量呈現(xiàn)波動趨勢。空白組由（12.26±0.55）%降低至 （10.60±0.54）%后又增加到（13.99±0.42）%，而超聲組則緩慢增加至（15.92±0.76）%。糖為發(fā)芽提供能量[18]，也是容易被利用的一類碳水化合物，有研究表明可溶性糖的增加是由于淀粉的水解[19]。林海的研究表明在超聲處理國槐種子后，作物根系中的可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)均增加[20]，本研究結(jié)果與之相似。

2.2.5 花生發(fā)芽過程中脂肪含量的變化

空白組與超聲組發(fā)芽過程中脂肪含量變化見圖7。

圖7 空白組與超聲組發(fā)芽過程中脂肪含量變化Fig.7 Changes of fat content during germination in blank group and ultrasonic group

脂肪是花生中含量最豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，同時也是花生發(fā)芽的營養(yǎng)指標之一。如圖7可知，花生發(fā)芽過程中脂肪含量大幅度降低，空白組由（54.13±0.76）%降低至（40.16±2.11）%，而超聲組則下降至（35.61±1.34）%，這與王小燕的研究結(jié)果相似[21]。脂肪降低原因是發(fā)芽過程中油脂通過轉(zhuǎn)化為熱量，而適宜的超聲波促進了細胞內(nèi)產(chǎn)生微流，加強細胞膜和細胞壁的透性，從而加強細胞的新陳代謝能力[13，22]。

2.2.6 花生發(fā)芽過程中粗蛋白含量的變化

空白組與超聲組發(fā)芽過程中粗蛋白含量變化見圖8。

圖8 空白組與超聲組發(fā)芽過程中粗蛋白含量變化Fig.8 Changes of crude protein content during germination in blank group and ultrasonic group

由圖8可知，兩組粗蛋白含量均呈現(xiàn)波動趨勢。在4 d時兩組都到達最大值，空白組為（27.32±0.34）%，超聲組為（28.71±0.76）%。花生發(fā)芽過程中蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下分解為氨基酸[17]，氨基酸又參與組成新細胞[21]，所以花生發(fā)芽過程是一個波動的動態(tài)過程。

2.3 花生蛋白酶活性分析

花生發(fā)芽過程中總蛋白酶活力的變化見表3。

表3 花生發(fā)芽過程中總蛋白酶活力的變化Table 3 Changes of total protease activity during peanut germination

如表3所示，兩組樣品在發(fā)芽過程中的酶活均顯著增加，空白組由（75.74±0.17）U/g增加至（262.39±0.10）U/g，超聲組由（89.15±0.08）U/g增加至（290.10±0.25）U/g。花生種子中的蛋白酶活力較低，經(jīng)超聲處理后雖未經(jīng)發(fā)芽，酶活力卻明顯增高，其原因是超聲波的空化作用使能量聚集，使得熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)加強，導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，種子細胞內(nèi)部的物質(zhì)發(fā)生氧化還原等活動，使得大分子蛋白質(zhì)水解加劇。酶活性增強促進花生芽新陳代謝，使得花生芽加速生長，營養(yǎng)物質(zhì)分解合成速率加快[13]。

2.4 花生發(fā)芽過程中蛋白組分的變化

發(fā)芽0～3 d的空白組與超聲組花生芽SDS-PAGE電泳圖見圖9，發(fā)芽4 d～5 d的空白組與超聲組花生芽SDS-PAGE電泳圖見圖10。

圖9 發(fā)芽0～3 d空白組與超聲組花生芽SDS-PAGE電泳圖Fig.9 SDS-PAGE electrophoretogram of peanut sprouts in 0-3 d after germination

圖10 發(fā)芽4 d～5 d空白組與超聲組花生芽SDS-PAGE電泳圖Fig.10 SDS-PAGE electrophoretogram of peanut sprouts in 4 d-5 d after germination

如圖9、圖10所示，隨著發(fā)芽時間的增長，空白組35 kDa～70 kDa之間的條帶在1 d～3 d之間條帶顏色變化不是很明顯，而超聲組條帶顏色逐漸變淺，兩組花生到第5天的時候條帶顏色幾乎消失。其原因主要是蛋白質(zhì)在發(fā)芽過程中水解成為小分子蛋白，而超聲波的空化作用使得水解速度加劇，因此這個區(qū)間內(nèi)的蛋白含量驟減。

3 結(jié)論

試驗研究了超聲誘導(dǎo)阜花23花生發(fā)芽，探究自然發(fā)芽的花生芽和超聲誘導(dǎo)花生芽的感官指標、理化指標、蛋白酶活性及蛋白組分的變化。結(jié)果表明兩組花生芽均呈潔白芽狀，口感清淡爽脆、香甜可口，具有花生的清香味。超聲組花生芽發(fā)芽率、芽長、水分含量、灰分含量、粗纖維含量、總糖含量、粗蛋白含量均高于空白組花生芽；粗脂肪含量低于空白組。總蛋白酶活也有所提高，促進花生芽新陳代謝，加速生長，營養(yǎng)物質(zhì)分解合成速率加快。電泳結(jié)果表明花生發(fā)芽之后大分子蛋白逐漸水解為小分子蛋白，超聲處理使水解速度加快。

綜上可知，超聲處理可以在保障花生芽產(chǎn)量和質(zhì)量的前提下，縮短發(fā)芽時間且提高花生芽品質(zhì)。然而，本試驗只討論了超聲對花生芽營養(yǎng)因子的影響，并未對抗營養(yǎng)因子例如花生中的致敏蛋白進行深入研究，花生營養(yǎng)豐富的同時也具有很強的致敏性，這是花生加工利用方面的一個關(guān)鍵阻礙點，之前有研究表明超聲可以加快花生芽中致敏蛋白下降的速率，本課題組將針對此部分內(nèi)容開展進一步的深入研究。