生物萌育對谷豆資源營養與功能成分影響的研究進展

王明輝，邵家威，張桂香，丁金國，魯佩杰，張炳文*

1(濟南大學 生物科學與技術學院，山東 濟南，250002)2(諸城外貿有限責任公司，山東 諸城，262200)

谷物泛指各種禾本科植物的果實和種子，主要包括稻米、小麥、玉米、小米、糙米、藜麥等。谷物雖品種多樣，但結構相似，均由谷皮、胚乳、胚芽組成。谷物中的營養物質主要以淀粉為主，是人體主要能量來源。豆類是指所有能產生豆莢的豆科植物，常見的有黃豆、黑豆、綠豆、紅豆等。豆類為雙子葉無胚乳種子。種子由種皮和胚組成，胚包括胚根、胚軸、胚芽和子葉4部分。豆類中蛋白質是主要組成物質，也是人體重要的蛋白質來源[1]。

《中國居民膳食指南》指出：成人每天谷薯類食物攝入量應當在250～400 g，其中全谷物和雜豆類50～150 g。另外，為保證人體內碳水化合物平衡，成人平均每天至少要吃夠150 g谷薯類食物。食物多樣、谷類為主是平衡膳食模式的重要特征。

生物萌育是以具有生命活力的種子為原料，給予適合的溫度、水分、光照和養分，使種子萌發的過程。萌發是生命的最初階段，也是植物生長過程中生命力最旺盛的階段[2]。在萌育過程中，種子吸水膨脹，機體新陳代謝能力增強，機體相酶活力增強，種子中的營養物質被消耗，種胚萌發突破種皮，然后萌發[3]。在此過程中，種子中的酶活力增強，其中，蛋白質、脂肪、碳水化合物等大分子營養物質在酶的催化作用下分解成小分子物質；維生素和礦物質含量逐漸增多；功能性物質如多酚、黃酮等含量發生變化，其延緩衰老、預防癌癥、降低膽固醇等的功能活性功效也隨之增加[4]。

生物萌育是一種提高食物利用率和改善營養成分的天然方法[5]。近年來，許多學者將萌育培養方法用于谷物和豆類的研究上，引起國內外的廣泛關注。谷豆萌芽后的功能活性研究也成為了熱點。這些研究使得人們對種子萌育有了新的認識，為未來谷豆類食物的加工方法提供了一定的參考。

1 萌育處理對谷豆營養成分的影響研究

谷物和豆類都是我國重要的糧食資源，其含有豐富的營養物質。種子萌發過程中，在多種酶的催化作用下，機體的生理代謝發生變化，大分子的營養物質被酶解，種子中的營養物質發生變化。

1.1 谷豆萌育過程中碳水化合物含量變化

碳水化合物是谷物、豆類(大豆除外)中主要的營養物質，大多以淀粉的形式存在。鮑會梅[6]在研究中發現，糙米在萌芽過程中淀粉含量呈下降趨勢，是萌發前的1/3，而還原糖含量相比萌發前提高6倍。糙米在萌發過程中，赤霉素誘導α-淀粉酶活力升高，淀粉在酶的作用下被分解為小分子糖，從而導致種子中還原糖含量增加[7]。

藜麥是目前唯一一種單體植物即可滿足人體基本營養需求的食物，其淀粉含量豐富[8]。研究發現，藜麥萌發過程中淀粉及還原糖含量變化趨勢與其他谷物相似，并且萌發藜麥中的還原糖含量與淀粉酶活力呈正相關關系。在不同的溫度下萌育培養，其還原糖含量變化會有所不同[9-11]。付榮霞等[12]在探究萌發溫度和時間對藜麥營養成分的影響時發現，在20 ℃條件下萌發60 h，還原糖含量出現峰值；在15 ℃條件下，萌發72 h亦出現峰值。隨著溫度降低，碳水化合物分解速率逐漸降低，這是因為低溫抑制了淀粉酶活性，導致淀粉轉化為還原糖的速率減慢。

花生萌芽又稱“長生芽”，因其獨特的風味和脆嫩的口感而備受人們喜愛。研究發現，花生在萌發過程中可食用部位重量增加，可溶性糖含量在萌發前期顯著升高。這是因為花生在萌芽過程中需要分解淀粉產生還原糖，釋放能量，以滿足自身生長發育，從而導致可溶性糖含量增加[13-14]。李先翠等[15]利用不同波長的光線照射萌發過程中的花生，研究發現，紫色光照可以減緩花生中淀粉的分解速率，而黃、藍色光照可以促進花生淀粉分解，提高種子中還原糖含量。

1.2 谷豆萌育過程中蛋白質和氨基酸含量變化

蛋白質是生物機體的重要組成部分，也是植物籽粒的重要組分。大豆是我國主要的糧食作物之一，其蛋白質含量高達30%～40%，并含有多種人體必需氨基酸，是重要的植物蛋白來源[16]。孫冰[17]研究發現，大豆在萌育過程中蛋白質含量呈下降趨勢，萌發120 h后減少約12.8%。謝皓等[18]研究發現，大豆芽中蛋白質含量隨萌發時間延長而逐漸升高，萌發8 d 后提升5.77%；氨基酸含量在萌發前3 d內大幅升高，隨后開始下降。李新華等[19]發現，大豆萌發過程中，內源蛋白酶活力逐漸升高，游離氨基酸含量隨蛋白酶活力升高而增加。分析認為，大豆萌發初期，子葉中的蛋白質被內源性蛋白酶分解生成游離氨基酸，為大豆萌發提供能量，從而導致大豆蛋白質含量降低，氨基酸含量升高。

蛋白質也是花生籽粒中重要營養物質。張浩等[20]研究發現，花生在萌發過程中，可溶性蛋白質含量先降低后升高，在萌發48 h時達到最低點；多肽和游離氨基酸含量均呈上升趨勢，相比萌發前增加了1.18倍和6.63倍。茹萬飛[21]研究發現，花生萌發過程中蛋白質和氨基酸變化呈負相關關系。萌育過程中，氨基酸含量隨萌發天數增加而增加，含量由高到低依次為谷氨酸、天冬氨酸和精氨酸。由此可見，花生在萌發過程中大分子的蛋白質被酶解成小分子的肽和游離氨基酸，合成其他氨基酸。

芝麻是我國重要的油料作物，而其豐富的蛋白質資源往往被人們忽視。張麗霞等[5]研究發現，芝麻在萌育過程中，隨萌發時間延長，蛋白質含量先降低后升高，然后再降低。在芝麻萌芽后期，蛋白酶活性提高，蛋白質分子被大量分解，從而導致其含量降低。張瑞等[22]研究發現，芝麻萌發后氨基酸含量發生顯著變化，其中，谷氨酸下降11.51%，精氨酸下降11.71%，甘氨酸下降22.60%，蘇氨酸和賴氨酸分別上升24.62%和19.26%。隨著萌發時間延長，必需氨基酸含量占比逐漸上升。氨基酸含量的變化主要是因為芝麻在萌發過程中蛋白酶被激活，芝麻中貯存的蛋白質在酶的作用下被分解為小分子肽和氨基酸，這些氨基酸又參與分解代謝產生代謝物，代謝物又重新組合，組成新的氨基酸，從而導致萌芽芝麻中的氨基酸種類和數量發生改變。

1.3 谷豆萌育過程中脂肪和脂肪酸含量變化

脂肪是種子的重要儲能物質，在植物生長發育過程中起著重要作用。植物的油脂中含有豐富的脂肪酸，包括亞油酸、亞麻酸等人體必需脂肪酸，這是動物油脂無法替代的。芝麻是重要油料作物，在我國種植面積廣泛，有“油料皇后”的美稱[23]。在芝麻萌育過程中，粗脂肪含量隨萌芽時間的延長而降低，游離脂肪酸含量呈上升趨勢[24]。張麗霞等[5]研究發現，芝麻萌發過程中脂肪酶活性不斷提高，從而導致脂肪含量不斷下降，下降率為53.5%。同時，脂肪酸含量也在不斷變化，亞油酸和亞麻酸含量隨萌發時間延長先升高后降低，在萌發6 h時達到最高，分別為45.3%和0.79%。在芝麻芽中同樣含有豐富的多不飽和脂肪酸，其中大多是油酸和亞油酸[25]。

大豆脂肪主要是由油酸和甘油組成，脂肪酸含量占脂肪總量的90%以上，主要包括油酸、亞油酸、亞麻酸、硬脂酸和棕櫚酸。大豆萌發過程中，脂肪逐漸被分解利用，脂肪酸含量逐漸減少[26]。謝皓等[18]研究發現，大豆萌發過程中，棕櫚酸、硬脂酸和油酸含量呈下降趨勢，而亞油酸和亞麻酸含量逐漸增加。

1.4 谷豆萌育過程中維生素、礦物質含量變化

鮑會梅[6]研究發現，糙米萌發后維生素B6含量升高，萌發72 h時達到0.96 μg/g，維生素C含量相比萌發前也有顯著提升。彭立偉等[27]研究發現，大豆發芽72 h后維生素C含量高達0.021 7%，維生素A和維生素E含量均成倍增長，分別增加了14.7 倍和6.4倍。藜麥中微量營養元素種類豐富，維生素E含量遠高于其他谷物。萌發后，每100 g萌芽中維生素E含量高達21.64 mg[28]。芝麻中的生育酚是重要的抗氧化物質，芝麻在萌育過程中，生育酚含量先降低后升高再降低，萌發8 h時生育酚含量達最高值，為546.3 mg/kg[29]。

除維生素外，豆類和谷物中還含有豐富的礦物質。在萌育過程中，種子中的礦物質含量隨萌育時間的變化而變化。大豆在萌發過程中鈣、鐵、磷含量呈下降趨勢，游離鐵和游離鈣含量不變[17]。糙米萌發后，其鈣、鐵、鉀、鎂、鈉、鋅的含量均呈上升趨勢，并隨萌發時間延長而增加[30]。

2 萌育過程中谷豆功能性成分含量的變化

豆類和谷物中除主要的營養物質外，還含有微量的功能性成分，如花生中的白藜蘆醇、芝麻中的木脂素、大豆中的異黃酮等。在谷物和豆類萌發過程中，種子內的功能性物質含量也隨之變化。

2.1 多酚和黃酮類物質含量變化

萌育提高了谷豆中主要功能活性物質含量，同時也顯著提高了谷豆的營養保健價值。多酚和黃酮類物質是植物體內重要的生物活性物質，具有廣泛的生理功能。花生中的白藜蘆醇是重要的天然多酚類物質，具有抗氧化、抑制癌癥、降血壓、保護心血管等功效。徐世杰等[4]研究發現，花生經萌育處理后，白藜蘆醇含量上升54.5%，總酚和黃酮含量分別上升53.6%和42.5%。

芝麻中的木脂素是重要抗氧化物質，具有抑制癌細胞生長、保護肝臟作用。研究表明，在芝麻萌發過程中，芝麻素和芝麻林素含量呈下降趨勢，木脂素被分解，萌育培養4 d后木脂素含量約為475 mg/100g[3,31]。

大豆中異黃酮是大豆生長過程中的次級代謝產物，具有抗衰老、抑制癌癥的功效。李笑梅[32]在大豆萌育研究中發現，隨著萌發時間的延長，大豆異黃酮含量逐漸增加，萌發96 h時達到最高，為3.35 mg/g，相比萌發前提高了2.9倍。畢偉偉等[33]的研究表明，光照有利于大豆異黃酮的合成和積累，在光照條件下異黃酮增加速率明顯高于對照組。

申海進等[34]研究發現，大豆在萌育過程中，苷元含量不斷升高。在96 h時達到最大，相比未萌發大豆提高512.9%，糖苷型含量下降31.7%，由此看來大豆在萌發過程中糖苷發生代謝轉化，從而導致苷元含量增加。

2.2 γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid,GABA)含量變化

GABA是一種重要的神經遞質，具有促進生長素分泌、鎮靜神經等功效[35]。研究表明，植物種子萌發過程中會產生CABA，在受到低溫、低氧、機械損傷、鹽脅迫等脅迫壓力時，會導致GABA迅速積累。

李先翠等[15]在實驗中發現，花生在萌發48 h后GABA含量相比萌發前提高7倍。糙米在萌發后其GABA含量是萌發前的3倍多，最高達到105.21 mg/100g[36]。糙米萌育過程中添加蔗糖，會使GABA含量相比無蔗糖條件萌發時明顯提高[37]。

胡秀娟等[38]采用氯化鈣鹽脅條件萌育糙米，發現糙米中GABA含量可達到131.91 mg/100g。尹永祺等[39]采用低氧冷激的方法萌發玉米籽粒，在低氧條件下萌育72 h后，于-18 ℃冷凍6 h，然后25 ℃回溫4 h，結果表明玉米籽粒中GABA含量提高29.9倍，達到1.52 mg/g。小麥在萌發過程中GABA含量同樣發生變化，小麥籽粒在低溫脅迫環境下，萌育培養24 h，GABA含量相比萌發前提高98.7%[40]。在芝麻萌育研究中同樣發現，隨著萌發時間延長，芝麻中的GABA含量升高，萌芽5 d種子中的GABA含量由24.13 μg/g提高到95.28 μg/g，約是萌育前的3倍[25]。

谷豆在萌育過程中谷氨酸脫羧酶被激活，機體中的谷氨酸被轉化為GABA，從而導致GABA含量升高，在提高種子功能活性物質含量的同時，大大提高了谷豆類食物的營養保健價值。

3 生物萌育技術在谷豆類食物中的應用研究

谷物和豆類是人們日常生活中必不可缺的食物，傳統的谷豆類食物大都以原始狀態的種子為原料，經過一系列工藝加工成成品。受食物原料限制，產品的營養成分很難得到改善。在萌育過程中，谷豆自身的營養成分發生改變，一些功能性因子的增加大大提高了谷豆的營養保健功效。李時珍在《本草綱目》中記載：唯此豆芽白美獨異，食后清心養身，具有“解酒毒、熱毒，利三焦”之功。由此可見，谷豆萌芽有著極高的生物活性。

3.1 大豆萌育的研究進展

大豆異黃酮是大豆生長過程中的次級代謝產物，是一種重要的活性物質。巫波等[41]研究發現，大豆異黃酮對乳腺癌、前列腺炎、消化道腫瘤、肺癌都有較好的預防和治療效果。其作用機制主要包括：異黃酮利用自身的抗氧化作用，清除體內自由基，誘導抗氧化酶活性從而抑制癌細胞生長；異黃酮具有抗雌激素特性，能夠抑制雌性受體結合，從而降低與雌激素相關的腫瘤發病率；異黃酮還能夠阻止細胞內蛋白質復合物形成，導致細胞周期停滯，使細胞不再增殖，進而抑制癌細胞生長。朱春燕等[42]采用超聲-微波聯用提取豆芽中的異黃酮，發現異黃酮提取物可有效抑制金黃色葡萄球菌生長。由此證明大豆芽中的異黃酮存在較強的抗癌抑菌活性。

滕文靜[43]采用萌發大豆作原料，加工制作萌發大豆豆腐。研究發現，萌發大豆豆腐中的抗營養因子含量明顯低于傳統豆腐，使得豆腐中的營養物質能夠更好地被人體吸收利用。大豆酸奶是一種谷物酸奶，在充分利用大豆蛋白的同時又可彌補牛奶酸奶高脂肪、高膽固醇的缺點。劉愛潔等[44]采用萌發大豆為原料制作大豆酸奶，大豆在萌發過程中，自身營養物質被水解為更易被人體吸收的小分子物質，異黃酮、維生素和膳食纖維的含量也有所提高，全方位改善了大豆酸奶的營養成分。項聿蘭[45]根據不同品種大豆營養成分含量特點，結合大豆萌育過程中功能因子變化規律，研究制備了適合不同人群的豆漿產品，該系列產品分別具有預防老年癡呆、抗衰老、促進消化吸收、補充蛋白質和降血脂等功效，充分利用了大豆資源，提高大豆的保健功效。

3.2 糙米萌育的研究進展

谷豆在萌發過程中會產生豐富的抗氧化物質，如谷維素、維生素E、植酸等。糙米被稱為“可以吃的化妝品”。王嘉怡等[46]研究發現，發芽糙米中的抗氧化物質植酸、阿魏酸可有效抑制黑色素產生，并且促進皮膚新陳代謝，減緩皮膚氧化衰老。且在探究發芽糙米米糠對高血脂大鼠血脂代謝的影響中發現，食用發芽糙米米糠的大鼠膽固醇和甘油三酯顯著低于對照組，原因是發芽糙米提取物能夠調節體內過氧化物酶激活受體γ和增強子結合蛋白α的表達，抑制脂肪細胞中脂肪的積累，從而達到降血脂的目的。

劉晨等[47]將發芽糙米應用于糖尿病功能食品中，發現糙米在萌芽過程中產生的GABA、谷維素、膳食纖維等活性成分具有降低Ⅱ型糖尿病患者血糖濃度和膽固醇含量、預防肥胖的功效。

3.3 芝麻萌育的研究進展

芝麻芽中的芝麻酚具有較強的抗氧化和清除自由基能力，通過清除體內自由基減緩細胞的衰老死亡。張瑞[48]在探究芝麻萌發過程中功能性物質作用時發現，芝麻芽中的提取物對小鼠肝臟有較好的保護作用，可有效緩解CCl4對肝臟的損傷。

GABA是生物腦組織中重要的神經遞質，也是谷豆萌芽中重要的活性物質。GABA可以提高葡萄糖磷酸酯酶的活力，刺激腦細胞活力，促進腦組織的新陳代謝，改善神經機能，從而具有緩解情緒緊張，緩解神經抑郁的功效。芝麻醬是常見的調味品之一，也是北方火鍋的主要蘸料。張炳文等[49]利用萌育技術，將芝麻在高鹽脅迫環境下進行萌育培養，以發芽芝麻為原料加工一種高GABA芝麻醬，在保留芝麻醬原始風味的同時，提高了芝麻醬的營養保健價值。

3.4 其他谷豆萌育的研究進展

隨著人們對谷豆萌育研究的不斷深入，越來越多的谷豆類產品被開發出來。胡潔[9]以營養和功能物質含量為指標，探究最佳萌發時間，采用發芽3 d的藜麥為原料，加工制作了一款營養豐富、口感潤滑具有濃郁麥香的藜麥芽飲料。

我國豆類資源豐富，一些豆類萌芽通常作為蔬菜被人們直接食用。鄭立軍[50]分別探究7種豆類在萌發過程中GABA含量變化規律，以7種發芽豆類為原料，開發制作了一種富含GABA的豆芽粉發糕脆片。

4 展望

谷物和豆類中含有豐富的營養及功能活性物質，是重要的食物資源。通過生物萌育技術可有效改善谷物和豆類的營養成分，提高其保健功效價值，但目前對萌育技術的研究不足，為促進發芽谷豆的廣泛應用，仍有問題需要研究。

生物萌育是一種可控的技術，谷豆在萌芽過程中營養成分的變化已得到廣泛的研究，但對其變化機制并未完全了解。應針對不同營養需求，探究最佳的萌發條件，以提高谷豆營養價值。谷豆萌芽提取物在保健功效方面同樣具有潛在的應用價值，探究谷豆萌芽中生物活性物質在人體內的作用機制將是今后研究的熱點。

萌發谷豆中含有麩皮層和胚芽等結構，口感相對精加工谷豆食品差，在當前社會大力推廣全谷物食品的背景下，研究萌育技術提高谷豆營養的同時，還應探索新型加工技術來提高萌芽谷豆食品口感，這也將是未來重要的研究方向。

谷豆萌芽目前的應用更多在于食品方面，可以針對嬰幼兒及老年人等營養缺乏人群的需求開發一些特殊食品，以滿足不同人群的營養所需。此外，芝麻萌芽中的功能活性物質還可以應用在保健品、藥品等領域，如萌芽中產生的GABA具有調節睡眠、抗焦慮的功效，可有效改善人體健康，提高人體免疫力。黃酮類和多酚類物質也是谷豆萌芽中重要的功能活性物質，對其保健功效的探究也是極其重要的。萌育培養提高了谷豆類食物的營養和保健價值，在人們追求健康生活的今天，谷豆生物萌育技術的利用與拓展有著更為廣闊的研究前景。