內蒙古武川裸燕麥萌發過程中營養物質的變化

馬牧然，劉菲菲，余治權*

內蒙古燕谷坊全谷物產業發展有限責任公司（呼和浩特 011700）

裸燕麥（Avena sativaL.）是一種禾本科作物，在世界八大谷物中居第五位，包括帶麩型毛皮裸麥和裸粒型裸麥。裸麥起源于中國，但國內主要仍以裸燕麥栽培為主。裸燕麥在中國又名玉麥、莜麥、裸燕麥和鈴鐺麥等。裸燕麥是一種重要糧食和飼料作物，是世界性栽培作物，主要產區集中在北半球溫帶地區，主要生產國有芬蘭、德國、俄羅斯、加拿大、美國、澳大利亞及中國等，但我國裸燕麥種植面積約占全球種植面積的3%[1]。中國裸燕麥主產區有內蒙古、河北、吉林、山西、陜西和青海等省，雖云南、貴州、四川、西藏有小范圍種植，但還是以內蒙古種植規模最大，占全國總面積的35%以上[2]。

裸燕麥的營養價值和醫療保健功能被國內外醫學界所廣泛認可并受到世界矚目。裸燕麥具有降膽固醇、降血脂、降血糖作用，因此有助于預防和治療心腦血管疾病及2型糖尿病[3]。裸燕麥中還含有產生降血脂效果的不飽和脂肪酸，占裸燕麥脂肪酸總量的82.17%[4]。裸燕麥的不飽和脂肪酸、亞油酸含量較多，還具有軟化毛細血管、防止心血管硬化、推遲人體老化，以及和膽固醇結合成酯，在體內分解為膽酸并排除體外的功效[5]。另外，裸燕麥中的可溶性膳食纖維β-葡聚糖，是顯著減少總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇、降血糖的主要成分[6]。隨著我國裸燕麥科研的重視與開展，裸燕麥加工食品的加工越來越多。加工過程中經常出現的營養和功能成分流失和損壞，所以怎樣保護其營養和功能成分，也成為裸燕麥研究的熱點問題。

裸燕麥可通過萌發過程以富集土壤和改善自身的營養和生物活性元素，從而完成營養價值的再轉化。萌發裸燕麥功能性產品的研究是對裸燕麥產品研究的突破。萌發過程是植物種子生命周期中重要的組成部分，有著非常復雜的機制和步驟。種子萌發過程中，植株胚乳內貯存的滋養成分由內源酶逐漸分解成植株能夠直接使用的滋養成分，通過溶解大分子滋養產物后，將中小分子的營養成分釋放出來，為植株胚芽的生長發育供給滋養和動力[7]。萌發過程中，裸燕麥還原糖和可溶性糖含量明顯地先增加后降低，直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉的含量均隨著萌發進行呈下降趨勢[8-9]。萌發過程中蛋白質含量從18.98%緩慢增加到22.02%[10]。同時，裸燕麥中的總多酚、游離性酚酸[11]、維生素和γ-氨基丁酸的含量顯著提高[12]。這些成分導致某些抗營養因素降低，同時還能夠改善糧食質量和口味。萌發技術是進行無害化、低成本處理和提高動植物種子食品營養價值的最主要方法，成為中國國內谷物研發的新重點。

試驗以僅經過清理的武川裸燕麥為材料進行萌發，研究武川裸燕麥萌發過程中營養成分和功能性物質的變化情況，為裸燕麥的深加工提供一定基礎，為裸燕麥新型食品開發利用提供理論依據。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

裸燕麥（內蒙古燕谷坊全谷物產業發展有限責任公司）。

β-葡聚糖分析試劑盒（愛爾蘭Megazyme公司）；OPA衍生劑、γ-氨基丁酸標準品（美國Sigma公司）；乙腈（色譜純）、乙酸鈉（分析純）、碳酸鈉（分析純）、鹽酸（分析純）、乙酸（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、無水乙醇（分析純）：國藥化學試劑有限公司。

1.1.1 儀器與設備

SYNERGY H1酶標儀（美國BioTek Instruments）；Eppendorf5810R臺式高速冷凍離（德國艾本德公司）；1260 Infinity II高效液相色譜儀（美國安捷倫公司）；DHP-9802恒溫培養箱（上海一恒科學儀器有限公司）；K1306全自動凱氏定氮儀（上海晟聲自動化分析儀器有限公司）；SZC-101S1脂肪測定儀（上海纖檢儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備

將裸燕麥清洗干凈，使用100 mg/L的次氯酸鈉溶液浸泡30 min，浸泡結束后漂洗干凈進行浸麥，條件為溫度20 ℃、浸麥厚度25 mm、浸麥時間16 h。浸麥結束后，瀝干水分，以15 mm的厚度平鋪在恒溫箱中，在25 ℃條件下進行萌發，每12 h噴淋1次。萌發結束后在85 ℃條件下烘干，之后磨粉至0.180 mm（過80目孔徑篩），麥芽粉于-18 ℃保存，以備用。

1.2.2 裸燕麥淀粉含量的測定

裸燕麥中的淀粉含量測定根據GB 5009.9—2016《食品中淀粉的測定》[13]。

1.2.3 裸燕麥蛋白質含量的測定

裸燕麥中的蛋白質含量測定根據GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》[14]。

1.2.4 裸燕麥脂肪含量的測定

裸燕麥中的脂肪含量測定根據GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》[15]。

1.2.5 裸燕麥膳食纖維含量的測定

裸燕麥中的膳食纖維含量測定根據GB/T 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測定》[16]。

1.2.6 裸燕麥β-葡聚糖含量的測定

采用試劑盒法，試劑盒為Megazyme Kit，依照說明書進行。

1.2.7 裸燕麥總多酚的測定[17]

1.2.7.1 樣品的制備準確稱取0.200 g裸燕麥粉。按照乙醇體積分數60%、料液比1∶20（g/mL）、提取液中鹽酸0.024%、溫度75 ℃、萃取時間50 min的工藝提取裸燕麥總多酚。將粗提液于4 000 r/min離心，將上清液于氮吹儀中60 ℃進行氮吹濃縮，所得到約1.5 mL濃縮液，再次在4 000 r/min條件下離心，用0.22 μm過濾器過濾離心后的上清液，并收集。分別吸取100 μL稀釋到5，10，15，20，25和30倍，裝管后冷藏，備用。

1.2.7.2 測定方法

使用Folin-Ciocalteu比色法測定總多酚含量。標準曲線的繪制：用10 mL超純水溶解0.05 g沒食子酸，加入500 mL容量瓶中，用超純水定容至500 mL，分別移取0，1，2，3，4，5和6 mL到100 mL容量瓶中，加入50 mL蒸餾水和1 mL福林試劑，搖勻后靜置5 min，加入2 mL 10% Na2CO3，用超純水定容，在25 ℃恒溫水浴中反應60 min為宜，顯色后在波長760 nm處測定吸光度（A760nm）。根據吸光度制作標準曲線，得出回歸方程。其標準曲線見圖1。多酚含量與吸光度的回歸方程為y=0.323 4x+0.000 8，線性相關系數R2=0.997 5。

圖1 總多酚標準曲線

1.2.7.3 樣品測定

準確吸取0.1 mL試樣提取液，在10 mL容量瓶中加入5 mL超純水，加入0.1 mL福林試劑，搖勻，靜置5 min，加0.2 mL 10%的碳酸鈉，用超純水定容至10 mL。將其放入25 ℃恒溫水浴中反應60 min，顯色后在波長760 nm處測定吸光度（A760nm）。按照指標曲線查得相應的數量后，按式（1）測算多酚含量（mg/g）。

總酚含量=y×V提取/W（1）

式中：y為根據標準曲線計算出的樣本質量濃度，mg/mL；V提取為提取液體積，mL；W為樣品質量，g。

1.2.8γ-氨基丁酸的測定[18]

1.2.8.1 標準溶液的配制

配制5個濃度梯度，即0.10，0.25，0.50，0.75和1.00 g/L的γ-氨基丁酸標準溶液，使用高效液相色譜法測定其峰面積，以γ-氨基丁酸質量濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標，繪制標準曲線，所繪制的γ-氨基丁酸標準曲線圖見圖2。

圖2 γ-氨基丁酸標準曲線

1.2.8.2γ-氨基丁酸樣品液制備

準確稱取3.00 g萌發的裸燕麥粉置于150 mL三角瓶中，加入50 mL 60%的乙醇水溶液，水浴振蕩3 h。水浴結束后于4 000 r/min離心20 min，轉移上清液于圓底燒瓶中。重復上述操作，合并上清液。45 ℃濃縮至10 mL。

1.2.8.3 OPA衍生液的配制

準確稱取10.00 mg OPA，用0.5 mL甲醇溶解，加入2.00 mL 0.4 mol/L的硼酸緩沖液和30.00 μL 2-巰基乙醇。

1.2.8.4 衍生化反應

提取已萌發的裸燕麥粉提取液或γ-氨基丁酸標準液20.00 μL于樣品瓶中，并加入OPA衍生液100 μL。渦旋振蕩5 s，靜置2 min，過0.22 μm濾膜。取10 μL進樣。

1.2.8.5 色譜條件

色譜柱：美國安捷倫公司C18柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）。

流動相A為超純水；流動相B為乙腈；流動相C為甲醇（用于樣品間沖洗作用，梯度洗脫時不使用）；流動相D為10.49 g的無水乙酸鈉、0.5 mL的三乙胺和0.7 mL的冰乙酸混合后至于容量瓶中并定容至1 000.0 mL，調至pH 5.8。梯度洗脫表見表1。柱溫27 ℃，檢測波長254 nm，進樣量10.0 μL[19]。

表1 GABA測定梯度洗脫表

1.2.9 數據分析

每組試驗均設置3次重復，所得結果運用SPSS 20.0做顯著性差異分析，運用Microsoft Excel 2016和Origin 8.5進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 萌發過程中淀粉含量的變化

在裸燕麥的胚乳中主要營養物質是淀粉。裸燕麥的籽粒在萌發階段胚乳中淀粉顆粒吸水而溶脹，內源性淀粉酶被活化，胚乳中內源性淀粉酶濃度逐步上升，使其從最初的結合態逐漸變為游離態，而使淀粉的濃度有所提高。隨著萌發時間的延長，在α-淀粉酶和β-淀粉酶的作用下，淀粉又被分解為小分子結構的糖，如麥芽糖、蔗糖等單糖[1,20]。在萌發階段，裸燕麥淀粉含量的動態變化情況見圖3。

圖3 裸燕麥萌發過程中淀粉含量變化

由圖3可發現，在裸燕麥萌發階段中，淀粉含量均呈現先增加后逐漸減少趨勢。在0～24 h內，裸燕麥的淀粉含量從60.5 g/100 g升高到64.9 g/100 g。24 h之后，隨著萌發時期的增加，淀粉含量逐漸減少，到萌發72 h時淀粉含量為54.9 g/100 g。發生這樣情形的重要因素可能是在谷物播種的萌芽階段，干重隨萌芽期限的增長而下降[21]，淀粉含量隨之降低。而萌發初期，種子活性較低，因此在萌發前24 h，裸燕麥淀粉含量有所提高。此外，裸燕麥籽粒吸水時，淀粉顆粒細胞溶脹，內源淀粉酶被激活，使其由從最初的結合態逐漸變為游離態，從而使淀粉含量有所增加[7]。裸燕麥淀粉含量的變化與裸燕麥籽粒的淀粉酶活性有關。淀粉在α-淀粉酶和β-淀粉酶的相互作用下水解為麥芽糖、蔗糖等單糖[7]。李利霞等[1]研究發現，隨著萌發時間延長，種子呼吸作用加強，裸燕麥在萌發前α-淀粉酶和β-淀粉酶活性增強。有研究表明萌發初期裸燕麥α-淀粉酶活性較低，是因為α-淀粉酶抑制劑存在所導致[22]。

2.2 萌發過程中蛋白質含量的變化

由圖4可知，裸燕麥籽粒在萌發過程中，蛋白質含量變化并不明顯。裸燕麥籽粒萌發0 h時蛋白質含量為9.7%，萌發72 h后蛋白質含量變為8.2%，僅減少15.46%。裸燕麥籽粒在0～24 h內蛋白質略微增加，可能是在種子萌發過程中進行呼吸作用引起的干物質損失所造成。這一試驗結果與Peterson[23]研究中的裸燕麥品種MF913148相同。

圖4 裸燕麥萌發過程中蛋白質含量變化

2.3 萌發過程中脂肪含量的變化

從圖5可以發現，裸燕麥籽粒在整個萌芽過程中脂肪含量的改變并沒有很顯著。總體上呈緩慢增長態勢。脂肪含量由6.79%增加至7.10%。裸燕麥籽粒在整個萌發過程中脂肪含量變化并不是很明顯，這一試驗結果與Peterson[23]研究的裸燕麥品種88Ab3073在整個萌發過程中的脂肪含量的改變量的趨勢較為一致。產生這一情況的可能因素是裸燕麥籽粒萌發加快，有關蛋白質的酶活性也會相應提高。脂肪酶的活性增強，使裸燕麥籽粒內原來與其他高分子化合物相結合，所包裹的甘油三酯得到迅速分解并生成游離的多種脂肪酸與甘油，因而使油脂濃度得到一定程度增加。

圖5 裸燕麥萌發過程中脂肪含量變化

2.4 萌發過程中膳食纖維含量的變化

裸燕麥籽粒內胚乳細胞壁的主要成分為交錯連接的葡聚糖[24]。從圖6可知，從總體上看β-葡聚糖含量在萌發過程中呈明顯下降趨勢，且下降趨勢較大。在萌發0 h時裸燕麥籽粒中β-葡聚糖含量為4.43%，萌發72 h后含量降低為2.14%。這一結果與Bhatty[25]研究萌發大麥β-葡聚糖變化趨勢類似。β-葡聚糖含量最大值出現在萌發的第24小時，說明在萌發初期裸燕麥籽粒中的β-葡聚糖得到釋放，并使之和其他大分子分離。在萌發階段，β-葡聚糖含量在0～24 h之間呈現一個上升趨勢，這一過程的發色可能是由籽粒萌發，使呼吸作用增加，造成干物質大量流失而形成的。盡管對于裸燕麥籽粒β-葡聚糖攝入量與其作用特點的有關資料較少，但據試驗結果顯示，裸燕麥萌發時的β-葡聚糖濃度卻明顯降低，這或許對一些需要利用β-葡聚糖的作用特點的新產品開發有一定影響。同時由圖6可知，裸燕麥萌發過程中總膳食纖維含量顯著增加，萌發時間72 h時，膳食纖維含量達18.01%，較0 h的9.93%顯著增加（P＜0.05）。

圖6 裸燕麥萌發過程中膳食纖維及β-葡聚糖含量變化

2.5 萌發過程中多酚含量的變化

多酚類化合物是裸燕麥中重要的抗氧化物質。通過籽粒的萌發可以改變谷物中多酚類物質含量。多酚類物質在裸燕麥萌發過程中的動態變化情況如圖7所示。在萌發過程中，裸燕麥總多酚在萌發12 h時顯著降低（P＜0.05）。在0～12 h，裸燕麥總多酚從2.34 g/kg下降至1.35 g/kg，但隨著時間的延長總多酚含量緩慢上升，總多酚含量顯著增加（P＜0.05）。總酚含量在萌發初期有所減少，這和Afify等[26]的研究結論相似。構成多酚類化合中的酚酸類明顯減少，但Afify等[26]認為總酚含量降低的主要原因是裸燕麥籽粒在浸泡過程中部分酚類物質溶解于浸泡介質，從而引起多酚類物質減少。而溫度升高可以促進水溶性物質的溶解，使得常溫萌發條件下，總酚含量減少較多。Tian等[27]通過觀察裸燕麥在萌發階段內總酚物質的轉變情況發現，16 ℃進行浸麥和萌發，裸燕麥總酚含量呈現先下降后升高趨勢，浸麥24 h時，總酚含量從0.2%降低至0.19%；隨著萌發時間的延長裸燕麥總酚含量不斷上升，萌發48 h時，其含量約0.25%；萌發144 h時，含量增加至最大值0.91%。裸燕麥萌發過程中總酚含量的變化主要是由酶的影響造成的。萌發初期浸泡過程中，由于多酚氧化酶的活性處于較高水平，致使部分多酚被迅速氧化并分解，隨著萌發時間的延長，多酚氧化酶活性下降，裸燕麥蒽酰胺合成酶活性提高，使得酚類物質大量合成。

圖7 裸燕麥萌發過程中多酚含量變化

2.6 萌發過程中γ-氨基丁酸含量的變化

γ-氨基丁酸是一種非蛋白質氨基酸，普遍分布于真核生物和原核生物中，同時也是對神經的一種十分非常關鍵的抑制性神經遞質，在預防和治療心腦血管疾病中發揮關鍵作用，是谷氨酸脫去羧基后的合成產物[28]。因此，研究裸燕麥萌發過程中富集γ-氨基丁酸對后續產品的開發具有重要意義。萌發過程中，裸燕麥的γ-氨基丁酸含量的變化如圖8所示。裸燕麥γ-氨基丁酸呈現緩慢上升的趨勢，萌發0～72 h時，其含量由112.33 mg/kg增加至312.33 mg/kg，增加178.05%。谷氨酸和多胺是合成γ-氨基丁酸的主要底物，而谷氨酸脫羧酶和二胺氧化酶則是γ-氨基丁酸形成的限速酶，γ-氨基丁酸是在谷氨酸脫羧酶的影響下，由谷氨酸進行脫羧的不可逆而形成[29-30]。

圖8 γ-氨基丁酸含量變化

3 結論

研究內蒙古武川裸燕麥萌發0～72 h階段中其主要的營養物質的變化，結果發現：隨著萌發時間的延長，裸燕麥膳食纖維含量、總多酚含量和γ-氨基丁酸含量都明顯大幅度增加，脂肪含量略有增加；淀粉和β-葡聚糖的含量明顯降低，蛋白質含量略有降低。萌發時間達到72 h時，總多酚含量增加183.76%，膳食纖維含量增加81.37%，γ-氨基丁酸含量增加178.05%，而β-葡聚糖含量下降51.69%，淀粉含量減少9.26%。說明武川裸燕麥在萌發過程中，營養物質含量發生變化，在一定程度上提高裸燕麥的營養價值，同時β-葡聚糖的降低可能會對裸燕麥相關功能特性產生一定影響。研究武川裸燕麥萌發過程中營養成分和功能性物質的變化情況，為裸燕麥的深加工提供一定基礎，為裸燕麥新型食品開發利用提供理論依據。可為裸燕麥的后續加工方向提供一定研究基礎。