外源Zn2+在大麦发芽时的动态分布

朱 重 悦, 王 越, 陈 莉, 安 家 彦

(大连工业大学 生物工程学院, 辽宁 大连 116034)

0 引 言

许多微量元素不仅在麦芽萌发中起重要作用[1],而且在啤酒发酵阶段对酵母菌也存在很大影响[2-3]。Zn2+是发酵过程酵母生长的必须元素,对啤酒酵母生长繁殖、各种酶活性、促进糖的代谢以及发酵副产物的形成都有重要作用[4]。制麦过程中添加一定浓度的Zn2+能够减少制麦损失,对麦芽中不同的酶有激活或抑制作用,并且对麦芽的品质也有一定的影响[5]。

Zn2+是人体所必需的微量元素,因此富锌啤酒的提出对人类和啤酒行业都有重大意义。虞华芳等[6]曾研究富锌麦芽有机锌和无机锌含量变化,但未涉及Zn2+在麦芽中的具体分布和含量动态变化。过量的锌会对人体产生较大的危害,因此我国对食品微量元素的添加及控制有严格要求。

本研究以不同品种大麦为原料,在发芽过程中跟踪检测麦芽和富锌麦芽Zn2+含量分布变化,为富锌啤酒安全性及Zn2+的作用机理研究提供理论依据。

1 实 验

1.1 材料、试剂与仪器

材料:法国Sebastian大麦和澳洲Schooner大麦,大连中粮麦芽有限公司提供,特性见表1。

试剂:四氯化碳,天津市科欧化学试剂有限公司；盐酸羟胺,天津市大茂化学试剂厂；醋酸锌,天津市光复精细化工研究所。

表1 实验所用大麦特性

仪器:ZPS-250型智能恒温恒湿培养箱,黑龙江东拓仪器制造公司；Buhler型麦芽标准粉碎机,北京华易通商科技发展有限公司；V-5000型分光光度计,上海元析仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 大麦常规品质测定

参考啤酒大麦标准GB/T 7416—2008,对2种原料大麦的夹杂率、含水量、千粒重、水敏感性和发芽率进行测定[7]。

1.2.2 制麦程序

取大麦进行筛选除去浮粒、破粒,按浸四断八方式(浸水4 h,控水8 h)浸麦,最后一次添加1.2 mmol/L 的醋酸锌溶液,在温度16 ℃、湿度90%的培养箱中发芽,发芽时间为4 d,每天翻麦2次；焙焦工艺按40 ℃(8 h)→50 ℃(8 h)→60 ℃(2 h)→70 ℃(2 h)→85 ℃(4 h)逐步升温程序进行干燥。

1.2.3 大麦中Zn2+的测定

发芽中每天取样,当天对每份样品进行处理。具体操作:将大麦分为麦皮、胚乳和胚三部分,于80 ℃烘干然后粉碎；分别称取1.0 g的麦皮、1.5 g的胚乳、0.5 g的胚至不同消化瓶,进行湿法消化,消化液定容至25 mL,采用双硫腙比色法测定Zn2+量[8]。双硫腙比色法标准曲线见图1。

图1 双硫腙比色法锌离子标准曲线

1.2.4 大麦中总锌检测

在大麦发芽过程分别在浸麦完成和发芽完成时取样烘干,按方法“1.2.3”进行检测。

2 结果与讨论

2.1 不加锌的麦芽中Zn2+的动态变化

大麦发芽过程中Zn2+含量检测结果如图2、3所示。Zn2+在大麦的各部分中含量明显不同,麦皮和胚中的Zn2+相对浓度大于胚乳；随发芽时间延长,麦皮和胚乳中的Zn2+不同程度减少,而胚中的Zn2+大幅增加。

图2 Sebastian空白组麦芽各部分中Zn2+质量分数随时间的变化

Fig.2 Change of zinc ions’ content in different parts of Sebastian blank malt along with time

图3 Schooner空白组麦芽各部分中Zn2+质量分数随时间的变化

Fig.3 Change of zinc ions’ content in different parts of Schooner blank malt along with time

Zn2+在大麦生长中参与合成金属基团或辅基、细胞分裂、分化和蛋白质合成等过程[9],而这一系列过程都发生在麦芽最有活力的胚中,因而胚乳中的Zn2+通过营养运输等途径到达胚中。麦皮中Zn2+的减少可能是因为发麦过程中流失和缓慢地扩散至胚乳。

2.2 添加外源锌的麦芽中Zn2+的动态变化

为验证Zn2+的运动规律是否也符合添加了外源锌的麦芽,在制麦时用添加1.2 mmol/L的Zn2+水溶液浸麦,发芽开始每隔24 h取样检测Zn2+质量分数,结果见图4、5。可以看出,大麦各部分Zn2+质量分数变化和图2、3大致相同,不同的是在发芽1 d后麦皮中Zn2+较初始有所增加,然后逐渐降低；另一个区别是胚乳和麦皮中Zn2+的降低速率小于空白实验组,而在胚中增加速率明显高于空白组。

图4 Sebastian实验组麦芽各部分中Zn2+质量分数随时间的变化

Fig.4 Change of zinc ions’ content in different parts of Sebastian experiment malt along with time

图5 Schooner实验组麦芽各部分中Zn2+质量分数随时间的变化

Fig.5 Change of zinc ions’ content in different parts of Schooner experiment malt along with time

麦皮中的Zn2+含量在第2天会高于第1天可能是由浸麦完成断水后大麦外皮残留的Zn2+被麦皮吸收所造成的。麦皮和胚乳中的Zn2+降低速率较空白组低是因为大麦在浸水阶段吸收了大量的Zn2+,随营养运输等方式被输送走的Zn2+所占比例较小,胚中的Zn2+含量增加速率较大原因是提供营养的胚乳含锌浓度较高。

2.3 添加Zn2+对麦芽中Zn2+含量的影响

对Sebastian和Schooner各实验组的麦芽进行发芽前后Zn2+总含量检测、计算,结果如表2所示。由表2可以看出,大麦发芽前后总Zn2+含量变化并不是很大,较浸麦完成有所降低；而添加

表2 发芽前后Zn2+的质量分数

Zn2+的麦芽在浸麦完成时麦芽中的总Zn2+含量是空白实验组的9倍,发芽完成总Zn2+含量依然有所增加,在2个不同品种大麦实验组中都呈现这一趋势。

由大麦发芽前后Zn2+总含量没有太大变化说明在发芽中大麦Zn2+存在总量平衡；添加外源锌能提高麦芽中Zn2+含量,这也充分解释了Zn2+在添加外源锌的实验组麦芽中的含量变化趋势。

3 结 论

不同品种大麦含锌量不同,但发麦过程中Zn2+的动态变化具有一定规律,麦皮和胚乳中含量减少,胚中的含量大幅增加；在添加外源锌的大麦中,Zn2+含量变化也是如此。外源锌通过抑制麦芽中部分酶活抑制麦芽的呼吸作用,减少麦芽干物质的消耗,从而降低了制麦损失。这为研究Zn2+在大麦发芽过程中的作用机理提供了有力依据。

[1] 杨立华,张明辉,李承华. 大麦发芽过程中金属离子含量变化的跟踪检测[J]. 啤酒科技, 2005(8):25-30.

[2] LU K P, MEANS A R. Regulation of the cell cycle by calcium and calmodulin[J]. Endocrine Reviews, 1993, 14(1):40-58.

[3] 祝忠付. 锌离子在啤酒酿造中的作用与控制[J]. 酿酒科技, 2003(6):78-83.

[4] ANDERSON R G, KIRSOP B H. Quantitative aspects of the control of oxygenation and acetate ester concentration in beer obtained from high gravity wort[J]. Journal of the Institute of Brewing, 1975, 81(4):296-301.

[5] 侯韶伟,王越,安家彦. Zn2+对制麦中苹果酸脱氢酶和呼吸消耗的影响[J]. 中国酿造, 2011(12):114-116.

[6] 虞华芳,汪志君,方维明. 锌在麦芽中富集的研究及对麦芽生理生化特性的影响[J]. 现代食品科技, 2005, 21(1):1-5.

[7] 管敦仪. 啤酒工业手册[M]. 北京:中国轻工业出版社, 1998:25-26.

[8] 罗平. 饮料分析与检验[M]. 北京:中国工业出版社,1992:441-443.

[9] 索宝,王洪荣. 微量元素锌的营养学研究进展[J]. 中国饲料添加剂, 2006(5):7-10.