大麦在发芽过程中营养物质的变化及其营养评价

张端莉，桂 余，方国珊，刘 雄

（西南大学食品科学学院，重庆 4 00716）

大麦在发芽过程中营养物质的变化及其营养评价

张端莉，桂 余，方国珊，刘 雄*

（西南大学食品科学学院，重庆 4 00716）

通过测定发芽大麦中的蛋白质、脂肪、淀粉、氨基酸、还原糖、β-葡聚糖、总膳食纤维、可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维、VB1和VB2的含量，研究发芽时间对大麦营养价值的影响。结果表明：发芽过程中，总干物质有一部分降解，蛋白质、淀粉和脂肪均呈下降趋势；但可溶性低分子糖类、含氮物质和维生素含量有很大提高，其中还原糖含量上升2.78%～14.3 6%，总氨基酸含量增加了8.15%，且7种必需氨基酸含量均逐渐增加，赖氨酸增幅最大（32%）。与未发芽大麦相比，VB2含量增长了17.8倍；VB1含 量变化不大；β-葡聚糖呈下降趋势；可溶性膳食纤维增加。发芽过程中，必需氨基酸/总氨基酸值和必需氨基酸指数增加，必需氨基酸组成模式更加符合联合国粮食及农业组织/世界卫生组织联合食品标准计划，第一限制氨基酸由原来的赖氨酸转变为蛋氨酸+胱氨酸。结论：发芽在一定程度上提高了大麦的营养价值，但对其在利用β-葡聚糖相关功能特性方面有一定的限制。

大麦；发芽时间；营养成分；营养价值评价

大麦是重要的谷物，在世界粮食作物中，其产量仅次于小麦、水稻和玉米而居第四位[1]。大麦也是我国主要的栽培作物之一，营养价值十分丰富，与其他粮食作物相比，大麦含有量多且质好的蛋白质 和氨基酸，非常丰富的膳食纤维、VB复合体和尼克酸以及铁、磷、钙等矿质元素，其营养成分总指标符合现代营养学所提出的“三高二低”，即高植物蛋白、高维生素、高纤维素、低脂肪、低糖的新型功能食品的要求[2]。随着世界营养保健和方便食品生产的飞速发展，大麦食品的开发利用也受到了国内外食品专家的关注，被认为是今后一定时期内新型食品的开发热点。

研究发现发芽处理能显著提高大麦自身的营养价值，尤其是有效赖氨酸的含量，且有助于形成独特的风味和口感[3]。发芽处理还可降低或消除谷物和豆类中有毒、有害或抗营养物质的含量，提高蛋白质和淀粉的消化率以及某些谷物中限制氨基酸和维生素等营养物质的含量[4]。董海洲等[5]研究表明添加发芽大麦粉能够增加麦片中可溶性蛋白、还原糖和VB1的含量。同时，发芽大麦具有很好的药用价值及保健作用，Kanauchi等[6-8]通过对大鼠实验，其研究表明发芽大麦在大肠内能发挥保持高水分功能，具有改善通便，防治腹泻，增加短链脂肪酸和改善溃疡性大肠炎的效果。现代芽类食品已成为颇受青睐的健康食品。目前，日本一家啤酒公司已成功开发出发芽大麦食品（the germinated barley food，GBF），外观呈粉末状，含大量谷酰胺蛋白质、食物纤维，能稳定改善溃疡性大肠炎，现已商品化生产日本开发发芽大麦食疗食品。但在我国关于发芽大麦食品的相关研究报道较少。本实验研究大麦发芽过程中各营养成分含量变化以及对其进行营养评价，为发芽大麦新型食品开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

大麦（来自西藏青稞）。

刚果红、考马斯亮蓝、牛乳清蛋白、Mes和Tris试剂 北京索莱宝科技有限公司；β-葡聚糖标准品 美国Sigma公司；所用化学试剂均为分析纯。

KLB-D01恒温自动发芽机 广州市康绿宝贸易有限公司；KjelFlex K-360全自动凯氏定氮仪 瑞士Büchi公司；UV-2450紫外分光光度计 日本岛津公司；F-2500荧光分光光度计、L-8800型全自动氨基酸分析仪日本日立公司。

1.2 方法

1.2.1 样品的预处理

大麦发芽分6 d进行。首先精选大麦种子，用0.05%次氯酸钠浸泡30 min，对其进行表面杀菌，然后用蒸馏水清洗数次。再加入温水，在室温条件下浸泡8～10 h。然后，将大麦均匀铺在已消毒、底部有小孔的培养篮中，盖上纱布，置于25℃恒温自动发芽机中进行发芽培养（每隔2 h用温水洗1次），每隔24 h取样1次，并将样品放在40℃鼓风干燥箱内干燥，粉碎过80目筛，保存备用[9]。

1.2.2 发芽大麦营养成分的测定的方法

蛋白质：考马斯亮蓝比色法[10]；脂肪：GB/T5512—2008《粮油检验粮食中粗脂肪含量测定》中索氏抽提法；淀粉：GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的测定》中酸式水解法；膳食纤维（可溶性膳食纤维、不可溶性膳食纤维）：GB/T 5009.88—2008《食品中膳食纤维的测定》中酶质量法；还原糖：DNS比色法[11]；β-葡聚糖：刚果红染色法[12]；VB1：GB/T 7628—2008《谷物中维生素B1测定》中荧光光度法；VB2：GB/T 7629—2008《谷物中维生素B2测定》中荧光光度法。

氨基酸的测定：1）分析方法：准确称取样品200 mg于18 mm×180 mm试管中，向盛有样品的试管中加入14 mL、6 mol/L盐酸，振荡混匀。用酒精喷灯把该试管口下1/3处拉细到4～6 mm，抽真空10 min后封管。处理过的试管置（110±1）℃恒温烘箱中沙浴水解22 h，拿出冷至室温，摇匀过滤，取1 mL滤液于50 mL烧杯中，用60℃恒温水浴蒸干滤液，加入0.02 mol/L盐酸稀释4倍，用0.22 μm滤膜过滤上机。2）分析条件：分离柱（4.6 mm×60 mm），流速0.4 mL/min，柱温70℃，柱压13.290 MPa；反应柱：茚三酮及茚三酮缓冲液，流速0.35 mL/min，柱温135℃，柱压1.078 MPa；分析周期53 min。

1.2.3 蛋白质的营养价值指标的计算[13]

1.2.3.1 氨基酸分（amino acid score，AAS）

1.2.3.2 必需氨基酸（essential amino acids，EAA）与总氨基酸（total amino acids，TAA）之比（E/T）

1.2.3.3 必需氨基酸指数（essentia lamino acid index，EAAI）

式中：n为计算中涉及的必需氨基酸数；ai为样品中各种必需氨基酸含量/（mg/g）；Ai为鸡蛋蛋白中相应的必需氨基酸含量/（mg/g）；i=1,2,…,n。

1.2.4 数据统计

实验数据用Excel统计和SPSS 17.0进行显著性分析，所有结果数据均以表示，组间比较采用t检验，P＜0.05表示具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 大麦发芽过程中营养物质的变化

2.1.1 发芽对蛋白质含量变化的影响

在谷物中大麦的蛋白质含量较高，占8%～14%。由图1可知，大麦蛋白质含量在发芽过程中逐渐降低，与未发芽相比，发芽第2天显著下降，降幅13.3%，随后第3～6天变化不明显。蛋白质含量下降的趋势符合发芽的理论：在发芽过程中，大麦中的含氮物质部分受蛋白酶的作用而分解为低分子肽类和氨基酸，这些分解产物分泌到胚部，合成幼根、幼芽中的蛋白质，这样在发芽过程中蛋白质不断分解和合成[14]。另外，与未发芽的大麦相比，发芽大麦的总氨基酸显著增加（第5天增加了8.15%），与蛋白质变化曲线相对应的是第2天增加最显著。蛋白质的降解及其氨基酸的形成，可能由于氨基酸总量的变化受到其净生成速度（主要是蛋白质降解和氨基酸合成速度）及外运速度和新蛋白质合成利用速度的影响，故氨基酸的含量在一定程度上与蛋白质的变化相联系。这一转化过程，也是一个分解和合成的平衡过程。

图1 大麦发芽过程中蛋白质和总氨基酸含量的变化Fig.1 Changes in protein and total amino acid contents in barley during germination

图2 大麦发芽过程中脂肪含量的变化Fig.2 Change in crude fat content in barley during germination

2.1.2 发芽对脂肪含量变化的影响

大麦脂肪主要分布在糊粉层和胚中。由图2可知，大麦在发芽过程中脂肪含量显著下降，与未发芽大麦相比，发芽第3、4、5天下降幅度较大，降幅分别为13.6%、25.8%和32.3%。主要原因是在大麦在发芽过程中，其脂肪被氧化或被脂肪酶分解[14]。后期下降速率快，可能是因为随着发芽时间的延长，一方面种子中的脂肪为迅速萌发的根和芽提供物质需求；另一方面可能是种子迅速萌发导致呼吸作用增强进而增加了脂肪的消耗[15]。

2.1.3 发芽对淀粉含量变化的影响

大麦中的碳水化合物主要是淀粉。由图3可知，发芽期间，大麦中淀粉含量随发芽时间的延长而下降。第1、2、3天下降趋势较大，随后的3 d降幅比较平缓。直至第6天淀粉含量下降了26.6%。淀粉含量下降的原因是大麦在发芽期间，淀粉受淀粉酶的作用而降解成低分子物质，如低糖和糊精，这些分解产物其中大部分供给新幼根和幼芽，部分供给呼吸作为能源，部分以糊精和糖类形式留在胚乳中[14]。该下降趋势符合大麦发芽过程中淀粉酶活性变化趋势，发芽初淀粉酶的活性很强，导致淀粉大量被分解[16]。

图3 大麦发芽过程中淀粉含量的变化Fig.3 Change of starch content in barley during germination process

2.1.4 发芽对还原糖和β-葡聚糖含量变化的影响

图4 大麦发芽过程中还原糖和β-葡聚糖含量的变化Fig.4 Changes in reducing sugar and β-glucan contents in barley during germination

由图4可知，发芽能大量增加还原糖和降低β-葡聚糖的含量。在大麦淀粉含量不断下降（图3）的同时，其还原糖含量迅速升高，含量上升2.78%～14.36%。发芽第1、2、3天还原糖含量增加极显著（P＜0.01），平均依次增长了55.76%、142.8%、364%，而从第4天开始增长趋于稳定，到第6天还原糖含量比未发芽增加5.16倍。表明大麦在发芽过程中伴随着α-淀粉酶的形成和活力的提高, 淀粉不断降解，还原糖大量生成。其结果与小麦、豆类作物发芽过程中还原糖的变化一致[17]。β-葡聚糖在第1、2天下降最快（P＜0.05），下降了16.5%、49%。研究[18]表明，大麦在发芽时，胚乳糊粉层细胞受到胚上皮层细胞分泌的赤霉酸的刺激，逐步合成一系列的β-葡聚糖酶，并随水分渗透进入胚乳内，水解大麦胚乳细胞的细胞壁上和细胞间的β-葡聚糖。

2.1.5 发芽对TDF、SDF和IDF含量变化的影响

大麦是膳食纤维的良好来源。膳食纤维在调节血脂、血糖和益生菌群等方面具有较强的作用，而不溶性膳食纤维主要是有助于肠道通便[19]。由表1可知，大麦发芽过程中膳食纤维含量改变：可溶性膳食纤维明显增加，在第2～3、4～5天增加显著；总膳食纤维的含量在第1～4天显著性降低，第5、6天有增加趋势；不溶性膳食纤维含量在第4～6天显著性降低。该实验与Martín-Cabrejas等[20]研究豌豆发芽过程中膳食纤维含量变化趋势类似，不溶性膳食纤维含量降低可能是因为发芽过程中半纤维素酶作用于胚乳细胞壁使半纤维素水解[14]。可溶性膳食纤维增加可能是因为在发芽期间，麦粒中的半纤维素分解形成新的糖类。

表1 大麦发芽过程中TDF、SDF和IDF含Table 1 Changes in TDF, SDF and IDF contents in barley during germinati

表1 大麦发芽过程中TDF、SDF和IDF含Table 1 Changes in TDF, SDF and IDF contents in barley during germinati

注：同行不同字母表示组间存在显著性差异（P＜0.05）。

指标 未发芽发芽1d发芽2d发芽3d发芽4d发芽5d发芽6d膳食纤维含量/%17.06±0.79a15.40±0.45b15.17±0.07c14.52±0.70c13.80±0.22d15.78±0.15b15.50±0.15b可溶性膳食纤维含量/%6.75±0.53a7.00±0.01a8.46±0.16b8.89±0.16b9.93±0.06c10.21±0.31c11.86±0.22d不溶性膳食纤维含量/%9.62±0.08a9.77±0.14ab9.24±0.33b9.40±0.11ac9.09±0.07c8.79±0.27cd8.31±0.34d不溶性膳食纤维/可溶性膳食纤维比值1.43±0.10a1.39±0.02a1.09±0.01b1.05±0.03b0.90±0.07c0.86±0.05c0.70±0.01d

2.1.6 发芽对VB1、VB2含量变化的影响

图5 大麦发芽过程中VVBB1和VVBB2含量的变化Fig.5 Changes in vitamin B1and vitamin B2contents in barley during germination

由图5可知，发芽对VB2影响显著，从发芽第1天起VB2迅速增加，第1、2天增长最快，到第6天VB2的含量相当于未发芽大麦的17.8倍。这可能由于大麦在发芽过程中为了维持正常的代谢过程而需要微量的维生素。但VB1的含量变化较小，第3天开始稍有增加，这一现象与Vidal-Valverde等[21]研究的豆类发芽中VB1、VB2的变化趋势一致。

2.1.7 发芽对氨基酸含量变化的影响

表2、3表明了发芽和未发芽大麦必需氨基酸和非必需氨基酸含量变化差异。蛋白质的营养价值主要由氨基酸尤其是必需氨基酸的含量和比例所决定。在必需氨基酸中，大麦各蛋白组分的苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸及赖氨酸含量较高，具有较高的营养价值。由表2可知，与未发芽的相比，7种必需氨基酸含量在发芽的前5 d，含量变化趋势基本一致，均在1～5 d显著增加，第6天下降，但其含量仍高于未发芽大麦。发芽5 d时，7种必需氨基酸含量最高，且其含量增长变化均达到了显著水平（P＜0.05），苏氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸和异亮氨酸分别增长了20%、16%、11%、32%、12%、12.3%、17.9%。其中赖氨酸增加最高。这一结果说明，发芽处理能显著提高赖氨酸的含量，且发芽时间越长，效果越好。其他氨基酸增加趋势相似。这主要是由于各种酶活力的迅速提高和麦芽胚乳溶解性的增大。由表3可知，发芽前后谷氨酸的含量最高。而天冬氨酸、甘氨酸、组氨酸和精氨酸随着发芽时间的延长呈增加趋势，氨和脯氨酸逐渐减少。酪氨酸、丙氨酸、谷氨酸和胱氨酸均有增有减。该趋势与Smith[9]所研究的大麦发芽期间氨基酸含量的变化趋势相类似。关于各种氨基酸在发芽过程中含量增长的具体历程尚不十分清楚。L-比弗斯[22]认为通过脱氨或转氨作用，与三羧酸循环联结紧密的氨基酸可在循环运行时转变为其他氨基酸。

表2 大麦发芽过程中必需氨基酸含量变Table2 Changes in essential amino acid contents in barley during germinati

表2 大麦发芽过程中必需氨基酸含量变Table2 Changes in essential amino acid contents in barley during germinati

氨基酸未发芽发芽1d发芽2d发芽3d发芽4d发芽5d发芽6d苏氨酸0.3025±0.0020a0.3035±0.0020a0.3145 ±0.0020b0.3380±0.0010c0.3560±0.0010d0.3630±0.0010e0.3270±0.0040f缬氨酸0.4760±0.0010a0.5110±0.0010b0.5170±0.0010c0.5220±0.0010d0.542 0±0.0020e0.5540±0.0010f0.5120±0.0010b苯丙氨酸04985±0.0010a0.5065±0.0007b0.5205±0.0007c0.5220±0.0010c0.5290±0.0010d0.5560±0.0010e0.4980+0.0001a赖氨酸0.2575±0.0007a0.3195±0.0007b0.3220±0.0030b0.3295±0.0007c0.3390±0.0007d0.3410±0.0010d0.3050±0.0001e蛋氨酸0.1595±0.0010a0.1320±0.0007b0.1410±0.0010c0.1430±0.0010c0.1705±0.0020a0.1785±0.0007d0.1655±0.0007e亮氨酸0.7050±0.0020a0.7535±0.0007b0.7560±0.0010c0.7700±0.0007c0.7880±0.0010d0.7920±0.0010e0.7215±0.0007f异亮氨酸0.3790±0.0010a0.3815±0.0020a0.3890±0.0010b0.4080±0.0010c0.4450±0.0010d0.4470±0.0010e0.3990±0.0007e

表3 大麦发芽过程中非必需氨基酸含量变Table 3 Changes in non-essential amino acid contents in barley during germinati

表3 大麦发芽过程中非必需氨基酸含量变Table 3 Changes in non-essential amino acid contents in barley during germinati

氨基酸未发芽发芽1d发芽2d发芽3d发芽4d发芽5d发芽6d天冬氨酸0.5135±0.0007a0.5555±0.0007c0.5415±0.0020b0.6510±0.001d0.7720±0.0080e0.8320±0.0010f0.7110±0.0010e丝氨酸0.2945±0.0007a0.3425±0.0007b0.3370±0.0010b0.3540±0.0010c0.3490±0.0100b0.3565±0.0007c0.3210±0.0010d谷氨酸1.6660±0.0010a1.9705±0.0070b1.8620±0.0010c1.6195±0.0007d1.5595±0.0007e1.4895±0.0007f1.4705±0.0007g甘氨酸0.4025±0.0030a0.4190±0.0010b0.4375±0.0020c0.4400±0.0001c0.4560±0.0010d0.4625±0.0007e0.4275±0.0007f丙氨酸0.4235±0.0007a0.4665±0.0007b0.4540±0.0010c0.4975±0.0007d0.5235±0.0007e0.5500±0.0001f0.4975±0.0020d胱氨酸0.1915±0.0007a0.1695±0.0007b0.1780±0.0010c0.1885±0.0007d0.1595±0.0550e0.2055±0.0007f0.1920±0.0010g酪氨酸0.2645±0.0007b0.2695±0.0007b0.2575±0.0007a0.2845±0.0007c0.2845±0.0007c0.2830±0.0050c0.2710±0.0010bc组氨酸0.2285±0.0007a0.2295±0.0007a0.2315±0.002a0.2395±0.0007b0.2505±0.0007c0.2615±0.0007d0.2455±0.0007e精氨酸0.4575±0.0007a0.4855±0.0007b0.4885±0.0007b0.4980±0.0010c0.5095±0.0007d0.5180±0.0010e0.4685±0.0007f脯氨酸1.1335±0.0007a1.0615±0.0007b0.9945±0.0007c1.0025±0.0007c1.0260±0.0007d0.9615±0.0007e0.9065±0.0007f

2.2 发芽大麦氨基酸营养价值评价

蛋白质的营养价值主要取决于它能满足人体对氮和必需氨基酸需要的程度，由于人体对各种氨基酸是按某一固定模式进行吸收的。因此，蛋白质的氨基酸组成与该模式越接近，其吸收率越高，营养价值越大[3]。表4表明，各必需氨基酸模式（除赖氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸）均符合联合国粮食及农业组织与世界卫生组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations/WorldHealth Organization，FAO/WHO）的推荐值，随着发芽时间的延长，发芽大麦的E/T值和EAAI增加，EAA组成模式更加符合FAO/WHO标准，说明其营养价值高；发芽过程中蛋氨酸+胱氨酸的AAS分最低，说明发芽使大麦第一限制性氨基酸从赖氨酸转变为蛋氨酸+胱氨酸。EAAI在发芽过程中逐渐增大，说明 大麦必需氨基酸的组成因发芽而趋向平衡，其营养价值得到提高，且发芽时间长的效果较好。

表4 发芽大麦必需氨基酸组成模式及评分Table 4 Compositional pattern and scoring of essential amino acids in germinated barley rley

3 结 论

实验结果表明，大麦在发芽过程中主要的营养物质有所变化，如蛋白质、 脂肪和淀粉都显著降低，而还原糖、可溶性膳食纤维、VB2、部分非必需氨基酸和所有的必需氨基酸都大幅度增加（特别是赖氨酸）。通过对发芽大麦氨基酸营养价值评价，表明发芽过程中，E/T值和EAAI增加，第一限制氨基酸由原来的赖氨酸转变为蛋氨酸+胱氨酸，说明发芽有助于提高大麦自身营养价值。发芽处理对改善某些食品的风味有重要的作用，利用大麦发芽后还原糖和氨基酸含量增加的特点，采用焙烤和膨化等加工方法，使还原糖与氨基酸发生美拉德反应产生芳香气味而提高产品的感官品质，例如可以制成发芽大麦茶，从而使发芽大麦茶香气得到改善。这为开发新型的发芽大麦食品提供了一定的参考。

发芽大麦作为新的食品形态，其营养价值远高于大麦。但发芽过程中也有些营养成分会随发芽时间的延长而下降，如β-葡聚糖、膳食纤维、胱氨酸和脯氨酸等，这对发芽大麦的营养价值也产生了一定的负面影响。因此，在发芽大麦食品的制作过程中应当注意这些营养成分的补充和添加。如也可制成发芽大麦片作为即食早餐食品，并在麦片中添加β-葡聚糖、胱氨酸和脯氨酸可制成营养强化食品。

我国大麦资源十分丰富，发芽能提高大麦的营养价值，发芽大麦食品的生产也将得到发展，并会成为新型食品的开发热点，以满足人们的需求。

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Nutrient Change and Nutritional Evaluation of Barley during Germination

ZHANG Duan-li, GUI Yu, FANG Guo-shan, LIU Xiong*
(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China)

The contents of proteins, crude fat, starch, amino acids, reducing sugar, β-glucan, total dietary fi ber (TDF), soluble dietary fi ber (SDF), insoluble dietary fi bre (IDF), vitamin B1and vitamin B2in barley were determined to reveal the changes of nutrients during germination. The results showed that tota l dry materials were degraded during germination. The contents of protei ns, fat and starch significantly decreased. Mean while, the contents of soluble low molecular sugar, nitrogencontaining substances and vitamins greatly increased. The content of reducing sugar increased from 2.78% to 14.36%, and an increase in total amino acid content of 8.15% was observed. The contents of seven essential amino acids were markedly increased in the fi rst fi ve days of germination, and the lysine content was increased by approximately 32% at the end of germination. Non-essential amino acids also had an increasing trend. Compared with ungerminated barley, the content of vitamin B2was signifi cantly increased although the content of vitamin B1did not signifi cantly change. Meanwhile, β-glucan revealed a decrease and SDF exhibited an increase. During germination, the values of E/T ratio and EAAI increased, the compositional pattern of EAA measured up better to the FAO/WHO standards, and the fi rst limiting amino acid changed from lysine to methionine and cysteine. In conclusion, the nutritional value was improved in barley during germination, but germination may restrict the utilization of β-glucan functional properties.

barley; germination time; nutritional components; nutritional value assessment

TS219

A

1002-6630(2014)01-0229-05

10.7506/spkx1002-6630-201401045

2013-01-25

教育部留学回国人员科研启动基金（教外司留[2010]174）；中央高校基本科研业务费专项（XDJK2009B004）；国家自然科学基金项目（2011GA31071529）

张端莉（1986—），女，硕士研究生，研究方向为食品化学与营养。E-mail：459797588@qq.com

*通信作者：刘雄（1970—），男，教授，博士，研究方向为碳水化合物功能与利用，食品营养学。 E-mail：liuxiong848@hotmail.com