发芽白高粱的工艺优化及主要营养成分分析

易翠平 李 艳 姚 辰 周艳慧 谭 斌

（长沙理工大学化学与生物工程学院1，长沙 410114）

（国家粮食局科学研究院2，北京 100037）

发芽白高粱的工艺优化及主要营养成分分析

易翠平1李 艳1姚 辰1周艳慧1谭 斌2

（长沙理工大学化学与生物工程学院1，长沙 410114）

（国家粮食局科学研究院2，北京 100037）

为提高营养价值、改善食用品质，拓宽白高粱在食品工业中的用途，本研究对白高粱的发芽工艺进行了优化、对发芽前后主要营养成分和感官品质进行了分析。单因素试验和响应面法优化的结果表明，1.0%的次氯酸钠溶液消毒10min，浸种19 h，发芽温度30℃，白高粱的发芽率可达92%以上。分析发芽0～120 h的主要营养成分变化，发现随着发芽时间的延长，白高粱的水分含量显著增加、淀粉和灰分含量显著降低，蛋白质和脂肪含量无显著变化，但氨基酸总量增幅达到9.4%～19.2%、Lys含量增幅在发芽第72 h达最高34.7%，Cys－s含量在开始发芽后降低了一个数量级；单宁未检出，感官评定发现涩味消失。结果表明，发芽可以改善白高粱的食用品质和加工品质。

白高粱 发芽 工艺优化 主要营养成分 单宁

高粱作为世界第五大粮食作物，对极端的非生物压迫环境具有独特的适应性，是水资源严重短缺、耕地资源逐渐减少、自然灾害发生频率增加的严峻现实条件下保障我国乃至世界粮食安全的重要作物［1］。目前，高粱主要应用在酿酒、饲料或稀粥、高粱面及焙烤等传统食品中［2］；但因其不含面筋、富含多酚类化合物等抗氧化成分等优点，亦有望在新型高粱食品、食品配料与功能保健食品方面得到进一步拓展［1］。然而，高粱中固有的营养缺陷比如赖氨酸的缺乏及单宁含量高带来的涩味等影响了其应用。Wu等［3］曾报道发芽可以增加高粱的赖氨酸含量；Asiedu等［4－5］亦研究了发芽对高粱基本营养成分、矿物质、脂肪酸、氨基酸与维生素确实有较大影响。因而，发芽有可能给高粱在食品工业中应用领域的拓宽带来契机。但是，前期的研究仅限于红高粱在自然发芽状态下的变化，采用0.2%的福尔马林作为防霉剂对高粱进行处理［3］，这就限制了高粱作为食品加工原料的应用。关于作为食品级的白高粱发芽工艺条件优化与发芽前后主要营养成分和感官品质的变化研究，国内外亦无相关报道。

因此，本研究拟通过单因素和响应面法优化浸种时间、消毒时间及发芽温度等因素对白高粱发芽率的影响，分析发芽前后主要营养成分和单宁含量的变化、并进行感官评定，为白高粱在食品深加工领域的拓展奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

白高粱种子：市售。

UV－2600紫外可见分光光度计：岛津 （中国）公司；WZZ－1SS自动旋光仪：上海精科公司；L－8900全自动氨基酸分析仪：日立公司。

1.2 试验方法

1.2.1 白高粱的发芽工艺

挑选饱满且无霉烂的白高粱籽粒，每份100粒，浸种后加入消毒剂处理，自来水冲洗3次，每份经消毒清洗后的高粱籽粒散布在洁净的培养皿内，恒温培养箱内在80%湿度下恒温静置培养至芽长0.5～1.0mm，计算发芽率。

1.2.2 白高粱发芽工艺条件的优化

1.2.2.1 单因素试验

消毒剂种类和浓度的确定：浸种16 h，以NaClO和H2O2作为消毒剂消毒15min，30℃发芽20 h，计算发芽率。其中NaClO体积浓度为0.1%、0.5%、0.8%、1.0%、1.2%、1.5%、2.0%、2.5%，H2O2体积浓度为4.0%、6.0%、7.0%、8.0%、9.0%、10.0%。

消毒时间的确定：浸种16 h，以1.0%NaClO作为消毒剂，消毒时间为 10、15、20、25、30min，30℃发芽20 h，计算发芽率。

发芽温度的确定：浸种16 h，1.0%NaClO消毒15min，发芽温度设置为 15、20、25、30、35℃发芽 20 h，计算发芽率。

1.2.2.2 响应面法（RSM）分析

根据单因素试验结果，采用Box－Behnken中心组合试验模型，以浸种时间8～24 h、消毒时间10～30min、发芽温度20～30℃为自变量，以发芽率为响应值，设计响应面优化试验。

1.2.3 发芽高粱基本成分的测定

白高粱发芽后烘干3 h，磨粉，过100目筛，干燥器存放备用。

基本成分的测定方法：水分测定采用 GB／T 5009.3—2010；灰分测定采用 GB 5009.4—2010；粗脂肪测定采用索氏抽提法；粗蛋白质测定采用微量凯氏定氮法；粗淀粉测定采用旋光法。

1.2.4 氨基酸组成分析

精确称取一定量样品于水解管中，加入定量6mol／L HCl，抽真空，110℃下水解 24 h；冷却，定容至50mL，过滤；取滤液1mL于小烧杯中，真空干燥后加入 1mL 0.02mol／L HCl，在空气中放置 30min。取50μL反应液进样，柱流速0.225mL／min，操作压力80～130 kg／cm2，常规分析柱温53℃，茚三酮显色，检测波长570 nm和440 nm（检测 Pro和 Pro－OH）。

1.2.5 单宁含量的测定

单宁的测定方法 GB／T 15686—2008［6］：用二甲基甲酰胺溶液提取高粱单宁，离心后，取上清液和柠檬酸铁铵溶液和氨溶液，显色后，以水为空白对照，用分光光度计于525 nm处测定吸光度值，以单宁酸作标准曲线测高粱单宁含量。

1.2.6 感官评定

将不同发芽时间的白高粱样品煮熟，由5位有经验感官检验员组成评定小组对样品涩味进行评定。

1.2.7 数据处理

采用单因素的方差分析及Design－Expert软件对响应面结果进行处理，所有试验均重复3次。

2 结果与分析

2.1 白高粱发芽条件的优化

2.1.1 单因素试验

谷物种子常通过浸种、消毒的方法提高其发芽率［7－9］，所以浸种时间、消毒剂的种类和浓度、消毒时间、发芽温度均是影响其发芽率的重要因素。

图1为NaClO和H2O22种常用消毒剂及不同浓度对高粱发芽率的影响图。结果表明，2种消毒剂均对高粱发芽率有极显著影响（P＜0.01），但影响趋势不同。H2O2作为消毒剂时，在8.0%的体积浓度下，高粱发芽率达到峰值92%，此后明显属于下跌趋势。NaClO体积浓度则在1.0%时高粱发芽率达到90%后，一直处于上升趋势，虽然发芽率无显著差异（P＞0.05），但在NaClO体积浓度超过2.0%后，发芽率还一直保持在92%的高位，说明使用NaClO作为消毒剂对高粱的发芽有长效性，与Andrew等［9］认为Na-ClO作为消毒剂对野生燕麦发芽率比H2O2作为消毒剂更有效的结果基本一致。Ditommaso等［10］认为不同浓度的NaClO作为消毒剂对不同种子发芽率的影响作用不同，但本研究的结果表明，NaClO在本研究的浓度范围可以促进高粱发芽。图2为以NaClO作为消毒剂，不同消毒时间对高粱发芽率的影响。结果表明，消毒15min时，高粱发芽率达到最大值，极显著的高于其他4组（P＜0.01）。

图1 消毒剂对高粱发芽率的影响

图2 消毒时间对高粱发芽率的影响

图3为高粱发芽温度对发芽率的影响。结果表明，随着温度的升高、高粱发芽率显著增加，达到30℃以后缓慢下降，其中30℃发芽20 h显著比其他温度组发芽率高（P＜0.05）。图4为浸种时间对高粱发芽率的影响。结果表明，高粱发芽率随浸泡时间先呈递增趋势，到达16 h后发芽率下降。说明在浸泡16 h后高粱的吸水量达到一定值开始胚的萌动，低于或高于这一时间即吸水不足和吸水饱和都不利于胚芽的萌发（P＜0.01）。研究认为，高粱籽粒的发芽效果除了跟品种有关外，主要取决于发芽温度［11］，但若浸泡时籽粒的吸水率太低则同样会导致发芽时间延长、降低发芽率［12］。至于浸种时间和发芽温度促进白高粱发芽的影响机理如何，尚需进一步研究。

图3 发芽温度对高粱发芽率的影响

图4 浸泡时间对高粱发芽率的影响

2.1.2 响应面分析

根据2.1.1的单因素试验结果及Box－Behnken设计原理对影响白高粱发芽的主要参数进行三因素三水平中心组和试验，以发芽率（Y）为响应值，试验结果见表1。

表1 Box－Behnken响应面试验结果

表1 （续）

图5为对白高粱发芽率影响参数的响应曲面图。结果表明，浸种时间为18.94 h，消毒时间为10min，发芽温度为30℃时，发芽率达到预测最佳状态92.10%。

图5 不同因素对白高粱发芽率影响的响应面图

2.1.3 验证试验

采用优化后的发芽工艺条件，结合实际情况，浸种19 h，NaClO消毒10min，在30℃的条件下发芽16 h，进行验证试验，得到白高粱的发芽率为92.34%，与预测值基本一致。

2.2 发芽白高粱的营养分析

2.2.1 发芽白高粱主要成分分析

分析发芽白高粱的主要营养成分结果表明（表2），随着发芽时间的延长，白高粱的水分含量逐渐增加，灰分与淀粉含量极显著下降（P＜0.01），粗蛋白含量和粗脂肪含量没有明显的变化（P＞0.05）。Wu等［3］在研究普通高粱发芽时，发现基本营养成分在前3 d变化不大，这与本次试验结果比较接近；但高粱发芽第6天的蛋白质含量升高而淀粉减少，第10天以后这种趋势更加明显，这与本次研究结果中蛋白质含量变化不明显的结果有差异，可能高粱的品种及发芽条件的不同亦会影响蛋白质变化的进程。蛋白质的结构组成变化与否，则需进一步研究。

表2 发芽白高粱的主要营养成分

2.2.2 发芽白高粱中氨基酸含量

表3为不同发芽时间白高粱的氨基酸含量分析结果。结果表明，白高粱发芽后氨基酸组成发生了很大变化：从对照籽粒到发芽12 h的籽粒，氨基酸总量从 9.808 8 g／100 g增加到 10.729 7 g／100 g，增幅为9.4%；至发芽72 h，氨基酸总量增加到11.689 7 g／100 g，增幅达到 19.2%。Asp、Ser、His Thr、Val、Met、Leu、Ile、Phe等氨基酸也都有不同程度的增高，这使高粱更容易被酵母利用而有利于高粱作为发酵食品比如酿酒的原料［13］。其中，Lys在白高粱发芽后的前72 h略微有些降低，但至发芽第72 h，其含量从0.170 9 g／100 g增加到 0.230 2 g／100 g，增幅达到34.7%，这与Wu等［3］的研究报道结果一致。此外，值得注意的是Cys－s含量在发芽后大幅下降，从对照组的0.640 9 g／100 g降低到发芽12 h后的0.066 3 g／100 g、甚至更低，降低了一个数量级。Cys－s是影响谷物蛋白功能性质的关键氨基酸，比如在焙烤食品中影响蛋白网络结构的形成［14］，其含量的大幅降低意味着发芽白高粱在食品加工中的性质将发生不可忽略的变化，具体变化如何，尚需进一步研究。

表3 发芽白高粱的氨基酸含量分析

2.2.3 发芽白高粱的单宁含量

单宁，是高粱中最具争议的一种物质：一般被认为是一种抗营养因子，因为它在食品或饲料中与蛋白质生成难溶性络合物，使蛋白酶、脂肪酶等消化酶类钝化，阻碍机体对蛋白质、脂肪等营养物质的消化吸收［15］；同时它具有涩味、影响口感［16］。但亦有研究认为，作为多酚化合物的单宁，具有较强的抗氧化性，可软化血管同时降低高粱食品的消化率，因此可用以开发有利于心血管疾病或具有减肥效果的功能食品［1］。表4的研究结果表明，随着发芽时间的延长，高粱中的单宁含量减少。至发芽第3天，单宁含量已不能检出，感官评定发现涩味消失，表明发芽能使白高粱的口感得到改善，这与 Osuntogun等［17］的研究结果一致，可能与高粱中醇溶蛋白的结构变化有关［18］。

表4 发芽白高粱的单宁含量分析

3 结论

在本试验条件下，浸种19 h、1.0%NaClO消毒10min、发芽温度为30℃时，白高粱的发芽率最高可达92%。发芽高粱品质的变化和发芽时间有着密切的关系：发芽48 h后，单宁含量降低、涩味消失；发芽72和120 h，白高粱的赖氨酸含量升高，食用品质得到较大程度的提升，可以考虑直接加工食用。同时，发芽后白高粱的总氨基酸含量在发芽12 h后开始增加，这将有利于高粱作为发酵食品的应用；Cys－s含量亦在发芽12 h大幅度降低，可以预测加工品质定将随之改变，这个变化将会让作为焙烤食品配料的高粱重新定位。

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Process Optimization and Proximate Composition Analysis for Germination ofWhite Sorghum

Yi Cuiping1Li Yan1Yao Chen1Zhou Yanhui1Tan Bin2

（School of Chemistry and Biological Engineering，Changsha University of Science and Technology1，Changsha 410114）
（Academy of State Administration of Grain2，Beijing 100037）

In order to improve the nutritional value and edible quality，broadening the adoption in food industry，the white sorghum was tested to germinate in different culture parameters.Its proximate composition and sensory quality have been investigated.The results of experiment by single factor experiment and response surface analysis

showed that the rate of sorghum germination reached 92%when the sorghum was sterilized for 10min by 1.0%sodium hypochlorite.The kernel was soaked in water for 19 h and cultured at 30℃.With germination increasing time from 0 to 120 h，the moisture in white sorghum increased significantly，while the starch and ash content decreased significantly.The protein and lipid almost remained the same range alongwith the total amino acid increased 9.4%～19.2%and lys increased to 34.7%as the peak.When Cys－s decreased contentby a factor of10.Tannin could not be determined and the astringent in sorghum was disappeared according to the results of sensor evaluation.Generally，the edible quality and processing quality could be better after germination.

sorghum，germination，process optimization，proximate composition，tannin

TS254.2

A

1003－0174（2015）06－0027－06

“十二五”科技支撑计划（2012BAD34B08），国家自然科学基金（31301404）

2014－01－14

易翠平，女，1973年出生，教授，粮食、油脂与植物蛋白