萌发提升亚麻籽营养品质的研究

王笑园,庄聪雅,王宇晓,王坤立,倪元颖

(中国农业大学食品科学与营养工程学院,国家果蔬加工工程技术研究中心,北京 100083)

亚麻籽(flaxseed/linseed)又称胡麻籽,是亚麻科亚麻属一年生或多年生草本植物亚麻的种子[1],富含油脂和蛋白质,是精氨酸、谷氨酰胺和组氨酸的极好来源,有助于提高免疫力。经国内外专家研究,亚麻籽含有许多对人体有益的功能性成分,比如木酚素,它被证明是类似人体性激素的物质,具有降低乳腺癌发生率、减轻妇女绝经期症状的功效[2-3]。亚麻籽中富含不饱和脂肪酸,尤其是ω-3系列多不饱和脂肪酸,α-亚麻酸是人体必需脂肪酸之一,具有预防心脑血管疾病、抗炎、抗氧化等功效[4-5]。目前,亚麻籽的开发利用除了直接添加到产品中(如面包、饼干制品),还有亚麻油、亚麻胶、木酚素的应用。亚麻胶作为一种亲水胶体,常作为添加剂加到面制品、肉制品、乳制品、冰激凌等改善食品的品质和口感。木酚素作为一种活性成分常被高度纯化应用于胶囊、压片、谷物早餐和快餐食品中[6-11],且未经处理的亚麻籽中含少量氰化物,极大限制了亚麻籽的食用品质及开发应用,因此对于亚麻籽的开发利用亟需开辟新路径。

芽苗菜,是用各种谷类、豆类、树类种子培育出可以食用的芽菜,又称活体蔬菜[12]。国内外大量研究表明,种子经萌发处理后能显著提高自身的营养价值,改善食品的品质[13],比如小豆芽中维生素C和总苯酚的含量是其种子的三倍[14]。除此之外,一些功能因子也会增加,荞麦在发芽过程中产生的酚类物质,有文献表明对人类的健康有各种积极的影响[15]。在发芽糙米,据报道,较没有发芽的多10倍具有抗高血压作用的GABA(γ-氨基丁酸)[16]。在豆芽中,有报道称,酚类化合物和异黄酮的含量高于大豆的含量[17-18]。芽苗菜品质柔嫩,风味独特,由于采用水培技术,使之更加安全、营养,生产周期短,是一类经济价值较高的蔬菜,发展前景非常好,有关亚麻籽芽苗的研究报道很鲜见。

本研究以亚麻籽和水培5 d后的亚麻籽苗为研究对象,对蛋白质、氨基酸、脂肪、维生素、矿物质等营养物质进行测定,并对比分析发芽前后亚麻籽营养成分的变化,以期拓宽亚麻籽的利用途径,推进新资源的开发与利用。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

亚麻籽及其芽苗 均由河北爱度生物科技有限公司提供;硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、甲基红指示剂、亚甲基蓝指示剂、氢氧化钠、乙醇、盐酸、重铬酸钾、乙酸、草酸、2,6-二氯靛酚、抗坏血酸、无水乙醚、石油醚 均为分析纯,来自国药集团化学试剂有限公司。

SPN1501F电子天平 美国奥豪斯公司;T6新世纪-紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;LGJ-12型冷冻干燥机 北京松源华兴科技发展有限公司;LHS16-A水分测定仪 上海佑科仪器仪表有限公司;全自动凯氏定氮仪SKD-3000 上海沛欧分析仪器有限公司;索氏抽提器 上海欧蒙实业有限公司;恒温水浴锅 上海一凯仪器设备有限公司;原子吸收分光光度计 上海科晓科学仪器设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 蛋白质的测定 参照GB 5009.5-2010中凯氏定氮法测定[19]。

1.2.2 氨基酸组成成分分析 参照GB/T 5009.124-2003中方法测定氨基酸含量[20]。

必需氨基酸总量(EAA):赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、组氨酸含量总和。

必需氨基酸模式的计算:根据蛋白质中氨基酸含量,以含量最少的色氨酸为1计算出的其他必须氨基酸的相应比,与FAO/WHO推荐的必须氨基酸模式对比进行评价。

1.2.3 脂肪的测定 参照GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的测定》法一 索氏抽提法的测定方法[21]。

1.2.4 维生素的测定 维生素C:参照GB/T 6195-1986中2,6-二氯靛酚滴定法[22]。

维生素E:参照GB/T 5009.82-2003中的测定方法[23]。

1.2.5 矿物质的测定 参照GB/T 13885-2003,采用原子吸收光谱法测定[24]。

1.3 数据处理

每项指标平行测定3次,所有实验数据采用SPSS软件进行数据处理

2 结果与分析

2.1 亚麻籽萌发前后氨基酸含量的变化

从氨基酸含量上(表1)对比发现,萌发后18种氨基酸总量较未萌发时增加了61.67%,其中必需氨基酸总量增加了62.77%。芽苗中赖氨酸的含量较亚麻籽大幅度增加,为原来的207%。赖氨酸是谷类食物的第一限制氨基酸,也是人体必需氨基酸之一,可以促进分泌胃蛋白酶和胃酸,增进食欲、有利于机体生长发育,还能参与能量代谢、促进矿物质的吸收,加速骨骼生长、增强免疫力、减轻焦虑,提高中枢神经组织功能[26-27]。色氨酸作为一种功能性必需氨基酸,在生物体内合成褪黑素、生物碱、5-羟色胺等生理活性物质,在调节情绪、促进睡眠、提高免疫力方面发挥重要作用[28],经萌发色氨酸含量增加了88.89%,而色氨酸也是其他蔬菜中含量较少或不含有的。因此,亚麻籽芽苗菜可作为谷类和蔬菜膳食中很好的营养补充。

表1 氨基酸含量(以干物质计,g/100 g)Table 1 The contents of amino acids(measured by dry matter,g/100 g)

食物中必需氨基酸的种类、数量及组成比例决定了蛋白质价值的高低,其组成比例越接近人体必需氨基酸的组成比例,则说明品质优良。FAO/WHO 规定的理想蛋白质的标准为必需氨基酸(EAA)占总氨基酸(TAA)的40%,即EAA/TAA=40%,必需氨基酸(EAA)占非必须氨基酸(NEAA)的60%,即EAA/NEAA=60%[25]。亚麻籽萌发前后18种氨基酸含量如表1所示,亚麻籽总氨基酸(TAA)含量为20.27 g/100 g,必需氨基酸(EAA)含量为6.42 g/100 g,EAA/TAA值为31.71%,EAA/NEAA值为46.45%;亚麻籽芽苗总氨基酸含量(TAA)为32.77 g/100 g,必需氨基酸(EAA)含量为10.45 g/100 g,EAA/TAA值为31.88%,EAA/NEAA值为46.80%,均接近 FAO/WHO规定值,符合理想蛋白标准,且经过萌发,亚麻籽芽苗的EAA/TAA和EAA/NEAA值均稍高于亚麻籽。

根据蛋白质中必需氨基酸含量,以含量最少的色氨酸为1计算出的其他氨基酸的相应比值,得到如表2所示的氨基酸模式。从表2可看出,亚麻籽芽苗的每种必需氨基酸模式与FAO/WHO推荐的最为接近,说明萌发后亚麻籽芽苗必需氨基酸的组成比例较为均衡,可作为优质的蛋白质资源。

表2 人体必需氨基酸与氨基酸模式谱的比较(g/100 g)Table 2 Comparison of essential amino acids and amino acids pattern spectrum(g/100 g)

2.2 亚麻籽萌发前后蛋白质、脂肪含量的变化

亚麻籽萌发前后蛋白质、脂肪的含量如表3所示。对比发现,萌发后芽苗中的蛋白质含量上升了57.77%,而脂肪含量下降了23.60%。

表3 蛋白质、脂肪含量(以干物质计,g/100 g)Table 3 The contents of protein and fat(measured by dry matter,g/100 g)

蛋白质含量增加与潘紫霄研究的大豆发芽5 d后的变化一致,这是因为发芽过程中呼吸作用消耗了大量脂类和碳水化合物的缘故,因而表现为总氮量明显增加;于立梅等[44]分析原因可能是萌发过程中在蛋白酶的作用下蛋白质分解成低分子肽和氨基酸,这些分解产物分泌到胚部,用于合成幼根、幼芽的蛋白质,且新合成的蛋白质多于分解的蛋白质,导致蛋白质含量的上升。具体机理仍需后续探索。

脂肪含量下降与种子中的脂肪分解酶、脂酶和脂肪氧化酶在萌发过程中逐渐被激活。一方面脂肪被分解成甘油和脂肪酸,使游离脂肪酸增加,为快速萌发的芽提供营养需求;另一方面种子快速萌发导致呼吸作用增强,加快了脂肪的消耗[29-31]。

2.3 亚麻籽萌发前后维生素含量的变化

亚麻籽萌发前后维生素C与维生素E含量如表4所示。萌发前亚麻籽中几乎检测不到维生素C,萌发后维生素C含量大幅提高,含量高达77.37 mg/100 g。这与前人研究的豆类萌发过程中维生素C含量变化趋势是一致的,且亚麻籽萌发后的芽苗中维生素C含量远远高于绿豆、黑豆、大豆等豆类种子[32-34],加之芽苗中蛋白质价值高的优势,有望成为豆芽类食品的替代品。

表4 维生素含量(以干物质计,mg/100 g)Table 4 The contents of vitamins(measured by dry matter,mg/100 g)

另一方面,萌发后的芽苗中维生素E的含量较发芽前增加了88.51%。维生素E作为一种较强的抗氧化剂,不仅在抗氧化、抗衰老方面有效果,而且临床实验表明维生素E对消化系统、免疫系统等疾病有着明显疗效[35]。由此可以看出,萌发之后维生素C和维生素E的含量大大增加。

2.4 亚麻籽萌发前后矿物质元素含量的变化

亚麻籽萌发前后矿物质元素含量如表5所示。亚麻籽与亚麻籽芽苗均富含矿物质元素。在发芽后矿物质元素的含量大大增加,其中钾增加了92.97%,镁增加了111.42%,钙增加了231.58%,锌增加了137.58%,铜增加了65.00%。虽然变化的幅度不同,但这在小麦[36]、大豆[37]、糙米[38]中,也呈现类似的增长趋势。

表5 矿物质含量(以干物质计,mg/100 g)Table 5 The contents of minerals(measured by dry matter,mg/100 g)

矿物质增长的原因可能有两个方面:一方面,在亚麻籽萌发过程中,由于生成了新的组织,矿物质元素会发生转移,同时由于种子干基的损失,使得其含量有所增加[38]。另一方面,本实验使用自来水来浸泡亚麻籽,自来水中含多种离子,对矿物质的含量也会有一定的影响。

亚麻籽芽苗中含量丰富的矿物质对维持身体健康发挥着非常重要的作用,钾维持体液的平衡和神经肌肉的兴奋性;镁作为多种酶的激活剂,有助于促进心脏血管的健康;钙有助于骨骼和牙齿的形成;锌则有助于免疫力的提高和创伤的修复[39]。在萌发之前,钙、镁等矿物质元素大部分与植酸结合在一起,食用时不易被人体所吸收。但经过萌发,由于植酸酶的作用,这种结合被破坏,矿物质元素呈游离态,从而使这些必需营养成分在人体内的吸收率显著提高[37-38]。

2.5 亚麻籽萌发前后氰化物含量的变化

亚麻籽中的生氰糖苷可在β-葡萄糖酶的作用下生成剧毒氢氰酸[40]。亚麻籽萌发前后氰化物含量的变化如表6所示。经萌发后,氢氰酸的含量降低了8.95%。一方面可能是由种子发芽引起的,另一方面也有可能是亚麻籽经水培处理发芽,使得氰化物含量降低,这与李笑春研究中木薯在清水中浸泡3 d后氰酸含量下降43.15%一致[41]。目前我国没有评价亚麻籽芽苗安全性的标准,但在GB 2715-2016《食品安全国家标准 粮食》中规定木薯粉中氢氰酸含量应低于10 mg/kg[42],2017年欧盟发布直接食用的杏仁中氢氰酸标准为20 mg/kg[43]。5.04 mg/kg的数值均低于这两个标准,间接说明亚麻籽芽苗是安全的,后续可进行动物实验进一步验证亚麻籽芽苗食用的安全性。

表6 氰化物含量(以干物质计,mg/kg)Table 6 The contents of cyanide(measured by dry matter,mg/kg)

3 结论

本文对亚麻籽萌发前后的营养成分进行了系统的品质研究,萌发后,蛋白质、氨基酸总量有大幅度的增加,必需氨基酸模式更加接近FAO/WHO的推荐,蛋白质价值高。维生素C、维生素E、钾、镁、钙、锌、铜的含量在发芽后也有不同程度的提高。同时亚麻籽中氰化物这类有毒物质在发芽之后有小幅度的下降。

本研究完善了亚麻籽芽苗这种新型资源的营养成分理论研究,扩宽了亚麻籽深加工产品领域。之后,为最大限度的发挥亚麻籽萌发后的保健功效,仍需对木酚素、α-亚麻酸等活性成分进一步研究,开发更有附加值的亚麻籽芽苗产品。