芝麻种子萌发过程中主要组分的变化

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(1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001； 2.河南省农业科学院 芝麻研究中心，河南 郑州 450002)

芽苗菜是各种谷类、豆类、树类的种子经过特殊的培育过程得到的可以作为蔬菜直接食用的一类保健食材[1-2]，因富含膳食纤维、多种营养物质和生物活性成分而成为重要的蔬菜品种[3]，芽苗菜种类较多，常见有黄豆芽、绿豆芽等，富含粗纤维素，具有通便减肥的作用[4]，同时富含维生素C、多种氨基酸和矿物质等营养物质。此外，芽苗菜中多酚类物质含量丰富，且多酚是植物中含量仅次于纤维素、半纤维素和木质素的多羟基酚类物质，其与无机盐、维生素有许多相似之处，被人称之为继第六类营养素膳食纤维之后的第七类营养素，这类物质均来自于天然植物，几乎无毒副作用[5-7]。芽苗菜不仅营养物质丰富，而且具有特殊的医疗保健功能[8]，经常食用芽苗菜具有降低血脂、血糖，提高人体免疫力等效果。

芝麻属胡麻科芝麻属栽培芝麻种，为1年生草本植物，营养、保健和医用价值较高。芝麻在我国已有2 000多年的栽培史，是我国主要油料作物之一[9]。芝麻籽粒中含有约20%的蛋白质以及丰富的粗纤维、矿物质、氨基酸和多种维生素。近年来，有关芝麻产品的研究主要集中在芝麻酱、芝麻香油等产品，对芝麻芽苗菜的研究甚少。芝麻种子萌发是芝麻生长过程中的重要阶段，其籽粒内部的生命活动使其各种功能营养物质发生变化，在有关芝麻芽的研究中，Ha等[10]认为,芝麻种子经发芽后抗氧物活性更强，其总抗氧化能力显著增加，因此，可将芝麻芽苗菜作为功能性食品的来源。而芝麻素、芝麻林素是芝麻中主要的功能性物质，具有消除体内自由基、降低血清中胆固醇含量等多种生理活性功能[11]。许兰杰等[12]研究发现，芝麻种子发芽前后，芝麻素和芝麻林素呈“快—慢”的降解规律。芝麻种子萌发过程中脂肪含量下降，因此Hahm等[13]认为，芝麻适当萌动可以作为降脂应用的理想选择，且刘玉兰等[14]研究得出，芝麻经适度萌动和焙炒后所提取的芝麻油品质更优。近年来，对芝麻组分间相关性的研究较多。汪学德等[15]研究发现，芝麻脂肪含量与芝麻素含量呈极显著正相关，与蛋白质含量呈极显著负相关，但芝麻种子萌发过程中主要组分的整体变化及相关性分析研究鲜有报道，使得芝麻芽苗菜没有得到广泛食用。鉴于此，测定不同萌发时间的芝麻主要组分含量，研究芝麻种子发芽过程中主要功能营养物质的变化规律并进行相关性分析，为芝麻芽潜在价值的充分利用提供基础依据。

1 材料和方法

1.1 主要材料和试剂

供试材料为驻芝19号、赣芝10号和郑芝HL05 3个芝麻品种的籽粒，由河南省农业科学院芝麻研究中心提供，置于-20 ℃冰柜保藏待用。

主要试剂：气相色谱仪所用试剂正己烷为色谱纯，其余试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器与设备

MGC-250光照培养箱，上海一恒科学仪器有限公司；7890B型气相色谱仪，美国Agilent公司；FOSS Fibertec TM 2010全自动粗纤维仪，丹麦FOSS公司；FOSS8400全自动凯氏定氮仪，丹麦FOSS公司；KQ-300DE型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；PD-151数位游标卡尺，宝工宝业股份有限公司；FW-80型高速万能粉碎机，北京市永光明医疗仪器有限公司；XMTD-8222型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；UV-6000PC紫外分光光度计，上海元析仪器有限公司；FA2004型电子天平，上海上天精密仪器有限公司；LGJ-18真空冷冻干燥机，北京市松源华兴科技发展有限公司。

1.3 试验设计

将3个芝麻品种籽粒进行过筛除杂，去除干瘪残粒。将挑选过的芝麻籽粒用蒸馏水冲洗3次，洗净后均匀平铺在发芽盘中，以芝麻籽粒间不重叠为宜，发芽盘铺有双层滤纸，每个发芽盘中均加入1 L蒸馏水以保持滤纸湿润，于黑暗、35 ℃恒温培养箱中发芽，分别在芝麻种子萌发0、12、24、36、48、60、72 h取样并换水，0 h为原料种子，取样时随机选取每个品种发芽盘中的芝麻芽，每个时间点取样量的鲜质量约200 g，样品经冷冻干燥、粉碎、过孔径0.425 mm筛后备用。

1.4 测定指标与方法

芝麻芽的水分含量测定参照GB 5009.3—2016，蛋白质含量测定参照GB 5009.5—2016；脂肪含量测定参照GB 5009.6—2016；粗纤维含量测定参照GB/T 5009.10—2003；总糖含量测定参照硫酸苯酚法[16]；灰分含量测定根据GB 5009.4—2016。

芝麻芽的生长特性指标测定：随机挑选30个芝麻芽，用游标卡尺测量胚轴长、胚根长、轴径长、鲜质量。生长特性指标结果为30组测量的平均值。

总酚含量测定参照田文礼等[17]的方法并略有改动，具体方法：取0.5 g左右的粉碎样品，采用70%的甲醇分3次进行提取，每次分别涡旋5 min、超声20 min、离心5 min，定容至25 mL容量瓶中，放置过夜，取0.3 mL提取液，与1 mL稀释的福林酚反应并混匀，加入3 mL 10%Na2CO3，加蒸馏水至10 mL，室温静置2 h，于765 nm处测吸光度值。

脂肪酸组成及含量分析参照GB/T 17376—2008及GB/T 17377—2008。采用三氟化硼甲酯化[18]制备脂肪酸甲酯，以备气相色谱分析。色谱条件为：FID 检测器，色谱柱为 HP-88 毛细管柱(100 m×0.25 mm×0.2 μm)，检测器温度280 ℃，进样口温度250 ℃，载气流速1 mL/min，H2流速30 mL/min，空气流速400 mL/min，分流比50∶1，升温程序为初温170 ℃，直接4 ℃/min 升至220 ℃，不保温，再以1 ℃/min升温至240 ℃，进样量2 μL。

1.5 数据统计与分析

采用Excel 2003、SPSS 20.0对数据进行描述性统计分析，采用 Origin 8.0软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 芝麻种子萌发过程中生长特性指标的变化

种子萌发过程中，胚乳中复杂的贮藏物质分解为简单的物质，这些贮藏物质水解后形成的最终产物在胚中用来合成生命物质，形成新的器官，即长根、长茎、长叶[19]。芝麻芽主要由胚芽、胚根和胚轴组成。由图1—2得出，芝麻种子在萌发过程中鲜质量、胚根长度、胚轴长度呈升高趋势，赣芝10号、驻芝19号、郑芝HL05鲜质量分别由萌发1 d的0.006、0.007、0.006 g/株增加至萌发3 d的0.035、0.033、0.030 g/株，胚轴长度由0 mm分别增加至33.17、32.05、31.58 mm，胚根长度分别由萌发1 d的1.34、1.20、1.27 mm增加至萌发3 d的44.69、43.28、42.83 mm。综上，胚根长度、胚轴长度在萌发1 d后急剧增加，而胚轴在萌发1 d内未长出，随着芝麻种子萌发，芝麻芽轴径无明显变化，推测芝麻种子萌发1 d后其内部生命活动活跃，主要组分发生明显的分解与合成。

图1 芝麻种子萌发过程中鲜质量和胚轴长度的变化

图2 芝麻种子萌发过程中轴径和胚根长度的变化

2.2 芝麻种子萌发过程中主要化学组分的变化

芝麻种子萌发是一个复杂的生命活动过程，其主要营养物质有一定的分解和合成，以供其萌发所需。芝麻种子在萌发过程中粗脂肪、粗蛋白、粗纤维、总糖、灰分含量变化如图3—5所示。可以看出，萌发72 h内，驻芝19号、赣芝10号、郑芝HL05的粗脂肪含量下降，分别由52.39%、51.52%、50.24%降低至24.10%、20.59%、25.21%；总糖含量上升，分别由12.09%、10.82%、10.77%增加至30.45%、30.03%、23.20%；粗纤维含量上升，分别由3.42%、3.45%、3.02%增加到8.10%、9.14%、8.12%；粗蛋白和灰分含量变化不明显；总酚含量分别由 1.74、2.28、6.24 mg/g上升至13.80、14.15、13.49 mg/g。综上，芝麻种子萌发至72 h，粗脂肪含量下降50%左右，总糖含量增加2～3倍，粗纤维含量增加2.5～3.0倍，3个品种芝麻总酚含量增加了约7～12 mg/g。芝麻种子萌发0～24 h，粗脂肪含量缓慢降低，总糖、粗纤维含量缓慢增加，24 h后粗脂肪含量迅速降低，总糖、粗纤维含量迅速增加，表明芝麻种子萌发24 h主要组分发生显著分解与合成。

萌发0 h为原料芝麻种子，数据均以干基计算，下同

图4 芝麻种子萌发过程中粗纤维和总糖含量的变化

图5 芝麻种子萌发过程中灰分和总酚含量的变化

2.3 芝麻种子萌发过程中主要化学组分含量及生长特性指标间的相关性

对芝麻种子萌发过程中粗脂肪、粗蛋白、灰分、粗纤维、总糖含量以及芝麻芽胚轴长度、胚根长度、轴径进行简单相关分析，结果如表1所示。可见，在各萌发时期，芝麻种子粗蛋白含量与粗脂肪含量呈显著负相关，与其他指标无显著相关性；总糖含量与粗脂肪含量呈极显著负相关，与粗纤维含量、胚轴长度、胚根长度、轴径呈极显著正相关；粗纤维含量与粗脂肪含量呈极显著负相关，与胚轴长度、胚根长度、轴径呈极显著正相关；粗脂肪含量与胚轴长度、胚根长度、轴径均呈极显著负相关。相关性分析结果表明，芝麻种子萌发过程中主要组分指标与生长特性指标密切相关，各指标间相互影响又相互制约。

表1 芝麻种子萌发过程中主要化学组分含量及生长指标间的相关性分析

注：**、*分别表示在0.01、0.05水平上显著相关。

2.4 芝麻种子萌发过程中脂肪酸组成及含量

从表2可以看出，芝麻种子萌发过程中主要脂肪酸组成为油酸、亚油酸、棕榈酸和硬脂酸，其中油酸和亚油酸含量较多，均在40%以上，其次是棕榈酸、硬脂酸、亚麻酸和花生酸。随着萌发时间延长，芝麻种子萌发对其油脂主要脂肪酸组成无影响，但亚油酸含量减少，驻芝19号、赣芝10号、郑芝HL05亚油酸含量分别由43.93%、44.17%、44.51%降低至42.68%、42.89%、43.13%，差异显著；亚麻酸含量增加，分别由0.23%、0.22%、0.37%增加至0.68%、0.62%、0.69%，棕榈酸、硬脂酸、油酸含量萌发前后变化相对较小。

表2 芝麻种子萌发过程中脂肪酸组成及含量 %

注：同列肩标不同小写字母表示同一品种不同萌发时间差异显著(P<0.05)。

3 结论与讨论

本研究发现，芝麻种子萌发24 h后胚根长度、胚轴长度、鲜质量增加，芝麻种子萌发初期胚根先生长，胚轴在萌发24 h后急剧生长，轴径无显著变化，推测芝麻种子萌发过程中主要组分发生显著分解与合成的转折点是萌发24 h。主要化学成分变化结果表明，芝麻种子萌发24 h后粗脂肪含量迅速下降，萌发72 h粗脂肪含量下降50%左右，相关性分析发现，芝麻种子萌发过程中胚根长度、胚轴长度与粗脂肪含量呈极显著负相关，故芝麻种子萌发过程中粗脂肪含量随胚根长度、胚轴长度的增加而下降，与郭令鸟等[20]研究中脂肪含量随胚根长度增加而持续下降的结果一致；3个芝麻品种总糖含量呈增加趋势，萌发0～24 h总糖含量增加缓慢，萌发24 h后迅速增加，萌发至72 h总糖含量增加2～3倍，粗蛋白含量整体呈增加趋势，总糖、粗蛋白含量均与粗脂肪含量呈极显著负相关。Alonso等[21]研究认为，豆类发芽中蛋白质含量的升高是由于碳水化合物的利用；李清芳等[22]研究表明，大豆种子萌发过程中脂肪的分解进程与蛋白质含量呈负相关。据此推测，芝麻在萌发过程中粗脂肪通过一系列变化被酶分解成甘油和脂肪酸，最后生成糖类并提高蛋白质含量。芝麻种子萌发24 h后，粗纤维含量迅速增加，萌发至72 h 3个芝麻品种的粗纤维含量增加2.5～3.0倍，相关性分析结果显示，芝麻粗纤维含量与胚轴长度、胚根长度、轴径呈极显著正相关，这与黄惠华等[23]研究中茶树春梢生长期节茎的粗纤维含量与节茎的长度呈显著或极显著正相关的结果一致。3个品种芝麻种子萌发0～72 h，总酚含量增加约7～12 mg/g，提高了芝麻芽抗氧化活性，因此，可将芝麻芽作为天然酚类抗氧化剂的良好来源。

芝麻种子萌发至72 h主要脂肪酸组成无变化，脂肪酸含量存在差异，其中亚油酸含量减少1个百分点左右，亚麻酸含量增加，这可能是由于芝麻萌动需要能量，脂肪发生水解，游离脂肪酸增加，酯化的油酸转化成亚油酸，进而转化为亚麻酸[24]，因此表现为亚麻酸含量增加；随着进一步萌动需要，亚油酸被氧化为二氧化碳和水，被新的生长部分利用，故亚油酸含量降低。芝麻种子萌发至72 h，总不饱和脂肪酸含量大于80%，可见，芝麻芽富含人体需要的不饱和脂肪酸。

综上所述，芝麻种子萌发过程中主要组分变化的转折点是萌发24 h，萌发0～72 h粗脂肪含量下降50%左右，粗纤维含量增加2.5～3.0倍，总糖含量增加2～3倍，总酚含量增加了约7～12 mg/g。芝麻种子萌发前后主要脂肪酸组成无明显变化，总不饱和脂肪酸含量大于80%。可见，芝麻芽富含纤维素、总糖、总酚和不饱和脂肪酸。