大豆发芽过程中营养成分变化及生物强化研究进展

吴隆坤, 范志军, 王冬梅

(1. 沈阳师范大学 粮食学院, 沈阳 110034; 2. 黑龙江省北大荒绿色健康食品有限责任公司, 黑龙江 佳木斯 154007)

0 引 言

发芽,是一种经济有效的天然加工技术,能够提高大豆营养品质。发芽过程导致大豆主要营养素碳水化合物、脂类和蛋白质进行分解代谢,同时促进氨基酸、维生素、酚类等营养物质的合成。发芽过程中,脂肪氧化酶活力降低,豆腥味减少,能改善豆制品适口性、营养性及安全性。大豆在萌发过程中能吸收、富集微量元素,抗营养因子(植酸等)的减少,可提高微量元素的生物利用度[1]。因此,采用浸泡、喷淋种子对萌发大豆微量元素进行生物强化,被认为是合理可行的营养强化方式。本文对发芽大豆的生物活性物质变化、发芽大豆功能性研究及通过发芽进行生物强化的研究进展进行综述,为后续发芽大豆、生物强化大豆研究提供理论依据,进而提高大豆的综合利用价值。

1 大豆发芽过程中营养成分的变化

1.1 生物活性物质

在豆科植物中, 大豆芽在东方文化中已被直接用作人类食物超过2000年, 大豆的萌发改变了原始种子中几乎所有成分的水平, 研究发现萌发可提高豆科植物和其他种子的营养价值和抗氧化能力。 发芽期间脂质含量逐渐降低, 淀粉含量增加, 淀粉酶活性高, 膳食纤维减少, 矿物质含量的变化取决于发芽条件, 大多数维生素的水平也增加[2-3]。 此外, 发芽减少了抗胰蛋白酶抑制剂, 植酸和半乳糖苷等抗营养素的含量[4]。 罗旭等以4种大豆为研究对象, 探究大豆萌芽过程中生物活性物质总多酚、总黄酮、大豆异黄酮和γ-氨基丁酸(GABA)含量及抗氧化能力变化规律, 发现大豆经萌芽处理后, GABA大量积累,总多酚、总黄酮及异黄酮的含量均有所上升, 抗氧化能力有所增强, 同时萌发过程能有效降低大豆中抗营养因子的含量, 使得大豆的营养价值和保健作用都相应提高[5]。 大豆发芽可以增加大豆苷元、 染料木素、 黄豆黄素等异黄酮的含量, 以及它们的糖苷苹果基化形式,这些都是大豆及其产品的主要组成部分[6]。 萌发也能显著增加维生素、 植物甾醇、 生育酚、大豆异黄酮的含量[7-8]。 Xu等[9]发现γ-氨基丁酸的含量、 谷氨酸和活性的谷氨酸脱羧酶(GAD)和γ-氨基丁酸转氨酶(GABA-T)在大豆发芽过程中均有增加。Huang等[10]人表明, 发芽3 d的大豆异黄酮含量最高, 糖苷元含量最高, 总酚类和维生素C含量高于生大豆, 推测3 d的萌发时间是大豆积累对人类有益的各种营养物质含量最高的最佳时间。 Huang等人研究发现, 发芽提高β-胡萝卜素、 维生素B2含量, GABA增加近10倍, 异黄酮的糖苷配基的增加超过700%, 研究表明发芽的大豆是多种营养素和其他生物活性化合物的良好来源。 表明发芽的大豆是多种营养素和其他生物活性化合物的良好来源。 大豆发芽过程主要成分变化见表1。

表1 大豆发芽过程主要成分的含量Table 1 The content of main components in germinated soybean

1.2 发芽大豆蛋白

大豆在萌发过程中贮藏蛋白被蛋白酶降解,蛋白质含量降低,氨基酸和非蛋白质氮含量增加[11]。蛋白水解生成供应氨基酸和幼苗所需要的能量物质,发芽导致大豆一系列的新陈代谢的变化,某些不好的成分,如胰蛋白酶抑制剂,胰凝乳蛋白酶、脂氧合酶活性、植酸和低聚糖可以在大豆发芽时消除或下降,研究发现主要的过敏原在大豆3 d的生长后完全降解[12-13]。Hui[14]用发芽的大豆蛋白喂食霍乱毒素致敏的小鼠模型,没有出现过敏性休克症状,推测发芽大豆蛋白质是一种低致敏、安全的饮食配方。发芽过程存储蛋白的降解,随着小随之而来的蛋白质分子量和氨基酸组成的发生变化,这一自然过程提高大豆营养特性,并发现具有潜在生物活性肽。Mora等[15]的研究表明,萌发可提高大豆对Hela和C-33宫颈癌细胞的抗增殖作用,Mar’a[16]等研究发芽可以帮助提高大豆蛋白的抗肿瘤活性生物活性肽的产生。发芽大豆与消化酶水解具有抑制脂肪细胞的增殖,促进脂肪分解作用。以及对人宫颈癌细胞(HeLa)增殖的影响[17-18]。发芽大豆粉水解蛋白有显著抗氧化能力和改进的抑制炎症标记物能力[19]。

2 发芽大豆的生物强化

豆类中矿物质元素含量丰富,王莘等对萌发过程中大豆、黑豆和绿豆的微量元素(铁 钙、锌、铜、钾、镁、磷)变化进行研究,在芽萌发期除钾以外,其含量都有所升高,但到了萌发中后期,当贮备物质耗尽后,含量下降。在豆类萌发过程中添加营养添加剂进行生物强化,能够提高豆类营养物质的含量[20]。王新坤发现发芽过程提高大豆中铁和锌的生物利用率,而钙利用率降低,原因是植酸盐中释放的钙离子被纤维素等再次固定,不能被利用,豆芽菜中钙铁锌的含量还收到浸泡过程矿物质扩散影响与干物质损失有关[21]。目前,主要粮食作物的生物强化主要集中在硒、锌和铁方面,以下将发芽大豆微量元素生物强化研究进展进行综述。

2.1 硒生物强化发芽大豆

Lazo-Vélezb研究不同浓度亚硒酸钠(Na2SeO3)强化大豆的异黄酮含量及对细胞抗氧化活性影响,通过HPLC-UV和HPLC-MS-TOF对大豆异黄酮进行评估,研究表明含有32 mg / L Na2SeO3的大豆有最佳浓度的硒(Se)和总异黄酮含量,且细胞抗氧化活性最强,推测富含硒的大豆芽是膳食硒和异黄酮良好来源,可用于配制新的功能性食品[22]。王素雅对以10 mg/L Na2SeO3溶液浸泡大豆,碱提酸沉法制备富硒大豆分离蛋白进行凝胶性研究,发芽48 h内大豆分离蛋白凝胶与富硒分离蛋白凝胶的硬度快速下降,富硒大豆与对照大豆的聚丙烯酰胺凝胶电泳SDS-PAGE谱带基本一致,说明二者蛋白亚基没有明显变化[23]。胡丹丹等在发芽过程中富硒SPI的吸水性、溶解性、乳化性及起泡性均呈先升高后降低的趋势,发芽24 h时蛋白质功能性质最佳[24]。Guardado研究了用不同亚硒酸钠(Na2SeO3)浓度浸泡后发芽的鹰嘴豆(Cicer arietinum L.)芽的异黄酮类成分,苯丙氨酸氨裂解酶(PAL)活性和抗氧化能力,与未处理的芽相比,总异黄酮,PAL活性和抗氧化能力分别显着增加了83%,56%和33%,结果表明富含硒的鹰嘴豆芽可以代表膳食硒的良好来源,并作为异黄酮的来源[25]。

2.2 锌生物强化发芽大豆

硫酸锌溶液可以增强发芽谷物和豆类种子的Zn的密度,浸泡含有硫酸锌(ZnSO4)溶液的谷物和豆科植物种子如大豆,有希望被做为农艺生物强化中改善锌缺乏的方法[26]。Zou[27]等研究硫酸锌浸种强化大豆发现,大豆可食部分的锌含量和生物利用率显著提高,用于培养富锌大豆芽的ZnSO4溶液中存在合适的Zn浓度小于或等于20 μg·mL-1。用10和20 μgZnmL-1ZnSO4溶液进行生物强化,Zn含量(102和163 vs. 32 mg·kg-1干重),大豆芽用ZnSO4溶液生物强化10或20 μg·mL-1含有相当数量的锌,具有良好的锌生物可接近性,表明富锌大豆芽可作为合适的锌来源,从而改善缺锌人群的锌摄入。关于大豆生物强化的一些研究用用锌盐(ZnSO4或Zn(NO3)2)水溶液经行发芽,已报道栽培富锌大豆芽其Zn含量比常规大豆芽含量高0.4～1.4倍[28]。Guillénmolina等将Zn-EDTA和Fe-EDDHA按照不同比例混合作为营养强化剂来强化鹰嘴豆,发现营养强化剂的不同比例对其微量元素含量、产量和抗氧化活性无显著差异[29]。

2.3 铁生物强化发芽大豆

大豆和其他豆科植物的种子是丰富的来源天然铁蛋白,随着植物的生物强化,植物的生物强化可能会增加浓度的铁蛋白和铁蛋白的含量[30]。在大豆种子在FeSO4溶液中发芽期间,它们的植物铁蛋白含量成倍增加。植物铁蛋白被科研人员认为是未来的一种新型天然的功能性补铁因子,以大豆种子铁蛋白为代表的铁蛋白吸收较稳定,且不受植酸、单宁等抗营养因子的影响,食品加工如加热(煮沸)过程中能够保持稳定的α螺旋结构(部分铁蛋白在80 ℃开始变性)。Zielińska[31]研究了非生物胁迫下5～25 mM FeSO4存在培养基中大豆芽的培育条件,发芽种子中铁蛋白铁的积累20 mM的FeSO4溶液比其在蒸馏水中发芽高67倍。栽培条件也影响β-胡萝卜素含量,相比较干种子中的含量增加了28倍,总的抗氧化活性在0～10 mM培养基中培养期间程增加趋势,且与总酚类化合物含量正相关。Tako研究了生物强化红色斑驳豆(Phaseolus vulgaris L.)比标准组有更多的生物可利用的铁,且在家禽(鸡内金)和体外消化/Caco-2模式的生物利用度研究,试验结果是标准组与生物强化组相比,二价金属转运蛋白,细胞色素-B和铁转运蛋白表达较高,肝铁蛋白较低(P<0.05),体内结果支持体外观察,生物强化的有色豆含有比标准更多的生物可利用铁,试验得出生物强化豆类似乎是一种有前途的载体,可以增加人类种群中生物可利用铁的摄入量[32]。研究制备的富铁大豆芽,铁含量增加了近70倍,作为缺铁大鼠的铁元素补充,已经证明是吸收良好的铁的来源[33]。有研究对含有极高浓度铁的大豆芽的安全性给药大鼠90 d,对照组和施用芽的大鼠之间的最终体重和平均食物消耗没有差异,血液学和临床化学参数的统计学分析无显着差异,22个组织的显微镜检查未显示任何病理学,通过DNA损伤的基础水平和羰基含量测试对肝脏中的DNA和蛋白质造成氧化损伤,仅在雌性中脂质过氧化作用略微增加,几种抗氧化酶的活性检测中,超氧化物歧化酶,谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽S-转移酶均增加,因此试验证实发芽富铁大豆可作为缺铁性贫血和炎症性肠病患者的食品补充剂的一个组成部分[34]。

3 结 语

发芽能够有效提高大豆及制品的营养品质,利用发芽进行营养素的生物强化有望成为改善膳食营养成分的重要途径。目前关于大豆发芽的研究主要集中在营养成分的变化,通过发芽过程对大豆进行微量元素的强化研究不多,深度开发利用更少,今后的研究可通过发芽进行更多种营养成分添加强化,研究控制强化条件使得大豆成为营养物质强化剂的重要来源,以及发芽、强化后大豆生物活性成分的开发利用研究,发芽强化后营养成分代谢机制的研究,研究补充特需人体及动物的生长发育功能性食品,将大豆视为一种食源性药物,通过大豆食疗预防和控制疾病的发生发展等等。以上研究将对大豆这种中国传统的作物利用带来广阔的开发前景,发挥更大的社会效益和经济效益。