发芽过程中大豆活性物质、抗营养因子及抗氧化活性变化的综述

高春霞 王凤忠 袁 莉,*

(1 陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西 西安 710119；2 中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100193)

大豆[Glycinemax(L.) Merr]是世界上栽培最为广泛的油作物之一，也是我国粮油兼用作物之一，约含有40%蛋白质和20%脂肪[1]，因富含蛋白质，被誉为“绿色的牛乳”。此外，大豆中还含有多种生物活性物质，如大豆多肽、大豆异黄酮(soybean isoflavone，ISO)、大豆皂苷及γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)等[2-3]。但大豆还含有一些影响机体吸收利用营养的抗营养因子，如胰蛋白酶抑制剂、植物血球凝集素、脂肪氧化酶、植酸等[4]，这些抗营养因子会阻碍人体对其他营养素的吸收或会对人体健康构成威胁，且会对豆制品的品质造成不良影响。

研究表明，发芽不仅可以使大豆形态发生变化，而且可以改变大豆中某些化学成分的组成(如蛋白质、抗营养因子)，从而提高大豆及其制品的适口性、营养价值及生物利用率[5-6]。一方面，大豆发芽会导致主要营养素，如碳水化合物、蛋白质和脂肪的分解代谢，同时伴随着单糖、自由氨基酸和有机酸的增加[7-8]，这些转化物均有利于人体的吸收和利用。同时，发芽也会提高一些功能因子的含量，如大豆多肽、ISO、大豆皂苷、GABA及维生素C(Vc)等[9-10]。另一方面，发芽可降低大豆中抗营养因子和难消化因子的含量，如胰蛋白酶抑制剂、植物血球凝集素及植酸等[4]。此外，发芽还可以积累一些次级代谢产物，如Vc、大豆异黄酮等[11]。发芽过程中，大豆中的脂肪氧化酶(lipoxygenases，LOX)活力持续降低，对保障大豆加工产品质量，减少大豆的豆腥味起到了重要作用[12]。Nagatoishi等[13]发现发芽可使大豆产生新的活性物质GABA；Guajardo-Flores等[14]证实发芽会影响大豆抗氧化活性。综上可知，发芽可改变大豆及其制品适口性、营养性及安全性, 同时是保障大豆工业化生产的重要途径之一，因此，研究发芽对大豆营养物质吸收代谢及抗营养物质的降解变化规律具有重要意义。本文以大豆为研究对象，综述了发芽对其生物活性物质、抗营养因子及抗氧化性的影响，以期明确发芽期间大豆的活性物质、抗营养因子、抗氧化活性的变化规律，为后续研究提供理论依据，进而提高大豆的综合利用价值。

1 发芽处理对大豆生物活性物质的影响

大豆含有丰富的营养物质，如蛋白质、脂肪、糖等，且含有许多生物活性物质，如大豆多肽、ISO、大豆皂苷、γ-氨基丁酸、Vc等。研究表明，发芽可以显著提高大豆生物活性物质的含量，下面重点介绍大豆中5种重要的生物活性物质及发芽对其含量的影响。

1.1 发芽处理对大豆多肽含量的影响

发芽后，大豆蛋白酶活性增强，可将大分子肽分解为更容易被人体吸收的小分子肽，从而提高大豆多肽的利用价值。Luzmaria等[15]发现，发芽后大豆蛋白肽含量显著增加，这可能是由于发芽激活了蛋白酶，从而降解了大分子多肽类物质并促进了其他组分的分解代谢；Wilson等[9]发现发芽处理可以使大豆球蛋白和β-球蛋白的肽键断裂，且发芽过程中蛋白质的降解与非蛋白氮合成保持动态平衡；徐晓燕等[16]研究发现在种子发芽的第一阶段大豆球蛋白发生降解；Godfrey等[17]研究表明，经发芽处理后大豆蛋白会产生抗氧化性肽段，这些肽段具有抑制血管紧张素转化酶的生成和促进吞噬细胞溶解功能的作用。由此推断，发芽期间由于大豆呼吸作用增强，激活了内源水解酶及蛋白酶，从而将大分子肽分解为小分子肽。

1.2 发芽处理对大豆中黄酮含量的影响

大豆异黄酮(ISO)是一种植物性雌激素。研究表明，大豆发芽时ISO开始合成，且随着子叶和胚轴的生长，ISO含量明显增加[18]。李振艳等[19]发现发芽48 h后，ISO含量约是未发芽干大豆的2倍；Kim等[20]以韩国Shinpaldal-2、Seomoktae和Seoritae 3种大豆品种为研究对象，经发芽处理，3种大豆中ISO最大含量分别为1.824、1.216、1.125 mg·g-1，均较未发芽大豆中ISO含量高，但随着发芽时间的延长，ISO含量呈现下降趋势；王慧芳等[21]以优质国产大豆中黄13为研究对象，在30℃、相对湿度95%避光条件下进行发芽处理，结果表明，在发芽第3天时ISO含量最高(3.796 mg·g-1)，但随着发芽时间的延长，ISO含量呈现下降趋势；Kim等[22]发现大豆室温流动水中萌芽24 h后，其ISO含量(13.289 mg·g-1)约为未发芽大豆的9.6倍，且与未发芽大豆相比，黄豆苷元、金雀异黄酮和黄豆黄素含量分别增加了21.4%、39.4%、31.1%。在发芽过程中大豆ISO含量变化呈现一定的波动，可能是因为在不同发芽阶段，ISO合成的关键酶苯丙氨酸氨基裂解酶活性存在差异，导致了ISO积累量的不同。Feng等[23]也证实大豆发芽后的ISO和黄豆苷元分别增加了89%、18%。此外，包萨日娜等[24]发现在25℃、相对湿度90%、浸泡时间16 h条件下，大豆芽长30 mm时，大豆中ISO含量，尤其是金雀异黄酮和黄豆苷元含量等单体显著提高。Huang等[25]研究发现大豆发芽3 d后异黄酮苷元在黑豆和黄豆中均超过了700%，这可能是因为发芽导致大豆糖苷元水解，从而增加了异黄酮苷含量。赵甲慧[26]发现芽长5 cm时，ISO含量达到最高值(13 μg·g-1)，这可能是因为大豆发芽过程促进了ISO的合成代谢。由此可见，发芽可以显著增加ISO含量，且与发芽时间、温度、湿度、光照和大豆品种有密切关系。

1.3 发芽处理对大豆皂苷含量的影响

我国大豆中大豆皂甙的含量最高，但也仅为0.32%[27]。发芽处理对大豆皂苷含量的影响较大，Huang等[25]发现发芽处理3 d后大豆总皂苷含量是未发芽黄皮大豆的3倍，但黑皮大豆中总皂苷含量略有降低；Paucarmenacho等[28]发现30℃条件下发芽处理63 h，巴西大豆BRS258中大豆皂苷含量从未发芽时的7.4 mg·g-1增加到23.5 mg·g-1； Shimoyamada等[29]发现发芽8 d后的大豆总皂苷含量是未发芽时的8倍；Jyothi等[30]也发现发芽4 d后大豆中皂苷含量从2.8%增加到8.9%；Chen等[31]黄皮大豆发芽处理72 h后，大豆中大豆皂苷含量增加了11%。综上可知，发芽处理可显著提高大豆皂苷含量，且皂苷含量与萌芽时间、处理温度和大豆品种密切相关。

1.4 发芽处理对大豆中γ-氨基丁酸含量的影响

γ-氨基丁酸(GABA)是日本学者Nagatoishi等[13]在发芽大豆中发现的一种新的大豆功能性因子。研究表明，发芽处理可富集大豆中GABA等原来含量低或不具有的功能性成分[32]。李振艳等[19]研究发现，经48 h的发芽处理，大豆中GABA含量约为未发芽时的7倍；赵甲慧[26]发现在刚开始发芽阶段，大豆种子GABA 含量较低，这是由于在发芽初期，种子的萌芽生长需要消耗较多的物质和能量，但在芽长3 cm 后GABA含量会增加；张莉力等[33]发现发芽处理7 d后大豆GABA含量最高(0.601 mg·g-1)，但延长发芽时间，GABA含量呈现下降趋势，这是由于底物谷氨酸的含量逐渐降低，合成速度减缓，且GABA富集后，在GABA转氨酶的作用下生成琥珀酸半醛的可能性增加；Huang等[25]发现经发芽处理，大豆中的GABA含量是未发芽的10倍；Guo等[34]发现在30℃、pH值4.1条件下避光发芽2 d后，大豆中GABA含量最高，是未发芽时的12.5倍；Wang等[35]对3种国产大豆(ZH13、ZH30、ZH42)的GABA含量进行对比，发现发芽5 d后大豆ZH13中的GABA含量变化最显著，较未发芽时增加了36.7倍。此外，研究证明，发芽处理可显著富集大豆中的GABA[36]，且GABA含量与发芽时间、温度、pH值、光照及大豆品种等因素相关。

1.5 发芽处理对大豆中维生素C含量的影响

大量研究发现，发芽可显著提高大豆中Vc含量。Kaushik等[37]发现干大豆中Vc含量极少，经发芽后Vc含量明显增加，说明发芽处理可促进Vc的合成；Fordham等[38]研究表明，发芽5 d 后，大豆Vc 含量为0.20 mg·g-1FW，其中以子叶部分含量最高，幼芽次之，这是由于半乳糖酸内酯脱氢酶经发芽处理后被激活，进而促进了Vc的合成[39]；彭恕生等[40]研究发现芽长和温度会明显影响绿豆芽中Vc含量，但在实际生产条件下这种影响并不显著；王燕翔[41]发现随着大豆芽长的增加，Vc 含量呈上升趋势，当芽长为30 mm 时，Vc 含量达到最大值(0.116 9 mg·g-1)，这可能是因为发芽过程中糖代谢合成了Vc。潘紫霄[42]发现发芽3 d后大豆Vc含量下降到0.25 mg·g-1，发芽5 d后Vc含量下降至0.21 mg·g-1；都启晶等[43]也发现随着发芽长度的增加，大豆中Vc含量增加，芽长为5 cm时, 每100 g大豆芽中Vc含量为120.09 mg；Huang等[44]监测了不同发芽时间大豆中Vc含量的变化情况，发芽第2天时，大豆中Vc含量达到最大值，为5.27 μg·g-1，第5天时，Vc含量有所下降，相较于第2天下降了约37%，这可能是由于发芽期间参与Vc合成代谢的酶类被激活，故Vc含量在豆芽组织中不断增加，但随着发芽时间的延长，该酶活性降低，导致发芽后期Vc含量下降。综上可知，发芽处理对大豆中Vc具有显著的调控作用，且发芽时间、温度等因素对Vc含量有不同程度的影响[45]。

2 发芽处理对大豆抗营养因子的影响

抗营养因子是豆类中的一种限制性因子，不仅阻碍了机体对营养物质的吸收和利用，而且限制了豆类的综合开发利用。因此，有效控制或消除抗营养因子是提高大豆高值化利用的重要途径之一。研究发现，发芽是一种最简单有效改善大豆抗营养因子的限制作用的方法。下面重点介绍大豆中的4种抗营养因子(胰蛋白酶抑制剂、植物血球凝集素、脂肪氧化酶、植酸)及发芽处理对其含量的影响。

2.1 发芽处理对大豆中胰蛋白酶抑制剂含量的影响

大豆中的胰蛋白酶抑制剂主要是库尼兹(Kunitz)和包曼-伯克(Bowman-Brik)抑制因子，它们是分别含有181个和71个氨基酸残基的多肽。Rooke等[46]发现随着发芽时间的延长，大豆中Kunitz型抑制剂含量会发生明显变化，发芽初期变化不明显，在发芽8 d时开始下降，发芽第14天时Kunitz型抑制剂含量降到最低；Paucarmenacho等[28]发现在30℃条件下萌芽63 h时，大豆 Bowman-Brik型抑制剂含量下降了12.4%，但在25℃条件下发芽72 h 时Bowman-Brik型抑制剂含量下降了27.0%，说明发芽温度和时间可能会影响大豆内源酶的活力，进而引起Bowman-Brik型抑制剂含量发生变化；Kumar等[12]发现发芽处理6 d后，大豆中胰蛋白酶抑制因子减少32%，且发芽后胰蛋白酶抑制因子对热处理更加敏感；Savelkoul等[47]发现发芽7 d后荷兰大豆胰蛋白酶抑制剂含量降低了25.5%；Dikshit等[48]发现发芽72 h后大豆MACS-13胰蛋白酶抑制剂含量较未发芽时下降了51.68%。综上所述，经发芽处理后大豆胰蛋白酶抑制剂的种类、含量、活性均发生变化，可能是由于发芽期间大豆中产生了某种蛋白酶，进而导致了胰蛋白酶抑制剂的降解，同时，作为一种蛋白质，胰蛋白酶抑制剂本身也可能在种子发芽初期参与种子复杂的生理代谢。

2.2 发芽处理对大豆中植物血球凝集素含量的影响

植物血球凝集素是一种含有高亲和性的低聚糖结合在糖蛋白、糖脂或多糖上的糖蛋白，其通过与小肠粘膜上皮细胞受体结合导致细胞内吞，进而干扰消化吸收过程，从而影响动物生长与代谢。大豆血球凝集素在成熟种子中约占大豆蛋白质总量的10%，其含量在一定程度上抑制了大豆的广泛应用[49]。

研究表明，发芽处理可以有效降低大豆中植物血球凝集素含量。Chen等[50]发现发芽4 d时，豆芽中的血球凝集素含量仅为未发芽的3.7%；Paucarmenacho等[28]发现30℃发芽处理21 h后，大豆中植物血球凝集素减少了9.9%，但在25℃发芽处理72 h时减少了72.6%；Luzmaria等[15]发现在25℃发芽处理42 h后大豆中植物血球凝集素减少了58.7%；郭鸰等[51]研究表明，在发芽处理第4天时，大豆中血球凝集素含量下降了16.5%。

2.3 发芽处理对大豆中脂肪氧化酶活性的影响

大豆中含有多种酶，其中脂肪氧化酶(LOX)活性最高，其含有3种同功酶(L-1、L-2、L-3)，并分别由一对基因控制，其含量约占大豆总蛋白的1%。LOX具有专一催化作用，可催化具有顺-1,4-戊二烯结构的多不饱和脂肪酸，生成具有共轭双键的过氧化物，进而产生醛、酮等异味物质，使大豆带有豆腥味，影响大豆的适口性。

研究表明，发芽处理可降低大豆中LOX含量，改善大豆及其制品的食用价值和感官品质。付红岩等[52]发现经发芽处理后，大豆中LOX活性降低了47.5%；Paucarmenacho等[28]发现30℃发芽处理63 h，大豆中LOX活性可降至22.5%；Bordingnon等[53]也发现发芽处理可显著降低大豆中LOX活性；Suberbie等[54]研究表明，经72 h 发芽处理，大豆中LOX活力相比未发芽时大幅降低，同时大豆的气味和口感均得到了改善；Hildebrand等[55]发现发芽24 h后大豆中LOX同工酶L-2和L-3的活力明显减弱；Kumar等[12]研究表明，大豆经发芽处理6 d，LOX的同工酶L-1、L-2和L-3的活力均减弱，且同工酶L-1减弱速度更快。

2.4 发芽处理对大豆中植酸含量的影响

植酸是一种活性很强的络合剂，能螯合铁、钙、镁等金属离子，降低金属元素的生物利用率。大豆中植酸含量高达2%，能影响人体对矿质元素及蛋白质的吸收和消化利用。苗颖[56]发现发芽会使大豆植酸降低62.80%；Beleia等[57]认为发芽处理激活了内源性植酸酶，随着发芽时间的延长，内源性植酸酶的活性不断提高，从而有效降低了植酸含量并增加了矿物元素的利用率；Wang等[58]发现大豆经发芽处理6 d时的植酸含量较未发芽时减少了70%，同时铁和锌的生物利用率显著提高，但降低了钙的利用率，这是因为未发芽大豆中植酸以磷酸盐形式存在，而发芽大豆种子中是植酸酶，当种子吸水发芽时，植酸酶被激活，且在子叶和胚胎中分别含有39.19%～45.85%和54.15%～60.81%的植酸酶，故水解植酸和植酸盐，释放出磷等元素，从而削弱了对矿质元素的束缚，增加了其溶解性，促进了铁和锌的吸收。但在发芽过程中，大豆会产生更多的纤维素，尤其木质素，这些纤维素可与钙离子结合形成不溶性混合物，从而降低钙的吸收利用[59]。综上，发芽处理可以激活大豆中的植酸酶，进一步水解植酸和植酸盐，从而降低植酸的抗营养作用。

3 发芽处理对大豆抗氧化活性的影响

抗氧化物质可通过阻碍自由基产生和干预自由基作用的方式抑制其对机体的伤害。大豆中含有多酚类、黄酮类及Vc等抗氧化成分[11]，是一种天然的抗氧化剂，以其具有安全、高效和无毒副作用等优点而备受关注。发芽处理对大豆中的抗氧化成分具有显著影响，进而对大豆抗氧化活性产生一定的影响。

3.1 发芽处理后大豆的DPPH自由基清除能力

DPPH自由基即2，2-二苯基-1-苦味肼基自由基，是一种常见且清除能力较高的抗氧化成分。研究证明，大豆具有很强的DPPH自由基清除能力。郭鸰等[60]测定了4种大豆发芽过程中DPPH自由基的清除能力， 发现4种大豆DPPH自由基的清除能力总体趋势较为一致，在发芽第1、第4天，其IC50出现两个极小值，均值为2.5 mg·mL-1，这是因为该时期总酚和总黄酮物质含量最高；Yuan等[61]研究发现，在光照条件下进行发芽处理，大豆中DPPH自由基的清除能力呈现时间依赖性，从发芽第1天的21.1%上升到第7天的43.6%；同样，在避光条件下进行发芽处理，大豆中DPPH自由基清除能力也在发芽第7天时最高(31.2%)，说明光照条件下，DPPH自由基清除能力比避光条件下强，发芽时间和光照类型会影响DPPH自由基清除能力。Wang等[35]研究了国产大豆ZH13、ZH30和ZH42在发芽期间的DPPH自由基清除能力，发现未发芽时 DPPH自由基清除能力介于35%～42%之间；发芽7 d后，3种大豆的自由基清除能力均显著提高并达到最高清除能力，分别为78.0%、72.8%和55.3%。

3.2 发芽处理后大豆的Fe3+还原能力

Yuan等[61]发现在发芽期间大豆的铁还原力缓慢增加，光照、避光条件下发芽处理后均在第7天时Fe3+还原能力达到最大值，分别为2.6、2.3 mmol·L-1。Wang等[35]研究国产大豆ZH13、ZH30和ZH42的Fe3+还原能力也发现，发芽第7天时，大豆ZH13、ZH30和ZH42的Fe3+还原能力分别较未发芽时增加了167.8%、113.9%和390.8%。另有研究发现，大豆在发芽处理4～5 d时Fe3+还原力呈现下降趋势，第7天时又有所增加，但趋势不明显，这可能是由于大豆在发芽过程中单电子转移使得铁还原力减弱[31，62]。因此，发芽处理对大豆蛋白的Fe3+还原能力特性具有重要影响，且与发芽时间、光照类型和大豆品种等因素有关。

4 展望

大豆作为植物蛋白中的佼佼者，营养价值及功能成分含量较高。发芽处理被视为一种最简单、最经济、最安全且最有效的提高大豆及其制品营养价值和生物利用率的方法。发芽处理常通过控制时间、温度、水分及光照等外部因素使大豆中的各种物质代谢降解及富集，从而有效改善大豆及其制品的适口性及消化利用率，符合绿色、环保、安全、无污染的食品安全生产理念。目前，国内外的研究焦点主要集中在发芽对大豆中各物质成分变化及其规律的影响方面，但发芽大豆产品深度开发利用方面报道较少。因此，在大豆综合开发利用之际，也应考虑发芽对其功能性成分的影响并研制新的营养保健品及功能性产品。此外，大豆中含有多肽类、多酚类、黄酮类、皂苷类及Vc等抗氧化成分，是一种天然的抗氧化剂，以其具有安全、高效和无毒副作用等优点而备受国内外关注。发芽对大豆中的抗氧化成分有显著影响，有研究发现，发芽大豆蛋白可预防苯并(a)芘对HL-7702人肝细胞的损伤作用，降低胞内活性氧、抑制苯并(a)芘诱导的肝细胞凋亡，增加肝细胞活力。因此，可将大豆视为一种食源性抗癌药物，从而通过食疗预防和控制癌症的发生发展。发芽大豆及其制品具有很广阔的开发前景，势必带来巨大的社会效益和经济效益。