发芽处理对谷物主要成分含量变化的影响

马先红，魏玉玲，李京徽，连丽丽,*

（1.吉林化工学院，吉林 吉林 132022；2.长春中之杰食品有限公司，吉林 长春 130118）

发芽是指种子在合适的条件下开始萌发，并逐渐生长形成为一株完整的幼苗。发芽谷物是我国传统的药材与食物。据记载，谷芽作为中药距今已有2 300多年的历史，《中国药典》中记载：谷芽别名粟芽，性甘，有消食健胃的功效，用于改善消化不良。《本草纲目》中对绿豆芽的记载为：诸豆生芽、皆腥韧不堪，惟此豆之芽，白美独异，今人视为寻常，而古人未知者也。但受湿热郁浥之气，故颇发疮动气，与绿豆之性，稍有不同。《中药大辞典》中记载：赤小豆芽，性微凉，对治疗便血、妊娠胎漏有作用。

当前，发芽被认为是一种简单、廉价、低碳的谷物加工方式，更是一种有效改善谷物营养成分和加工品质的方法[1-2]。有生命力的谷物种子吸水后，经过一定时期的呼吸作用，激活并合成了一些生物内源酶，使种胚从种皮中生长出来，露出胚根。随着发芽的进行，在生物内源酶的作用下，谷物中的蛋白质、脂肪和碳水化合物等一些大分子物质被分解，维生素和矿物质等营养素被释放，进而使谷物成分发生了一定的变化[3-4]。

1 发芽处理对谷物淀粉的影响

天然淀粉存在很多缺陷，限制了它的应用。因此很多学者使用了一些化学方法[5]、物理方法[6-7]、生物方法[8]和酶法[9-10]等改变了淀粉的结构，扩大了淀粉的应用范围。化学法是相对成熟的淀粉改性方法，但其缺点是存在溶剂残留等问题，一些国家已经禁止或限制了化学改性淀粉在食品中的应用[11]。常用的物理改性的方法主要有高压处理、湿热处理等。物理改性淀粉虽然没有溶剂残留，但对设备的要求较严格。生物法是通过改变淀粉生物合成途径中目标酶的基因来改良淀粉特性的。但是，生物法的要求高，目的单一，不能多方面地改善淀粉的特性。酶法是一种比较温和、高效和环保的方法。发芽是一种利用生物内源酶作用的一种淀粉改性方法。

根据王倩雯等[12]的研究可知，芸豆发芽过程中，淀粉含量的总体变化趋势是下降的（表1）。芸豆籽粒中的淀粉酶被活化，使淀粉由原来的结合状态变为游离态，从而淀粉含量有增加的趋势，未发芽的芸豆中淀粉含量为52.51%，当浸泡12 h后芸豆中淀粉含量增加到55.67%，变化明显。淀粉有水解和磷酸降解两种降解方式，在芸豆萌发的初期，淀粉磷酸化酶活性较高，淀粉转化的主要途径是磷酸降解途径，此降解过程为可逆过程，当反应物中含有大量葡萄糖-1-磷酸时，就会形成淀粉。发芽初期，芽长在0.51～1.00 cm时，淀粉含量增加到57.08%，随着萌发的进行，当芽长在2.01～2.50 cm时，淀粉含量明显下降，当芽的长度大于3.51 cm时，淀粉含量下降到42.47%。

糙米是稻谷脱壳后不经过加工或经过较少加工的全谷粒米。于晓晓[13]研究了糙米在发芽0～5 d总淀粉、直链淀粉及支链淀粉含量变化，发现总淀粉、直链淀粉和支链淀粉含量随着发芽时间的延长均呈下降趋势（表1），而且总淀粉和支链淀粉含量下降的幅度较大。糙米发芽后，淀粉含量降低的主要原因是α-淀粉酶、β-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶等一系列淀粉酶得到活化，活化后的酶促进了淀粉降解，为种子发芽提供能量。

豇豆为豆科豇豆属一年生缠绕、草质藤木或近直立草本植物。刘金芳等[14]的研究表明，海豇2号（H2）及海秀7号（H7）的淀粉含量随着发芽时间的延长而呈现出下降的趋势，而海豇1号（H1）出现了微增后下降的趋势，可能是由于品种不同导致的差异；在发芽5 d后，H1、H2及H7的淀粉含量均有所降低，原因可能是在发芽过程中淀粉酶的活性提高，淀粉被分解所致（表1）。

表1 发芽处理对谷物淀粉含量的影响Table 1 Effect of germination on grain starch content 单位：g/100 g

通过上述研究结果发现：不同谷物发芽过程中其淀粉含量的变化是不同的，例如糙米中两种不同淀粉含量都呈下降趋势，总淀粉含量下降；芸豆则是呈现出波浪式变化，在芽长为0.51～1.00 cm时达到最大值，而后下降；豇豆则在不同品种上出现了不同的变化，海秀7号（H7）和海豇2号（H2）的淀粉含量的总体变化趋势均为下降，而海豇1号（H1）则为先上升，在发芽第2天达到峰值后下降。

2 发芽处理对谷物蛋白质的影响

大豆通称黄豆，是豆科大豆属一年生草本植物。经朱春燕[15]的研究可知，大豆（皖豆6号）中的粗蛋白在发芽的1 d时含量明显增加，2 d时增加速率开始减缓，随着时间的推移，粗蛋白含量持续缓慢增长，在发芽5 d时达到最大值（46.5%）（表2）。经过发芽处理后，大豆（皖豆6号）中的可溶性蛋白也有所增加，在发芽1 d时增加相对比较明显，接下来的几天持续缓慢增长，在发芽6 d时到达最大值（29.98%）。大豆（皖豆6号）中的不可溶性蛋白，随着大豆的发芽其含量不断减少，发芽6 d时仅有4.07%，相较于原大豆减少了73.03%。大豆（皖豆6号）在发芽过程中，蛋白质组分也发生了变化，在发芽首日谷蛋白含量下降，随后上升，在5 d时达到峰值，球蛋白、清蛋白及醇溶蛋白都变化不大。在大豆发芽的过程中，可能是由于大豆中的主要营养成分不断被消耗，最终导致大豆芽中的蛋白质增加。大豆在发芽初期蛋白酶活性最大。在发芽初期以大分子蛋白为主，随着发芽时间的延长，则改为以小分子蛋白为主。

燕麦是禾本科燕麦属一年生草本植物。鲍会梅[16]采用凯式定氮法测定了燕麦在20℃时发芽8 d过程中的蛋白质含量变化（表2）。结果表明，在前2天内燕麦中的蛋白质含量呈下降趋势，2～6 d呈上升趋势，6～8 d则又呈下降趋势。发芽6 d时，蛋白质含量达到最大值20.5%，比未发芽的燕麦约增加了3.5%。发芽初期，燕麦种子处于休眠期，当温度适宜，水分充足时，种子开始发芽，种子内部发生呼吸作用，酶开始活化，有机物之间开始相互转化，种子在发芽时会发生蛋白质分解，在蛋白酶的作用下，蛋白质被分解成为氨基酸和肽，这个过程使发芽种子的营养成分较未发芽时明显增加。

鹰嘴豆是豆科鹰嘴豆属一年生或多年生攀缘草木，其营养成分含量高，其中蛋白质含量为18.42%。杜高发等[17]研究发现，鹰嘴豆在发芽过程中蛋白质含量整体呈下降趋势（表2），前期下降相对平缓，后期大幅下降。这主要是因为在干燥阶段的鹰嘴豆种子处于休眠状态，在合适的温度湿度条件下，种子逐渐萌发，蛋白质的大分子转化成发芽过程中新陈代谢所需要的小分子物质。经过9 d的发芽时间，蛋白质含量由最初的18.42%降低至13.50%。

通过上述研究结果可知：不同谷物发芽过程中其蛋白质含量的变化是不同的，例如鹰嘴豆在发芽过程中蛋白质含量是减少的，燕麦中的蛋白质含量呈波浪式变化，而Ghumman等[18]的研究中小扁豆和马豆的蛋白含量都小幅度上升（表2）；且同一谷物中不同种类的蛋白变化也有所不同，例如大豆中的粗蛋白和可溶性蛋白都是增多的，而不可溶性蛋白则大量减少。

表2 发芽处理对谷物蛋白质含量的影响Table 2 Effect of germination on grain protein content 单位：%

3 发芽处理对谷物脂肪的影响

花生原名落花生，属蔷薇目豆科一年生草本植物。杨天等[19]研究发现5个品种的花生在发芽过程中，脂肪被分解，为种子的发芽生长提供能量，从而导致其含量下降（见表3）。未发芽的花生脂肪含量占花生干重的42.54%～48.36%。除花育20号花生在发芽48 h脂肪含量达到最大值以外，其他品种在发芽24 h时达到最大值。然后随着发芽时间的延长各品种花生的脂肪含量下降。

芸豆是一种可食用的豆科植物，学名菜豆，属蔷薇目豆科菜豆属。根据王倩雯等[12]的研究可知，芸豆发芽期间脂肪含量总体呈下降趋势（表3），脂肪在芸豆发芽的过程中被分解利用，一部分作为能源供给生长需求，一部分则参与发芽过程中的物质合成。

Ferreira等[20]的研究发现，在鹰嘴豆发芽的过程中，脂肪含量变化不大（表3）。

表3 发芽处理对谷物脂肪含量的影响Table 3 Effect of germination on grain fat content 单位：g/100 g

通过上述研究结果表明：不同谷物发芽过程中脂肪含量的变化不同，例如芸豆呈现出先减少再增加，之后再下降的趋势；而花生的5个不同品种则均呈现出先上升再下降的趋势；鹰嘴豆的发芽对脂肪含量的影响微乎其微。

4 发芽处理对谷物矿物质的影响

邵玉芳等[21]采用原子吸收分光光度法测定溶液可以透过的钙和铁含量，计算生物可给率，发现未发芽的全籽粒燕麦中钙的生物可给率为35.5%，铁则为11.0%，经过发芽处理84 h的钙和铁的生物可给率有明显的增加，分别达到了63.9%和44.6%。

经王慧[22]的研究可知，大豆中的植酸活性随发芽的进行而增强，从而产生水溶性磷，同时磷、钾、钠、钙含量降低，仅有少数的品种会出现发芽过程中钾、钠含量增加（表4）。

黑大麦是普通大麦的一种变种。由蒋芮等[23]的研究可知，黑大麦中富含丰富的微量元素（表4），黑大麦发芽过程中其钙、铁及锰等元素增加，而钾、铜、锌等元素则略有所下降。发芽黑大麦钙、铁及锰含量的增加，提高了其营养价值。

表4 发芽处理对谷物矿物质含量的影响Table 4 Effects of germination on grain mineralscontent 单位：mg/100 g

通过上述研究结果可知：发芽处理对不同谷物中矿物质的变化影响是不同的，例如燕麦中的钙含量和铁含量是持续降低的；大豆中的磷、钾、钠、钙含量没有明显的变化规律；黑大麦中钾、铜、锌含量降低，钙、铁、锰含量增加。

5 发芽处理对谷物维生素的影响

吴凤凤[24]研究发现，在糙米发芽期间其γ-谷维素和VE含量呈先上升后下降的趋势（表5）。鲍会梅[25]采用2,6-二氯靛酚测定法测定了黑豆在20℃时发芽7 d的VC含量变化，发现黑豆在未发芽时几乎检测不到VC，在发芽过程中VC含量呈上升趋势，发芽48～120 h时VC含量有明显增长，发芽至168 h时VC含量为6.35 mg/100 g（表5）。

鲍会梅[26]测定糙米在25℃时发芽72 h过程中VB6和VC含量分变化（表5），发现糙米在发芽过程中VB6含量持续升高，在72 h时VB6含量达到最大值，VC含量在发芽24 h时达到最大值，后开始下降。说明糙米发芽可以提高维生素含量，进而改善糙米品质。

Krapf等[27]对燕麦进行了发芽研究，发芽后VC含量显著增加，除了在30℃下发芽，其余温度（10、14、20、25℃）下VC含量均随发芽时间的延长而增加，且在20℃时增长最明显（表5）。

表5 发芽处理对谷物维生素含量的影响Table5 Effects of germination on vitamin content in grains 单位：mg/100 g

通过以上研究结果表明：发芽处理对不同谷物中维生素变化的影响是不同的，例如在糙米发芽期间的γ-谷维素和VE含量呈先上升后下降的趋势，VB6含量则持续升高；黑豆在未发芽时几乎检测不到VC，在黑豆发芽的过程中VC含量呈上升趋势；燕麦VC含量在10、14、20、25℃发芽时呈上升趋势。

6 展望

发芽处理作为一项极为重要的加工技术，因其纯天然、损失小、营养高等特点，受到海内外学者的关注和研究。当干燥的谷物吸收到外界的水分之后开始溶胀，谷物内的酶被活化，代谢速度加快，产生一系列代谢产物，发生了复杂的物理、化学及结构变化，从而进一步改善了谷物的营养成分、功能特性及风味。发芽可以改变谷物的化学成分，使谷物中的淀粉、脂肪、蛋白质、维生素、矿物质元素等营养成分发生改变，同时增加了活性代谢成分的含量，所以发芽是改良并提升谷物食品品质的高效方法。目前发芽谷物在饮品、面点、饼干、酒类上的应用较为广泛[1-2]。但当前发芽谷物的研究也存在一些问题。首先发芽对谷物中淀粉、脂肪、蛋白质、维生素、矿物质等营养成分影响不同，这可能与谷物自身营养成分、选用的谷物发芽方法、谷物内源酶的不同有关，需要广大学者更深入系统地进行研究；其次，谷物发芽所需设备缺乏，需要设备研发人员开发相关设备来满足科研和生产加工的需要；最后，发芽谷物食品在市场上还很少见，所以发芽谷物食品的科学研究应尽快应用到生产中。