外源锌对亚麻芽菜营养及有害成分的影响

2021-09-25李世玉陆旭鹏戴志刚王华峰粟建光孙健谢冬微

中国麻业科学 2021年4期

李世玉，陆旭鹏，戴志刚，王华峰，粟建光，孙健，谢冬微*

(1.南通大学生命科学学院，江苏南通 226019；2.中国农业科学院麻类研究所，湖南长沙 410205)

亚麻是我国重要的经济作物，且亚麻籽中富含多种功能营养物质，如α-亚麻酸、亚麻胶、亚麻蛋白、木酚素等[1-3]，亚麻籽是非常好的保健品原材料。萌发是一种重要的食品生物加工技术，植物种子萌发后的整体营养价值一般会得到进一步的提高。将亚麻籽加工成亚麻芽菜将会显著提高其营养价值。亚麻芽菜中富含α-亚麻酸(ALA)，是人体必需脂肪酸之一，其可以预防血管炎性伤害，具有抗炎、抗氧化等功效，但不能依靠自身合成。亚麻芽菜含有的可溶性和不溶性的纤维，能够促进人体肠道蠕动。亚麻芽菜还含有木酚素，是一种类似于人体性激素的特殊物质，能够降低乳腺癌、前列腺癌、结肠癌等疾病的发生率，有助于减轻女性绝经期症状[2-3]，其现已被医学界广泛应用于临床。虽然亚麻芽菜中含有多种重要的功能营养成分，但是锌、硒、镁等人体所必需的重要金属离子含量较少。因此，富锌营养亚麻芽菜的制备将会大大提高亚麻芽菜产品的重要性及附加值。

锌作为一种人体必需的微量元素之一，直接参与人体内核酸与蛋白质的合成，还可以激活人体内的一些酶，使其发挥生物催化转化的作用。在人体内，有细胞的地方就会有锌的存在。正常的成人体内含锌量大约为1.5～2.0 g，其中大约60%的锌存在于人体肌肉，30%存在于骨骼当中。锌在人体内广泛参与了多种酶的合成，同300多种酶的活性密切相关[4]，锌缺乏会严重影响机体的生长发育，生育能力、孕妇胚胎发育、神经发育和免疫活性等均会受到影响[5-6]。中国存在着许多锌缺乏严重而影响生长发育的儿童[7]。人体内的锌主要是通过食物摄入，其中动物肝脏、瘦肉、鱼类等含有丰富的锌，但富锌的蔬菜相对较少。通过外源食品级锌对植物种子处理，可以有效提高芽菜中锌含量，最常用的是用硫酸锌溶液处理。前人对外源锌浸种后绿豆芽、大豆种子、红香糙米等的生长发育、营养成分进行了研究[9-11]。徐娜等[10]指出，在不影响种子萌发生长的前提下，10 μg/mL的硫酸锌溶液浸种处理利于豆芽对锌的积累，并且能够显著提高生物对锌的接受率；徐航丹等[11]发现硫酸锌浸种可以促进红香糙米对锌的积累，锌含量的增加可以达到3.55～12.25倍。然而目前，关于外源锌浸种处理对亚麻芽菜中锌含量及生长发育的影响暂未见报道。同时，亚麻芽菜中重要的营养成分是否受到外源锌处理的影响，也并未见任何探索。本研究以亚麻籽为材料，通过不同浓度食品级硫酸锌浸种的方式，培育高锌且营养丰富的亚麻芽菜，从生长指标、重要营养成分以及有害氰化物含量变化规律的角度探讨亚麻种子萌发过程中进行锌强化的可能性，旨在使高锌营养亚麻芽菜成为人体补锌的膳食来源，并为其进一步在植物保健食品领域的应用提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

称取籽粒饱满、大小均匀、种皮完整的亚麻种子约20 g，采用1.5%次氯酸钠溶液消毒15 min。消毒结束后，用超纯水漂洗至无气味后，分别加入150 mL的食品级硫酸锌溶液，Zn2+浓度分别为0(CK)、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mmol/L。然后将其置于24 ℃人工气候箱内浸种12 h。取出后，漂洗数次后沥干，在铺有一层灭菌滤纸的培养盒内铺平，将滤纸用超纯水淋湿(12 h浸种吸水即可，继续浸泡影响发芽率)，将其置于人工气候箱内于24 ℃条件下培养96 h。每隔6～8 h补充一次超纯水，使滤纸始终保持湿润状态即可。

1.2 试验方法

1.2.1 生长指标测定

随机选取20根生长状况良好的亚麻芽菜，使用电子游标卡尺测量亚麻芽菜的下胚轴长、粗和根长。另外随机选择50根亚麻芽菜，擦干表面水分，称其鲜重，于105 ℃下烘干0.5 h后，将温度调制80 ℃烘干至恒重，计算芽菜的含水率。

1.2.2 芽菜中营养成分的测定

芽菜培育96 h后，用超纯水漂洗数次，于30 ℃下烘干至恒重(温度过高会破坏亚麻芽菜中的营养成分，影响测定结果)，研磨成粉，过60目筛，储存于干燥器中待测。

可溶性蛋白含量的测定：参照GB 5009.5—2016中凯氏定氮法测定。

可溶性糖含量的测定：采用苯酚法[13]。

游离氨基酸总量的测定：采用茚三酮溶液显色法[13]。

总脂肪的测定：参照GB/T 5009.6—2016中索氏提取法测定。

维生素含量的测定：维生素C含量测定参照GB/T 6195—1986中的2,6-二氯靛酚滴定法；维生素E含量测定参照GB/T 5009.82—2003中的测定方法。

1.2.3 芽菜中氰化物含量测定

称取0.3 g烘干样品，参照改进的异烟酸-吡唑啉酮比色法[14]测定亚麻籽的氰化物含量，优化的异烟酸-吡唑啉酮比色法能够准确测定氰化物的含量，进而能推测出亚麻籽中生氰糖苷的含量。

1.2.4 芽菜中木酚素含量测定

称取0.5 g烘干样品，利用高效液相色谱法进行测定[15]。HPLC条件：色谱柱：ACQUITY UPLC (2.1 mm×100 mm，1.7 μm)；流动相：A为乙腈，B 为0.3%甲酸，0～10 min，20%A；流速：0.2 mL/min；柱温：35 ℃；运行时间：10 min。

1.2.5 芽菜中锌含量测定

参照GB/T 13885—2003，采用原子吸收光谱法测定。采用干式灰化法将亚麻芽菜样品处理成粉末，用2 mol/L 稀盐酸溶解，采用火焰原子吸收光谱法测定其中的锌含量。仪器条件为:最大吸收波长λ =213.9 nm，灯电流3.0 mA，狭缝宽度0.2 nm，标准曲线回归方程为A=0.7261C+0.0205 (R2=0.9955)。

2 结果与分析

2.1 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜生长的影响

由表1可知，锌浓度在0.0～2.0 mmol/L时各指标总体表现较好。锌浓度在1.0～2.0 mmol/L时，下胚轴长呈先增加后降低的趋势，但均高于对照组。在1.5 mmol/L Zn2+浓度处理时，芽菜下胚轴最长达到34.58 mm，较对照组高17.98%；在1.0、3.0 mmol/L Zn2+浓度处理下的芽菜下胚轴最粗，均为1.01 mm；在0.5～3.0 mmol/L Zn2+浓度范围内，芽菜的根长均低于对照，其中在锌浓度为3.0 mmol/L时，根长最短为27.74 mm，较对照降低28.13 %；不同外源锌浸种对亚麻芽菜的含水率影响也较为明显，在锌浓度为2.0 mmol/L时，芽菜含水率最高为89.36%，较对照提高3.00%，而当锌浓度为3.0 mmol/L时，芽菜含水率最低为84.10%，较对照降低3.10%。

表1 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜生长的影响Table 1 Effects of exogenous food-grade zinc soaking seed on the growth of flax sprout

2.2 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中可溶性蛋白含量的影响

由图1可知，在外源施加锌浓度为0.5 ～ 2.0 mmol/L时，芽菜中蛋白质含量范围为14.61 ～ 17.55 mg/g。当锌浓度为2.0 mmol/L时，芽菜中蛋白质含量达到最大值17.55 mg/g，与对照相比增加了16.45%。当锌浓度大于2 mmol/L时，芽菜中的蛋白质含量开始下降，最低为12.39 mg/g。

图1 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中可溶性蛋白含量的影响Fig. 1 Effects ofexogenous food-grade zinc soak seed on soluble protein content in flax sprout

2.3 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中可溶性糖含量的影响

如图2所示，在锌浓度在1.0～2.5 mmol/L范围内时，芽菜中的可溶性糖含量比对照增加9.89%～29.76%。当锌浓度为1.0 mmol/L时，芽菜中的可溶性糖含量积累最高为28.92 mg/g。当锌浓度为3.0 mmol/L时，可溶性糖含量较对照明显降低。

图2 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中可溶性糖含量的影响Fig.2 Effects of exogenous food-grade zinc soaking seed on soluble sugar content in flax sprout

2.4 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中游离氨基酸总量的影响

由图3可知，当浸种液中锌浓度在0.5～1.5 mmol/L范围内时，芽菜中的游离氨基酸总量呈现逐渐升高的变化趋势。当浸种液中锌浓度为1.5 mmol/L时，芽菜中积累的游离氨基酸总量最高为25.45 mg/g，比对照高27.31%。当浸种液锌浓度高于2.0 mmol/L后，芽菜中的游离氨基酸总量开始出现下降的趋势。外源锌浓度在2.5 mmol/L时，芽菜中的游离氨基酸总量最低为15.78 mg/g。

图3 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中游离氨基酸总量的影响Fig.3 Effects of exogenous food-grade zinc soaking seed on total free amino acids in flax sprout

2.5 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜总脂肪比例的影响

由图4可知，当外源锌的浸种浓度处于1.5～2.5 mmol/L时，亚麻芽菜中总脂肪百分比较对照略有升高，但并不显著。当外源锌浓度为1.0 mmol/L时，芽菜中的总脂肪百分比达到最大，比对照增加了21.21 %。当外源锌浓度为3.0 mmol/L时，芽菜中的总脂肪百分比开始下降。

图4 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中总脂肪比例的影响Fig.4 Effects of exogenous food grade zinc soak seed on total fat proportion in flax sprout

2.6 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中维生素C含量的影响

由图5可见，外源锌浸种浓度在1.0 ～ 3.0 mmol/L时，亚麻芽菜中的维生素C含量均较对照增高，当外源锌浓度在1.5 mmol/L时，芽菜中维生素C含量积累最多为14.26 mg/g，比对照增加25.30%。

图5 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中维生素C含量的影响Fig.5 Effects of exogenous food-grade zinc soaking seed on Vitamin C content in flax sprout

2.7 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中维生素E含量的影响

如图6所示，当外源锌浓度在0.5～1.5 mmol/L时，芽菜中的维生素E含量呈先升高后降低的趋势，外源锌浓度为1 mmol/L时，维生素E含量最高为57.13 μg/g，比对照增加8.5%。外源锌浓度在2.0～3.0 mmol/L时，维生素E含量趋于平稳，略高于对照。

图6 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中维生素E含量的影响Fig.6 Effects of exogenous food-grade zinc soak seed on Vitamin E content in flax sprout

2.8 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中氰化物含量的影响

如图7所示，当浸种液中锌浓度在1.0～2.0 mmol/L时，亚麻芽菜中的氰化物含量较对照有所下降，降低比例在9.70%～14.84%，氰化物含量最低为2.01 mg/kg。而当浸种液的锌浓度在2.5～3.0 mmol/L时，芽菜中的氰化物含量较对照升高，最高为2.40 mg/kg。

图7 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中氰化物含量的影响Fig.7 Effect of exogenous food-grade zinc soaking seed on the content of cyanide in flax sprout

2.9 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中木酚素含量的影响

如图8所示，在锌浓度处于0.5～2.5 mmol/L时，芽菜中木酚素含量较对照高19.40%～30.84%。但当浸种液中锌浓度高于2.5 mmol/L时，芽菜中木酚素含量开始下降但仍略高于对照。

图8 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中木酚素含量的影响Fig.8 Effects of exogenous food-grade zinc soaking seed on the content of lignans in flax sprout

2.10 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中锌积累的影响

图9显示，食品级硫酸锌溶液浸种能够显著增加亚麻芽菜中锌的含量。本研究参考的锌浓度范围为0.0～3.0 mmol/L，亚麻芽菜中的锌含量随着浸种液中锌浓度的升高而增加，与对照相比增加幅度达到28.85%～102.49%。

图9 外源食品级锌浸种对亚麻芽菜中锌积累的影响Fig.9 Effects of exogenous food-grade zinc soaking seed on zinc accumulation in flax sprout

3 讨论

锌对植物生长发育的影响主要是依靠调节植物生长素(IAA)的代谢来实现的[16]。研究发现，锌浓度在0.0～2.0 mmol/L时各指标总体表现较好。适当浓度的外源锌溶液浸种能够提高植物种子的代谢水平，从而促进植物的生长发育，但锌浓度过高时可能会出现抑制植物生长发育的现象[17]，过量的锌会加速活性氧的生成，并且对种子中贮存的蛋白质、脂质等营养物质造成氧化性损伤，从而影响种子的正常萌发和幼苗生长。本研究中当锌浓度为2.0 mmol/L时，芽菜中蛋白质的含量达到最大值，与对照相比增加了16.45%。但当锌浓度在2.5～3.0 mmol/L时，芽菜中的蛋白质含量开始下降。亚麻芽菜中蛋白质含量的增加与核糖体含量[18]和硝酸还原酶的活性[19-20]有着密切的关系。当锌浓度为1.0 mmol/L时，芽菜中的可溶性糖含量积累最高。当锌浓度为3.0 mmol/L时，可溶性糖含量较对照明显降低。随着外源锌浓度的增加，亚麻芽菜内可溶性糖含量增加，但当外源锌浓度过高时，这种渗透调节作用会被破坏，可溶性糖含量降低[21]。当外源锌浓度为1.0 mmol/L时，芽菜中的总脂肪百分比达到最大，比对照增加了21.21%。本研究中当外源锌浓度在1.5 mmol/L时，芽菜中维生素C含量积累最多，比对照增加25.30%。外源锌浓度为1.0 mmol/L时，芽菜中的维生素E含量最高，比对照增加8.5%。研究表明，在一定的外源锌浓度范围内，外源锌浓度的增加可以显著提高细胞的分裂活性[22]，从而促进亚麻芽菜的生长及维生素的合成。本研究参考的锌浓度范围为0.0～3.0 mmol/L，亚麻芽菜中的锌含量随着浸种液中锌浓度的升高而增加，与对照相比增加幅度达到28.85%～102.49%。根据中国营养学会推荐的每日锌摄入量，4岁以上儿童为5.5 mg/d、成年女性7.5 mg/d、成年男性12.5 mg/d。假设每日食用本研究设置的最高外源锌浓度3.0 mmol/L培育的亚麻芽菜100 g(鲜重)，能够提高每日补锌量为3.22 mg，该计量远低于国家标准中锌的最高摄入量。所以，以正常的食用量食用培育出的富锌亚麻芽菜引发锌中毒的可能性比较小。亚麻籽中含有的生氰糖苷能够在葡萄糖酶的作用下生成具有毒性的氢氰酸。当浸种液中锌浓度在0.5～1.0 mmol/L时，亚麻芽菜中的氰化物含量较对照有所下降，降低比例在9.70%～14.84%，氰化物含量最低为2.01 mg/kg。而当浸种液的锌浓度在2.5～3.0 mmol/L时，芽菜中的氰化物含量较对照升高，最高为2.40 mg/kg。目前，我国还没有出台评价亚麻芽菜安全性的标准，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的含量需低于10 mg/kg。而本研究亚麻芽菜中氰化物含量最高为2.40 mg/kg，显著低于这个标准，这也间接说明亚麻芽菜作为食品是安全的。