内蒙古武川裸燕麦萌发过程中营养物质的变化

马牧然，刘菲菲，余治权*

内蒙古燕谷坊全谷物产业发展有限责任公司（呼和浩特 011700）

裸燕麦（Avena sativaL.）是一种禾本科作物，在世界八大谷物中居第五位，包括带麸型毛皮裸麦和裸粒型裸麦。裸麦起源于中国，但国内主要仍以裸燕麦栽培为主。裸燕麦在中国又名玉麦、莜麦、裸燕麦和铃铛麦等。裸燕麦是一种重要粮食和饲料作物，是世界性栽培作物，主要产区集中在北半球温带地区，主要生产国有芬兰、德国、俄罗斯、加拿大、美国、澳大利亚及中国等，但我国裸燕麦种植面积约占全球种植面积的3%[1]。中国裸燕麦主产区有内蒙古、河北、吉林、山西、陕西和青海等省，虽云南、贵州、四川、西藏有小范围种植，但还是以内蒙古种植规模最大，占全国总面积的35%以上[2]。

裸燕麦的营养价值和医疗保健功能被国内外医学界所广泛认可并受到世界瞩目。裸燕麦具有降胆固醇、降血脂、降血糖作用，因此有助于预防和治疗心脑血管疾病及2型糖尿病[3]。裸燕麦中还含有产生降血脂效果的不饱和脂肪酸，占裸燕麦脂肪酸总量的82.17%[4]。裸燕麦的不饱和脂肪酸、亚油酸含量较多，还具有软化毛细血管、防止心血管硬化、推迟人体老化，以及和胆固醇结合成酯，在体内分解为胆酸并排除体外的功效[5]。另外，裸燕麦中的可溶性膳食纤维β-葡聚糖，是显著减少总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇、降血糖的主要成分[6]。随着我国裸燕麦科研的重视与开展，裸燕麦加工食品的加工越来越多。加工过程中经常出现的营养和功能成分流失和损坏，所以怎样保护其营养和功能成分，也成为裸燕麦研究的热点问题。

裸燕麦可通过萌发过程以富集土壤和改善自身的营养和生物活性元素，从而完成营养价值的再转化。萌发裸燕麦功能性产品的研究是对裸燕麦产品研究的突破。萌发过程是植物种子生命周期中重要的组成部分，有着非常复杂的机制和步骤。种子萌发过程中，植株胚乳内贮存的滋养成分由内源酶逐渐分解成植株能够直接使用的滋养成分，通过溶解大分子滋养产物后，将中小分子的营养成分释放出来，为植株胚芽的生长发育供给滋养和动力[7]。萌发过程中，裸燕麦还原糖和可溶性糖含量明显地先增加后降低，直链淀粉、支链淀粉和总淀粉的含量均随着萌发进行呈下降趋势[8-9]。萌发过程中蛋白质含量从18.98%缓慢增加到22.02%[10]。同时，裸燕麦中的总多酚、游离性酚酸[11]、维生素和γ-氨基丁酸的含量显著提高[12]。这些成分导致某些抗营养因素降低，同时还能够改善粮食质量和口味。萌发技术是进行无害化、低成本处理和提高动植物种子食品营养价值的最主要方法，成为中国国内谷物研发的新重点。

试验以仅经过清理的武川裸燕麦为材料进行萌发，研究武川裸燕麦萌发过程中营养成分和功能性物质的变化情况，为裸燕麦的深加工提供一定基础，为裸燕麦新型食品开发利用提供理论依据。

1 材料与仪器

1.1 材料与试剂

裸燕麦（内蒙古燕谷坊全谷物产业发展有限责任公司）。

β-葡聚糖分析试剂盒（爱尔兰Megazyme公司）；OPA衍生剂、γ-氨基丁酸标准品（美国Sigma公司）；乙腈（色谱纯）、乙酸钠（分析纯）、碳酸钠（分析纯）、盐酸（分析纯）、乙酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、无水乙醇（分析纯）：国药化学试剂有限公司。

1.1.1 仪器与设备

SYNERGY H1酶标仪（美国BioTek Instruments）；Eppendorf5810R台式高速冷冻离（德国艾本德公司）；1260 Infinity II高效液相色谱仪（美国安捷伦公司）；DHP-9802恒温培养箱（上海一恒科学仪器有限公司）；K1306全自动凯氏定氮仪（上海晟声自动化分析仪器有限公司）；SZC-101S1脂肪测定仪（上海纤检仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备

将裸燕麦清洗干净，使用100 mg/L的次氯酸钠溶液浸泡30 min，浸泡结束后漂洗干净进行浸麦，条件为温度20 ℃、浸麦厚度25 mm、浸麦时间16 h。浸麦结束后，沥干水分，以15 mm的厚度平铺在恒温箱中，在25 ℃条件下进行萌发，每12 h喷淋1次。萌发结束后在85 ℃条件下烘干，之后磨粉至0.180 mm（过80目孔径筛），麦芽粉于-18 ℃保存，以备用。

1.2.2 裸燕麦淀粉含量的测定

裸燕麦中的淀粉含量测定根据GB 5009.9—2016《食品中淀粉的测定》[13]。

1.2.3 裸燕麦蛋白质含量的测定

裸燕麦中的蛋白质含量测定根据GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》[14]。

1.2.4 裸燕麦脂肪含量的测定

裸燕麦中的脂肪含量测定根据GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》[15]。

1.2.5 裸燕麦膳食纤维含量的测定

裸燕麦中的膳食纤维含量测定根据GB/T 5009.88—2014《食品中膳食纤维的测定》[16]。

1.2.6 裸燕麦β-葡聚糖含量的测定

采用试剂盒法，试剂盒为Megazyme Kit，依照说明书进行。

1.2.7 裸燕麦总多酚的测定[17]

1.2.7.1 样品的制备准确称取0.200 g裸燕麦粉。按照乙醇体积分数60%、料液比1∶20（g/mL）、提取液中盐酸0.024%、温度75 ℃、萃取时间50 min的工艺提取裸燕麦总多酚。将粗提液于4 000 r/min离心，将上清液于氮吹仪中60 ℃进行氮吹浓缩，所得到约1.5 mL浓缩液，再次在4 000 r/min条件下离心，用0.22 μm过滤器过滤离心后的上清液，并收集。分别吸取100 μL稀释到5，10，15，20，25和30倍，装管后冷藏，备用。

1.2.7.2 测定方法

使用Folin-Ciocalteu比色法测定总多酚含量。标准曲线的绘制：用10 mL超纯水溶解0.05 g没食子酸，加入500 mL容量瓶中，用超纯水定容至500 mL，分别移取0，1，2，3，4，5和6 mL到100 mL容量瓶中，加入50 mL蒸馏水和1 mL福林试剂，摇匀后静置5 min，加入2 mL 10% Na2CO3，用超纯水定容，在25 ℃恒温水浴中反应60 min为宜，显色后在波长760 nm处测定吸光度（A760nm）。根据吸光度制作标准曲线，得出回归方程。其标准曲线见图1。多酚含量与吸光度的回归方程为y=0.323 4x+0.000 8，线性相关系数R2=0.997 5。

图1 总多酚标准曲线

1.2.7.3 样品测定

准确吸取0.1 mL试样提取液，在10 mL容量瓶中加入5 mL超纯水，加入0.1 mL福林试剂，摇匀，静置5 min，加0.2 mL 10%的碳酸钠，用超纯水定容至10 mL。将其放入25 ℃恒温水浴中反应60 min，显色后在波长760 nm处测定吸光度（A760nm）。按照指标曲线查得相应的数量后，按式（1）测算多酚含量（mg/g）。

总酚含量=y×V提取/W（1）

式中：y为根据标准曲线计算出的样本质量浓度，mg/mL；V提取为提取液体积，mL；W为样品质量，g。

1.2.8γ-氨基丁酸的测定[18]

1.2.8.1 标准溶液的配制

配制5个浓度梯度，即0.10，0.25，0.50，0.75和1.00 g/L的γ-氨基丁酸标准溶液，使用高效液相色谱法测定其峰面积，以γ-氨基丁酸质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标，绘制标准曲线，所绘制的γ-氨基丁酸标准曲线图见图2。

图2 γ-氨基丁酸标准曲线

1.2.8.2γ-氨基丁酸样品液制备

准确称取3.00 g萌发的裸燕麦粉置于150 mL三角瓶中，加入50 mL 60%的乙醇水溶液，水浴振荡3 h。水浴结束后于4 000 r/min离心20 min，转移上清液于圆底烧瓶中。重复上述操作，合并上清液。45 ℃浓缩至10 mL。

1.2.8.3 OPA衍生液的配制

准确称取10.00 mg OPA，用0.5 mL甲醇溶解，加入2.00 mL 0.4 mol/L的硼酸缓冲液和30.00 μL 2-巯基乙醇。

1.2.8.4 衍生化反应

提取已萌发的裸燕麦粉提取液或γ-氨基丁酸标准液20.00 μL于样品瓶中，并加入OPA衍生液100 μL。涡旋振荡5 s，静置2 min，过0.22 μm滤膜。取10 μL进样。

1.2.8.5 色谱条件

色谱柱：美国安捷伦公司C18柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）。

流动相A为超纯水；流动相B为乙腈；流动相C为甲醇（用于样品间冲洗作用，梯度洗脱时不使用）；流动相D为10.49 g的无水乙酸钠、0.5 mL的三乙胺和0.7 mL的冰乙酸混合后至于容量瓶中并定容至1 000.0 mL，调至pH 5.8。梯度洗脱表见表1。柱温27 ℃，检测波长254 nm，进样量10.0 μL[19]。

表1 GABA测定梯度洗脱表

1.2.9 数据分析

每组试验均设置3次重复，所得结果运用SPSS 20.0做显著性差异分析，运用Microsoft Excel 2016和Origin 8.5进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 萌发过程中淀粉含量的变化

在裸燕麦的胚乳中主要营养物质是淀粉。裸燕麦的籽粒在萌发阶段胚乳中淀粉颗粒吸水而溶胀，内源性淀粉酶被活化，胚乳中内源性淀粉酶浓度逐步上升，使其从最初的结合态逐渐变为游离态，而使淀粉的浓度有所提高。随着萌发时间的延长，在α-淀粉酶和β-淀粉酶的作用下，淀粉又被分解为小分子结构的糖，如麦芽糖、蔗糖等单糖[1,20]。在萌发阶段，裸燕麦淀粉含量的动态变化情况见图3。

图3 裸燕麦萌发过程中淀粉含量变化

由图3可发现，在裸燕麦萌发阶段中，淀粉含量均呈现先增加后逐渐减少趋势。在0～24 h内，裸燕麦的淀粉含量从60.5 g/100 g升高到64.9 g/100 g。24 h之后，随着萌发时期的增加，淀粉含量逐渐减少，到萌发72 h时淀粉含量为54.9 g/100 g。发生这样情形的重要因素可能是在谷物播种的萌芽阶段，干重随萌芽期限的增长而下降[21]，淀粉含量随之降低。而萌发初期，种子活性较低，因此在萌发前24 h，裸燕麦淀粉含量有所提高。此外，裸燕麦籽粒吸水时，淀粉颗粒细胞溶胀，内源淀粉酶被激活，使其由从最初的结合态逐渐变为游离态，从而使淀粉含量有所增加[7]。裸燕麦淀粉含量的变化与裸燕麦籽粒的淀粉酶活性有关。淀粉在α-淀粉酶和β-淀粉酶的相互作用下水解为麦芽糖、蔗糖等单糖[7]。李利霞等[1]研究发现，随着萌发时间延长，种子呼吸作用加强，裸燕麦在萌发前α-淀粉酶和β-淀粉酶活性增强。有研究表明萌发初期裸燕麦α-淀粉酶活性较低，是因为α-淀粉酶抑制剂存在所导致[22]。

2.2 萌发过程中蛋白质含量的变化

由图4可知，裸燕麦籽粒在萌发过程中，蛋白质含量变化并不明显。裸燕麦籽粒萌发0 h时蛋白质含量为9.7%，萌发72 h后蛋白质含量变为8.2%，仅减少15.46%。裸燕麦籽粒在0～24 h内蛋白质略微增加，可能是在种子萌发过程中进行呼吸作用引起的干物质损失所造成。这一试验结果与Peterson[23]研究中的裸燕麦品种MF913148相同。

图4 裸燕麦萌发过程中蛋白质含量变化

2.3 萌发过程中脂肪含量的变化

从图5可以发现，裸燕麦籽粒在整个萌芽过程中脂肪含量的改变并没有很显著。总体上呈缓慢增长态势。脂肪含量由6.79%增加至7.10%。裸燕麦籽粒在整个萌发过程中脂肪含量变化并不是很明显，这一试验结果与Peterson[23]研究的裸燕麦品种88Ab3073在整个萌发过程中的脂肪含量的改变量的趋势较为一致。产生这一情况的可能因素是裸燕麦籽粒萌发加快，有关蛋白质的酶活性也会相应提高。脂肪酶的活性增强，使裸燕麦籽粒内原来与其他高分子化合物相结合，所包裹的甘油三酯得到迅速分解并生成游离的多种脂肪酸与甘油，因而使油脂浓度得到一定程度增加。

图5 裸燕麦萌发过程中脂肪含量变化

2.4 萌发过程中膳食纤维含量的变化

裸燕麦籽粒内胚乳细胞壁的主要成分为交错连接的葡聚糖[24]。从图6可知，从总体上看β-葡聚糖含量在萌发过程中呈明显下降趋势，且下降趋势较大。在萌发0 h时裸燕麦籽粒中β-葡聚糖含量为4.43%，萌发72 h后含量降低为2.14%。这一结果与Bhatty[25]研究萌发大麦β-葡聚糖变化趋势类似。β-葡聚糖含量最大值出现在萌发的第24小时，说明在萌发初期裸燕麦籽粒中的β-葡聚糖得到释放，并使之和其他大分子分离。在萌发阶段，β-葡聚糖含量在0～24 h之间呈现一个上升趋势，这一过程的发色可能是由籽粒萌发，使呼吸作用增加，造成干物质大量流失而形成的。尽管对于裸燕麦籽粒β-葡聚糖摄入量与其作用特点的有关资料较少，但据试验结果显示，裸燕麦萌发时的β-葡聚糖浓度却明显降低，这或许对一些需要利用β-葡聚糖的作用特点的新产品开发有一定影响。同时由图6可知，裸燕麦萌发过程中总膳食纤维含量显著增加，萌发时间72 h时，膳食纤维含量达18.01%，较0 h的9.93%显著增加（P＜0.05）。

图6 裸燕麦萌发过程中膳食纤维及β-葡聚糖含量变化

2.5 萌发过程中多酚含量的变化

多酚类化合物是裸燕麦中重要的抗氧化物质。通过籽粒的萌发可以改变谷物中多酚类物质含量。多酚类物质在裸燕麦萌发过程中的动态变化情况如图7所示。在萌发过程中，裸燕麦总多酚在萌发12 h时显著降低（P＜0.05）。在0～12 h，裸燕麦总多酚从2.34 g/kg下降至1.35 g/kg，但随着时间的延长总多酚含量缓慢上升，总多酚含量显著增加（P＜0.05）。总酚含量在萌发初期有所减少，这和Afify等[26]的研究结论相似。构成多酚类化合中的酚酸类明显减少，但Afify等[26]认为总酚含量降低的主要原因是裸燕麦籽粒在浸泡过程中部分酚类物质溶解于浸泡介质，从而引起多酚类物质减少。而温度升高可以促进水溶性物质的溶解，使得常温萌发条件下，总酚含量减少较多。Tian等[27]通过观察裸燕麦在萌发阶段内总酚物质的转变情况发现，16 ℃进行浸麦和萌发，裸燕麦总酚含量呈现先下降后升高趋势，浸麦24 h时，总酚含量从0.2%降低至0.19%；随着萌发时间的延长裸燕麦总酚含量不断上升，萌发48 h时，其含量约0.25%；萌发144 h时，含量增加至最大值0.91%。裸燕麦萌发过程中总酚含量的变化主要是由酶的影响造成的。萌发初期浸泡过程中，由于多酚氧化酶的活性处于较高水平，致使部分多酚被迅速氧化并分解，随着萌发时间的延长，多酚氧化酶活性下降，裸燕麦蒽酰胺合成酶活性提高，使得酚类物质大量合成。

图7 裸燕麦萌发过程中多酚含量变化

2.6 萌发过程中γ-氨基丁酸含量的变化

γ-氨基丁酸是一种非蛋白质氨基酸，普遍分布于真核生物和原核生物中，同时也是对神经的一种十分非常关键的抑制性神经递质，在预防和治疗心脑血管疾病中发挥关键作用，是谷氨酸脱去羧基后的合成产物[28]。因此，研究裸燕麦萌发过程中富集γ-氨基丁酸对后续产品的开发具有重要意义。萌发过程中，裸燕麦的γ-氨基丁酸含量的变化如图8所示。裸燕麦γ-氨基丁酸呈现缓慢上升的趋势，萌发0～72 h时，其含量由112.33 mg/kg增加至312.33 mg/kg，增加178.05%。谷氨酸和多胺是合成γ-氨基丁酸的主要底物，而谷氨酸脱羧酶和二胺氧化酶则是γ-氨基丁酸形成的限速酶，γ-氨基丁酸是在谷氨酸脱羧酶的影响下，由谷氨酸进行脱羧的不可逆而形成[29-30]。

图8 γ-氨基丁酸含量变化

3 结论

研究内蒙古武川裸燕麦萌发0～72 h阶段中其主要的营养物质的变化，结果发现：随着萌发时间的延长，裸燕麦膳食纤维含量、总多酚含量和γ-氨基丁酸含量都明显大幅度增加，脂肪含量略有增加；淀粉和β-葡聚糖的含量明显降低，蛋白质含量略有降低。萌发时间达到72 h时，总多酚含量增加183.76%，膳食纤维含量增加81.37%，γ-氨基丁酸含量增加178.05%，而β-葡聚糖含量下降51.69%，淀粉含量减少9.26%。说明武川裸燕麦在萌发过程中，营养物质含量发生变化，在一定程度上提高裸燕麦的营养价值，同时β-葡聚糖的降低可能会对裸燕麦相关功能特性产生一定影响。研究武川裸燕麦萌发过程中营养成分和功能性物质的变化情况，为裸燕麦的深加工提供一定基础，为裸燕麦新型食品开发利用提供理论依据。可为裸燕麦的后续加工方向提供一定研究基础。