苦蕎在萌發過程中營養物質的變化及其營養評價

周一鳴，崔琳琳，王 宏，李保國，周小理,*，謝 凡

（1.上海理工大學食品科學與工程研究所，上海 200093；2.上海應用技術學院香料香精技術與工程學院，上海 201418；3.上海商學院旅游與食品學院，上海 200235）

苦蕎在萌發過程中營養物質的變化及其營養評價

周一鳴1,2，崔琳琳3，王 宏2，李保國1，周小理2,*，謝 凡2

（1.上海理工大學食品科學與工程研究所，上海 200093；2.上海應用技術學院香料香精技術與工程學院，上海 201418；3.上海商學院旅游與食品學院，上海 200235）

通過測定萌發過程中苦蕎的蛋白質、脂肪、脂肪酸、氨基酸、總糖、還原糖、α-、β-淀粉酶活性、礦物質元素、VB1和VB2的含量，研究萌發處理對苦蕎營養價值的影響。結果表明：萌發過程中，蛋白質和脂肪等大分子物質均呈下降趨勢；但可溶性低分子糖類、含氮物質和脂肪酸等小分子物質含量有較大提高，其中還原糖含量上升1.61%～10.63%，總氨基酸含量增加了3.85%，且7 種必需氨基酸含量均呈現上升趨勢，賴氨酸增幅最大（30.5%）。與未萌發苦蕎相比，VB1、VB2含量變化不大；同時，隨著萌發過程的延長，α-、β-淀粉酶活性不斷增強。萌發過程中，必需氨基酸/總氨基酸比值和必需氨基酸指數增加，必需氨基酸組成模式更加符合聯合國糧食及農業組織/世界衛生組織（FAO/WHO）聯合食品標準計劃，第一限制氨基酸由賴氨酸轉變為蛋氨酸+胱氨酸。

苦蕎；萌發；營養成分；營養價值評價

苦蕎含有豐富的蛋白質、不飽和脂肪酸、淀粉、礦物質和維生素、黃酮類化合物等物質，其營養素種類豐富，含量均衡[1-2]，但其特有的苦味影響了口感。研究[3-5]表明，由于蛋白酶抑制劑、蘆丁降解酶等物質的存在，使得苦蕎蛋白質和淀粉消化率低，黃酮類化合物在加工過程中迅速分解。適當的萌發處理后，可以提高蛋白質和淀粉的消化率以及某些限制性氨基酸和維生素等營養物質的含量，其化學成分均有所改變，營養價值得以提高，并可形成獨特的風味及口感，有的還增加了一些藥用功能成分。同時，萌發處理可以降低或消除其中有毒、有害或抗營養物質的含量。淀粉作為苦蕎的主要成分，含量一般在60%～70%之間，萌發期間淀粉酶大量產生，且隨著淀粉酶活力的逐漸升高，淀粉含量逐漸降低，還原糖含量則逐漸增加[6-9]。同時，在淀粉酶的作用下胚乳淀粉逐步分解，淀粉顆粒的內部結構發生變化。

本實驗重點研究了苦蕎萌發過程中蛋白質、氨基酸、脂肪、脂肪酸、碳水化合物和黃酮類化合物等主要營養物質以及α-、β-淀粉酶的變化情況，以掌握萌發過程中苦蕎營養成分以及α-、β-淀粉酶的變化規律，為萌發苦蕎新型食品開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎（山西黑豐1號） 山西左云縣。

鹽酸、高純氮、石油醚、葡萄糖、無水乙醇、氫氧化鈉、碘試劑（碘化鉀-碘溶液）、丙酮、硫酸、草酸、硫脲、抗壞血酸等（均為分析純） 國藥集團上海化學試劑有限公司；牛血清白蛋白、考馬斯亮藍G-250 西格瑪奧德里奇中國。

1.2 儀器與設備

RF-10A XL熒光檢測器、UV2600紫外-可見分光光度計、LC-20Ap高效液相色譜儀 島津企業管理（中國）有限公司；L-8900全自動氨基酸分析儀 日本日立公司；7890A-5975C型GC-MS聯用儀 安捷倫科技有限公司；SpectrAA240FS火焰原子吸收光譜儀 美國Varian公司；WX-4000型微波快速消解系統 上海屹堯微波化學技術有限公司。

1.3 方法

1.3.1 苦蕎萌發處理

篩選籽粒飽滿、成熟度好的苦蕎，先用2%次氯酸溶液浸泡10 min，再用0.1% H2O2中浸泡10 min殺菌，清水反復沖洗后再浸泡12 h，室溫下催芽24 h播種，播種后每8 h澆水一次（澆水量以苗盤內基質濕潤又不浸水為宜），每天用15 W紫外燈照射15 min，保持環境的濕度（80%～90%）與溫度（25～30 ℃），播種后連續4 d取樣，1/2用于酶活測定，置于－80 ℃備用，1/2除去外殼，冷凍干燥后粉碎機粉碎，80 目篩分，低溫密封保存備用。

1.3.2 萌發苦蕎營養成分的測定方法

蛋白質：考馬斯亮藍（G-250）比色法[10]；粗脂肪：GB/T 14772—2008《糧油檢驗糧食中粗脂肪含量測定》中索氏抽提法；碳水化合物：DNS比色法[11]；維生素：GB/T 7628—2008《谷物中維生素B1測定》，GB/T 7629—2008《谷物中維生素B2測定》；礦物元素：原子吸收法[12]；α-、β-淀粉酶活性測定[13-14]。每個樣品測定3次。

脂肪酸測定：準確稱取萌發苦蕎凍干粉2.0 g，索氏抽提10 h，濃縮并常溫真空干燥至恒重。用5 mL的正己烷-乙醚（體積比2∶1）溶解樣品脂肪酸，加入0.5 mol/L NaOH甲醇溶液3 mL，超聲處理10 min，加入蒸餾水10 mL，搖勻，再超聲處理1 min，取出移至離心管中，4 000 r/min離心3 min，吸取上層脂肪酸甲酯，作GC-MS分析。分析條件：HP-5MS毛細管柱（0.25 mm×30 m，0.25 μm），初始柱溫：80 ℃，以16 ℃/min的速率升至280 ℃，流速為1 mL/min，分流進樣，分流比：25∶1，進樣溫度285 ℃，進樣量0.01 μL。MS分析條件：電離方式：EI，離子源溫度：225 ℃，電離電壓：60 eV。

氨基酸測定：準確稱取萌發苦蕎凍干粉0.3 g于試管中，加入15 mL HCl（濃度6 mol/L）后蓋反口塞，真空泵上抽真空，再充N2氣，重復3 次后密封，110 ℃烘箱內水解22 h后取出冷卻至室溫。用氫氧化鈉調pH值至2.2后定容至50 mL，過0.22 μm的微孔濾膜，用全自動氨基酸分析儀進行測定。測試條件：分離柱（4.6 mm×60 mm），流速0.4 mL/min，柱溫70 ℃。

1.3.3 蛋白質的營養價值指標的計算

1.3.3.1 氨基酸評分（amino acid score，AAS）

1.3.3.2 必需氨基酸（essential amino acids，EAA）與總氨基酸（total amino acids，TAA）之比（E/T）

1.3.3.3 必需氨基酸指數（essentia lamino acid index，EAAI）

式中：n為計算中所涉及的必需氨基酸數；αi為樣品中各種氨基酸含量/%；Ai為雞蛋蛋白中相應的必需氨基酸含量/%；i=1，2…，n。

2 結果與分析

2.1 苦蕎萌發過程中營養物質的變化

2.1.1 萌發后苦蕎蛋白質含量的變化

圖1 萌發過程中苦蕎蛋白質和總氨基酸含量的變化Fig.1 Changes in the contents of protein and total amino acids in tartary buckwheat during germination

由圖1可知，苦蕎在萌發過程中會表達不同的基因，分化為各種細胞，在整個分化的前期，也就是在沒有能力合成蛋白質之前，苦蕎內蛋白質儲量成為此段時期蛋白的唯一來源，會大量的消耗蛋白質用于分化，與此同時，自身并沒有能力大量、穩定地合成蛋白質，表現為隨著萌發時間的增加，苦蕎蛋白質的含量也隨之降低，但在萌發后期，在蛋白酶的作用下苦蕎中其他含氮物質被分解為小分子的肽類和氨基酸，這些分解產物分泌到胚芽，合成新的蛋白質，由此蛋白質減低趨勢隨天數放緩。

同時，與未萌發苦蕎相比，萌發后苦蕎總氨基酸含量呈顯著上升趨勢，與蛋白質變化曲線比較，在第2天時，蛋白質的降解及其氨基酸的合成出現平衡。

圖2 萌發過程中苦蕎粗脂肪的含量變化Fig.2 Changes in fat content in buckwheat during germination

2.1.2 萌發后粗脂肪含量的變化由圖2可知，隨著苦蕎籽粒的萌發，由于初期光合作用的微弱，碳源不足，脂肪類物質被消耗作為能源或是分解成小分子作為其新芽的成分，此時含量呈明顯下降趨勢，從未萌發的92.5 mg/g下降至萌發4 d的54.6 mg/g，下降了41%。

2.1.3 萌發后維生素含量的變化

圖3 苦蕎萌發過程中VVBB1、VVBB2的含量變化Fig.3 Changes in the contents of VB1and VB2in buckwheat during germination

由圖3可知，苦蕎萌發過程中水溶性維生素含量總體上是隨著萌發天數的增加而增加，與未萌發樣品比較，VB1、VB2分別提高了67.3%、190.7%。在萌發初期，由于營養供給的消耗都會有一個下降的過程，但隨著萌發的繼續，作為植株內生長發育所需的輔酶，分化的細胞開始表達維生素，故含量穩步上升。從含量上來看，VB1的含量在苦蕎中比例最大。

2.1.4 萌發后α-、β-淀粉酶活性的變化

α-淀粉酶是胚乳淀粉粒水解中的起始酶。在植物種子萌發過程中，隨著溫濕度的增加，胚芽中合成植物激素赤霉酸從而誘導α-淀粉酶從頭開始合成[15]。在苦蕎萌發過程中α-淀粉酶活性變化如圖4所示，α-淀粉酶是在萌發開始后重新合成的酶，與之前Jones等[15]的研究結果一致，α-淀粉酶不斷合成并逐漸積累，萌發初期（0～2 d），α-淀粉酶活性增加迅速。萌發3 d后，α-淀粉酶的合成速度變慢，變化進入一個相對穩定的階段。β-淀粉酶的合成機制與α-淀粉酶不同，所有的 β-淀粉酶都不是從頭合成的[16]。成熟的植物籽粒中有游離態和束縛態的兩種形態的β-淀粉酶，其中束縛態的 β-淀粉酶占總β-淀粉酶的 75%，β-淀粉酶是在籽粒成熟期間合成和積累，萌發時沒有進一步合成，束縛態β-淀粉酶在籽粒萌發過程中逐漸釋放[17]。從圖4可以看出，萌發過程中，β-淀粉酶的變化趨勢和 α-淀粉酶相似，未萌發的苦蕎籽粒中β-淀粉酶具有相對較低的活性，萌發開始后到2 d這個階段 β-淀粉酶的活性增加相對較快，在2～4 d這個階段，β-淀粉酶活性繼續增加，但變化進入一個相對穩定的階段。

圖4 苦蕎萌發過程中α--、β-淀粉酶活性的變化Fig.4 Changes in α and β-amylase activities in tartary buckwheat during germination

2.1.5 萌發后碳水化合物含量的變化

苦蕎籽粒中大部分糖類是作為營養源的，含量接近90%。由圖5可知，在萌發初期（0～1 d）總糖含量增加，說明苦蕎籽粒在萌發初期生理過程比較復雜，同時存在蛋白質、脂類和糖類之間的轉化。在萌發后期（2～4 d）隨著植株生長分化所需，淀粉在淀粉酶的作用下發生降解，生成較小分子的單糖和低聚糖，籽粒萌發的呼吸作用消耗和水溶性糖類的溶解導致總糖含量的減少。

圖5 萌發過程中總糖和還原糖的含量變化Fig.5 Changes in the contents of total sugar and reducing sugar during buckwheat germination

還原糖含量隨萌發時間的變化曲線如圖5所示，苦蕎籽粒在萌發過程中隨著萌發時間的延長，還原糖的含量逐漸增大。這是由于萌發過程中，苦蕎籽粒的淀粉酶活性提高，使難溶的大分子淀粉降解為小分子水溶性糖類，導致還原糖含量增加。

2.1.6 萌發后礦物質元素含量的變化

表1 萌發過程中苦蕎各礦物元素的含量變化Table 1 Changes in the contents of major mineral elements in tartary buckwheat during germination mg/100 g

由表1可知，隨著萌發天數的增加，Mg、Ca的含量波動較大，而Se、Na、Fe、Pb、Zn、Cu這幾種礦物元素的含量波動較小。苦蕎經萌發處理后其各礦物元素含量均高于未萌發籽粒，其中，Mg是未萌發苦蕎籽粒的37.5 倍，其次是Ca、Se、Na，是未萌發苦蕎籽粒的5 倍左右，然后是Zn、Pb、Cu是未萌發苦蕎籽粒的1～2倍左右，變化不大。

2.1.7 萌發后脂肪酸含量的變化

由表2可知，苦蕎脂肪酸的主要成分為棕櫚酸、油酸和亞油酸，其中油酸和亞油酸的含量大約占到了相對含量的60%～70%。在苦蕎萌發過程中，油酸的增幅最大，亞油酸次之，山崳酸最小。不同萌發天數時單一脂肪酸的變幅不同。

由圖6可知，脂肪酸總量呈現出增大的趨勢，不飽和脂肪酸中油酸和亞油酸呈現互為消長的變化。油酸與亞油酸相比，不僅在抗氧化能力方面能力更強外，而且不存在亞油酸、亞麻酸之間的抑制競爭。因此，從不飽和脂肪酸含量和構成上看，萌發后的苦蕎具有更好的降低血脂的功效。

表2 萌發過程中苦蕎脂肪酸含量變化Table 2 Changes in the content of fatty acids in tartary buckwheat during germination %

圖6 萌發過程中苦蕎脂肪酸的含量變化Fig.6 Changes in the contents of unsaturated and major fatty acids in tartary buckwheat during germination

2.1.8 萌發對苦蕎氨基酸含量變化及營養價值評價

表3 苦蕎萌發過程中氨基酸組成分析（x±s，n=3）Table 3 Amino acid profiles of tartary buckwheat during germination (x ±s,n=3) nmol/mg

苦蕎籽粒萌發后，由于酶的活性增加，蛋白質等大分子營養物質開始降解，其氨基酸種類雖沒有變化，但各種氨基酸含量有較大的變化。苦蕎萌發過程中氨基酸變化情況如表3，萌發苦蕎中含有17 種氨基酸，其中7 種人體必需氨基酸含量豐富，尤其富含其他谷物中缺乏的賴氨酸（Lys）和豆類中缺乏的蛋氨酸（Met）。不同萌發天數氨基酸含量變化雖存在小幅波動，但隨著萌發時間的延長，氨基酸含量變化總體呈現上升趨勢，且含量變化均達到顯著水平（P＜0.05）。在萌發的各個時期，均以谷氨酸（Glu）含量最高，其次為甘氨酸（Gly）、天冬氨酸（Asp），接下來依次為精氨酸（Arg）、丙氨酸（Ala）、絲氨酸（Ser）、亮氨酸（Leu）和纈氨酸（Val），這主要是由于各種酶活力的迅速提高和胚芽乳溶解性的增大。

蛋白質的營養價值主要取決于樣品滿足人體對氨基酸需要的程度，比較樣品中人體必需氨基酸與非必需氨基酸的比值（E/N）、必需氨基酸與總氨基酸的比值（E/T）以及必需氨基酸指數（EAAI），都隨著萌發天數的增加呈上升趨勢（表4），當萌發至4 d時E/N、E/T和EAAI分別達到最高值52.88%、34.59%和64.1，優于聯合國糧食及農業組織/世界衛生組織（FAO/WHO）提出的必需氨基酸模式推薦值（蛋氨酸+胱氨酸和賴氨酸除外），說明萌發后的苦蕎營養更高。萌發過程中蛋氨酸+胱氨酸的AAS分最低，說明萌發使苦蕎第一限制性氨基酸從賴氨酸轉變為蛋氨酸+胱氨酸，EAAI在萌發過程中不斷增高，說明萌發苦蕎中必需氨基酸的組成因萌發而趨向平衡。

表4 萌發苦蕎必需氨基酸組成模式及評分Table 4 Compositional pattern and scoring of essential amino acids in tartary buckwheat during germination

3 結 論

苦蕎在萌發過程中吸收水分和氧氣，酶類活力增強，生理活動變得活躍，蛋白質、脂肪、多糖等營養物質分解成小肽、氨基酸、脂肪酸和單糖等小分子物質，以滿足生長發育和生理需求。萌發苦蕎的主要營養物質變化結果表明，苦蕎籽粒蛋白質、脂肪和碳水化合物都顯著降低，而還原糖、維生素（VB1、VB2）礦物質元素、部分非必需氨基酸和全部必需氨基酸都呈現上升趨勢，特別是賴氨酸含量高達77.449～94.518 nmol/mg干質量，遠高于小麥和其他禾谷類作物，因此苦蕎可以作為人類攝取賴氨酸的重要來源。具體變化結果如下：1）苦蕎經過萌發處理后，被測定的17 種氨基酸含量有明顯增加，人體必需的7 種氨基酸組成合理、配比適宜，優于FAO/WHO提出的必需氨基酸標準模式譜。因此，苦蕎籽粒經萌發后其口感得到改善，可以作為一種口感鮮美的天然食品資源。2）苦蕎經過萌發處理后，不飽和脂肪酸含量增加，其主要成分亞油酸是人體必需脂肪酸，具有軟化血管，穩定血壓，降低血清膽固醇和提高高密度脂蛋白含量的功能。3）苦蕎經過萌發處理后，α-、β-淀粉酶活性隨著萌發天數的增加而增加，同時，內含的還原糖、水溶性維生素也都隨著萌發天數的增加而增加。4）苦蕎籽粒經萌發處理后，各礦物元素均高于未萌發籽粒中的含量，其中，Mg和Ca含量較高，且變化幅度較大。

總之，通過本實驗對苦蕎萌發后各營養成分含量變化的測定，可以看出，苦蕎經萌發處理后，其總體營養價值得以提高，口味也得以改善，受到人們的普遍歡迎，有助于萌動食品的開發利用。

[1] 郎桂常. 苦蕎麥的營養價值及其開發應用[J]. 中國糧油學報, 1996, 11(3): 9-14.

[2] 韓梅. 苦蕎麥的氨基酸含量與營養評價[J]. 天然產物研究與開發, 2000, 12(1): 39-41.

[3] 鄭藝梅, 何瑞國, 鄭琳, 等. 糙米發芽過程中營養成分及植酸含量變化的研究[J]. 中國糧油學報, 2006, 21(5): 1-4.

[4] IKEDA K, ARIOKA K, FUJII S, et al. Effect on buckwheat protein quality of seed germination and changes in trypsin inhibitor content [J]. Cereal Chemistry, 1984, 61: 236-238.

[5] MOSTAFA M, RAHMA E H. Chemical and nutritional changes in soybean during germination[J]. Food Chemistry, 1987, 23: 257-275.

[6] 陳志剛, 顧振新, 王玉萍, 等. 不同粳稻品種的糙米發芽力及其發芽糙米中主要物質含量比較[J]. 中國糧油學報, 2004, 19(5): 1-3.

[7] 張鐘, 王麗, 田奎. 發芽對黑糯玉米淀粉特性的影響[J]. 中國糧油學報, 2006, 21(5): 54-57.

[8] DAUSSANT J, MIYATAS M, ITSUI T, et al. Enzymic mechanism of starch breakdown in germinating rice seeds[J]. Plant Physiology, 1983, 71(1): 88-95.

[9] TAKAHIRO N, SHIGENOBU T, CHIE M E, et al. The physicochemical properties of partially digested starch from sprouted wheat grain[J]. Carbohydrate Polymers, 2004, 56: 271-277.

[10] BRADFORD M M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein dye binging[J]. Analytical Biochemistry, 1976, 72(1): 248-254.

[11] 趙凱, 許鵬舉, 谷廣燁. 3,5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖含量的研究[J]. 食品科學, 2008, 29(8): 534-536.

[12] 王漢屏, 王立志. 木瓜葉芽營養成分含量分析[J]. 食品工業科技, 2007, 28(8): 269-270.

[13] 岳海鳳, 郜慶爐, 薛香. 小麥α-淀粉酶活性測定方法比較[J]. 陜西農業科學, 2008, 54(6): 6-7.

[14] 凌騰芳, 林錦山, 劉輝, 等. 一種微量、快速測定植物種子β-淀粉酶活性的方法[J]. 植物學通報, 2006, 23(3): 281-285.

[15] JONES R L, JACOBSEN J V. Regulation of synthesis and transport of secreted proteins in cereal aleurone[J]. International Review of Cytology, 1991, 126: 40-49.

[16] HARDIE G D. Control of carbohydrase formation by gibberellic acid in barley endosperm[J]. Photochemistry, 1975, 14: 1719-1722.

[17] HARA-NISHIMURA I, NISHIMURA M, DAUSSANT J. Conversion of free beta-amylase to bound beta-amylase on starch granules in the barley endosperm during desiccation phase of seed development[J]. Protoplasma, 1986, 134: 149-153.

Nutrient Changes and Nutritional Evaluation of Tartary Buckwheat during Germination

ZHOU Yi-ming1,2, CUI Lin-lin3, WANG Hong2, LI Bao-guo1, ZHOU Xiao-li2,*, XIE Fan2
(1. Institute of Food Science and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China; 2. School of Perfume and Aroma Technology, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China; 3. Department of Tourism and Food Science, Shanghai Business School, Shanghai 200235, China)

The contents of proteins, crude fat, fatty acids, amino acids, total sugar, reducing sugar, mineral elements, vitamin B1and vitamin B2, and α and β-amylase activities in tartary buckwheat were determined to reveal the changes in nutrients during germination. The results showed that the contents of proteins, fat and total sugar were signifi cantly decreased. Meanwhile, the contents of soluble low molecular sugar, nitrogen-containing substances and fatty acids were greatly increased. The content of reducing sugar was increased from 1.61% to 10.63%, and an increase in total amino acid content of 3.85% was observed. The contents of seven essential amino acids were markedly increased during the fi rst four days of germination, and the lysine content was increased by approximately 30.5% at the end of germination. Non-essential amino acids also displayed an increasing trend. Compared with ungerminated tartary buckwheat, the contents of vitamin B1and B2did not signifi cantly change. Meanwhile, α and β-amylase activities exhibited an increase. During germination, the values of essential to total amino acid ratio and essential amino acid index (EAAI) were increased, the compositional pattern of EAA measured up better to the FAO/WHO standards, and the fi rst limiting amino acid was changed from lysine to methionine and cysteine. In conclusion, the nutritional value is improved in tartary buckwheat during germination.

tartary buckwheat; germination; nutritional components; nutritional value assessment

TS231

A

1002-6630（2014）13-0208-05

10.7506/spkx1002-6630-201413040

2014-04-11

國家自然科學基金面上項目（31371761）；“十二五”農村領域國家科技計劃課題（2012BAD34B08-11）；國家現代農業（燕麥蕎麥）產業技術體系建設專項（CARS-08-D-2-5）

周一鳴（1981—），男，講師，博士研究生，研究方向為食品冷凍冷藏及干燥技術。E-mail：zhouymsit@163.com

*通信作者：周小理（1957—），女，教授，學士，研究方向為食品新資源深度開發與利用。E-mail：zhouxlsit@163.com