外源鋅浸種處理對綠豆芽生長和營養(yǎng)品質的影響

熊先清,胡廣林

(熱帶生物資源教育部重點實驗室,海南大學材料與化工學院,海南海口 570228)

外源鋅浸種處理對綠豆芽生長和營養(yǎng)品質的影響

熊先清,胡廣林*

(熱帶生物資源教育部重點實驗室,海南大學材料與化工學院,海南海口 570228)

為開發(fā)一種富鋅食品,采用不同濃度硫酸鋅(0～200 mg Zn2+/L)溶液浸泡綠豆種子8 h并水培96 h后,研究外源鋅浸種對綠豆芽生長指標、主要營養(yǎng)成分、植酸及鋅積累的影響。結果顯示:25～75 mg Zn2+/L鋅溶液浸種可以提高綠豆芽下胚軸長、根長、生物產(chǎn)量和主要營養(yǎng)成分的含量,其中以50 mg Zn2+/L最顯著,該濃度鋅溶液浸種后培育的綠豆芽中游離氨基酸總量、維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖的含量分別達到8.96 mg/g、23.76 mg/100 g、56.82 mg/g、6.62 mg/g;在實驗考察的濃度范圍內(nèi),綠豆芽中鋅含量增加了90.9%～617.0%;萌發(fā)和外源鋅浸種分別使植酸含量降低了61.5%和62.0%,但兩組間無顯著差異(p>0.05)。本研究表明,適當濃度的外源鋅(<75 mg Zn2+/L)浸種處理對綠豆的萌發(fā)和生長是有利的,不僅能增加微量元素鋅的營養(yǎng)價值,同時又能提高綠豆芽的營養(yǎng)品質。

綠豆,鋅,維生素C,植酸

鋅是人類必需的微量元素,它在人體中承擔著許多重要的功能。鋅廣泛參與體內(nèi)多種酶的合成,與體內(nèi)300多種酶的活性有關[1],鋅缺乏將影響機體的生長、免疫活性、生育能力和神經(jīng)發(fā)育等眾多生理功能[2-3]。人體缺鋅的主要原因是食物中生物可利用鋅的含量過低。植物性食物中高含量的植酸易與鋅形成難溶的植酸鋅螯合物,降低人體對鋅的吸收[4-5]。隨著人類飲食習慣逐漸發(fā)生改變,人們對肉類的消費越來越少,而對豆類、谷物等植物性食物的消費依賴性增加,這可能會增加缺鋅的風險。美國2015版《美國居民膳食指南》強調了整體飲食結構的重要性,提倡素食,建議少食紅肉和加工類肉制品,更加強調多吃蔬菜、粗糧、谷物、豆類等[6]。因此,提高豆類等植物性食物中鋅的營養(yǎng)價值具有重要意義。

萌發(fā)是一種重要的食品生物加工技術,豆類萌發(fā)后的整體營養(yǎng)價值一般得到提高[7],萌發(fā)過程中抗營養(yǎng)因子的減少可能會提高鋅的生物利用率,但微量元素鋅的營養(yǎng)價值仍比較低,為滿足人體需要仍需要進行進一步強化。近年來,以糙米、苜蓿等谷物、豆類為載體的富鋅食品的研究,國內(nèi)外有一些報道。課題組早前就大豆、糙米等為載體對鋅強化進行研究;Zou等[8-9]研究發(fā)現(xiàn)在不影響種子萌發(fā)和芽苗生長的前提下,10 μg/mL的外源鋅浸種有利于大豆芽對鋅的積累,并能顯著提高鋅的生物可接受率;徐航丹等[10]研究指出硫酸鋅浸種能夠促進發(fā)芽紅香糙米對鋅的積累,與未發(fā)芽紅香糙米相比,鋅含量增加了355%～1225%。然而,這些研究多集中于評價鋅總量,但鋅的生物利用性不僅取決于鋅的總量,植酸等抗營養(yǎng)因子的變化也是重要因素,然而目前關于鋅強化前后植酸等抗營養(yǎng)因子變化的研究卻鮮有報道;同時,綠豆芽中重要食物成分是否會受到外源鋅浸種處理的影響,在以往的研究中也尚未闡釋。本文以綠豆為載體,以硫酸鋅浸種的方式,培育富鋅綠豆芽,從生長指標、重要食物成分以及植酸含量的變化規(guī)律的角度探討在綠豆萌發(fā)過程中進行鋅強化的可能性,從而為富鋅芽苗菜成為人體補鋅的膳食來源并為其進一步在食品領域的應用提供理論基礎。

表1 外源鋅浸種對綠豆種子發(fā)芽率的影響Table 1 Effects of exogenous zinc soaking on germination rate of mung bean seeds

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綠豆(VignaradiataL. Wilczek.) 市售,原產(chǎn)地為山東;考馬斯亮藍G250 Sigma-Aldrich;牛血清蛋白 Fluka;植酸鈉 EP,上海金穗生物科技有限公司;硫酸鋅 AR,西隴化工股份有限公司;鋅標準溶液 1000 μg/mL,國家標準物質研究中心;過氧化氫、硝酸、磷酸 均為GR級試劑;其余均為AR級試劑;實驗用水 超純水,電阻率18.2 MΩ·cm。

DL-5-B型離心機 上海安亭科學儀器廠;0-150型數(shù)顯游標卡尺 上海恒量量具有限公司;FA1004N電子天平 上海精密儀器有限公司;722S可見分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司;TAS-990火焰原子吸收分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;THZ-82恒溫振蕩器 常州國華儀器有限公司;HSR025型人工氣候箱 南京實驗儀器廠。

1.2.1 綠豆芽的培育 稱取種皮未破損、飽滿的綠豆種子約13 g,并記錄質量(M0),分別用3%次氯酸鈉溶液消毒30 min。消毒結束后,用超純水漂洗至無氣味后,加入200 mL硫酸鋅溶液,含鋅量分別為0(CK)、25、50、75、100、150、200 mg Zn2+/L。然后,將其置于25 ℃人工氣候箱內(nèi)浸種8 h。取出后,漂洗數(shù)次并瀝干,放入已預先使用次氯酸鈉消毒處理且鋪有一層濾紙的培養(yǎng)盒中,將其置于人工氣候箱內(nèi)于25 ℃條件下培育96 h。每隔6 h澆水一次,確保綠豆種子處于潤濕狀態(tài)即可。

1.2.2 生長指標測定 培育96 h后,統(tǒng)計已經(jīng)發(fā)芽的綠豆數(shù)并稱鮮重,計算各濃度下綠豆的發(fā)芽率、生物產(chǎn)量。芽長超過綠豆任一維長度即視為發(fā)芽。隨機各選取25根豆芽,用游標卡尺測量綠豆芽的下胚軸粗、下胚軸長和根長。隨機另取25根豆芽,稱其鮮重(m鮮),于(105±1) ℃下烘干至恒重,計算出豆芽的含水率。

1.2.3 綠豆芽中主要營養(yǎng)成分測定 可溶性蛋白測定采用考馬斯亮藍比色法[11];可溶性糖測定采用苯酚法[11];維生素C測定采用2,6-二氯靛酚滴定法,參考GB/T 6195-1986;游離氨基酸總量測定采用茚三酮溶液顯色法[11]。結果以鮮重計。

1.2.4 鋅含量測定 培育96 h后,用超純水漂洗綠豆芽數(shù)次后,于(60±1) ℃下烘干至恒重,瑪瑙研缽研磨后,過60目篩,將樣品放入樣品袋中,并貯存于干燥器內(nèi)備用。取0.3 g左右豆芽干粉樣品經(jīng)硝酸和過氧化氫混合液(體積比4∶1)消化至澄清。消化液中鋅的含量用火焰原子吸收分光光度計測定(儀器參數(shù):波長213.9 nm;等電流3.0 mA;光譜帶寬0.4 nm;燃氣流量1400 mL/min),結果以干重計。

1.2.5 植酸含量測定 植酸測定采用三氯化鐵比色法,采用傅啟高等[12]的方法。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 22.0和Origin 9.0進行數(shù)據(jù)分析,并使用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進行差異顯著性分析(Duncan多重比較,p=0.05)。本實驗中每個試樣作3個平行樣。

2 結果與分析

2.1 綠豆萌發(fā)的影響

為切實維護勞動者權益，提高勞動爭議案件處理的質量和效率，諸暨市大力推動勞動爭議調解組織建設。2010年，成立了諸暨市勞動爭議人民調解指導會員會，并設立了市一級的勞動爭議人民調解委員會。2004年至2017年，該市勞動爭議人民調解委員會共調解案件1034起，成功904起。[5]該市還在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)及規(guī)模較大的企業(yè)，建立了勞動爭議調解組織。

表1數(shù)據(jù)顯示,不同濃度外源鋅浸種對發(fā)芽率影響不同。當浸種液濃度在0～75 mg Zn2+/L范圍內(nèi)時,綠豆的發(fā)芽率有小幅度增加,但與對照組相比無顯著性差異(p>0.05)。隨著浸種液中鋅濃度的進一步增加,綠豆的發(fā)芽率呈現(xiàn)出顯著降低的趨勢(p<0.05),100 mg Zn2+/L組與150 mg Zn2+/L組之間發(fā)芽率差異不顯著(p>0.05);外源鋅濃度為200 mg Zn2+/L時,發(fā)芽率達到最低值97.5%。由此可見,高濃度外源鋅溶液浸種不利于綠豆種子的萌發(fā),Lefèvre等[13]認為這是由于過量的鋅加速了活性氧的生成,并對種子中貯存的蛋白質、脂質等物質造成了氧化性損傷,進而影響了種子萌發(fā)和幼苗生長。

表2 外源鋅浸種對綠豆芽生長的影響 Table 2 Effects of exogenous zinc soaking on the growth of mung bean sprouts

2.2 對綠豆芽生長的影響

表2結果顯示了外源鋅浸種對綠豆芽下胚軸長、根長、下胚軸粗、生物產(chǎn)率和含水率的影響。從表2結果可看出,鋅濃度在50～75 mg Zn2+/L范圍內(nèi)各個指標總體較好。鋅濃度為25～75 mg Zn2+/L時,下胚軸長呈增加的趨勢,在75 mg Zn2+/L時下胚軸長達51.27 mm,顯著高于對照組(p<0.05);生物產(chǎn)量在鋅濃度為50 mg Zn2+/L時達到最大值126.50 g;而下胚軸粗(75 mg Zn2+/L除外)及含水率并無顯著變化(p>0.05)。當鋅濃度高于75 mg Zn2+/L時,綠豆芽受到較高濃度鋅的影響導致生長受到抑制。研究發(fā)現(xiàn),鋅對于植物生長的作用主要是通過調節(jié)植物生長素(IAA)的代謝來實現(xiàn)的,適量鋅能夠間接促進IAA的合成,使芽苗中生長素含量增加,進而表現(xiàn)出對植物生長的促進作用[14]。一般認為,適當濃度的鋅溶液浸種可以提高種子的萌發(fā)率和物質代謝水平并促進植物的生長,但濃度過高時則出現(xiàn)抑制效應[15]。

2.3 綠豆芽中可溶性蛋白的影響

由圖1可知,與CK組相比,硫酸鋅溶液浸種后培育的綠豆芽中蛋白質含量有不同程度的增加。在0～50 mg Zn2+/L范圍內(nèi),蛋白質含量為45.76～56.82 mg/g。鋅濃度為50 mg Zn2+/L時達到最大值56.82 mg/g,與CK組相比增加了24.17%;鋅濃度在50～200 mg/L時,可溶性蛋白的含量經(jīng)“V”型變化后出現(xiàn)降低趨勢,在200 mg/L時達最低值42.37 mg/g。可溶性蛋白含量的增加可能與鋅能夠提高硝酸還原酶的活性[16]和核酸含量[17]有關。鋅濃度較低時,核糖核酸酶的活性低,RNA含量較高,有利于蛋白質的合成;同時,鋅濃度的增加使硝酸還原酶的活性增加,能夠促進蛋白質的合成。而鋅濃度過高時能對硝酸還原酶的活性產(chǎn)生脅迫作用[18],DNA和RNA的合成也受到抑制,導致蛋白質合成受阻[17,19]。

圖1 外源鋅浸種對綠豆芽中可溶性蛋白的影響Fig.1 Effect of exogenous zinc on solubleprotein in mung bean sprouts

2.4 綠豆芽中游離氨基酸總量的影響

圖2顯示了外源鋅溶液浸種對游離氨基酸總量的影響。浸種液濃度為25 mg Zn2+/L時,游離氨基酸總量達到7.86 mg/g(FW),與CK組相比雖有小幅度增加,但差異不明顯。浸種液濃度為50 mg Zn2+/L時,游離氨基酸的含量達到最大值8.96 mg/g(FW),游離氨基酸總量與對照相比增加了15.46%;當濃度大于75 mg Zn2+/L時游離氨基酸總量隨浸種液中鋅濃度的增加而降低,且濃度在150～200 mg Zn2+/L范圍內(nèi)均低于CK組。說明外源鋅濃度處于中低水平時可促進蛋白質降解為氨基酸,當濃度過高時,蛋白質的合成受阻,蛋白質的降解也受到抑制。

圖2 外源鋅浸種對綠豆芽中游離氨基酸總量的影響Fig.2 Effect of exogenous zinc on total free amino acid in mung bean sprouts

2.5 綠豆芽中可溶性糖的影響

由圖3可知,外源鋅浸種可提高綠豆芽可溶性糖含量達17.16%～73.00%;當鋅濃度為75 mg Zn2+/L時,可溶性糖的積累量達到最大值7.56 mg/g(FW);處于高濃度(>150 mg Zn2+/L)范圍時,可溶性糖的含量趨于穩(wěn)定。可溶性糖是植物內(nèi)重要的滲透壓調節(jié)物質,隨著鋅濃度的增加,植物會積累一定量的可溶性糖,降低滲透勢以適應環(huán)境的變化,致使植物體內(nèi)的可溶性糖含量增加,而鋅濃度過高時這種滲透調節(jié)作用被破壞,導致可溶性糖的含量降低[20]。

圖3 外源鋅浸種對綠豆芽中可溶性糖的影響Fig.3 Effect of exogenous zinc on soluble sugar in mung bean sprouts

2.6 綠豆芽中維生素C的影響

由圖4可看出,鋅濃度在0～50 mg Zn2+/L范圍內(nèi)維生素C積累的幅度較大,50 mg Zn2+/L的外源鋅溶液浸種可提高綠豆芽維生素C的含量16.87%,當浸種液中鋅濃度大于50 mg Zn2+/L時,維生素C的含量開始降低。研究指出,在一定范圍內(nèi),鋅的增加可提高細胞分裂活性[21],并促進綠豆芽的生長以及維生素C的合成。鋅濃度過高時,淀粉水解酶及酸性磷酸酶等酶的活性降低[13],從而限制了淀粉水解產(chǎn)生葡萄糖,導致維生素C的生物合成受阻。

圖4 外源鋅浸種對綠豆芽中維生素C的影響Fig.4 Effect of exogenous zinc on vitamin C in mung bean sprouts

2.7 綠豆芽中鋅積累的影響

從圖5看出,硫酸鋅溶液浸種能夠顯著增加綠豆芽中鋅的含量。在本實驗考察的濃度范圍內(nèi)(0～200 mg Zn2+/L),綠豆芽中鋅含量隨浸種液中鋅濃度的升高而增加,增幅達90.9%～617.0%。按中國營養(yǎng)學會推薦的每日鋅攝入量(recommended nutrient intakes,RNIs,4歲以上兒童及成年男性、女性分別為5.5、12.5、7.5 mg/d)[22],假設每日食用外源鋅濃度為75 mg Zn2+/L培育的綠豆芽100 g(FW),能提供每日鋅量為1.39 mg,遠低于鋅的可耐受最高攝入量(tolerable upper intake level,UL,4歲以上兒童和成年人分別為12、40 mg/d)[22]。此外,無機態(tài)的鋅經(jīng)植物的生物轉化作用轉化為有機態(tài)時,安全性一般是提高的[9]。因此,按正常的食用量食用這種富鋅的綠豆芽引發(fā)鋅中毒的可能性較小。

圖5 硫酸鋅浸種對綠豆芽中鋅積累的影響Fig.5 Effect of exogenous zinc soaking on zinc accumulation in mung bean sprouts

2.8 綠豆芽中植酸、植酸/鋅摩爾比的影響

由表3可知,綠豆分別經(jīng)過超純水浸種和50 mg Zn2+/L硫酸鋅溶液浸種所培育的綠豆芽中植酸含量均顯著降低(p<0.05),分別使植酸含量降低了61.5%和62.0%。植酸含量的降低可能是由于綠豆萌發(fā)過程中內(nèi)源的植酸酶被激活,促進了植酸的分解[23]。

從圖5看出,外源鋅浸種能夠顯著提高綠豆芽中鋅的含量,但是否會顯著增加綠豆芽中鋅的生物利用率,抗營養(yǎng)因子的變化對鋅的生物利用率具有重要影響[23-24]。在植物性食品中,鋅的生物利用率主要受到植酸的影響[24],植酸/鋅摩爾比是評價鋅生物利用率的重要指標,中國營養(yǎng)學會建議植酸/鋅摩爾比應低于15,才能獲得較高的利用率[22]。由表3可知,萌發(fā)和外源鋅浸種均能顯著降低綠豆中植酸/鋅摩爾比值。雖然綠豆萌發(fā)后植酸/鋅摩爾比顯著降低,這可能有利于提高鋅的生物利用率,但綠豆鋅含量較低無法提供足夠的鋅,因此無法增加生物可利用鋅的總量。Wei[25]等使用Caco-2細胞模型評價了鋅強化的發(fā)芽糙米中鋅的生物利用率,研究指出鋅強化能夠顯著提高生物可利用鋅的總量和鋅的生物利用率。外源鋅浸種后萌發(fā)的綠豆,在減少植酸含量的同時,增加了鋅的總量,使綠豆芽植酸/鋅摩爾比更低,推斷綠豆芽中生物可利用鋅的總量及鋅的生物利用率是提高的,即微量元素鋅的營養(yǎng)價值得到提高。

3 結論

本研究主要檢測了不同濃度外源鋅溶液浸種處理對綠豆的發(fā)芽情況和綠豆芽中營養(yǎng)成分的含量、鋅積累及植酸含量的影響。低濃度外源鋅浸種處理后,綠豆發(fā)芽率無顯著影響(p>0.05),但濃度過高(≥100 mg Zn2+/L)時綠豆萌發(fā)明顯受到抑制(p<0.05)。25～75 mg Zn2+/L鋅溶液浸種可以提高綠豆芽下胚軸長、根長、生物產(chǎn)量和主要營養(yǎng)成分的含量,其中以50 mg Zn2+/L最顯著,該濃度鋅溶液浸種后培育的綠豆芽中游離氨基酸總量、維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖的含量分別達到8.96 mg/g、23.76 mg/100 g、56.82 mg/g、6.62 mg/g。25～200 mg Zn2+/L鋅溶液浸種,綠豆芽中鋅積累量達90.9%～617.0%,萌發(fā)和外源鋅(50 mg Zn2+/L)浸種分別使植酸含量降低了61.5%和62.0%,但兩組間無顯著差異(p>0.05)。

研究結果表明,綠豆在萌發(fā)過程中能夠吸收、富集微量元素鋅,且綠豆富集鋅的作用隨著外源鋅濃度的增加而增強,適當濃度的外源鋅(25～75 mg Zn2+/L)浸種,不僅能夠促進綠豆的萌發(fā)和生長,而且萌發(fā)后的綠豆芽營養(yǎng)品質有所提高;但外源鋅濃度過高時,從綠豆種子發(fā)芽情況及營養(yǎng)成分的含量來看,綠豆處于不良狀態(tài),因此高濃度的鋅溶液浸種對于種子的萌發(fā)和生長是不利的。由植酸/鋅摩爾比,預測外源鋅浸種能夠提高生物可利用鋅的總量和鋅的生物利用度。此外,按正常食用量食用這種富鋅綠豆芽發(fā)生鋅中毒的可能性極小,可考慮將其作為人體補鋅的一種膳食來源,這對改善人群鋅營養(yǎng)具有重要作用。

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Effect of exogenous zinc soaking on the growth and nutritional quality of mung bean sprouts

XIONG Xian-qing,HU Guang-lin*

(Key Laboratory of Tropical Biological Resources of Ministry of Education,College of Materials and Chemical Engineering,Hainan University,Haikou 570228,Hainan)

In order to develop a zinc-rich food,mung bean seeds were soaked for 8 h in zinc sulfate solutionsof different concentration of zinc(0～200 mg Zn2+/L)and then cultivated for 96 h with deionized water. The influence of soaking with exogenous zinc on growth,zinc accumulation,phytic acid content and main nutrient components of mung bean sprouts was investigated. The results showed that zinc sulfate solutions in the concentration range of 25～75 mg Zn2+/L,especially 50 mg Zn2+/L,could improve hypocotyl length,root length,biology yield and main nutrient components of mung bean sprouts. Total free amino acid,vitamin C,soluble protein and soluble sugar reached 8.96 mg/g,23.76 mg/100 g,56.82 mg/g,and 6.62 mg/g in this concentration,respectively.Zinc content in mung bean sprouts increased by 90.9%～617.0% within the experimental concentration range. Germination and exogenous zinc soaking resulted in the reduction of the phytic acid content by 61.5% and 62.0%,respectively,and there was no significant difference between the two groups(p>0.05). This study showed that proper concentration of exogenous zinc(<75 mg Zn2+/L)can stimulate the germination of mung bean seeds and the growth of mung bean sprouts. In this way,the nutritional value of trace element zinc and the nutritional quality of mung bean sprouts were enhanced.

mung bean;zinc;vitamin C;phytic acid

2016-04-11

熊先清(1990-),男,在讀碩士研究生,研究方向:微量元素生物強化,E-mail:arousexxq@yeah.net。

*通訊作者:胡廣林(1967-),男,博士,教授,主要從事食品營養(yǎng)成分方面的工作,E-mail:glhu@hainu.edu.cn。

國家自然科學基金資助項目(31460390);海南省自然科學基金資助項目(212021)。

TS255.1

A

:1002-0306(2017)04-0170-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.024